有机化学-Cp02-烷烃PPT课件

§4 烷烃的化学性质
H
CH3CH2 H
C C H CH3 CH3
Ed (kJ / mol) CH3CH2 + H 410.0 CH3 + CH3 376.6
一、氧化反应 （Oxidation reaction）
CnH2n+2
+
3n+1 2
O2
点燃
n CO2 + (n+1) H2O + 热能
二、热裂反应（Pyrolysis reaction）
HH
HHH
HHHH
HCCH HCCCH HCCCCH
HH
HHH
HHHH
HH HC
H
H C HH C CH HH
构造简式
CH3–CH3 CH3CH3
CH3–CH2–CH3 CH3CH2CH3
键线式
CH3–CH2–CH2–CH3 CH3CH2CH2CH3
CH3 CH3–CH–CH3
CH3CH(CH3)2
第二章 烷 烃
Chapter 2 Alkanes
【基本要求】
➢ 掌握烷烃的结构及结构表达 ➢ 学习碳的 sp3 杂化 ➢ 熟练指出碳原子、氢原子的类型 ➢ 掌握烷烃、烷基的命名 ➢ 掌握烷烃的卤代反应及其历程 ➢ 了解过渡状态理论
【重点难点】
➢ 碳的 sp3 杂化，烷烃的结构及结构表达 ➢ 烷烃、烷基的命名 ➢ 烷烃的卤代反应及其历程
二、烷基及其命名 烷基（alkyl）——烷烃（alkane）分
子去掉氢原子后剩下的原子团
CH3
CH3CH2
CH3CH2CH2 CH3 CH
CH3 CH3CH2CH2CH2
CH3 CH2 CH
CH3 CH3 CH CH2
CH3 CH3
CH3 C
CH3
甲基
methyl
乙基
ethyl
（正）丙基 n-propyl
1、物态 2、沸点 3、熔点 4、相对密度 5、溶解性
CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
沸点 / oC 熔点 / oC
36.1
–129.7
.
CH3 CH CH2 CH3 CH3
27.9 –159.9
沸
点 、 熔 点 、 密
直 链 烷 烃 的
度
CH3
CH3 C CH3
CH3
9.5
◎ 2006–/014/620.6
异丙基
isopropyl
（正）丁基 n-butyl
仲丁基
sec-butyl
异丁基
isobutyl
叔丁基
tert-butyl
.
Me Et n-Pr i-Pr n-Bu s-Bu
i-Bu
t-Bu
CH2
亚甲基
CH2CH2
1,2-亚乙基
CH
次甲基
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三、系统命名法
四、IUPAC法
1、命名原则
CH3 CHCH2CH(CH3)2
C2H5
2 – 甲基 – 4 – 乙基 – 5 – 1‫׳‬1,‫ – ׳‬二甲基丙基癸烷
4 – ethyl – 2 – methyl – 5 – (1,1 – dimethylpropyl)decane
§3 烷烃的物理性质
取向力、诱导力、
物理性质 决定 分子间作用力： 色散力 及 氢键 等
CH3
练习2-7：写出异戊烷一氯代反应的产物，并预计各产物
所占的比例 CH3
CH CH2
CH3
Cl2
光, 25 oC
CH3
◎
§5 烷烃卤代反应历程
一、反应历程 （反应机理，Reaction Mechanism） 化学反应所经历的途径或过程
二、甲烷的氯代历程 1、实验事实
➢ 在室温、暗处不发生反应 ➢ 高于 250 oC 发生反应，加入少量引发剂可使反应在较低的
第二章 烷 烃 Chapter 2 Alkanes
.
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可燃冰 natural gas hydrate
(CH4)8 • (H2O)46
我国南海北部 .
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第二章 烷 烃 Chapter 2 Alkanes
烃 hydrocarbon
carbon 碳 hydrogen 氢
.
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构象之间的位能关系
H 0.250 nm
H H
CC
H
H
H
H 0.229 nm H
CC
H
H
H
H
RH = 0.120 nm
乙烷分子的 C—C 键旋转的位能图
练习2-3：请画出丙烷的典型构象，并分析它们的位能关系
.
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动画
3、丁烷的构象
12
3
4
H3C CH2 CH2 CH3
➢ 容易发生多卤代
CH4
Cl2
h
CH3Cl
Cl2
h
CH2Cl2
Cl2
h
Cl2
CHCl3 h
CCl4
.
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➢ 卤代反应的选择性
——区域选择性（regioselective）
Cl
CH3CH2CH3
Cl2
光, 25 oC
CH3CH2CH2Cl
1-氯丙烷
+
CH3CHCH3
2-氯丙烷
+
HCl
十二，……等表示
CH区3 在别C‘异H2某构正烷体CH己’2 烷前C面H2加上CH‘2正C’H、3 ‘异CH’3、CC‘H新3 C’H等2 词C头H3来
n-hexane
CH3 新己烷
CH3 CH CH2 CH2 CH3
neohexane
CH3 异己烷 i-hexane
CH3 CH CH CH3
CH3 CH3 ？己烷
练习2-5：用系统命名法 和 IUPAC 命名法命名下列化合物
(CH3)2CHCH2CH2CH(C2H5)CH2CH(CH3)2
2,7 – 二甲基 – 4 – 乙基辛烷
4 – ethyl – 2,7 – dimethyloctane
3 – 甲基 – 4 – 乙基己烷
CH3 CH2 CH CH CH2 CH2 CH3 3 – ethyl – 4 – methylhexane
——具有一定构型的分子，由于单键的旋转 导致分子中非键连的原子或原子团之间相对位置 不同而产生的各种不同的空间形象
乙烷（ethane） H3C CH3
丁烷（butane） H3C CH2 CH2 CH3
动画
2、乙烷的构象
H3C CH3
交叉式构象（Staggered conformation）
球棒模型
CH3
H
H
H3CH
CH3 H3CCH3
CH3
H3CH
H3C
H
H
CH3
H
H H3C
CH3
H
H H
H
HH
H
H
HH
H
H
H
H H
H CH3
对位交叉式
邻位交叉式
邻位交叉式
部分重叠式
全重叠式
部分重叠式
练习2-4：画出丁烷各典型构象的楔形式 和 透视式
.
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丁烷分子的 C2—C3 键旋转的位能图
43 %
57 %
CH3
CH3 CH
Cl2
光, 25 oC
CH3
CH2Cl CH +
CH3 CH3 C Cl
+
HCl
CH3
CH3
CH3
2-甲基-1-氯丙烷 2-甲基-2-氯丙烷
64 %
36 %
各类氢的数目
产物比例
各类氢的活性
氯代反应相对活性：3o H︰2o H︰1o H = 5︰4︰1
溴代反应相对活性： 3o H︰2o H︰1o H = 1600︰82︰1
CH3 CH2 CH3 460 oC CH3 CH CH2 + CH2 CH2 + CH4 + H2
三、卤代反应 （Halogenation reaction）
C H + X2
C X + HX
1、特点
➢ 反应条件：光照（hv） 或 加热
➢ 卤素（X2）的相对反应活性： F2 >> Cl2 > Br2 >> I2
2、构造异构 练习2-1：写出庚烷（C7H16）的所有构造异构体
3、碳原子 和 氢原子的分类 1oC，2oC，3oC，4oC 伯仲 叔季 1oH，2oH，3oH
练习2-2： 指出下列分子中碳原子和氢原子的类型
CH3
CH3
CH3 1o
C 4o
CH2 CH
2o
3o
CH3
.
CH3
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Csp3 Csp3 键
轴对称，成键的两个碳原子可以围绕键轴自由旋转
甲烷分子的形成
H
CH
H H
乙烷分子的形成
H
H
C
H H
.
C
H H
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有机分子结构的三个层次：构造、构型 和 构象
三、烷烃的构造
1、构造（constitution） ——分子中原子相互间结合的次序和方式
凯库勒式
【构造式】
温度下进行 ➢ 在室温、光照下发生反应 ➢ 在光照下反应时，吸收一个光子就能产生几千个氯甲烷分子
➢ 如体系中有氧气存在，则反应有一个诱导期，诱导期的长短 与氧气的量有关
电子跃迁
Hale Waihona Puke 杂化2px12py12pz
2px12py1 2pz1
sp3 sp3 sp3 sp3
2s2
2s1
z
z
z
z
+
y
x– y
+
–
+x
x
x
+
y
y–
2s 轨道
2px 轨道
2py 轨道
2pz 轨道
2、 sp3 杂化轨道
杂
1）组成
化
3）空间取向
每个 sp3 杂化轨道含： ¼ s 成分 ¾ p 成分
2）形状
–
CH3 CH CH CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
2,3,5 – 三甲基 – 4 – 丙基庚烷
CH3CHCH2CCH2CH2CH2CHCHCH3
2,3,5 – trimethyl – 4 – propylheptane CH3 CH3
CH3
CH3
2,3,7,7,9 – 五甲基癸烷
CH3CH2 C CH(CH2)4CH3 2,3,7,7,9 – pentamethyldecane
Br
CH3CH2CH3
Br2
光, 127
oC
CH3CH2CH2Br
1-溴丙烷
+
CH3CHCH3
2-溴丙烷
+
HBr
3%
97 %
CH3
CH3 CH
Br2
光, 127 oC
CH3
CH2Br CH +
CH3
CH3 C Br
+
CH3
CH3
CH3
2-甲基-1-溴丙烷 2-甲基-2-溴丙烷
<1%
> 99 %
HBr
烷烃卤代反应的选择性： 3o H﹥2o H﹥1o H Br2﹥Cl2
2、应用 制备 一氯代烷 或 一溴代烷
练习2-6：选择合适的卤化试剂完成下列制备，为什么？
CH3
CH3 CH CH2
CH3
X2
CH3 CH3 C CH2 CH3
X
CH3
CH3 C CH3
X2
CH3 CH3 C CH2X
CH3
C H
H
H
H
109 o28'
H
0.109 nm
CH H
H
凯库勒模型 (球棒模型) 动画
斯陶特模型 (比例模型)
.
基态碳原子的 核外电子排布
1s2 2s2 2p2
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二、杂化轨道理论 1、碳原子的 sp3 杂化
基态碳原子的 核外价电子排布
激发态碳原子的 核外价电子排布
sp3杂化态碳原子的 核外价电子排布
构象表示式
HH CC
HH HH
C
HH H
H
HH HH
HH HH
H H
楔形式
透视式
.
H
H
H
H
H
H
纽曼投影式
Newman 式
2006/04/20
重叠式构象（Eclipsed conformation） 球棒模型
H
H
H
HH
构象表示式
CC
HH H
H H
H H
H
H
H H
H H
楔形式
透视式
纽曼投影式 Newman 式
.
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4、其它直链烷烃的固态构象
H HH HH HH H
H
C
C
C
C
C
C
C
C
H
H HH HH HH H
.
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◎
§2 烷烃的命名
一、普通命名法
烷烃
直链烷烃 支链烷烃
1、命名原则：
根据烷烃分子中碳原子的数目称作‘某烷’。碳原子数
目
用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、
四、烷烃的构型
1、构型（configuration）
——具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况
sp3 杂化的碳原子：具有四面体构型
109.5o
0.110 nm
2、构型式
H
H
CH HH
透视式
CH
H
H
楔形式
0.154 nm
H
H
H
CC
H
H
H
楔形式
H
C H HH H
C
H
锯架式
◎
五、烷烃的构象
1、构象（conformation）
碳 氢 化合物
烷烃：CnH2n+2 CH4 ，C2H6 ，C3H8 ，C4H10 ，……
H
HH
HHH
HCH HCCH HCCCH
H
HH
HHH
同系列
同系物
系列差 CH2
HHHH
HHH
HCCCCH HC C CH
HHHH
HH C HH
H
同分异构现象
§1 烷烃的结构
一、甲烷的结构
H
CH4
H HCH
1）直链烷烃，根据碳原子数叫‘某烷’
2）支链烷烃则作为直链烷烃的烷基取代衍生物来命名
选择主链：确定母体名称。根据主链碳原子数称为“某烷”
编号：给主碳链原子编号，以标明取代基的位次
遵循“最低系列”原则
书写要求：取代基在前，母体名称在后
取代基按“顺序规则”排序，“较优”基团列后
2、举例
CH3
CH2CH3
+ 对称轴
+
––
+