烷--烃

第二章烷烃6了解烷烃的来源和用途。1掌握烷烃的同分异构现象及命名方法；2掌握烷烃的结构及杂化轨道理论；4理解烷烃的物理性质；5掌握烷烃的化性；教学要点：3掌握楔型式、锯架式、纽曼式等几种表示构型和构象的方法；第一节烷烃的同系列及同分异构现象烃碳氢化合物根据烃分子中碳原子间连接方式可分为：烃开链烃饱和烃：烷烃不饱和烃：烯烃炔烃脂环烃芳香烃环状烃（脂肪烃）烷完全饱和烷烃饱和烃烷是饱和的意思。烃分子中碳原子之间以单键连接，碳原子的其余化合价完全为氢原子所饱和。CH4CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3一.烷烃的同系列同系列：结构相似，组成上相差一个或多个CH2，并具有同一通式的一系列化合物称为同系列。通式：CnH2n+2同系物：同系列中的各化合物互称为同系物。同系列的系差：相差一个或若干个CH2原子团CH3CH2CH3增加一个CCH3CH2CH2CH3二.烷烃同分异构现象CH3CHCH3׀CH31.构造：指分子中原子互相连接的方式和次序。构造异构体：分子式相同，而构造不同的化合物称为构造异构体。引起原因：碳架异构形成的化合物：碳架异物2.C数越多，异构体数目越多。3.正确推导和书写构造异构体的步骤例C6H14构造异构现象：(上面)这种现象称为构造异构现象。(3)再写少二个C原子的直链，把这二个C作为二个支链或当作一个支链(乙基)，分别取代氢原子。不重复的只能写出5个。⑤⑥⑦⑧⑨⑩C-C-C-CC-C-C-CC-C-C-CC-C-C-CC-C-C-CC-C-C-CCCCCCCCCCCCC(1)写出此烷烃C6H14的最长直链式。C-C-C-C-C-C①.(2)再写少一个C原子的直链，把那个C作为支链，依次取代直链上各个碳原子的氢。C-C-C-C-CC-C-C-C-CC-C-C-C-CCCC②③④CH3CH2CH2CH2CH2CH3;CH3CHCH2CH2CH3;׀CH3(4)以此类推。(5)碳链写好，再补上氢原子。CH3CH2CHCH2CH3;CH3CH–CHCH3;׀׀׀CH3CH3CH3CH3׀CH3CH2CCH3׀CH33、烷烃构造式的书写方法构造式CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3CH3-C-CH2-CH3CH3CH3结构简式CH3CH2CH2CH2CH2CH3或CH3(CH2)4CH3(CH3)3CCH2CH3键线式碳干式C-C-C-C-C-CC-C-C-CCC随着分子中碳原子数目的增加，同分异构体的数目也增加。碳原子数45710111520异构体数239751594347366319CH3CH3׀׀CH3–C–CH2–CH–CH2–CH3׀CH3碳原子类型伯碳原子(又称一级碳原子)，用1º表示.1º仲碳原子(又称二级碳原子)，用2º表示.2º叔碳原子(又称三级碳原子)，用3º表示.3º季碳原子(又称四级碳原子)，用4º表示.4º氢原子类型伯氢原子仲氢原子叔氢原子一.几个基本概念(1)碳原子和氢原子类型2-2烷烃的命名(2)烃基：烃分子中去掉一个氢原子后剩下的基团，常用R表示。亚烃基:烃分子中去掉两个氢原子后剩下的基团。CH3–CH–;CH3–CH–CH2–;CH3–CH2–CH–;׀׀׀CH3CH3CH3异丙基异丁基仲丁基比较：CH׀CH3–CH–׀CH3叔丁基烷基名称烷烃取代基名称CH4—CH3甲基Me—CH3CH3—CH2CH3乙基Et—CH3CH2CH3—CH2CH2CH3丙基n-Pr—（丙烷）—CH(CH3)2异丙基i-Pr—CH3(CH2)2CH3—(CH2)3CH3丁基n-Bu—（丁烷）—CH(CH3)CH2CH3仲丁基s-Bu—(CH3)2CHCH3—CH2CH(CH3)2异丁基i-Bu—（异丁烷）—C(CH3)3叔丁基t-Bu—(3)次序规则(a)与母体相连的原子按原子序数大小排列(大的排在前面)。原子序数相同(同位素)，则按原子质量大小排列。IBrClSP……DH(b)与母体相连的第一个原子相同时，则比较与第一个原子相连的第二个原子，仍按原子序数的大小排列；若第二个原子也相同，则比较第三个原子，依次类推。CH3׀CH3C–CH3CH2CH–CH3CH–CH3CHCH2–׀׀׀׀CH3CH3CH3CH3(c)含有双键和叁键的基团，可以认为连有两个或三个相同原子。C(C,C,C)C(C,C,H)C(C,C,H)C(C,H,H)C(C,H,H)C(H,H,H)H׀–C=OH׀看作–C—O׀׀(O)(C)–C≡CH(C)H׀׀看作–C–C–(C)׀׀(C)(C)即C(O,O,H)即C(C,C,C)–C≡N看作C(N,N,N)C(O,H,H)C(C,H,H)C(C,H,H)练习:①–CH2Br–CHO–CH2OHC(Br,H,H)C(O,O,H)C(O,H,H)②–CH2OH–CH2CHCH2F–CH2CHCH2C2H5׀׀CH3CH3C(C,C,H)C(C,C,H)C(F,H,H)C(C,H,H)原则:根据分子中碳原子的数目而称为“某烃”。碳原子数从一到十，以天干名称甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。自十一碳起用汉文数字表示。二.普通命名法直链烃。(1)正某烷：碳链的一端含有(CH3)2CH–而无其它支链烃。(2)异某烷：(3)新某烷：含有(CH3)3C–而无其它支链烃。己烷己烷己烷正CH3(CH2)9CH3CH3׀CH3(CH2)4CH3；CH3CH(CH2)2CH3；CH3CCH2CH3׀׀CH3CH3三.系统命名法(IUPAC命名法)1.烷烃的命名(1)直链烷烃：命名与普通命名法基本一致，只是把“正”字去掉。CH3(CH2)4CH3己烷异新正十一烷三、系统命名法（1）.选主链：选最长的、取代基最多的碳链作主链。CH3-CH2-CH-CH2-CH3CH-CH3CH3（2）.支链编号：从离取代基最近的一端编号，并满足最低系列原则。CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH-CH3CH2-CH3CH3CH3123456789987654321取代基位次：2,4,8取代基位次：2,6,8（3）取代基的位次和名称写在母体名称的前面，如果含有几个不同的取代基时，按“次序规则”将“较优”基团排在后面。如果含有几个相同的取代基，则在取代基前面加上二、三、四等数字来表示取代基的数目，其位次必须逐个注明，位次的数目之间要用“,”隔开。CH3CH2CH3CH3CH3CH2CCHCH2CH2CH33,3-二甲基-4-乙基庚烷（4）.书写CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH-CH3CH2-CH3CH3CH31234567892,8-二甲基-4-乙基壬烷取代基位次半字线取代基名称母体名称2,5-二甲基-4-异丙基庚烷系统命名法CH3CH2CH—CHCH2CH2CH3׀׀CH3CH2CH3CH3CH2CH—CH—CHCH3׀׀׀CH3CH2CH2CH3CH3(CH3)2CHCHCH2CHCH2CH3׀׀(CH3)2CHCHCH3׀C2H5CH3CH3CH3׀׀׀CH3CH2CHCHCH—CHCH3׀CH2C(CH3)34-甲基-3-乙基庚烷2,3-二甲基-4-乙基庚烷2,6-二甲基-5-乙基-3-异丙基辛烷2,2,5,6-四甲基-4-仲丁基庚烷12344321123454321CH3CH2CH2CH3׀׀CH3CH2CHCHCHCH2CH3׀C2H5CH3C2H5׀׀CH3(CH2)2CH—CH—CC2H5׀׀CHC2H5CH3CH33-甲基-4,5-二乙基辛烷4-甲基-3,3-二乙基-5-异丙基辛烷练习:也可写成①C2H5CH(CH3)CH(C2H5)CH(C2H5)C3H7②C3H7CH(i-C3H7)CH(CH3)C(C2H5)3注意：1、如果含有几个相等的最长碳链，则选择具有支链最多的最长碳链为主链。2、主链上碳原子的编号有几种可能时，则采取“最低系列”编号方法，既逐个比较两种编号中取代基位次的数字，最先遇到位次较低者定为“最低系列”。一、C原子的四面体概念第三节烷烃的构型HCHHH109。28'0.109nm构型:具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。凯库勒模型(球棒模型)斯陶特模型(比例模型)CH4二、碳原子的sp3杂化C原子基态电子排布：2211xy1s2s2p2p、、、有2个未成对电子，应该是二价的，但碳原子实际上是四价的.2s轨道的能量与2p较接近,2s上的1个电子可以激发到2pz空轨道上。z2p21s22s1x2p1y2p1z2p21s12s1x2p1y2p1z2p21s12s1x2p1y2p激发态的碳原子有4个单电子，但轨道能量不等。杂化形成4个能量相等的新轨道sp3轨道激发杂化sp3轨道示意图具有更强的方向性，能更有效地与别的原子轨道重叠形成稳定的化学键。每个sp3轨道，各含1/4s成份3/4p成份。sp3轨道的空间取向是指向正四面体的顶点。sp3轨道夹角是109°28′，使四个键角之间尽可能的远离。三、烷烃分子的形成+sp3ssp3-s++6+sp3sp3-sp3sp3σ键：沿键轴旋转，它的形状和位相符号不变。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。C-H：sp3-sC-C：sp3-sp3如正戊烷的碳链可以有下列几种形式：其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在一条直线上，而是曲折地排布在空间。这是烷烃碳原子的四面体结沟所决定的。如丁烷的结构：烷烃分子中各原子之间都以σ键相连接的，所以两个碳原子可以相对旋转，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下烷烃（液态）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。四、烷烃的立体结构的表示方法楔形透视式:把分子的比例模型横放在纸面上，就可根据原子在空间的排列位置写出其楔形透视式。实线：在纸平面上的键虚线：伸向纸平面后方的键楔形线：伸向纸平面前方的键楔前虚后实平面HHHHHHHHHH四、烷烃的立体结构的表示方法锯架透视式：把楔形透视式斜放在纸面上，两个C原子一放在前面，另一放在后面，楔形透视式中的虚线和楔形式在锯架透视式分别置在左和右方，一对向上，一对向下，最后将各基团和原子置于交叉位置上。锯架透视式所有键均用实线表示HHHHHHHHHHHH楔形透视式锯架透视式纽曼投影式把分子的凯库勒模型的锯架透视式或楔形透视式的C-C正面对着书写者，沿C-C键的轴线投影，以表示前面的碳原子及其键，以表示后面的碳原子及其键。HHHHHHHHHHHH构象：由于单键旋转而产生分子中的原子或基团在空间的不同排列。构型：具有一定构造的分子，其原子在空间的排列状况。构型与构象的异同：不同点：构型异构体可分离，有限个异构体。构象异构体不可分离，无数个异构体。相同点：均表示分子中原子在空间的排列方式。第四节烷烃的构象一般说来，在有同一构造而原子有不同空间排布的同分异构体中，凡能通过单键旋转而相互转化者，都属于不同构象，凡不能通过单键的旋转而转化者，都属于不同构型。一、乙烷的构象交叉式重叠式凯库勒模型锯架透视式纽曼式凯库勒模型HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH楔形式锯架式纽曼式交叉式构象重叠式构象HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH楔形式，锯架式与纽曼式的画法也适合于其它有机化合物乙烷交叉式构象与重叠式构象的表示方法两面角(扭转角)f单键旋转时，相邻碳上的其他键会交叉成一定的角度fHHf为0°时的构象为重叠式构象f为60°时的构象为交叉式构象f为0～60°时的构象为扭曲式构象HHHHHH289227HHHHHH249306非键合的两原子接近到相当于范氏半径之和时，二者间以弱的引力相互作用，体系能量较低；如果接近到这一距离以内，斥力就会急剧增大，体系能量升高。重叠式的能量大于交叉式能量。CC0.154nmHHHHHH0.229nm0.111nm排斥力氢原子的半径=0.120nm在乙烷的重叠式构象中，两个非键氢原子核间距最小，0.120nm2，非