溫州醫(yī)學(xué)院《有機(jī)化學(xué)》022結(jié)構(gòu)烷性質(zhì)ppt課件

1、第二章第二章 烷烴和環(huán)烷烴烷烴和環(huán)烷烴 Alkane and cycloalkane第三節(jié)第三節(jié) 構(gòu)造構(gòu)造一、烷烴的構(gòu)造一、烷烴的構(gòu)造v鍵的特點：鍵的特點：v成鍵原子可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn)而鍵不斷裂成鍵原子可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn)而鍵不斷裂v旋轉(zhuǎn)的結(jié)果改動了分子空間陳列旋轉(zhuǎn)的結(jié)果改動了分子空間陳列v鍵穩(wěn)定，鍵極性低。鍵穩(wěn)定，鍵極性低。乙烷乙烷 (CH3CH3)HHHHHH近近109.5oC(tetrahedral)110pm154pms bonds bondv乙烷的構(gòu)象可以有無數(shù)種。乙烷的構(gòu)象可以有無數(shù)種。v構(gòu)象異構(gòu)體之間能量接近，在室溫下構(gòu)象異構(gòu)體之間能量接近，在室溫下可以不斷轉(zhuǎn)換可以不斷轉(zhuǎn)換v兩種極限構(gòu)象：

2、交叉式和重疊式兩種極限構(gòu)象：交叉式和重疊式v交叉式為優(yōu)勢構(gòu)象。交叉式為優(yōu)勢構(gòu)象。第四節(jié)第四節(jié) 構(gòu)象構(gòu)象一、乙烷的構(gòu)象一、乙烷的構(gòu)象v鋸架式鋸架式(saw horse) (saw horse) ：HHHHHHHHHHHH交叉式構(gòu)象交叉式構(gòu)象重疊式構(gòu)象重疊式構(gòu)象構(gòu)象的表示方法構(gòu)象的表示方法v紐曼投影式紐曼投影式Newman projections交叉式交叉式重疊式重疊式最穩(wěn)定最穩(wěn)定最不穩(wěn)定最不穩(wěn)定227289249306二、丁烷的構(gòu)象二、丁烷的構(gòu)象NoImagev丁烷的丁烷的C(2)-C(3)鍵軸旋轉(zhuǎn)所構(gòu)成的鍵軸旋轉(zhuǎn)所構(gòu)成的幾種最典型構(gòu)象的紐曼投影式。幾種最典型構(gòu)象的紐曼投影式。 CH3CH3HH

3、HHCH3CH3HHHHH3C CH3HHHHCH3CH3HHHH對位交叉式對位交叉式鄰位交叉式鄰位交叉式部分重疊式部分重疊式全重疊式全重疊式穩(wěn)定性穩(wěn)定性高高低低60120018024030036019kJ.mol16kJ.mol3.8kJ.molpotential energyCH3HH3CHHCH3HHHHHH3CHHHHCH3CH3HHHHCH3H3CHHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHCH3CH3HHRotationFigure 2.5 Energy changes that arise from rotation of the C2-C3 bond of butaneAnti

4、AntiGaucheGauche EclipsedEclipsedEclipsed1116kJ.mol11(70%) (30%) v對位交叉式為優(yōu)勢構(gòu)象。對位交叉式為優(yōu)勢構(gòu)象。v直鏈飽和化合物以鋸齒狀長鏈存在。直鏈飽和化合物以鋸齒狀長鏈存在。第五節(jié)第五節(jié) 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì)v C1C4烷烴是氣體，烷烴是氣體，C5C17烷烴為液體，烷烴為液體，C18烷烴為固體烷烴為固體v 隨碳數(shù)添加，熔點添加，沸點添加。隨碳數(shù)添加，熔點添加，沸點添加。v 隨碳數(shù)添加，相對密度添加，逐漸接近隨碳數(shù)添加，相對密度添加，逐漸接近0.8。沸點沸點v在同分異構(gòu)體中：在同分異構(gòu)體中：v直鏈烷烴沸點異構(gòu)烷烴沸點直鏈

5、烷烴沸點異構(gòu)烷烴沸點v支鏈數(shù)添加，沸點減少支鏈數(shù)添加，沸點減少v沸點沸點/ v正戊烷正戊烷(36) 異戊烷異戊烷(28 ) 新戊烷新戊烷(9.5 )v沸點由分子間作用力大小決議沸點由分子間作用力大小決議v烷烴是典型的非極性有機(jī)化合物，分子烷烴是典型的非極性有機(jī)化合物，分子間力主要是色散力，間力主要是色散力，v分子間力與分子中原子數(shù)目有關(guān)分子間力與分子中原子數(shù)目有關(guān)v分子間力與分子間的大約接觸面積有關(guān)分子間力與分子間的大約接觸面積有關(guān)v鏈烷烴分子中碳鏈呈鋸齒狀陳列鏈烷烴分子中碳鏈呈鋸齒狀陳列v帶支鏈的烷烴，支鏈妨礙了分子中主鏈帶支鏈的烷烴，支鏈妨礙了分子中主鏈的嚴(yán)密陳列，因此沸點低。的嚴(yán)密陳列，

6、因此沸點低。熔點熔點v色散力，熔點低。色散力，熔點低。v隨著碳鏈的增長而增高。隨著碳鏈的增長而增高。v偶數(shù)碳原子的熔點增高幅度比奇數(shù)碳偶數(shù)碳原子的熔點增高幅度比奇數(shù)碳原子的要大一些。原子的要大一些。vX-射線衍射測得，偶數(shù)碳烷烴在晶體中陳射線衍射測得，偶數(shù)碳烷烴在晶體中陳列比奇數(shù)碳的陳列嚴(yán)密。列比奇數(shù)碳的陳列嚴(yán)密。 v分子對稱性高，熔點高。分子對稱性高，熔點高。v(CH3)4C CH3CH2CH2CH2CH3v -16.6 -129v(CH3)3C-C(CH3)3 CH3(CH2)6CH3v 100.7 -56.8v溶解度溶解度v難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。v類似相溶類

7、似相溶 ：具有類似構(gòu)造的化合：具有類似構(gòu)造的化合物可以彼此互溶物可以彼此互溶 第六節(jié)第六節(jié) 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)v普通情況下，烷烴相當(dāng)穩(wěn)定：普通情況下，烷烴相當(dāng)穩(wěn)定：v 不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及常用的氧化劑、不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及常用的氧化劑、復(fù)原劑反響。不易發(fā)生離子型反響復(fù)原劑反響。不易發(fā)生離子型反響v可以進(jìn)展自在基反響可以進(jìn)展自在基反響三、鹵代反響三、鹵代反響v鹵代反響鹵代反響halogenation：光照或高溫；：光照或高溫；烷烴的氫原子被鹵素原子取代。烷烴的氫原子被鹵素原子取代。v鹵代反響主要指氯代和溴代反響。鹵代反響主要指氯代和溴代反響。HHHCH + Cl2HCCl+ HCl HHhvhvor he

8、atHHHCH + Cl2HCCl+ HCl HHhvhvor heatCH3-Cl + Cl2 CH2Cl2 + HClDichloromethanehv or heatCH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HClTrichloromethanehv or heatCHCl3 + Cl2 CCl4 + HClTetrachloridehv or heat400450, CH4:Cl2=10:1，main product: CH3Cl.400 , CH4:Cl2=0.263:1，main product: CCl4.一甲烷的鹵代反響一甲烷的鹵代反響v甲烷和氯的混合物在室溫暖黑暗中，不起反響

9、。甲烷和氯的混合物在室溫暖黑暗中，不起反響。v甲烷和氯的混合物放置在日光下，反響進(jìn)展。甲烷和氯的混合物放置在日光下，反響進(jìn)展。v將氯氣先用光照射，迅速在黑暗中和甲烷混合，反將氯氣先用光照射，迅速在黑暗中和甲烷混合，反響進(jìn)展。響進(jìn)展。v將甲烷先用光照射，迅速在黑暗中和氯氣混合，不將甲烷先用光照射，迅速在黑暗中和氯氣混合，不起反響。起反響。v將氯氣先用光照射，在黑暗中放置一段時間后，再將氯氣先用光照射，在黑暗中放置一段時間后，再與甲烷混合，不起反響。與甲烷混合，不起反響。v反響產(chǎn)物中有少量乙烷產(chǎn)生。反響產(chǎn)物中有少量乙烷產(chǎn)生。甲烷的氯代反響有以下實驗現(xiàn)實：甲烷的氯代反響有以下實驗現(xiàn)實：二甲烷鹵代的反

10、響機(jī)制二甲烷鹵代的反響機(jī)制v化學(xué)反響歷程：是闡明一個化學(xué)反響化學(xué)反響歷程：是闡明一個化學(xué)反響所閱歷的過程，也就是對每一個化學(xué)所閱歷的過程，也就是對每一個化學(xué)反響的各個中間步驟的詳細(xì)描畫。反響的各個中間步驟的詳細(xì)描畫。v烷烴的氯代反響是自在基反響。烷烴的氯代反響是自在基反響。v反響中間體反響中間體自在基。自在基。v自在基中間體是高活性物種，一旦構(gòu)自在基中間體是高活性物種，一旦構(gòu)成就會延續(xù)進(jìn)展下去直到消亡，故自成就會延續(xù)進(jìn)展下去直到消亡，故自在基反響是鏈鎖反響。在基反響是鏈鎖反響。v自在基反響分三步：鏈引發(fā)、鏈增長自在基反響分三步：鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止。和鏈終止。 1. 自在基鏈鎖反響自在基鏈鎖

11、反響Cl ： ClCl+Cl熱或光CH3H + ClCH3+HClCH3+Cl2Cl+CH3ClCH3Cl + Cl CH2Cl + HCl CH2Cl + Cl2 CH2Cl2 + ClCH2Cl2 + Cl CHCl2 + HCl CHCl2 + Cl2 CHCl3 + Cl CHCl3 + Cl CCl3 + HCl CCl3 + Cl2 CCl4 + Cl鏈終止鏈終止Cl + Cl Cl2CH3 + CH3 CH3CH3CH3 + Cl CH3Clhv or 一級碳自在基一級碳自在基CH3CH2CH3CHCH3CH3CCH3CH3三級碳自在基三級碳自在基二級碳自在基二級碳自在基2. 甲

12、基自在基的構(gòu)造甲基自在基的構(gòu)造v 鹵素：鹵素：F2活潑活潑Cl2Br2I2不反響不反響(三三) 其他烷烴的鹵代反響其他烷烴的鹵代反響1. 幾種氫的相對反響活性幾種氫的相對反響活性75%？25%？1H , 2H 的活性：的活性：1H2H=45%/655%/2=141H2H=45%/655%/2=1455%45%3oH2oH1oH V : V : V = 1 : 82 : 1600烷烴溴代反響的選擇性烷烴溴代反響的選擇性CH3CH2CH3 + Br2127 oChvCH3CHCH2Br + CH3CHCH3Br3%97%CH3CHCH3 + Br2CH3127 oChvCH3CHCH2Br + CH3CCH3BrCH3CH3 99% 氯代反響和溴代反響都有選擇性，但溴代反響的選擇性氯代反響和溴代反響都有選擇性，但溴代反響的選擇性比氯代反響高得多。比氯代反響高得多。溴代溴代v烷烴中不同氫被氯取代的速度：烷烴中不同氫被氯取代的速度： vCH3-H 1-H 2-H 3-Hv2. 烷基碳自在基的穩(wěn)定性為：烷基碳自在基的穩(wěn)定性為：v 3-R2-R 1-RCH3？CH3-H CH3