烷烴和環(huán)烷烴

關(guān)于烷烴和環(huán)烷烴第1頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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2頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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3頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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完全為氫原子所飽和。

通式：CnH2n+2

同系列：具有同一個分子通式，在組成上相差一個或幾個—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4頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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5頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月①

與一個碳相連：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。②

與兩個碳相連：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。

③與三個碳相連：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。④與四個碳相連：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6頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

碳原子的四種類型1

C（伯碳，一級碳）primarycarbon2

C（仲碳，二級碳）secondarycarbontertiarycarbon3

C

（叔碳，三級碳）4

C

（季碳，四級碳）quaternarycarbon1

H（伯氫）2

H（仲氫）3

H（叔氫）第7頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月二種類型2C二種類型1C二種類型1C

分析下列化合物所含碳原子種類第8頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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）第9頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月(三).構(gòu)象(comformation)和構(gòu)象異構(gòu)體

C—C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10頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月構(gòu)象(conformation)：

原因：由于σ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)：

第11頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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12頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月鍵電子云排斥，vonderwaals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）

小于兩個H的vonderwaals半徑（1.2?）之和，有排斥力第13頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月……

乙烷構(gòu)象轉(zhuǎn)換與勢能關(guān)系圖旋轉(zhuǎn)中須克服能壘——扭轉(zhuǎn)張力電子云排斥

相鄰兩H間的vonderwaals排斥力一般情況下(T>-250oC):

單個乙烷分子：絕大部分時間在穩(wěn)定構(gòu)象式上。一群乙烷分子：某一時刻，絕大多數(shù)分子在穩(wěn)定的構(gòu)象式上。第14頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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15頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

丁烷構(gòu)象轉(zhuǎn)換與勢能關(guān)系圖第16頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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)定最不穩(wěn)定第17頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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18頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月二.烷烴的命名

取代基（烷基）：烷烴去掉一個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）

第19頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

一些常見的烷基第20頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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)。

H＜D＜C＜N＜O＜F＜P＜S＜Cl＜Br＜I次序規(guī)則第22頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）若取代基中與主鏈直接相連的第一個原子相同，則把與第一個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原子與主鏈直接相連的其他原子第23頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）含有雙鍵和三鍵的基團(tuán)，可以看作是用單鍵連有兩個或三個相同的原子或基團(tuán)。較優(yōu)基團(tuán)較優(yōu)基團(tuán)第24頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月比較下列基團(tuán)的優(yōu)先順序第25頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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”。鏈端第二個碳原子上有一個甲基而無其他支鏈的，名字前加“異”（CH3）2CH—

。鏈端第二個碳原子上有二個甲基而無其他支鏈的，名字前加“新”。（CH3）3CCH—●普通命名法第26頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月例：中文名英文名甲烷乙烷丙烷methaneethane

碳原子數(shù)目+烷

碳原子數(shù)為1~10用天干（甲、乙、丙、……壬、癸）表示C1C2C3propane碳原子數(shù)為10以上時用中文數(shù)字表示。如：十二烷第27頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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28頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月●系統(tǒng)命名法(IUPAC)

：（1）選主鏈，碳鏈最長，支鏈最多。（2）定基位，有多個排序時遵循“最低系列原則”(最先遇到位次較低的取代基為最低系列），有多個最低系列時，按“次序規(guī)則”使較優(yōu)基團(tuán)位次較大。

(3)書寫時，標(biāo)明取代基的位次，名稱，且按先簡后繁。如：第29頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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30頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

練習(xí)第31頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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33頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

化合物性質(zhì)的兩個方面物理性質(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34頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

三烷烴的物理性質(zhì)1物態(tài)

常溫、常壓(0.1MPa)

C5～C16：液態(tài)

C1～C4：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.p↑M↑支鏈少第35頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月3熔點(diǎn)(m.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36頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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37頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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38頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月CH電負(fù)性2.52.2

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)（烷烴的重要反應(yīng)）sp3

雜化已飽和不能加成低極性共價鍵H不易被置換四烷烴的化學(xué)性質(zhì)第39頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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)光照時吸收一個光子可產(chǎn)生幾千個氯甲烷（反應(yīng)有引發(fā)過程）。第40頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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41頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

2氧化反應(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42頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月有機(jī)反應(yīng)的類型◆離子型反應(yīng)由共價鍵異裂成離子而引起的反應(yīng)?！糇杂苫磻?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43頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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44頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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/molCl-Cl斷鍵能量：242.4kJ/mol

C-H斷鍵能量:435kJ/mol第45頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

甲烷的氯代反應(yīng)機(jī)理的表達(dá)自由基型鏈反應(yīng)（chainreaction）自由基中間體第46頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

過渡態(tài)(TransitionState)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47頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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48頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

機(jī)理的決速步驟（以氯代為例）DH(反應(yīng)熱)+7.5kJ/mol吸熱－112.9kJ/mol放熱決速步驟第49頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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50頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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(兩個碳環(huán)共用1個C)；稠環(huán)烴(兩個或兩個以上苯環(huán)共用兩個相鄰C)橋環(huán)烴(兩個或兩個以上碳環(huán)共用兩個以上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)(C3～C4)；普通環(huán)(C5～C7)；中環(huán)(C8～C11)；大環(huán)(≥C12)。

第51頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月螺環(huán)烴稠環(huán)烴橋環(huán)烴第52頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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”?！粢粋€取代基時稱#基環(huán)#烷◆多個取代基時從較小的原子或基團(tuán)開始，遵循最低系列原則編號。有多個最低系列時，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)丙烷錯誤

◆不飽和鍵位次最小第53頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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，碳環(huán)作為取代基4-甲基-1-環(huán)丙基己烷第54頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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55頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2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56頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

（二）單環(huán)烷烴的立體異構(gòu)◆順反異構(gòu)由于兩個成環(huán)碳原子上所連接的不同原子或基團(tuán)在空間的排列（分布）不同而形成不同構(gòu)型化合物的異構(gòu)現(xiàn)象。順式反式

順反異構(gòu)產(chǎn)生的原因：σ鍵不能旋轉(zhuǎn)

順反異構(gòu)體的特點(diǎn)：為不同物質(zhì)，轉(zhuǎn)換需斷鍵第57頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月

◆

環(huán)己烷的構(gòu)象異構(gòu)環(huán)己烷中C-Cσ鍵在環(huán)不破裂的情況下，可發(fā)生協(xié)同扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生無數(shù)構(gòu)象。典型構(gòu)象:船式構(gòu)象（能量最高）椅式構(gòu)象（能量最低）優(yōu)勢構(gòu)象環(huán)己烷的椅式構(gòu)象環(huán)己烷的船式構(gòu)象范德華張力：原子間由于距離太近(<范德華半徑之和）而產(chǎn)生的張力第58頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月椅式船式Newman