第二章饱和烃案例

1YunnanUniversity云南大学精品课程OrganicChemistry有机化学教研室云南大学化学科学与工程学院第二章饱和烃(3学时)21．掌握烷烃的同分异构和命名方法2．掌握乙烷、丁烷的异构现象及其优势构象3．了解烷烃的物理性质及其变化规律4．熟悉烷烃的化学反应类型及卤代反应机理。[目的要求]：3§1烷烃的同系列和同分异构现象一、烷烃的同系列二、烷烃的同分异构现象三、碳原子和氢原子的类型4CnH2n+2烃环状烃饱和烃不饱和烃脂环烃芳烃开链烃CH4CH2CH3CH3CH3CH2CH3……CH2CH2一、烷烃的同系列1、分类：§1烷烃的同系列及同分异构现象烷烃：5一、烷烃的同系列§1烷烃的同系列及同分异构现象6凡是具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，物理性质则随碳原子数的增加而有规律地变化的化合物系列为～。2.同系列：相邻同系物在组成上相差一个恒定的结构增量。3.系差：一、烷烃的同系列§1烷烃的同系列及同分异构现象71.概念：具有相同的分子式，而结构不同的化合物互称同分异构体。§1烷烃的同系列及同分异构现象二、同分异构现象结构：分子中原子间相互连接的方式和次序，以及原子或基团在空间的相对位置。8§1烷烃的同系列及同分异构现象二、同分异构现象9§1烷烃的同系列及同分异构现象二、同分异构现象10COOHHCH3OHCOOHHH3CHOHOOCCHOHCH3立体异构11CH3CHCH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH2CH2CH3CH3CH32.推算简单烷烃的同分异构体（C7H16）①写出此烷烃的最长直链式。CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3②再写少一个C原子的直链，另一个C作为取代基。③再写少二个C原子的直链，另二个C作为取代基。CH3CHCH2CHCH3CH3CH3CHCHCH2CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3CH3CH3C2H5CH3CH2CCH2CH3CH3CCH2CH2CH3CH3CH3CH3CH3§1烷烃的同系列及同分异构现象二、同分异构现象12CH3CCH3CH3CHCH3CH3④类推，再写少三个C原子的直链。不重复的只能写出9个§1烷烃的同系列及同分异构现象二、同分异构现象13伯碳：又称第一碳，用1℃表示，与一个C原子直接相连。仲碳：又称第二碳，用2℃表示，与二个C原子直接相连。叔碳：又称第三碳，用3℃表示，与三个C原子直接相连。季碳：又称第四碳，用4℃表示，与四个C原子直接相连。CH3CH2CH2CH2CH31。2。1。2。2。CH3CCH3CH3CHCH3CH33。4。1。1。1。1。1。§1烷烃的同系列及同分异构现象3.碳原子的类型二、同分异构现象14一、普通命名法§２烷烃的命名二、烷基的系统命名法三、系统命名法(重点)15一、普通命名法1.直链的烷烃（没有支链）叫做“正某烷”。用甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸表示，十以后用大写数字表示，十一、十二、……§２烷烃的命名一、普通命名法CH4甲烷CH3CH2CH2CH3正丁烷CH3（CH2）10CH3正十二烷162.含支链的烷烃为区别异构体，用“正”、“异”、“新”等词头表示。一、普通命名法§2烷烃的命名正戊烷“正”：表示直链异戊烷“异”：表示含CH3CHCH3新戊烷“新”：表示含CH3CCH3CH3171.烷基的命名烷基用R表示，通式：CnH2n+1。乙基：CH3CH2-(Et)甲基：CH3-(Me)；丙基：CH3CH2CH2-(n-Pr)丁基：CH3CH2CH2CH2-(n-Bu)还要掌握：异丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、异戊基、新戊基、叔戊基等。二、烷基的系统命名法§2烷烃的命名二、烷基的系统命名法18二、烷基的系统命名法§2烷烃的命名19§2烷烃的命名三、烷烃的系统命名法(重点)20三、烷烃的系统命名法§2烷烃的命名21c.含有双键和叁键的基团，可以认为连有两个或叁个相同的原子。＞C=O＞COO-OH＞-CHO＞-CH2OHa．原子序数大的为较优基团：I＞Br＞Cl＞S＞P＞O＞N＞C＞D＞Hb．第一个原子相同，按原子序数大小比较第二原子：(CH3)2CHCH2-＞CH3CH2CH2CH2-CH3CH2-＞CH3-CH3CHCH2CH2CH2CHCH3CH2CH2ClF次序规则：三、烷烃的系统命名法§2烷烃的命名22取代基名称位次和基之间用短线连接母体名称表示取代基的位次2，3，7—三甲基—6—乙基辛烷§2烷烃的命名三、系统命名法取代基数目23CH3CHCH2CH3CH2CH32-乙基丁烷①3—甲基戊烷1.下列化合物的系统命名法中哪些应予以改正[课堂练习]CH3CHCH2CHCH32,4--2甲基戊烷②CH3CH32,4—二甲基戊烷CH3CH2CH（CH2）7CH33--甲基11烷③CH33—甲基十一烷§2烷烃的命名三、系统命名法24CH3CH2CH2CCH2CH2CH34--二甲基庚烷④CH3CH3CH3CH2CH2CH-CHCH2CH2CH35--甲基--4--乙基辛烷⑤CH3CH2CH3CH3CH2CH2CHCH2CH2CH34--丙基庚烷⑥CHCH3CH34,4—二甲基庚烷4—甲基—5—乙基辛烷4—异丙基庚烷CH3CH2CH--CHCH2CH33,4--二异丙基已烷⑦CHCH3CH3CH3CHCH32,5—二甲基—3,4—二乙基已烷三、系统命名法(重点)§2烷烃的命名25§３烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构二、乙烷和丁烷的构象26§３烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构1.甲烷的构型HCHHH109。28'0.109nm一、C原子的四面体概念Stuart模型Kekule模型272Pz2Py2Px2S2P2S激发杂化SP32.C原子的sp3杂化C的电子构型：1S22S22P2§３烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构28§３烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构293、σ键：沿键轴旋转，它的形状和位相符号不变。§３烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构30特点：①电子云沿键轴近似于圆柱形对称分布。②成键的两个原子可以围绕键轴旋转，而不影响电子云的分布。§３烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构314.用立体形状的楔形式表示HCHHHCHCH表示伸向纸的后方表示伸向纸的前方返回§３烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构32二、乙烷和丁烷的构象33(一)、乙烷的构象二、乙烷和丁烷的构象构象(Conformation)：由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方式34(一)、乙烷的构象1.构象的表示透视式：这种表示，每根键都看得很清楚，但相对位置不清楚。重叠式交叉式扭曼式：这种表示，键的相对位置比较清楚。重叠式交叉式二、乙烷和丁烷的构象352.重叠式与交叉式重叠式：所有的H原子都重叠在一起，靠的近，H与H原子的电子云排斥，内能高是不稳定的构象。(一)、乙烷的构象二、乙烷和丁烷的构象HHHHHHHHHHHH透视式：投影式：36交叉式：H与H原子交叉相隔60°，距离较远，拆力小，内能低，是较稳定的构象。(一)、乙烷的构象二、乙烷和丁烷的构象HHHHHHHHHHHH透视式：投影式：37构象的稳定性与内能有关。内能低，稳定；内能高，不稳定。内能最低的构象称优势构象。3、构象的稳定性(一)、乙烷的构象二、乙烷和丁烷的构象384.乙烷分子的位能变化曲线图(一)、乙烷的构象二、乙烷和丁烷的构象对位交叉式为优势构象39返回二、乙烷和丁烷的构象丁烷可看成是1,2-二甲基乙烷，沿C2，C3旋转，产生各种构象，典型构象有四种。(二)、正丁烷的构象40反交叉式CH3HHCH3HH全重叠式CH3HHCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHCH3HH部分重叠式顺交叉式1.四种特殊形式(二)、正丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象412.正丁烷分子的位能变化曲线图(P.18图2-7)(二)、正丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象423.构象的稳定性比较：对位交叉式〉邻位交叉式〉部分重叠式〉全重叠式(二)、正丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象43§４烷烃的物理性质44一、烷烃的物理性质1.物质状态：常温常压下，1—4个C原子的烷烃为气体；5—16个C的烷烃为液体；17以上C原子的烷烃为固体。2.沸点（b.p）：①直链烷烃：直链烷烃的沸点随着分子量的增加，而有规律地升高。§４烷烃的性质②支链烷烃:相同C原子的烷烃，支链愈多沸点愈低。453.熔点（m.p）一、烷烃的物理性质§４烷烃的性质直链烷烃的熔点随着分子量的增加而升高。4.密度直链烷烃的密度随着分子量的增加而逐渐增大，但比水轻。5.溶解度烷烃不溶于水和其它极性较强的溶剂。烷烃溶于苯、乙醚和氯仿等非极性溶剂。46§5烷烃的化学性质一、稳定性三、卤代反应二、燃烧和氧化反应47一、稳定性§5烷烃的化学性质48二、燃烧和氧化反应1.完全氧化：产物是二氧化碳和水。§5烷烃的化学性质2.不完全氧化CH4++O2COH221/2+O2RH120~150℃锰盐R`COOH(R＞R`）3.催化氧化49§5烷烃的化学性质1.甲烷的氯代三、卤代反应CH4+Cl2HClCH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4+光25℃+++甲烷∶Cl2主产物10∶1一氯甲烷1∶4四氯甲烷CH4+Cl2强光CCl4HCl4+502.其它烷烃的氯代反应—伯、仲、叔氢原子的反应活性三、卤代反应+Cl2HCl+CH3CH3光CH3CH2Cl25℃+Cl2+CH3CH2CH3光CH3CH2CH2ClCH3CHCH3Cl57%43%氯代反应氢原子的反应活性：叔H＞仲H＞伯H（5∶4∶1）§5烷烃的化学性质25℃+Cl2+光36%64%CH3CHCH3CH3CH3CClCH3CH3CH2ClCHCH3CH336%64%513.烷烃与其它卤素的取代反应++CH3CH2CH2CH32%98%Br2127℃CH3CH2CH2CH2BrCH3CHCH2CH3Br溴代反应氢原子的反应活性：叔H＞仲H＞伯H（1600∶82∶1）卤素的反应活性：F2＞Cl2＞Br2＞I2三、卤代反应§2-5烷烃的化学性质52Cl2Cl2242.5KJ/mol+HH3CCH3H435.1KJ/molCH4+HCl+ClCH3++Cl2ClCH3CH3Cl+HCl+Cl2+HClH2CClCH2Cl2CH2ClCH2Cl+Cl4、卤代反应的历程链的引发阶段链的增长阶段…………三、卤代反应§2-5烷烃的化学性质53+HCl+Cl2+HCl2HCClCHCl3CHCl2+ClCHCl2+HCl+Cl2+HCl3CClCCl4+ClCCl3CCl3+Cl2+CH3CH3ClCH3ClCH3CH3Cl+CH3Cl4、烷烃的氯代反应历程链的终止：…………三、卤代反应54断裂键需吸收的能量：435.1+242.5=677.6KJ/mol(ΔH＞0)形成键放出的能量：-（431.0+351.5=-782.5KJ/mol(ΔH＜0)反应热ΔH=677.6-782.5=-104.9KJ/mol+ClCH3HClH3CClH+Cl435.1242.5351.4431.0三、卤代反应5、甲烷氯代反应的能量变化键能(KJ/mol)556、烷烃对卤代反应的相对活性与烷基自由基的稳定性1).游离基和稳定性次序3°Me3C·＞2°Me2CH·＞1°CH3CH2·＞CH3·2).解释①从键的离解能来分析+CH3H435.1KJ/molCH3HCH3CH2HCH2CH3+H410.0KJ/molCH3CH2CH2HCH2CH2CH3+H410.0KJ/molCH3CHCH3HCH3CHCH3+H397.5KJ/molCH3CCH3CH3HCH3CCH3CH3+H380KJ/mol②从活化能分析③从结构分析返回三、卤代反应56甲烷和氯游离基生成一氯甲烷反应的能量曲线图三、卤代反应6、烷烃对卤代反应的相对活性与烷基自由基的稳定性57习题1、将下列化合物按沸点由高到低排列a.3,3－二甲基戊烷b.正庚烷c.2－甲基庚烷d.正戊烷e.2－甲基己烷cbead2、下列哪一对化合物是等同的？（假定碳-碳单键可以自由旋转。）a.HBrB