化学第二章PPT

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1200 1800
CH 3 H H H
2400 3000
CH 3 H
CH 3 H H
优势构象 H H
CH 3
3600
600
旋转角度
⑶ 环己烷的构象
环己烷分子中是六个碳原子不共平面的无张力环,每个
碳原子均为sp3杂化,键角为109.5°。 键角偏离109°28’越多,角张力越大;这种张力具 有力图恢复正常键角的趋势。 环己烷分子中的六个碳原子可以有如下两种保持正 常C-C-C键角的极限构象,即船式与椅式:
分子中原子或官 能团的连接顺序 或排列方式不同
互变异构 顺反异构 构型异构 对映(旋光)异构 构象异构
立体异构
分子中原子或官能团的连接 顺序或方式相同,但在空间 的排列方式不同。
⒈构造异构现象
同分异构体:是指分子式相同,构造不同的化合物。 这种现象称为构造异构现象。
⑴ 烷烃的碳链异构
由于分子中碳架不同而引起的同分异构现象称为 碳架异构或叫碳链异构。
0.233nm
H H
H H
H C H
0.255nm
远,且与相邻碳所连的碳骨架碳 如:R=-CH3时,e键构象占95﹪; 架处于邻位交叉式位置,无斥力。 R=-C(CH3)3时,e键构象占99.9﹪。
两条规律:
① 环己烷多元取代物最稳定的构象是e键上取代 基最多的构象;
② 环己烷的环上有不同取代基时,大的取代基
C3
三 左
三 右
椅式构象中C-H键的顺反关系
H H H H H H H H H H H H
相邻碳上的a键和e键为顺式
两个相邻的a键(或e键)为反式
转环作用:一个椅式构象的环己烷,可以通过碳碳单键
的旋转变成另一种椅式构象,叫做转环作用。
X
X
由一种椅式构象变为另一种椅式构象,在互相转变中,原 来的a键变成了e键,而原来的e键变成了a键。但上、下关 系没变。 当六个碳原子上连的都是氢时,两种构象是同一构象。 连有不同基团时,则构象不同。
③ 写出减少二个碳原子的碳链作为主链,并将减少下来 的那两个碳原子作支链(即两个-CH3,或一个-CH2CH3) 连接到主链上,依次变换支链位置:
CH3CH CHCH2CH3 CH3CHCH2CHCH3 CH3CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3CH2CHCH2CH3 CH3CCH2CH2CH3 CH3CH2CCH2CH3 C2H5 CH3 CH3
离域键: 电子云不是局限在C1—C2和C3—C4之间,而是扩展 或离域到所有碳原子周围,形成一个整体键,称大键或 共轭键。例: 1,3﹣丁二烯分子; 定域键: 电子云局限在两个碳原子之间的键。例:乙烯分子。
共轭分子: 有单、双键交替排列的分子称共轭分子。 三个或三个以上δ键直接相连的原子共平面, 每个原子上还有一个p轨道相互平行重叠而成的大π键。
椅式构象的两种类型C-H键:直立键和平伏键
椅式构象中的碳氢键可以分为两类,6个碳氢键与分
子的对称轴平行,叫做直立键或a键。 另外6个碳氢键指向环外,与直立键成109°28′的角, 平伏着向环外伸展,叫做平伏键或e键。
a键 (axial bond) 竖键, 直键, 直立键
三 上 三下
e键 (equatorial bond) 横键, 平键, 平伏键
电子离域:
.
.
CH CH2
三个以上相连共平面原子的P轨道相邻侧面交盖, P轨道上的电子(π电子)并不定域在某两个碳原子之 间,而是扩展到整个大π键的几个碳上,这种电子的 扩散称为电子的离域。 即:共轭体系中,成键原子的电子云运动范围扩大 的现象。 电子离域亦称为键的离域。电子离域使共轭体系能 量降低。
杂化轨道类型
烷烃中所有碳原子皆采取sp3杂化,4个sp3杂化轨道在空间呈正四 面体分布。
分子链形状
由于4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体分布,烷烃中键角为 109.5°,故长链烷烃的分子链不是直线,而是折线。
(2)烯烃的结构
2px 2py 2pz
2s
激发
2s
2px 2py 2pz
激发态
基态
杂化
sp2
在e键上的构象最稳定。
② 二元取代环己烷的构象 二取代环己烷存在顺反异构体,两个取代基在 环的同侧为顺式,在环的异侧为反式。 例如1,2-二甲基环己烷就有顺式和反式两种构型:
反-1,2-二甲基环己烷的构象:
顺-1,2-二甲基环己烷的构象:
在反-1,2-二甲基环己烷的优势构象中,两个甲基都处 于e键,而在顺-1,2-二甲基环己烷的任一构象中,只有一个 甲基处于e键,所以反-1,2-二甲基环己烷比顺-1,2-二甲基 环己烷稳定。 顺式:a,a型 e,e型 又如:1,3-二甲基环己烷 反式:e,a型 优势构象
60°
60°
全重叠式
顺交叉式
CH 3 H
CH 3 CH 3 H H H H
CH 3 H H H H CH 3
② 正 丁 烷 能 量 曲 线
H3C H
H H
18.8kJ.mol
-1 -1
15.9kJ.mol
E
3.7kJ.mol-1
CH 3 H
优势构象 H H
CH 3
00
H H3C
H
CH 3 H H H
反-1,2-二甲基环丙烷
CH3
H 顺-1,4-二甲基环己烷 cis-1,4-dimethylcyclohexane
H
反-1,4-二甲基环己烷 trans-1,4-dimethylcyclohexane
四、脂肪烃的命名
⑶ 炔烃的结构
2Py 激发 2Py 杂化 2Py
2Px 2Pz
2S 2S
2Px
2Pz
SP
2Pz
一个sp 杂化轨道
二个sp 杂化轨道
碳碳三键及炔烃分子的形成:
①两个SP杂化的碳原子各以一个SP轨道互相重叠 形成一个C-Cσ键。
②每个碳原子未杂化的2Py、2Pz与另一个碳原子 未杂化的2Py、2Pz两两相互从侧面重叠形成两个互 相垂直的π键。这两个π键的电子云分布好象是围 绕两个碳原子核心连线的圆柱。 ③两个SP杂化的碳原子各 以另一个SP轨道与其它原子
H
C
C
H
C
C
H H
C1-C2π键 C3-C4π键
2p–2p 交盖
H
H
C2-C3: 2p–2p 部分交盖
1,3–丁二烯的π键构成
分子中的单双键已不是 普通的单双键
. . . .
CH2 CH CH CH2
1,3–丁二烯的π键
4个π电子离域在4个 C原子的P轨道上。 π电子的离域降低了 体系的能量。
⑵ 共轭体系 . 1,3–丁二烯分子中4个碳原 . 子间有3个δ键将4个碳原子连 结在一个平面内,4个碳原子的 CH2 CH P轨道都“肩并肩”两两互相重 叠形成一个整体。
推算简单烷烃异构体数目的方法(以C7H16为例):
① 写出最长的碳链做主连:
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3
② 写出减少一个碳原子的碳链作为主链,并将减少下来 的那个碳原子当作支链即取代基-CH3,连接到主链 上,依次变换支链位置:
CH3CHCH2CH2CH2CH3 CH3
CH3CH2CHCH2CH2CH3 CH3
H
H H C CH CH2
H
H
丙烯分子中的超共轭 这种涉及到σ轨道与π轨道参与的电子离域作用称为超共 轭效应, 亦称σ,π -共轭效应。超共轭效应比π,π-共轭效 应弱得多。另外,还有p,π–共轭体系、σ,p-超共轭体系等。
⒊烷烃和环烷烃的构象
构象:由于单键键轴的旋转而产生的分子中原 子或原子团在空间的不同排列方式;其中内能 最低、稳定性最大的构象叫做优势构象。 ⑴ 乙烷的构象
小 结:

环己烷有两种极限构象(椅式和船式),椅式为优势 构象。 环己烷一取代物以取代基处于e-键上的最稳定。


含相同的多个取代基的环己烷,最稳定的构象是e-取 代基最多的构象。
环上有不同取代基时,大的取代基在e-键上的最稳定。

三、脂肪烃的同分异构现象
碳链异构
构造异构
位置异构 官能团异构
同 分 异 构
CH3 CH3
}
无顺反异构
⑵ 环烷烃的顺反异构现象
环烷烃分子中,由于碳环上的C—C σ键不能自由旋 转,所以当两个成环碳原子各自连有两个不同的原子或 基团时,就会产生顺、反异构体现象。如:
CH3 H CH3 H H CH3
CH3 CH3 H CH3 H
CH3 H
顺-1,2-二 甲基环丙烷
CH3 CH3
⑷ 取代环己烷的构象
两种可能构象:取代基处于a键 ① 一元取代环己烷的构象 取代基处于e键 优 势 构 象:取代基处于e键
取代基处于e键为
优势构象的原因:
a键上的取代基和环同一边相邻
的两个a键氢原子距离较近,且 与相邻碳所连的碳骨架碳架处于 邻位交叉式位置,存在较大的斥 力;而e键上的取代基和环同一 边相邻的两个a键氢原子距离较
④ 依次类推写出减少三个碳原子的碳链作为主链, 分别用三个-CH3,或一个-CH3和一个-CH2CH3, 或一个—CH2CH2CH3,或一个异丙基—CH2(CH3)2 作为取代基:
CH 3 CH3C CHCH 3
CH 3 CH 3
随着碳原子数的增加,异构体的数目增加很快:
C 原子数 异构体数 6 5 7 …… 9 …… 10 75 …… …… 13 802 …… …… 25 3679 万多个 …… ……
碳链异构
⑵ 不饱和烃的构造异构
位置异构
官能团异构
碳链异构
(CH3)2C = CH2
C4H8
CH3CH2CH = CH2
位置异构
CH3CH = CHCH3
官能团异构
⒉顺反异构现象
⑴ 烯烃的顺反异构现象
连接双键的两个碳原子分别连有两个不同的原子或 原子团时,就会出现顺、反两种异构体。
a C b C d c a≠ b c≠ d
2pz
sp2的特点 ① sp2杂化轨道的形状与sp3类似, 呈葫芦型 ②能量介于s和p轨道之间; ③方向性:三个sp2杂化轨道以C原 子为中心,分别指向正三角形的三 个顶点。 ④剩余的未参与杂化的p轨道,垂直 于三个sp2杂化轨道所在的平面。 ⑤电负性:sp2 >sp3
乙烯的形成
象这种以“肩并肩”的形式在侧面相互交盖而形成 键,叫做π键。π键的成键电子称为π电子。 π键的特点: ① π键的电子云分布在平面的上下方; ② π键不能作相对旋转, ③ π键键能较小,易断裂; ④π电子云易流动,易极化。
第 二 章
脂肪烃的结构、同分异构 和命名
(4学时)
一、烃的分类
烃:由碳和氢两种元素组成的有机化合物
(也叫碳氢化合物)
二、 脂肪烃的结构
⒈碳的轨道杂化和烷、烯、炔的结构
(1)烷烃的结构
2s
2px 2py 2pz
激发
2s
2px 2py 2pz
激发态
基态
109.5o
杂化
3
sp
甲烷的形成及结构
H H C H H
共轭体系:
共轭体系的结构特点: ①构成共轭体系的原子必须在同一平面内,p轨 道的对称轴垂直与该平面。 ②键长趋于平均化 ③体系的能量降低,提高了体系的稳定性。
1,3-丁二烯分子就是典型的共轭体系,其π电子是离域 的。由π电子离域所体现的共轭效应,称为π,π-共轭效应。
H
超共轭:
C H H C H C
船式
椅式
环己烷的椅式构象最稳定
椅式构象较稳定的原因:
①船式构象中相邻碳上的碳氢键全部为重叠式构象,存在
扭转张力,而椅式构象中相邻碳上的碳氢键全部为交叉式
构象,没有扭转张力。
3 2 1 4 5 6 3 2 4 5 6 1
1 2 3 4 5 6
4
H
5 3 6 2
H
1
②船式构象中船头碳原子C1和C4上的氢原子距离较近,斥力较 大。而椅式构象中C1和C4上的氢原子距离较远,斥力较小。
a C b
H C C CH3
a C b
如:2-丁烯有两个:
CH3 C H C H CH3
有顺反异构
CH3
H
顺-2-丁烯
反-2-丁烯
若与双键相连的两个碳原子中有一个带有两个相 同的原子或原子团,则这种分子就没有顺、反异构体。 如:
Baidu Nhomakorabea
a C C a
CH3
a
无顺反异构
b
H
C C H
H
}
无顺反异构
CH3CH2 C C H
或基团形成σ键即炔烃。
⒉ 1,3–丁二烯的结构和共轭体系
⑴ 1,3–丁二烯的结构
H H H
122.4
0.108nm
H H

C nm C .
0 137
0.147nm
C C
119.8

H
1,3–丁二烯的结构示意图
4个 C 原子都是 sp2 杂 化,所有的原子 (4个C原子和6个H原子10 个原子) 共平面。 键角:120°。
重叠式
交叉式


的 构 象
球棍模型

H H
势 H
H
投影式

H 象
H H
H H
透视式
H H
H
⑵ 正丁烷的构象 ①正丁烷的 典型构象
优 3 CH H 势 H 旋转 构 H H 60° 象 3 CH
CH3 H H H H CH3
反交叉式
CH3 CH3 H H H H
部分重叠式
CH3
旋转
CH3 H
旋转
H H H
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