有機化學(xué)課件：第二章 烷烴和環(huán)烷烴

回顧：雜化自由基反應(yīng)、離子型反應(yīng)路易斯酸、堿親核反應(yīng)、親核試劑親電反應(yīng)、親電試劑一、掌握烷烴的同系列和通式、構(gòu)造異構(gòu)、命名、結(jié)構(gòu)特點、主要化學(xué)反應(yīng)（鹵代）二、熟悉烷烴的鹵代反應(yīng)機理及其他化學(xué)反應(yīng)三、掌握環(huán)烷烴的分類、命名、同分異構(gòu)、結(jié)構(gòu)特點、環(huán)的穩(wěn)定性、化學(xué)反應(yīng)四、掌握乙烷、丁烷、環(huán)己烷的構(gòu)象（重點掌握椅式構(gòu)象）五、了解烷烴、環(huán)烷烴的物理性質(zhì)，了解其它脂環(huán)烴的構(gòu)象第二章烷烴和環(huán)烷烴【目的要求】74頁課后習(xí)題1.

2.3.5.6.8.12.14.

烴(hydrocarbon)：只含有碳和氫兩種元素的化合物烷烴通式：CnH2n+2烷烴(alkane)：碳原子之間單鍵相連，碳的其余化合價被氫原子飽和的烴。環(huán)烷烴(cycloalkane)：具環(huán)狀骨架的烷烴。環(huán)烷烴通式：CnH2n螺環(huán)烷烴(spirocyclicalkane)：兩個碳環(huán)共用一個碳原子。橋環(huán)烷烴(bridgedcyclicalkane)：環(huán)與環(huán)之間共用兩個或兩個以上碳原子。螺原子螺環(huán)化合物橋環(huán)化合物橋原子第一節(jié)同系列和同分異構(gòu)現(xiàn)象一、同系列和同系物同系列（homologousseries）：具有同一分子通式和相同結(jié)構(gòu)特征的一系列化合物。同系物（homolog）：同系列中的化合物互稱為同系物。相鄰?fù)闊N同系物在組成上相差一個CH2(同系差)同系物具有相似的化學(xué)性質(zhì),但反應(yīng)速率往往有較大的差異；物理性質(zhì)一般隨碳原子數(shù)的增加而呈現(xiàn)規(guī)律性變化。同系列中的第一個化合物往往具有明顯的特性。同分異構(gòu)立體異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)碳鏈異構(gòu)位置異構(gòu)官能團異構(gòu)順反異構(gòu)旋光異構(gòu)二、同分異構(gòu)現(xiàn)象分子式為C4H10的烷烴，有兩個不同的結(jié)構(gòu)式：碳鏈異構(gòu)：分子式為C5H12的烷烴，有三種不同的結(jié)構(gòu)：碳鏈異構(gòu)：構(gòu)造異構(gòu)體：分子式相同，而分子中原子或基團連接順序和方式不同。位置異構(gòu)：官能團異構(gòu)：單環(huán)烷烴與單烯烴互為異構(gòu)體環(huán)自身骨架變化產(chǎn)生異構(gòu)順反異構(gòu)：構(gòu)象異構(gòu)：三、飽和碳原子和氫原子的分類將飽和碳原子分為伯、仲、叔、季四種類型

伯碳(1°)：只與1個其他碳原子直接相連,一級碳原子

仲碳(2°)：只與2個其他碳原子直接相連,二級碳原子

叔碳(3°)：只與3個其他碳原子直接相連,三級碳原子

季碳(4°)：只與4個其他碳原子直接相連,四級碳原子1°2°3°4°伯氫(1°H)：伯碳上的H仲氫(2°H)：仲碳上的H叔氫(3°H)：叔碳上的H不同類型的氫反應(yīng)活性不一樣將飽和碳原子分為伯、仲、叔、季四種類型1°2°3°4°三、飽和碳原子和氫原子的分類第二節(jié)命名一、普通命名法

(1)根據(jù)分子中碳原子數(shù)稱為“某烷”≤10C

用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸

10C

用十一、十二等中文數(shù)字表示CH4C2H6C7H16C10H22CH4C2H6C7H16C10H22甲烷乙烷庚烷癸烷C11H24C12H26C20H42十一烷十二烷二十烷n-pentane

isopentane

neopentane戊烷戊烷戊烷正異新n-pentane

isopentane

neopentane烷烴的英文名稱：表示碳原子數(shù)的詞頭＋ane

詞尾(2)用正、異、新區(qū)別同分異構(gòu)體二、系統(tǒng)命名法普通命名法:正戊烷系統(tǒng)命名法:戊烷（一）直鏈烷烴的系統(tǒng)命名

把普通命名法中的“正”字去掉即可。（二）含支鏈烷烴的系統(tǒng)命名

支鏈看作取代基,即烷基。

名稱包括母體和取代基。1234563-甲基己烷母體取代基1.常見的烷基烷基(alkyl)：烷烴分子去掉一個氫原子后剩下的部分，常用R-表示。烷基的名稱由相應(yīng)的烷烴而來烷基英文名：-ane換成-yl含有不同類型的氫時，會出現(xiàn)不同的烷基。甲基 乙基 (正)丙基 異丙基

(正)丁基仲丁基

異丁基叔丁基2.烷烴系統(tǒng)命名方法的要點：(1)選主鏈（母體）：選最長的碳鏈（有等長的碳鏈時，選取代基多的）為主鏈作為母體，根據(jù)主鏈碳原子數(shù)目稱為“某烷”。①②③√(2)主鏈編號：從靠近取代基一端開始編號，應(yīng)使各取代基的位次盡可能地小。①②①取代基位號：2,3,5②

取代基位號：2,4,5√若兩個不同的取代基分別從兩端編號位次相同時，按次序規(guī)則，較小的取代基用較小的編號。按次序規(guī)則，常見烷基的優(yōu)先次序是：叔丁基>仲丁基>異丙基>異丁基>丁基>丙基

>乙基>甲基。

(3)書寫名稱的規(guī)則：①取代基名稱寫在母體前面。②取代基的位次用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，寫在取代基前面③數(shù)字和漢字間用半字橫線隔開。④如果含有幾個相同的取代基時，要把它們合并起來。相同取代基的數(shù)目用漢字數(shù)字表示，寫在取代基的前面，其位次必須逐個注明，數(shù)字之間要用逗號隔開。⑤如果含有幾個不同取代基時，取代基排列的順序，是將“次序規(guī)則”所規(guī)定的“較優(yōu)”基團列在后面。庚烷-5-乙基3-甲基己烷not2,5-甲基-3,4-乙基己烷-3,4-二乙基2,5-二甲基3-ethyl-5-methylheptane練習(xí)題2.6三、環(huán)烷烴的系統(tǒng)命名1.單環(huán)環(huán)烷烴的系統(tǒng)命名根據(jù)成環(huán)碳原子的個數(shù)稱為“環(huán)某烷”；編號：使取代基編號最小。書寫規(guī)則同烷烴。環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)戊烷環(huán)己烷環(huán)辛烷3-甲基-4-環(huán)丁基庚烷環(huán)丙基環(huán)己烷1，2-二甲基環(huán)戊烷甲基環(huán)丙烷1,4-二環(huán)丙基丁烷當(dāng)環(huán)上有復(fù)雜取代基時，可將環(huán)作為取代基命名。螺[3.4]辛烷命名格式：螺[小.大]某烷（碳原子總數(shù)）2.螺環(huán)烷烴的系統(tǒng)命名7-環(huán)丙基螺[4.5]癸烷3.雙環(huán)橋環(huán)烷烴的系統(tǒng)命名命名格式：取代基二環(huán)[大.中.小]某烷。編號：橋頭→長橋→另一橋頭→次長橋→橋頭→最短橋。二環(huán)［４.４.０］癸烷

1-甲基二環(huán)[4.1.0]庚烷練習(xí)題2.7一、烷烴的結(jié)構(gòu)1.烷烴分子中的碳原子均為sp3雜化2.烷烴分子中的共價鍵均為σ鍵烷烴分子中的共價鍵:（1）C-Hσ鍵（2）C-Cσ鍵第三節(jié)結(jié)構(gòu)

C—C鍵：

s

鍵（sp3–sp3）C—H鍵：

s

鍵（1s–sp3）棒球模型比例模型（斯陶特模型）（一）小環(huán)烷烴的不穩(wěn)定性和角張力的概念拜爾的張力學(xué)說①假設(shè)成環(huán)碳原子處于同一平面上；鍵角為109.5°的環(huán)狀化合物穩(wěn)定；②當(dāng)碳原子的鍵角偏離109°28′時，便會產(chǎn)生一種恢復(fù)正常鍵角的力量。這種力就稱為張力。鍵角偏離109.5°越大，則其張力越大，環(huán)就越不穩(wěn)定，容易開環(huán)。二、小環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)60。109.5。24。44'偏轉(zhuǎn)角度=2109°28′內(nèi)角偏轉(zhuǎn)角度=2109°28′內(nèi)角

N=34567偏轉(zhuǎn)角度24°44’9°44’4°4’-5°16’-9°33’從偏轉(zhuǎn)角度來看，五員環(huán)應(yīng)最穩(wěn)定，大于五員環(huán)或小于五員環(huán)都將越來越不穩(wěn)定。但實際上，五員，六員和更大的環(huán)型化合物都是穩(wěn)定的。這就說明張力學(xué)說存在缺陷。環(huán)的穩(wěn)定性與環(huán)烷烴的燃燒熱有關(guān)單元CH2的燃燒熱↑，環(huán)的穩(wěn)定性↓。假設(shè)成環(huán)碳原子處于同一平面上張力學(xué)說的缺陷：見61頁扭轉(zhuǎn)張力角張力彎曲鍵（香蕉鍵）（二）環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)由此可見：(1)鍵的重疊程度小，穩(wěn)定性下降。(2)電子云分布在兩核連線的外側(cè)，增加了親電

試劑進攻的可能性，故具有不飽和烯烴的性質(zhì)。一.

乙烷的構(gòu)象第四節(jié)構(gòu)象構(gòu)象(comformation)：圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的各種立體形象構(gòu)象的表示方法鋸架式(透視式)sawhorseformula交叉式重疊式Newman投影式60°0°乙烷分子是處于交叉、重疊以及介于兩者之間的無數(shù)構(gòu)象的動態(tài)平衡混合體系，但各種構(gòu)象體存在的比率不同。乙烷的交叉式內(nèi)能最低，最為穩(wěn)定。稱為優(yōu)勢構(gòu)象.二、丁烷的構(gòu)象四種構(gòu)象穩(wěn)定性次序：對位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式丁烷構(gòu)象的能量曲線當(dāng)正烷烴碳原子數(shù)增加時，盡管構(gòu)象也隨之更復(fù)雜，但仍然主要以對位交叉式構(gòu)象狀態(tài)存在。所以直鏈烷烴絕大多數(shù)是鋸齒形的。如正戊烷主要以第1種構(gòu)象形式存在，第3種為全重疊構(gòu)象，最不穩(wěn)定。三、環(huán)丙烷、環(huán)丁烷和環(huán)戊烷的構(gòu)象平面式四元環(huán)轉(zhuǎn)換能量E=6.3KJmol-1蝶式五元環(huán)信封式半椅式四、環(huán)己烷的構(gòu)象1890年，H.Sachse對拜爾張力學(xué)說提出異議。1918年，E.Mohr提出非平面、無張力環(huán)學(xué)說。指出用碳的四面體模型可以組成兩種環(huán)己烷模型。椅式構(gòu)象船式構(gòu)象

1.環(huán)己烷的椅式構(gòu)象(1)環(huán)己烷椅式(ChairForm)構(gòu)象的畫法鋸架式紐曼式①有6個a(axial)

鍵，有6個e(equatorial)鍵。(已被1H-NMR證明)②有C3對稱軸。（過中心，垂直于1,3,5平面和2,4,6平面，兩平面間距50pm）(2)環(huán)己烷椅式構(gòu)象的特點240pma鍵e

鍵穩(wěn)定（優(yōu)勢構(gòu)象）③

有構(gòu)象轉(zhuǎn)換異構(gòu)體。（K=104-105/秒）④

環(huán)中相鄰兩個碳原子均為鄰位交叉式。相鄰碳上的直立鍵(平伏鍵)方向相反.椅式構(gòu)象的翻轉(zhuǎn),使環(huán)上的a鍵全部變?yōu)閑鍵,而原來的e鍵全部變?yōu)閍鍵.2.環(huán)己烷的船式構(gòu)象（1）環(huán)己烷船式(Boatform)構(gòu)象的畫法鋸架式紐曼式旗桿氫（flagpole）①1,2,4,5四個碳原子在同一平面內(nèi)，3,6碳原子在這一平面的上方。②1,2和4,5之間有兩個正丁烷似的全重疊,1,6、5,6、2,3、3,4之間有四個正丁烷似的鄰位交叉。（2）環(huán)己烷船式構(gòu)象的特點:③

環(huán)己烷的扭船式構(gòu)象在扭船式構(gòu)象中，所有的扭轉(zhuǎn)角都是30o。環(huán)己烷構(gòu)象分布：椅式構(gòu)象:扭船式構(gòu)象=10000:1扭船式環(huán)己烷的半椅式構(gòu)象123456兩種椅式構(gòu)象的轉(zhuǎn)換過程船式←→椅式轉(zhuǎn)換第五節(jié)物理性質(zhì)物理性質(zhì)：物態(tài)、沸點、熔點、密度、溶解度、光譜性質(zhì)、折光率等有機化合物的物理性質(zhì)取決于分子的結(jié)構(gòu)和分子間的作用力一、分子間的作用力1.偶極-偶極相互作用的吸引力（極性分子）δ+δ-δ+δ-++--δ-δ+2.范德華力烷烴—色散力色散力的特點：①隨分子量的增大而增大②近距離起作用＋－＋－＋－－＋－＋－＋3、氫鍵O、N、F沸點大小取決于分子間的作用力1.沸點烷烴沸點的特點：1）沸點一般很低。（非極性，只有色散力）2）隨相對分子質(zhì)量增大而增大。（運動能量增大，范德華引力增大）3）相對分子質(zhì)量相同、支鏈多、沸點低。（支鏈多，分子不易接近）二、沸點、熔點、相對密度和溶解度分子間接觸面積大作用力強分子間接觸面積小作用力弱bp：36℃bp：9.5℃烷烴熔點的特點1)隨相對分子質(zhì)量增大而增大。2)偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳烷烴的熔點升高值大（如右圖）。3)相對分子質(zhì)量相同的烷烴，支鏈增多，熔點下降。奇數(shù)碳偶數(shù)碳熔點高低取決于分子間的作用力和晶格堆積的緊密程度。2.熔點高度對稱的支鏈烷烴其熔點卻異乎尋常的高

CH3CH3CH2CH2CH2CH3

CH3CHCH2CH3 CH3-C-CH3 CH3 CH3bp(℃)36.1 27.9 9.5mp(℃)-129.8 -159.9 -16.8烷烴的密度均小于1（0.424-0.780）。烷烴不溶于水，溶于非極性溶劑。3.相對密度4.溶解度（相似相溶）練習(xí)題2.121.核磁共振氫譜烷烴分子中的碳氫鍵是非極性鍵，氫核的屏蔽效應(yīng)較大，共振出現(xiàn)在高場，化學(xué)位移較小，δ值在0.9～1.8之間。2.IR

特征峰伸縮振動吸收峰在3000～2850cm－1之間，彎曲振動在1465～1340cm－1。3.質(zhì)譜一般出現(xiàn)m/z為M-15、M-29、M-43、M-57三、波譜性質(zhì)（自學(xué)）1)穩(wěn)定性:室溫下烷烴與強酸、強堿、強氧化劑或強還原劑不發(fā)生反應(yīng)。2)但在光照、高溫或催化劑的作用下，烷烴也能發(fā)生共價鍵均裂的反應(yīng)，烷烴的多數(shù)反應(yīng)都是通過自由基機理進行的。第六節(jié)化學(xué)性質(zhì)總體特點:一、氧化和燃燒高級烷烴被氧化成高級脂肪酸，肥皂原料。完全燃燒放出二氧化碳和水不完全燃燒放出一氧化碳和水燃燒熱：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，一摩爾烷烴燃燒所放出的熱量。用單位：KJ/mol從表2－6中可以看出：①直鏈烷烴每增加一個系差CH2,燃燒熱平均增加658.6KJ/mol。②同分異構(gòu)體中，支鏈比直鏈的烷烴燃燒熱小。正丁烷和異丁烷的燃燒熱結(jié)論：燃燒熱越大，內(nèi)能越高。燃燒熱越小，內(nèi)能越低。練習(xí)題2.13二、熱裂反應(yīng)三、甲烷的鹵代反應(yīng)取代反應(yīng)：分子中的原子或基團被其它原子或基團取代的反應(yīng)稱為取代反應(yīng)鹵代反應(yīng)：分子中的原子或基團被鹵原子取代的反應(yīng)稱為鹵代反應(yīng)生成的一氯甲烷還會繼續(xù)被氯代,生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳四種產(chǎn)物的混合物.工業(yè)上把這種混合物作為溶劑使用。CH3-Cl+Cl2——>CH2Cl2

+HCl 二氯甲烷CHCl3+Cl2——>CCl4

+HCl 四氯化碳CH2Cl2+Cl2——>CHCl3+HCl 三氯甲烷通過控制一定的反應(yīng)條件和原料的用量比，可以使其中一種氯代物成為主要的產(chǎn)品。比如：400~450℃,甲烷:氯氣=10:1，主要生成一氯甲烷。400℃左右,甲烷:氯=0.263:1，主要生成四氯化碳。鹵素的活性：F2>Cl2

>Br2>I2四、鹵代反應(yīng)機理1.自由基鏈鎖反應(yīng)(1)鏈引發(fā)：生成自由基(2)鏈增長(鏈傳遞)：延續(xù)自由基，生成產(chǎn)物(3)鏈終止：消除自由基自由基反應(yīng)抑制劑：加入少量能抑制自由基生成或降低自由基活性的抑制劑可減慢反應(yīng)速度或終止反應(yīng)。活性差O2為自由基反應(yīng)抑制劑引發(fā)劑：過氧化苯甲酰2.甲基自由基的結(jié)構(gòu)sp2雜化自由基中心碳原子為sp2雜化3.甲烷鹵代反應(yīng)過程中的能量變化反應(yīng)勢能曲線：圖中表示勢能高低的曲線。反應(yīng)坐標(biāo)：由反應(yīng)物到生成物所經(jīng)過的能量要求最低的途徑。過渡態(tài)：在反應(yīng)物互相接近的反應(yīng)進程中，與勢能最高點相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)稱為過渡態(tài)?；罨埽河煞磻?yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡態(tài)所需要的能量。中間體：兩個過渡態(tài)之間的產(chǎn)物稱為中間體。（中間體能分離得到。過渡態(tài)不可分離得到）Hammond假設(shè)：過渡態(tài)總是與能量相近的分子的結(jié)構(gòu)相近似。反應(yīng)坐標(biāo)E(1)反應(yīng)勢能圖過渡態(tài)反應(yīng)物過渡態(tài)產(chǎn)物

過渡態(tài)的特點:（1）能量高。（2）極不穩(wěn)定，不能分離得到。（3）舊鍵未完全斷開，新鍵未完全形成。甲烷氯代反應(yīng)勢能圖17KJ/mol8.4KJ/mol甲烷氯代反應(yīng)勢能圖的分析1、第一步反應(yīng)的活化能比較大，是速控步驟。2、第二步反應(yīng)利于平衡的移動。3、反應(yīng)1吸熱，反應(yīng)2放熱，總反應(yīng)放熱，所以反應(yīng)只需開始時供熱。4、過渡態(tài)的結(jié)構(gòu)與中間體（中間體是自由基）相似，所以過渡態(tài)的穩(wěn)定性順序與自由基穩(wěn)定性順序一致。推論：3oH最易被取代，2oH次之，1oH最難被取代。X+CH3-H

CH3+H-XFClBrI439.3568.2431.8366.1298.3-128.9+7.5+73.2+141H(KJ/mol)Ea(KJ/mol)+4+17+75>+141總反應(yīng)熱(KJ/moL)：F(-423)Cl(-104)Br(-34)I(55)（2）甲烷鹵代反應(yīng)活性的比較鹵素的活性：F2>Cl2

>Br2>I2（3）烷烴氯代反應(yīng)的選擇性V:V=28/6:72/4=1:3.8

1oH2oH1oHV:V=64/9:36/1=1:5.03oH氯代V:V:V=1:3.8:5.01oH2oH3oHCH3CHCH3

+

Cl2CH335

oChv(CH3)2CHCH2Cl

+

(CH3)3CCl64%36%3