無機化學烷烴Alkanes-課件

1、第二章 烷烴（Alkanes） 烴（Hydrocarbons） 脂肪族（Aliphatic） 芳香族（Aromatic )烷烴（Alkanes) 烯烴(alkenes) 炔烴(alkynes) 環(huán)烷烴 (Cyclic alkanes)一、同系列（homologous seris）、 同系物（homologs）、通式（general formula） 二、同分異構(gòu)（isomerism）：構(gòu)造異構(gòu) 具有相同分子式，僅由于組成分子的原子間連接順 序和方式不同引起的同分異構(gòu)現(xiàn)象。 烷烴：碳架異構(gòu) 三、碳原子和氫原子的分類1：與一個碳相連，伯（primary）碳原子，或一級碳（1）4：與二個碳相連，仲（

2、secondary）碳原子 ，或二級碳（2）3：與三個碳相連，叔(tertiary)碳原子，或三級碳（3）2：與四個碳相連，季（quaternary）碳原子,或四級碳（4） 四、命名1、普通命名法 110個碳：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬和癸表示 11個碳以上：十一烷，十二烷 異（iso） 新（neo）2、系統(tǒng)命名法（IUPAC） International Union of Pure and Applied Chemistry （1）選主鏈：選擇烷烴分子中最長的連續(xù)碳鏈作為主鏈，按其 碳原子數(shù)稱某烷 。（2）編號：從靠近取代基一端開始，用阿拉伯數(shù)字對主鏈碳原 子依次編號。（3）取代基書

3、寫：相同取代基合并，用漢字表明數(shù)目；不同取 代基按“次序規(guī)則”排列，優(yōu)先基團在后。 （英文按字母順序排列）（4）分子中有幾種等長碳鏈可選擇時，應(yīng)選擇含取代基多的碳 鏈為主鏈 （5）復(fù)雜取代基的命名 CH3CH2CH2 正丙基 n-propyl n-Pr 異丙基 iso-propyl i-PrCH3CH2CH2CH2 正丁基 n-butyl n-Bu 仲丁基 sec-butyl s-Bu(CH3)2CHCH2 異丁基 iso-butyl i-Bu(CH3)3C 叔丁基 tert-butyl t-Bu(CH3)3CCH2 新戊基 neo-pentyl取代基名稱：CH3 甲基 methyl MeCH

4、3CH2 乙基 ethyl Et五、烷烴的結(jié)構(gòu) 楔線式 棒球模型 斯陶特模型Sp3雜化軌道基態(tài) 激發(fā)態(tài)鍵的特點： （1）軸向重疊，重疊程度大，較牢固， （2）可自由旋轉(zhuǎn)，不改變重疊程度。六、物理性質(zhì)(physical properties）分子鍵作用力（Intermolecular force） 1、偶極偶極（dipole-dipole）相互作用 2、范德華力（Van der waals） 3、氫鍵（Hydrogen bond） 有機化合物的物理性質(zhì) 取決于它們的結(jié)構(gòu)和分子間的作用力 烷烴分子間作用力主要是范德華力 1、沸點（boiling point） 直鏈烷烴的沸點隨分子中碳原子數(shù)增加而增

5、高 。 同分異構(gòu)體中，含直鏈的異構(gòu)體比含支鏈的異構(gòu)體沸點高，支鏈越多，沸點越低 。2、熔點（melting point） 直鏈烷烴熔點隨分子量的增加而升高。 同分異構(gòu)體中，含直鏈的異構(gòu)體比含支鏈的異構(gòu)體熔點低，支鏈越多，分子越對稱，分子在晶格中的排列越緊密，熔點越高 。 3、密度（density） 烷烴的密度均小于1。4、溶解性（solubility） 不溶于極性的水，溶于低極性的有機溶劑（苯及四氯化碳等）。七、化學性質(zhì)1、烷烴的鹵代反應(yīng)（1）甲基的氯化（2）鹵代反應(yīng)機理自由基鏈鎖反應(yīng)（3）甲烷與其它鹵素反應(yīng) 鹵素的相對活性：F2Cl2Br2I2 （4）鹵素與其它烷烴的反應(yīng)三種氫的反應(yīng)活性次序

6、：3H 2H 1自由基相對穩(wěn)定性次序如下： 八、構(gòu)象（Conformation）圍繞鍵旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的分子的各種立體形象不同構(gòu)象稱構(gòu)象異構(gòu)體 （conformational isomers or conformers）（一）乙烷的構(gòu)象楔線式鋸架式紐曼投影式 交叉式 重疊式扭轉(zhuǎn)張力(torsional strain) 優(yōu)勢構(gòu)象：交叉式丁烷的構(gòu)象： 全重疊 鄰位交叉 部分重疊 對位交叉 部分重疊 鄰位交叉 全重疊穩(wěn)定性：對位交叉式鄰位交叉式 部分重疊式全重疊式優(yōu)勢構(gòu)象：對位交叉式 第三章 烯烴(Alkene) 和環(huán)烷烴(Cycloalkane) 第一節(jié) 烯烴一、結(jié)構(gòu)1、sp2雜化：2、乙烯的結(jié)構(gòu)：二、

7、同分異構(gòu)三、命名： 烯烴的系統(tǒng)命名是選擇含碳碳雙鍵的最長碳鏈作為主鏈，按其碳原子數(shù)稱某烯。 在編號時必須從靠近雙鍵一端編起，使表示雙鍵位置的數(shù)字盡可能最小，然后將雙鍵中編號，將較小那個碳原子的序號寫在某烯前面，以表示雙鍵在碳鏈中的位置。 表示取代基名稱和位置等原則與烷烴類似。四、物理性質(zhì)五、烯烴的化學性質(zhì)（一）加成反應(yīng)（Addition Reactions）1. 加氫催化氫化（catalytic hydrogenation） 催化劑：鉑、鈀、Raney Ni等2. 與鹵化氫加成（Addition of Hydrogen Halides） 烯烴穩(wěn)定性：反-2-丁烯順-2-丁烯 1-丁烯一般同類烯

8、烴中，雙鍵碳上所連烷基越多越穩(wěn)定 鹵化氫對烯烴加成的活性次序：HIHBrHCl馬爾可夫尼可夫規(guī)則（Markovnikov rule)馬氏規(guī)則不對稱烯烴與鹵化氫加成時，鹵化氫中的氫總是加到含氫較多的雙鍵碳原子上，鹵原子則加到另一雙鍵碳原子上。親電性試劑（electrophilic reagent）：缺少電子，迫切需要得到電子的試劑。由親電性試劑進攻發(fā)生的（加成）反應(yīng)稱 親電性（加成）反應(yīng)（ electrophilic reaction, electrophilic addition reaction )。碳正離子活性中間體穩(wěn)定性： 32 1 +慢快X碳正離子活性中間體 carbocation+烷

9、基具有供（推）電子能力，中心碳上所連烷基越多，碳正離子活性中間體越穩(wěn)定，反之，連有吸（拉）電子原子或基團，碳正離子穩(wěn)定性下降。+ X X21不對稱烯烴與極性試劑加成時，試劑中的正離子或帶正電荷的部分總是加到能形成穩(wěn)定的碳正離子的雙鍵碳原子上。+無過氧化物過氧化物過氧化物效應(yīng)（peroxide effect）：在過氧化物存在下，不對稱烯烴與溴化氫加成方向是反馬氏規(guī)則的。過氧化物效應(yīng)只對溴化氫有效。3. 與鹵素加成Br/CCl4溶液用來檢驗烯烴鹵素對烯烴加成的活性次序：F2Cl2Br2I2(不反應(yīng)）溴鎓離子反式加成4. 與硫酸加成-烯烴的間接水合與不對稱烯烴加成同樣遵循Markovnikov ru

10、le.5. 與水加成-烯烴的直接水合遵循Markovnikov rule6. 與次鹵酸加成+2( )-氯乙醇不對稱烯烴與次鹵酸加成同樣遵循Markovnikov rule.（二）雙鍵的氧化反應(yīng)1. 高錳酸鉀氧化+-2. 臭氧化另外，有H2O2產(chǎn)生，能使醛進一步氧化成羧酸。還原水解可以避免產(chǎn)物的進一步氧化常用的還原劑：Zn/H2O+（三） -氫原子的反應(yīng)常溫高溫NBS N-溴代丁二酰亞胺過氧化物自由基穩(wěn)定性： 32 1 作業(yè)第一章（p13） 3，4，5第二章（p25）1（2）（4）（5）（6） 4，6，7，8第三章（p45）1，3（2）（3）（5） （6），4，5，6（1）（3）（4） 9，11

11、（2），12 第二節(jié) 環(huán)烷烴(Cycloalkane)一、分類和同分異構(gòu)同分異構(gòu):二、命名命名原則同烷烴，要標明構(gòu)型。有順反異構(gòu)時命名只用順反不用Z、E。1,1-二甲基環(huán)己烷1,1-Dimethylcyclohexane1,1-二甲基-4-乙基環(huán)己烷4-Ethyl-1,1-dimethylcyclohexane4-乙基環(huán)戊烯2-環(huán)己基-2-戊烯順（非Z）1，3二甲基環(huán)戊烷三、環(huán)烷烴的理化性質(zhì)1. 加氫2. 加鹵素高溫+室溫3. 加鹵化氫+或不反應(yīng)小環(huán)（3、4元）似烯大環(huán)（5、6元）似烷四、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu) Baeyer張力學說（1885年） sp3 碳原子鍵角應(yīng)為109。28, 任何與此正常鍵角的

12、偏差，都會引起分子的張力，這種張力具有力圖恢復(fù)正常鍵角的趨勢。我們把這種張力叫角張力。只對小環(huán)適用蝴蝶式信封式環(huán)戊烷環(huán)丁烷五、環(huán)己烷及其取代衍生物的構(gòu)象1. 環(huán)己烷的構(gòu)象椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象球棒模型船式構(gòu)象球棒模型凡與通過分子中心的假象垂直軸平行的CH鍵凡與垂直軸成109。28的CH鍵平伏鍵（e）鍵equatorial bonds直立鍵（a）鍵 axial bonds直立鍵平伏鍵showing both axial andequatorial bonds向上（下）的碳原子有一根垂直向上（下）的a鍵，另一根是斜向下（上）e鍵。第四章 炔烴和二烯烴 第一節(jié) 炔烴（Alkyene）一、結(jié)構(gòu)1、sp雜化二

13、、炔烴的同分異構(gòu)和命名主鏈 選擇含雙鍵叁鍵在內(nèi)的最長碳鏈, 并按其碳原子數(shù) 稱“某烯炔”，將“炔”字放在名稱最后。編號 遵守“最低系列”原則. 編號相同優(yōu)先雙鍵較小位號。三、炔烴的理化性質(zhì)（一）加成反應(yīng)1、催化氫化（Hydrogenation）H2CatalystH2CatalystAlkyneAlkeneAlkaneH2CatalystAlkyneAlkeneHow stop at alkene?Lindlar Catalyst Pd, BaSO4/喹啉H2LindlarCis addition of hydrogen?How get TRANS addition of hydrogen?N

14、aNH3Sodium-Ammonia Reduction of AlkynesTRANSliquid ammonia solventNaNH3H2LindlarCISTRANS2、加鹵素3、加鹵化氫4、加水Hydration of AlkynesH3O+Hg2+How did this take place?acetoneH3O+Hg2+ENOLAdd water to triple bond.H3O+Hg2+（二）氧化反應(yīng)（三）炔氫的反應(yīng)Terminal AlkynesNaNH2 Acetylide ionBaseNucleophileHow do this transformation?N

15、aNH2 Nucleophilic Substitution Reaction1. NaNH2 2. EtBr1. NaNH2 2. MeBrReagent?H3O+, Hg2+Reagent?NaNH2Reagent?CH3BrReagent?H2 LindlarReagent?Na NH3第二節(jié) 二烯烴(Dienes)一、分類和命名二 、結(jié)構(gòu)Isolated Double BondsConjugated Double BondsOverlap of p orbitalsOverlap of p orbitalsNo overlapCONJUGATED double bonds252 KJ/

16、Mole226 KJ/MoleH2H2共軛共軛 鍵與鍵重疊。電子離域, 體系穩(wěn)定。p-共軛 p軌道與鍵重疊。電子離域, 體系穩(wěn)定。六個C-H鍵與三個C-C鍵共平面；p 軌道垂直于平面且彼此相互平行, 重疊；電子離域；大鍵； 共軛體系。 共軛體系中電子的離蜮, 使體系能量降低。共軛體系越大, 化合物越穩(wěn)定。鍵長趨于平均化，C2-C3呈現(xiàn)部分雙鍵。 共軛分子的經(jīng)典結(jié)構(gòu)式具有單雙鍵交替的特征； 共軛體系的交替偶極不會因共軛連的增長而減弱。三.共軛雙烯的反應(yīng)1.1,4-加成（共軛加成） 試劑(溴)加到C-1和C-4上(即共軛體系的兩端)雙鍵移到 中間，稱1,4-加成或共軛加成。 共軛體系作為整體形式參與加成反應(yīng)，通稱共軛加成。 + - + - + - + +(p-共軛) p