有機(jī)化學(xué)-第六版-第02章-烷烴和環(huán)烷烴

1MagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章烷烴和環(huán)烷烴第2章AlkaneandCycloalkaneMagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章烷烴和環(huán)烷烴第2章AlkaneandCycloalkaneMagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章烷烴和環(huán)烷烴第2章AlkaneandCycloalkane2[掌握]烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)、命名、性質(zhì)、構(gòu)象異構(gòu)。[熟悉]自由基反應(yīng)歷程及自由基的穩(wěn)定性[重點(diǎn)]

系統(tǒng)命名法（烷烴、環(huán)烷烴）、取代環(huán)己烷的構(gòu)象3烴——僅由碳和氫組成的化合物。其他各類有機(jī)化合物可視為烴的衍生物。烴脂肪烴飽和烴——烷烴芳香烴苯型芳香烴非苯型芳香烴不飽和烴——烯烴、炔烴脂環(huán)烴環(huán)烴鏈烴4第一節(jié)烷烴(alkane)C—C鍵一、烷烴的結(jié)構(gòu)

分子中的碳原子均為sp3雜化，各原子之間都以單鍵σ鍵相連，鍵角接近109028’，兩個(gè)成鍵原子可繞鍵軸“自由”旋轉(zhuǎn)。C—H鍵51.甲烷的分子結(jié)構(gòu)：

分子中的碳原子以4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)氫原子的s軌道重疊，形成4個(gè)C—H

鍵，在空間呈四面體排布，相互間距離最遠(yuǎn)，排斥力最小，能量最低，體系最穩(wěn)定。62.乙烷的分子結(jié)構(gòu)乙烷的C-C

鍵7其他烷烴

據(jù)測(cè)定，除乙烷外，烷烴分子的碳鏈并不排布在一條直線上，而是曲折地排布在空間。這是烷烴碳原子的四面體結(jié)構(gòu)所決定的。如丁烷的結(jié)構(gòu)：丁烷的球棒模型8烷烴的分子組成可用通式CnH2n+2表示。

具有相同分子通式和結(jié)構(gòu)特征的一系列化合物稱為同系列。同系列中的各化合物互稱為同系物。相鄰兩個(gè)同系物在組成上的不變差數(shù)CH2稱為同系列差。3.同系列和同系物9CH4CH3CH3甲烷

CH4乙烷

C2H6MethaneEthane

名稱分子式構(gòu)造式的簡寫式丙烷

C3H8丁烷

C4H10CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3PropaneButanemiθe?n

['i?θe?n]

['pr??pe?n]

['bju?te?n]

10二、烷烴的構(gòu)造異構(gòu)和命名同分異構(gòu)體——分子式相同而結(jié)構(gòu)式不同。同分異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)造異構(gòu)—碳原子連接方式不同立體異構(gòu)—構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)11（一）烷烴的碳鏈異構(gòu)碳鏈異構(gòu)——分子式相同，僅由于碳鏈結(jié)構(gòu)不同。碳鏈異構(gòu)是構(gòu)造異構(gòu)中的一種構(gòu)造異構(gòu):指分子式相同,分子中原子間相互連接的次序和方式不同而形成不同化合物的現(xiàn)象。12C4H10有兩個(gè)異構(gòu)體CH4、C2H6、C3H8無異構(gòu)體C5H12有三個(gè)異構(gòu)體1314（二）烷烴的命名CH3CH2CH2CH3（正）丁烷n-butaneCH4

甲烷methaneC2H6

乙烷ethaneC3H8

丙烷propane1~10個(gè)碳原子：甲，乙，丙，丁，戊，己，庚，辛，壬，癸1.普通命名法CH3(CH2)10CH3（正）十二烷n-dodecane10個(gè)碳原子以上：15新戊烷neo-戊烷neopentane（正）戊烷

n-戊烷n-pentane異戊烷iso-戊烷isopentane烷烴異構(gòu)體的命名16己烷異己烷isohexane新己烷neohexane?命名隨堂小議17(1)一些常見烷基的名稱：將詞尾-ane改為-yl烴基-烴分子中去掉一個(gè)H后所剩下的基團(tuán)一CH3甲基methyl(Me)一CH2CH3

乙基ethyl(Et)一CH2CH2CH3（正）丙基n-propyl(n-Pr)一CH(CH3)2異丙基iso-propyl

(iso-Pr)18仲丁基sec-butyl(sec-Bu)

異丁基iso-butyl(iso-Bu)

叔丁基tert-butyl

(tert-Bu)-CH2CH2CH2CH3

(正)丁基n-butyl

(n-Bu)新戊基neopentyl19常用基團(tuán)的英文簡寫R-烷基Et-乙基Pr-丙基i-Pr-異丙基n-Bu-正丁基t-Bu-叔丁基（三級(jí)丁基）Me-甲基Ar-芳基Ph-苯基Ac-乙?；?0

兩價(jià)烷基叫亞基。三價(jià)的烷基叫次基，命名中的使用的次基只限于三個(gè)價(jià)集中在同一個(gè)碳原子上的結(jié)構(gòu)。

亞甲基亞氨基NH(1)(2)次甲基21碳原子分類：伯碳原子10CRCH3

仲碳原子20CR2CH2

叔碳原子30CR3CH

季碳原子40CR4C伯仲叔季伯不同類型H(伯仲叔)，反應(yīng)活性不同。22下列碳原子屬哪一類型碳原子?1o3o2o4o1o1o1o1o23系統(tǒng)命名法(IUPAC)

確定主鏈（母體化合物）及取代基的位數(shù)、個(gè)數(shù)和名稱。

將取代基的位數(shù)、個(gè)數(shù)和名稱寫在母體化合物的名稱前面。

不同的取代基按“秩序規(guī)則”先后列出，較優(yōu)基團(tuán)后列出。24烷烴系統(tǒng)命名法要點(diǎn)：（三步法）1.找主鏈2.編號(hào)3.記下取代基位置25（1）選主鏈：選擇含有取代基最多的、連續(xù)的最長碳鏈為主鏈，以此作為“母鏈”。實(shí)例：主鏈母體（己烷，含2個(gè)甲基，1個(gè)乙基）26（2）編號(hào)：從靠近取代基的一端開始，給主鏈上的碳原子依次用1、2、3……標(biāo)出其位次。使取代及編號(hào)依次最小。76543211234565432127（3）命名：主鏈為母體化合物，合并相同的取代基，總個(gè)數(shù)用二、三、四……表示。每個(gè)取代基的位次都應(yīng)標(biāo)出，表示各位次的數(shù)字間用“,”隔開。取代基的位次與名稱之間用半字線“-”連接，寫在母體化合物的名稱前面。己烷二甲基乙基2，4--3-3-ethyl-2,4-dimethylhexane28主要烷基的優(yōu)先順序：

較優(yōu)基團(tuán)后列出

為什么

29命名：主鏈2，3，5-三甲基-4-正丙基庚烷2,3,5–trimethyl–4–n-propylheptane較優(yōu)基團(tuán)后列出301.命名下列物質(zhì)2,2,4,4-四甲基戊烷2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷隨堂小議312.寫出結(jié)構(gòu)式：5-甲基-3,3-二乙基-6-異丙基壬烷C—C—C——C——C——C——C—C—CCH3CH2CH3CH2CH3CH(CH3)2伯仲季叔32三、烷烴的構(gòu)象異構(gòu)：構(gòu)象conformation：由于碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致分子中的原子或原子團(tuán)在空間的不同排列方式。構(gòu)象異構(gòu)體conformationalisomer：因單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的異構(gòu)體。構(gòu)象異構(gòu)體的分子構(gòu)造相同，但其空間排列不同，構(gòu)象異構(gòu)是立體異構(gòu)中的一種。33

(一)乙烷的構(gòu)象12.6kJ/mol穩(wěn)定性：交叉式>重疊式重疊式交叉式典型構(gòu)像34HHHHHHHHHHHH重疊式交叉式鋸架式重疊式交叉式Newman投影式構(gòu)象的表示法35穩(wěn)定性：交叉式>重疊式

交叉式是乙烷穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象重疊式重疊式交叉式交叉式交叉式36（二）正丁烷的構(gòu)象

CH3-CH2-CH2-CH3

正丁烷也有無數(shù)種構(gòu)象，環(huán)繞C2-C3鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)，有4種典型的構(gòu)象：簡化處理：C2-C3間σ鍵“自由”旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生得構(gòu)象，可以將其看作是乙烷分子中兩個(gè)碳原子上各有一個(gè)氫被甲基取代。37對(duì)位交叉式全重疊式鄰位交叉式部分重疊式正丁烷構(gòu)象正丁烷構(gòu)象的鋸架投影式：38正丁烷構(gòu)象的紐曼投影式：全重疊式鄰位交叉式部分重疊式對(duì)位交叉式39穩(wěn)定性：對(duì)位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式能量曲線40直鏈烷烴的碳鏈在空間的排列，絕大多數(shù)是鋸齒型，因?yàn)樽罘€(wěn)定的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象是能量最低的對(duì)位交叉式。正戊烷的空間結(jié)構(gòu)411.畫出己烷圍繞C3-C4化學(xué)鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)的最穩(wěn)定構(gòu)象和最不穩(wěn)定構(gòu)象隨堂小議最穩(wěn)定構(gòu)像最不穩(wěn)定構(gòu)像422.關(guān)于乙烷的構(gòu)象，錯(cuò)誤的說法是

A.乙烷只有重疊式和交叉式兩種構(gòu)象

B.乙烷在常溫下大多數(shù)以交叉式構(gòu)象存在

C.常溫下乙烷的各種構(gòu)象間可相互轉(zhuǎn)變

D.交叉式能量低于重疊式3.將正丁烷的構(gòu)象按穩(wěn)定性大小排列

(1)全重疊式(2)部分重疊式

(3)鄰位交叉式(4)對(duì)位交叉式答案：（4）>（3）>（2）>（1）43五、烷烴的化學(xué)性質(zhì)：(一)穩(wěn)定性：

烷烴是飽和烴，分子中只存在牢固的C-C

鍵和C-H

鍵，所以烷烴具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性。在室溫下，烷烴一般情況下都不反應(yīng)。

在一定條件下(溫度、壓力、催化劑),烷烴也能發(fā)生氧化、鹵代、裂化等反應(yīng)。44鹵素與烷烴的反應(yīng)活性順序：

F2>Cl2>Br2>I2鹵代反應(yīng)：烷烴分子中的氫被鹵素原子取代的反應(yīng)。(二)鹵代反應(yīng)(halogenationreaction)-----自由基反應(yīng)451.甲烷的鹵代反應(yīng)：462.烷烴鹵代反應(yīng)機(jī)制：

反應(yīng)機(jī)制（reactionmechanism）又稱反應(yīng)歷程，它是研究反應(yīng)從發(fā)生到完成所經(jīng)歷的全部過程。47鏈引發(fā)（chain-initiatingstep）形成自由基

自由基的鏈反應(yīng)（freeradicalchainreaction）可分為鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止3個(gè)階段。48...鏈增長（chain–propagatingstep）:延續(xù)自由基、形成產(chǎn)物49鏈終止（chain–terminationstep

）消除自由基50

氯原子和甲烷分子相互接近，形成一個(gè)高能級(jí)的過渡態(tài)，最后形成平面形的甲基自由基和一分子的氯化氫。這一過程的能線圖參見后圖甲烷氯化反應(yīng)的能線圖51

甲基自由基與氯分子反應(yīng)，生成一分子氯甲烷和一個(gè)氯原子523.烷烴鹵代反應(yīng)的取向:CH3-CH2-CH3+Cl2CH3-CH2-CH2-Cl+CH3-CH-CH3

Clhv氫原子活潑性的大小是：43%57%53CH3-CH-CH3CH3+Cl2hvCH3-C-CH3CH3ClCH3-CH-CH2ClCH3+37%63%氫原子活潑性的大小是：54

可見，各類氫原子的鹵代活性：叔氫(30)>仲氫(20)>伯氫(10)>甲烷氫原子554.烷基自由基的構(gòu)型與穩(wěn)定性叔(3°)仲(2°)伯(1°)甲基自由基穩(wěn)定性增強(qiáng)（由離解能數(shù)據(jù)出）56

2.指出下列自由基穩(wěn)定性的大小順序答：D>B>C>A隨堂小議1.根據(jù)共價(jià)鍵的斷裂方式，烷烴在光照下的鹵代反應(yīng)屬于

反應(yīng)，其反應(yīng)歷程分為

、

、和

三個(gè)階段。57主要成分：一氧化碳、氫煤氣液化石油氣煤氣、液化石油氣、天然氣主要成分：乙烯、乙烷、丙烷等主要成分：甲烷天然氣是石油在提煉汽油、煤油、柴油、重油等油品過程中剩下的一種石油尾氣用煤固體原料，經(jīng)干餾或汽化制得的通常指貯存于地層較深部的一種富含碳?xì)浠衔锏目扇細(xì)怏w。58第二節(jié)環(huán)烷烴單環(huán)環(huán)烷烴通式：CnH2n（一）環(huán)烷烴的分類一、環(huán)烷烴的分類和命名1.根據(jù)環(huán)的多少單環(huán)多環(huán)（橋環(huán)，螺環(huán)）雙環(huán)2.根據(jù)環(huán)的大小小環(huán)（３～４元環(huán)）常見環(huán)（５～6元環(huán)）中環(huán)（7～12元環(huán)）

大環(huán)（１２元環(huán)以上）59(二）單環(huán)環(huán)烷烴的命名環(huán)己烷cyclohexane1,3-二甲基環(huán)戊烷1,3-dimethylcyclopentane2-甲基-3-環(huán)丙基丁烷2-methyl-3-cyclopropylbutane60

環(huán)烷烴的順反異構(gòu)順反異構(gòu)是立體異構(gòu)中的一種

由于鍵不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)（環(huán)上的碳原子不能自由旋轉(zhuǎn)）導(dǎo)致分子中的原子或原子團(tuán)在空間的排列方式不同，產(chǎn)生順式異構(gòu)體（cis-isomer）和反式異構(gòu)體（trans-isomer）兩種構(gòu)型不同的異構(gòu)體。產(chǎn)生順反異構(gòu)的原因：61例：順-1,2-二甲基環(huán)丙烷（沸點(diǎn)37oC)反-1,2-二甲基環(huán)丙烷（沸點(diǎn)29oC)621.拜爾（Baeyer）的張力學(xué)說109.5°49.5°壓縮角度環(huán)丙烷角張力二、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性63

具有張力的環(huán)不穩(wěn)定，易開環(huán)。穩(wěn)定性：<<<無張力環(huán)張力環(huán)64彎曲

鍵角張力軌道對(duì)稱軸環(huán)丙烷分子軌道的重疊2.現(xiàn)代價(jià)鍵理論（“彎曲鍵”理論）65彎曲

鍵重疊程度愈小，鍵愈產(chǎn)生的張力愈弱大66三、環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)自由基取代反應(yīng)

五元環(huán)和六元環(huán)有與鏈烴類似的自由基取代反應(yīng)

環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)與鏈狀烷烴相似，但由于環(huán)烷烴具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所以又具有與鏈狀烷烴不同的特殊化學(xué)性質(zhì)。+Br23000C+HBr67加成反應(yīng)Ni120oC+

H2CH3CH2CH2CH3（1）加氫反應(yīng)小環(huán)不穩(wěn)定，容易開環(huán)發(fā)生加成反應(yīng)(與烯烴相似)，五元環(huán)和六元環(huán)則較穩(wěn)定。68+Br2CH2Br-CH2-CH2Br+HBrCH3-CH2-CH2Br（2）加鹵素、氫鹵酸反應(yīng)+H-Br含H較多與含H較少C原子之間鍵的斷裂，H加在含H較多的C原子上－－馬氏規(guī)則。69（3）環(huán)烷烴不被高錳酸鉀氧化鑒別（1）環(huán)丙烷、丙烷（2）環(huán)戊烯、環(huán)戊烷隨堂小議--70（一）環(huán)戊烷的構(gòu)象四、環(huán)烷烴的構(gòu)象四個(gè)碳原子共平面71

環(huán)己烷經(jīng)過鍵的旋轉(zhuǎn)可形成各種構(gòu)象，其中椅式構(gòu)象(chairconformation)和船式構(gòu)象(boatconformation)是環(huán)己烷各種構(gòu)象中的典型構(gòu)象：（二）環(huán)己烷的構(gòu)象1.椅式構(gòu)象和船式構(gòu)象椅式構(gòu)象船式構(gòu)象72椅式構(gòu)象1414船式構(gòu)象1414交叉式重疊式椅式構(gòu)象是最穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象7374

環(huán)己烷的椅式構(gòu)象比船式構(gòu)象穩(wěn)定，椅式構(gòu)象是最穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。故環(huán)己烷在常溫下以穩(wěn)定的椅式構(gòu)象存在。椅式構(gòu)象與船式構(gòu)象可相互轉(zhuǎn)變。椅式構(gòu)象船式構(gòu)象752.豎鍵和橫鍵--椅式構(gòu)象的書