烷烴與環(huán)烷烴

1、關(guān)于烷烴和環(huán)烷烴第一張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月【學(xué)習(xí)要求】 1. 了解C原子和H原子的類型以及烷基。 4. 掌握烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)及影響因素。 5. 掌握構(gòu)象異構(gòu)和順反異構(gòu)產(chǎn)生的原因、特 點(diǎn)、命名及書寫。 2. 掌握普通命名法和系統(tǒng)命名法的基本原則，并能熟練命名烷烴和環(huán)烷烴。 3. 了解同系物沸點(diǎn)、熔點(diǎn)變化規(guī)律。 第二張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 烷 烴(alkanehydrocarbon) 烴 ：由C、H 兩種元素組成的化合物 叫碳?xì)浠衔铮喎Q烴。根據(jù)碳架的形狀及碳原子間連接的方式分類如下：烴脂肪烴脂環(huán)烴芳香烴不飽和脂肪烴（烯烴、炔烴、二烯烴）飽和脂

2、環(huán)烴（環(huán)烷烴）不飽和脂環(huán)烴（環(huán)烯烴、環(huán)炔烴）含苯芳烴（萘、蒽、菲）非苯芳烴飽和脂肪烴（烷烴）第三張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 烷 烴定義：分子中只含 C、H 兩種元素； 烴分子中碳原子之間以單鍵連接，碳原 子的其余化合價(jià)完全為氫原子所飽和。 通式：CnH2 n + 2 同系列：具有同一個(gè)分子通式，在組成上相差一個(gè)或幾 個(gè)CH2的一系列化合物。同系物：同系列中的化合物彼此互為同系物。 第四張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（一） 烷烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象一. 烷烴的結(jié)構(gòu)分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象。同分異構(gòu)構(gòu)型構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)象（鍵的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生）立體異構(gòu)碳架異構(gòu)位置異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)互變異構(gòu)順

3、反異構(gòu)（鍵的不能旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生）旋光異構(gòu)（手性產(chǎn)生）分子中原子和基團(tuán)在空間的排布不同原子的連接方式和順序不同第五張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 與一個(gè)碳相連：一級碳原子，或伯碳（primary），用10C表示，一級碳上的氫稱一級氫，用10H表示。 與兩個(gè)碳相連：二級碳原子，或仲碳（secondary），用20C表示，二級碳上的氫稱二級氫或仲氫，用20H表示。 與三個(gè)碳相連：三級碳原子，或叔碳（tertiary），用30C表示，三級碳上的氫稱三級氫或叔氫，用30H表示。與四個(gè)碳相連：四級碳原子，或季碳（quaternary），用40C表示 （二） C原子和H原子的種類第六張，PPT共六十八

4、頁，創(chuàng)作于2022年6月 碳原子的四種類型1 C（伯碳，一級碳）primary carbon2 C （仲碳，二級碳）secondary carbontertiary carbon3 C （叔碳，三級碳）4 C （季碳，四級碳）quaternary carbon1 H（伯氫）2 H（仲氫）3 H（叔氫）第七張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二種類型 2 C 二種類型 1 C 二種類型 1 C 分析下列化合物所含碳原子種類第八張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 碳原子種類的擴(kuò)展1自由基（伯自由基）2自由基（仲自由基）3自由基（叔自由基）1碳負(fù)離子（伯碳負(fù)離子）3碳正離子（叔碳正離子

5、）第九張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(三).構(gòu)象 (comformation) 和構(gòu)象異構(gòu)體 CC單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的 單鍵的旋轉(zhuǎn)使分子中的原子或基團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列（構(gòu)象） 不同的構(gòu)象之間為構(gòu)象異構(gòu)關(guān)系（一類立體異構(gòu)現(xiàn)象） 乙烷的兩種構(gòu)象第十張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月構(gòu)象(conformation)： 原因： 由于鍵繞鍵軸“自由”轉(zhuǎn)動，非鍵合原子或基團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列 由于單鍵旋轉(zhuǎn)所形成的異構(gòu)體稱構(gòu)象異構(gòu)體 構(gòu)象異構(gòu)體的數(shù)量： 無數(shù) 典型構(gòu)象：根據(jù)能量的高低具有代表性的構(gòu)象 A：構(gòu)象異構(gòu)體之間不可能完全分開 B：構(gòu)象異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換不需斷鍵 構(gòu)象異構(gòu)體的特點(diǎn)：

6、 第十一張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 描述立體結(jié)構(gòu)的幾種方式傘形式鋸架式Newman投影式注意Newman投影式的寫法第十二張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月鍵電子云排斥， von der waals排斥力，內(nèi)能較高（最不穩(wěn)定）乙烷的構(gòu)象交叉式構(gòu)象扭曲式構(gòu)象重疊式構(gòu)象staggeredconformerskewedconformereclipsedconformer原子間距離最遠(yuǎn)內(nèi)能較低（最穩(wěn)定）優(yōu)勢構(gòu)象（有無數(shù)個(gè)） 小于兩個(gè)H 的von der waals 半徑（1.2）之和，有排斥力第十三張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 乙烷構(gòu)象轉(zhuǎn)換與勢能關(guān)系圖旋轉(zhuǎn)中須克服

7、能壘扭轉(zhuǎn)張力 電子云排斥 相鄰兩H間的von der waals排斥力一般情況下( T-250oC): 單個(gè)乙烷分子：絕大部分時(shí)間在穩(wěn)定構(gòu)象式上。一群乙烷分子：某一時(shí)刻，絕大多數(shù)分子在穩(wěn)定的構(gòu)象式上。第十四張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月丁烷的構(gòu)象對位交叉式（anti）（反交叉式）部分重疊式鄰位交叉式（gauche）全重疊式鄰位交叉式（gauche）甲基間距離最遠(yuǎn)(最穩(wěn)定)較不穩(wěn)定較穩(wěn)定甲基間距離最近（最不穩(wěn)定）第十五張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 丁烷構(gòu)象轉(zhuǎn)換與勢能關(guān)系圖第十六張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月其它烷烴的構(gòu)象規(guī)律: 大基團(tuán)總是占據(jù)對位交叉最穩(wěn)定最

8、不穩(wěn)定第十七張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月立體異構(gòu)體： 由原子或基團(tuán)在空間的排列（或連接）方式不同所產(chǎn)生的異構(gòu)體（包括構(gòu)型異構(gòu)體和構(gòu)象異構(gòu)體） 立體異構(gòu)體、構(gòu)型異構(gòu)體與構(gòu)象異構(gòu)體構(gòu)型異構(gòu)體 不可轉(zhuǎn)換 理論上可分離構(gòu)象異構(gòu)體可通過單鍵旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換一般無法分離見分類第十八張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二. 烷烴的命名 取代基（烷基）：烷烴去掉一個(gè)氫原子后留下的原子團(tuán)烷烴烷基 普通命名法 用于簡單化合物的命名 IUPAC命名法（系統(tǒng)命名法）（IUPAC: 國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會， International Union of Pure and Applied Chemistry

9、） 第十九張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 一些常見的烷基第二十張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十一張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）取代基中與主鏈直接相連的原子按原子序數(shù)由大到小排列，原子序數(shù)大的為優(yōu)先基團(tuán)。 HDCNOFPSClBrI次序規(guī)則第二十二張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）若取代基中與主鏈直接相連的第一個(gè)原子相同，則把與第一個(gè)原子直接相連的其他原子進(jìn)行比較，若仍相同，則繼續(xù)比較，直到有差別為止。較優(yōu)基團(tuán)與主鏈直接相連的第一個(gè)原子與主鏈直接相連的其他原子第二十三張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）含有雙鍵和三鍵的基團(tuán)，

10、可以看作是用單鍵連有兩個(gè)或三個(gè)相同的原子或基團(tuán)。較優(yōu)基團(tuán)較優(yōu)基團(tuán)第二十四張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月比較下列基團(tuán)的優(yōu)先順序第二十五張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）根據(jù)分子中碳原子的總數(shù)稱為#烷，碳原子數(shù)為1-10的用甲、乙、丙、丁、表示。10個(gè)以上的用中文數(shù)字表示。如：十二烷。（2）直鏈烷烴，名字前加“正”。 鏈端第二個(gè)碳原子上有一個(gè)甲基而無其他支鏈的，名字前加 “異” （CH3）2CH 。 鏈端第二個(gè)碳原子上有二個(gè)甲基而無其他支鏈的，名字前加“新”。 （ CH3）3CCH 普通命名法第二十六張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月例：中文名英文名甲烷乙烷丙烷m

11、ethaneethane 碳原子數(shù)目 + 烷 碳原子數(shù)為110用天干（甲、乙、丙、壬、 癸）表示C1C2C3propane碳原子數(shù)為10以上時(shí)用中文數(shù)字表示。如：十二烷第二十七張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 異構(gòu)詞頭用詞頭“正”、“異”和“新”等區(qū)分 相應(yīng)的英文詞頭為 n- (normal)、iso和neo（注意不加“-”）中文名英文名正丁烷異丁烷正戊烷異戊烷新戊烷n-butaneisobutanen-pentaneisopentaneneopentaneC4C5第二十八張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 系統(tǒng)命名法(IUPAC) ：（1）選主鏈，碳鏈最長，支鏈最多。（2）

12、定基位，有多個(gè)排序時(shí)遵循“最低系列原則”(最先遇到位次較低的取代基為最低系列），有多個(gè)最低系列時(shí)，按“次序規(guī)則”使較優(yōu)基團(tuán)位次較大。 (3)書寫時(shí)，標(biāo)明取代基的位次，名稱，且按先簡后繁。如：第二十九張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 例最長鏈為主鏈取代基編號數(shù)最小取代基最多的鏈為主鏈小基團(tuán)排在前面（英文以字母順序排列）第三十張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 練習(xí)第三十一張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十二張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2，6二甲基- 3，6二乙基壬烷寫出 3甲基8乙基6氯十一烷的結(jié)構(gòu)式第三十三張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月

13、 化合物性質(zhì)的兩個(gè)方面物理性質(zhì) 物態(tài)：氣體？ 液體 ？ 固體？ 沸點(diǎn)（b.p.） 熔點(diǎn)（m.p.） 密度（比重） 溶解度： 水中溶解度？ 有機(jī)溶劑中？ 折光率 化學(xué)性質(zhì)：有機(jī)化學(xué)反應(yīng)（本課程的重點(diǎn)）第三十四張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 三 烷烴的物理性質(zhì) 1 物態(tài) 常溫、常壓(0.1MPa) C5C16：液態(tài) C1C4：氣態(tài) C17：固態(tài)2 沸點(diǎn)（b.p） 隨分子質(zhì)量的增加而增高，但高級烷烴沸點(diǎn)差較小，難以分離。在同分異構(gòu)體中 ，分子中支鏈增多 ，分子間距增大，分子間作用力減少，沸點(diǎn)降低 。分子間作用力b.pM支鏈少第三十五張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 3 熔點(diǎn)(m

14、.p) 隨分子質(zhì)量的增加而增高 ，熔點(diǎn)高低與分子間作用力、分子在晶格中的排列有關(guān)。分子對稱性高，排列比較整齊，分子間作用力大，熔點(diǎn)高 。 偶數(shù)碳原子的烷烴比含奇數(shù)碳原子的烷烴熔點(diǎn)升高值大，兩者形成兩條熔點(diǎn)曲線 。對同分異構(gòu)體，分子的對稱性越高，分子排列越緊密有序，熔點(diǎn)越高。 M，m.p 第三十六張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月烷烴 正戊烷 2-甲基丁烷 2，2-二甲基丙烷 熔點(diǎn)： -129.72 -159.9 -17 沸點(diǎn)： 36.1 25 9 如：結(jié)論：高度對稱支鏈異構(gòu)體m.p 直鏈異構(gòu)體不對稱的支鏈異構(gòu)體 。 練習(xí)： 1.比較下列各組化合物的沸點(diǎn)高低。并說明理由。 (1)正丁烷和

15、異丁烷； (2)正辛烷和2,2,3,3-四甲基丁烷； (3)庚烷、3-甲基己烷和3,3-二甲基戊烷。第三十七張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.比較下列各組化合物的熔點(diǎn)高低。并說明理由。 (1) 正戊烷、異戊烷和新戊烷； (2) 正辛烷和2,2,3,3-四甲基丁烷； 4 相對密度： 分子量，密度，但1；支鏈，密度。 5 溶解度： 易溶于非極性的有機(jī)溶劑，不溶于極性溶劑 第三十八張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 C H電負(fù)性 2.5 2.2 烷烴的結(jié)構(gòu) 一般情況下烷烴化學(xué)性質(zhì)不活潑、耐酸堿（常用作低極性溶 劑，如正己烷、正戊烷、石油醚等） 烷烴可與鹵素發(fā)生自由基取代反應(yīng)（烷

16、烴的重要反應(yīng)）sp3 雜化已飽和不能加成低極性共價(jià)鍵H不易被置換四 烷烴的化學(xué)性質(zhì)第三十九張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月甲烷的鹵代反應(yīng) 甲烷的氯代反應(yīng)反應(yīng)特點(diǎn): (1)反應(yīng)需光照或加熱。(2)光照時(shí)吸收一個(gè)光子可產(chǎn)生幾千個(gè)氯甲烷（反應(yīng)有引發(fā)過程）。第四十張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 甲烷與其它鹵素的反應(yīng)反應(yīng)速率: F2 Cl2 Br2 I2 （不反應(yīng)） F2 ：反應(yīng)過分劇烈、較難控制Cl2 ：正常（常溫下可發(fā)生反應(yīng)）Br2 ：稍慢（加熱下可發(fā)生反應(yīng)） I2 ：不反應(yīng)。即使反應(yīng), 其逆反應(yīng)易進(jìn)行主要討論的內(nèi)容第四十一張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 2 氧化反

17、應(yīng)： 烷烴在高溫和空氣中燃燒，生成二氧化碳和水，并放出大量的熱。注: 烷烴與空氣以一定比例混合后會發(fā)生爆炸，這就是煤礦常見的瓦斯爆炸。第四十二張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月有機(jī)反應(yīng)的類型 離子型反應(yīng) 由共價(jià)鍵異裂成離子而引起的反應(yīng)。自由基反應(yīng) 由自由基而引起的反應(yīng)。 五 烷烴的鹵代反應(yīng)歷程 自由基的穩(wěn)定性順序： 叔自由基仲自由基伯自由基甲基自由基 異裂均裂 烷烴上H原子的活性順序： 叔H 仲 H 伯H 甲基H 第四十三張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月根據(jù)離解能解釋自由基的穩(wěn)定性及H的活性自由基的能量越高越不穩(wěn)定，C-H斷鍵所需能量越低， 該H越活潑第四十四張，PPT共六十

18、八頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 鹵代反應(yīng)機(jī)理： 實(shí)驗(yàn)事實(shí)： CH4、Cl2混合物在黑暗中長期保存，不反應(yīng)。 CH4經(jīng)光照后與Cl2混合，也不反應(yīng)。 Cl2經(jīng)光照后，迅速在黑暗中與CH4混合，反應(yīng)立即發(fā) 生。 實(shí)驗(yàn)事實(shí)告訴我們：烷烴的鹵代反應(yīng)是從Cl2的光照開始的。 光提供的能量：330kJ/mol Cl-Cl 斷鍵能量：242.4kJ/mol C-H 斷鍵能量: 435 kJ/mol第四十五張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 甲烷的氯代反應(yīng)機(jī)理的表達(dá)自由基型鏈反應(yīng)（chain reaction）自由基中間體第四十六張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 過渡態(tài)(Transition

19、 State)理論在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物相互接近，總是先達(dá)到一勢能最高點(diǎn)（活化能，相應(yīng)結(jié)構(gòu)稱為過渡態(tài)），然后再轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。例：機(jī)理步驟(2)過渡態(tài)勢能增加勢能降低過渡態(tài)：反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的中間狀態(tài)，（推測的）勢能最高處 的原子排列，壽命= 0，無法測得。中間體：反應(yīng)中生成的壽命較短的分子、離子或自由基，中間體 一般很活潑，但可通過實(shí)驗(yàn)方法觀察到。對比勢能最高第四十七張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 甲烷氯代的勢能變化圖過渡態(tài): 勢能最高處的原子排列，Ea：活化能 DH: 反應(yīng)熱第四十八張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 機(jī)理的決速步驟（以氯代為例）DH(反應(yīng)熱)+ 7.5 kJ

20、/mol吸熱112.9 kJ/mol放熱決速步驟第四十九張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.鹵代反應(yīng)中X2的相對活性： 注：從反應(yīng)熱來解釋，放出的熱越多越易進(jìn)行從活化能來解釋，活化能越小越易進(jìn)行第五十張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 環(huán)烷烴(cycloalkane) 一 環(huán)烷烴的分類及命名 螺環(huán)烴(兩個(gè)碳環(huán)共用1個(gè)C)；稠環(huán)烴(兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)共用兩個(gè)相鄰C)橋環(huán)烴(兩個(gè)或兩個(gè)以上碳環(huán)共用兩個(gè)以上C)環(huán)烷烴：分子中具有碳環(huán)結(jié)構(gòu)的烷烴（一）環(huán)烷烴的分類 根據(jù)碳環(huán)的數(shù)目分類單環(huán)烷烴多環(huán)烷烴小環(huán)(C3C4)；普通環(huán)(C5C7)；中環(huán)(C8C11)；大環(huán)(C12)。 第五十

21、一張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月螺環(huán)烴稠環(huán)烴橋環(huán)烴第五十二張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 （ 二） 單環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)和命名 命名 以碳環(huán)為母體，環(huán)上側(cè)鏈為取代基，根據(jù)成環(huán)碳原子的數(shù)目稱“環(huán)#烷”。 一個(gè)取代基時(shí) 稱#基環(huán)#烷 多個(gè)取代基時(shí) 從較小的原子或基團(tuán)開始，遵循最低系列原則編號。有多個(gè)最低系列時(shí)，使較優(yōu)基團(tuán)位次較大。1，2-二甲基-1-乙基環(huán)丙烷 正確1，2-二甲基-2-乙基環(huán)丙烷 錯(cuò)誤 不飽和鍵位次最小第五十三張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月練習(xí)：1-甲基-3-已基-4氯環(huán)己烷1-甲基-2-乙基-5-異丙基環(huán)己烷反-1-甲基-3-乙基環(huán)己烷注：當(dāng)環(huán)上有復(fù)雜的取代基時(shí)，碳環(huán)作為取代基4-甲基-1-環(huán)丙基己烷第五十四張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 三 單環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)角張力:實(shí)際鍵角偏離正常鍵角而使分子產(chǎn)生的張力 （一） 單環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)張力:相鄰C上的H原子間因距離太近而產(chǎn)生的斥力 第五十五張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月由此可見：(1) 鍵的重疊程度小，穩(wěn)定性 。 (2) 電子云分布在兩核連線的外側(cè)，增加了試劑進(jìn)攻的可能性，故具有不飽和烯烴的性質(zhì)。第五十六張，PPT共六十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 （二） 單環(huán)烷烴的立體異構(gòu) 順反異構(gòu) 由于兩個(gè)成環(huán)碳原子上所連接的不同原