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有 机 化 学,【学习要求】,能正确书写烷烃的构造异构体，掌握烷烃的,命名原则。,能用原子轨道杂化理论解释烷烃中,碳原子的构型,。,掌握,键,的形成、结构特点及,特性,。,掌握构象式（,纽曼式,和透视式）的写法。,掌握烷烃的物理性质（沸点，熔点，溶解度，比重等）存在的规律性的变化。,掌握烷烃的氧化，裂化，取代反应。,掌握烷烃的卤代反应、自由基反应的条件、,历程及自由基的稳定性。,1 几个基本概念,烃(Hydocarbons),饱和烃(Saturated hydrocarbons),链烷烃的通式(General formula),C,n,H,2n+2,同系列(Homologous series),同系物(Homologs),1.1,烃：只由碳氢两种元素组成的有机物；也叫碳氢化合物。,开链烃：碳原子相连成链状的烃，叫脂肪烃。饱和脂肪烃叫烷烃。,二、烷烃的同分异构现象,同分异构体：,具有相同分子式的不同化合物。,构造异构体：,具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺序不同而产生的异构体。,碳架异构：,由碳架不同引起的异构，称碳架异构。(属构造异构),开链烷烃的,构造异构,只有,碳架异构,正戊烷 异戊烷 新戊烷,三、伯、仲、叔、季碳原子,在烃分子中,仅与一个碳相连的碳原子,叫做,伯碳原子,（或一级碳原子，用1表示）,在烃分之中,仅与两个碳相连的碳原子,叫做,仲碳原子,（或二级碳原子，用2表示）,在烃分之中,仅与三个碳相连的碳原子,叫做,叔碳原子,（或三级碳原子，用3表示）,在烃分之中仅,与四个碳相连的碳原子,叫做,季碳原子,（或四级碳原子，用4表示）,例如：,C,H,3,C,C,H,2,C,H,C,H,3,C,H,3,C,H,3,1,2,3,4,C,H,3,1,与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子。,不同类型的氢原子的反应性能有一定的差别。,碳原子和氢原子的分类（重点),2 链烷烃的命名,1.习惯命名法（普通命名法）,2.系统命名法,3.衍生物命名法,4.俗名,一、,普通命名法：,甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸分别表示十个以下碳原子数目;碳原子数在十个以上的，用中文数字十一、十二、十三来表示;用“正(normal)、异(iso)、新(neo)”等字为前缀区分异构体，加上“烷”字即为全名。,正戊烷,异戊烷,新戊烷,二、系统命名法（IUPAC）,(International Union of Pure and Applied Chemistry),国际纯粹和应用化学联合会,直链烷烃系统命名与普通命名法相同，只是把“正”字取消,带有支链的烷烃则按以下命名规则命名,1、,基团(-yl)的概念,：烷烃分子中除去一个氢原子后余下的部分，以R-表示,(1)某基：,甲基(methyl),CH,3,-；,乙基(ethyl),CH,3,CH,2,-；,丙基,CH,3,CH,2,CH,2,-,(2)异某基：,异丙基,(CH,3,),2,CH-；,异丁基,(CH,3,),2,CHCH,2,-,(3)仲某基：,仲丁基,CH,3,CH,2,CH(CH,3,)-,(4)叔某基：,叔丁基,(CH,3,),3,C-,2、命名规则,：（重点）“三步曲”,(1)选主链：最长碳链。,等长时,取代基最多。,(2)编号：a:从离支链最近的一端开始编号；,b:“,位置和最小,”（以前）_“,最低系列,”规则（现在）,(3)写出名称：a:支链烷基名称和位置写在前；,b:小基团在前，大基团在后（,次序规则,）；,c:相同基团合并，以汉字二、三、四等标明数目。,注意：,(1).,数字与汉字间用“”隔开，数字间用“，”分开；,(2).,“某基”和“某烷”之间不能用“”隔开;,(3).,汉字二、三、四等不能用阿拉伯数字2,3,4等替换,最低系列原则,选择含取代基多的最长碳链,2,2,3,5 (),2,4,5,5 (),顺次逐项比较，,最先遇到位次最小者。,次序规则的主要内容,原子序数大的次序大，原子序数小的次序小，同位素中质量高的次序大。次序大的,为“,较优,”基团,后命名。,I Br Cl S P F O N C D H,如果原子团的第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子（第二个原子）的原子序数大小，其它依次类推。,含有双键或叁键的原子团，可以认为连有二个或三个相同的原子。,所以乙基和甲基相比，乙基为“,较优,”基团，因此,乙基应排在甲基之后命名,“”表示优先于。,4-甲基-3-乙基庚烷 （,）,3-乙基-4-甲基庚烷,（,）,三、衍生物命名法,该法是按照化合物由简到繁的原则，规定每类化合物,以最简单的一个化合,物为母体，而将其余部分作为取代基,来命名的。,四、有机化合物的俗名和简称,：,所谓俗名(trivial name)就是化学工作者根据化合物的来源、制法、性质,或采用人名等加以命名的。仅举几例：,CH,4 ,甲烷，沼气,石油醚,（,的烷烃混合物）,液体石蜡,（,的烷烃混合物）,凡士林,（,的烷烃混合物）,一、,碳原子的,sp,3,杂化：,1个s轨道和3个p轨道杂化后，形成4个完全相等的轨道，,这种轨道称为,sp,3,杂化轨道。,a,杂化轨道有更强的方向性；,b,四个,SP,3,杂化轨道完全等值；,c,四个键尽可能远离；,d,每两个杂化轨道之间的夹角都是,109,28,3.烷烃的结构,二,、,甲烷的,正四面体结构,键长：,0.110nm,键角：,109,28,sp,3,轨道和甲烷分子的形成,-键,-键:,杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的,C的四个sp,3,轨道,甲烷的C-H键,三、键：,成键电子云,沿键轴,方向,呈圆柱形对称重叠,而形成的键叫做,键,。,键的特点:,(1)电子云沿键轴呈圆柱形对称分布。,(2),可自由旋转,而不影响电子云重叠的程度。,(3)结合的较牢固。,因 C-H键,键能 415.3KJ/mol,C-C键,键能 345.6KJ/mol,碳原子都是,SP,3,杂化，,C-C 键为,SP,3,-SP,3,键,C-H 键为,SP,3,-S,键,烷烃分子中：,C-C-键,可绕键轴自由,旋转,乙烷分子中原子轨道重叠示意图,C-H -键,这是C原子能形成碳链和碳环的化学键的基础。,碳-碳单键的键长是0.154nm,键能为345.6kJ/mol。,四其它烷烃的构型,1）碳原子都是以SP,3,杂化轨道与其他原子形成键，碳原子都为,四面体,结构。,2）C-C键长均为0.154nm,C-H键长为0.109nm,键角都接近于109.5。,3）碳链一般是,曲折地,排布在空间，在,晶体,时碳链排列整齐，,呈锯齿状,，在,气、液态,时呈,多种曲折排列,形式（因键能自由旋转所致）。,五、烷烃分子的模型和表示方法,键线表示法：,楔形式,：,己烷,2-,甲基戊烷 乙烷,（3)模型：,Kekkule(凯库勒)模型：球和棍棒，表示原子和键；,stuart（斯陶特)模型：原子半径和键长的比例；,实线-键在纸平面上;,楔线-键在纸平面前;,虚线-键在纸平面后。,乙烷的凯库勒模型 斯陶特模型,4.烷烃的构象(Conformation)（重点）,构象：,构造一定,的分子，通过,单键的旋转,而引起的分子中各,原子在空间的不同排布,称为构象。,构象异构体(Conformers)：,由单键旋转而产生的异构体。,属于立体异构。,单键旋转会产生无数个构象，它们互为构象异构体。,室温下，异构体不能分离。,一、乙烷的构象：,构象,：围绕单键旋转所产生分子中的原子或基团在空间的不同排列。,1、,透视式,：,2、,纽曼投影式,：,交叉式,重叠式,画一个圆圈表示离眼睛较远的碳原子，圆圈上三等份圆周的短线表示这个碳原子上的三根键；,圆心表示离眼睛较近的碳原子，由圆心到圆周三等份的延长线表示这个碳上的 三根键。,从C-C单键的延线上观察：,纽曼投影式规则（重点）,3、构象的表示方法：,纽曼式（,Newman,）,楔形式,锯架式,球棒模型,4、,构象的稳定性,分析乙烷两个极端构象,排斥力最大 排斥力最小,内能高 内能低,非键连相互作用力：不直接相连的原子间的作用力。,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,。,其它构象的内能介于这两者之间。,乙烷不同构象的能量曲线图,能量最低的构象最稳定，最稳定的构象称为,优势构象,。,扭张力,扭转能,优势构象,丁烷的构象,二.丁烷不同构象的能量曲线图,稳定性：,对位交叉 邻位交叉 部分重叠 全重叠,优势构象,全重叠式,邻位交叉式,部分重叠式,对位交叉式,热力学能,/kJmol,-1,18.8,3.7,15.9,0,室温下含量/%,0,18,0,72,绕C-2和C-3之间的,键,旋转，形成的四种典型构象。,戊烷锯齿形（最稳定）,药效构象：药物受体一般只于药物多种构象中的一种结合，这种构象称为药效构象。,受体(receptor)：对特定的生物活性物质具有识别能力，并可选择结合的生物大分子。,多巴胺,（抗震颤麻痹药物）,1状态,：室温下，碳原子数：14 气态；517 液态；18以上 固,态。,C原子数越多，沸点越高。,同C原子的烃，支链越多，沸点越低,b.p,：正戊烷（36,0,C）异戊烷（28,0,C）新戊烷（9.5,0,C）,2 熔点,：,分子量越大，熔点越高。,对称性越好，熔点越高,。,m.p,：正戊烷（-129.7,0,C）异戊烷（-160,0,C）新戊烷（-17,0,C）,3溶解性,：易溶解于氯仿、乙醚、四氯化碳、苯的弱极性和非极,性溶剂，不溶于水和其他极性溶剂。,4密度,：随分子量增大而增高，但都小于1。,5.烷烃的物理性质,6.,烷烃的,化学性质（重点）,结构是决定性质的内在因素；同系物结构相似，因而化学性质也基本相似。,相对于其他有机物来说，,烷烃未含官能团而具有较大的化学稳定性。,一般情况下，烷烃和大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂,金属钠,等都不发生反应。,烷烃分子中只有,碳碳，碳氢,-,键,，,非极性键，,键能大,：C-C 347.3 kJ/mol，C-H 414 kJ/mol。,故十分稳定。不易发生异裂，,一般发生均裂,（如,高温、高压、光照、催化剂,条件下,）。,一、氯代,：在,日光(或紫外光),照射下，或,高温,下，烷烃分子中的氢原子能逐步被氯取代，得到不同的产物。如甲烷的氯代：,CH,4,+Cl,2,CH,3,Cl(一氯甲烷)+HCl；,CH,3,Cl+Cl,2,CH,2,Cl,2,(二氯甲烷)+HCl；,CH,2,Cl,2,+Cl,2,CHCl,3,(三氯甲烷)+HCl；,CHCl,3,+Cl,2,CCl,4,(四氯化碳)+HCl。,反应有时很剧烈，控制不好会爆炸。,CH,4,+2 Cl,2,C +4 HCl,甲烷过量(10:1)时，主要得到一氯甲烷；甲烷与氯气体积比0.26:1时，主要得到四氯化碳。,反应历程,：化学反应所经历的,途径或过程,，又称为,反应机理。,反应历程是根据大量的实验事实作出来的理论推导，实验事实越丰富，可靠的程度就越大。到目前为止，有些已被公认确定下来，有些尚欠成熟，有待于理论化学工作者的进一步努力。,1、甲烷的氯代历程,实验事实,：,CH,4,、,Cl,2,混合物在黑暗中长期保存，,不反应。,CH,4,经光照后与,Cl,2,混合，,也不反应。,Cl,2,经,光照,后，,迅速,在黑暗中与,CH,4,混合，反应,立即发生。,Cl,2,经,光照,后，,过一段时间后,在黑暗中与,CH,4,混合，反应,不能发生,。,实验事实告诉我们：,烷烃的卤代反应,是从,Cl,2,的光照开始的。,且,Cl,2,生成,的活性质点,寿命较短,实验证明，甲烷的氯代反应为自由基历程,.,CH3 +,.,CH3 CH3-CH3,一个自由基能使链增长反应重复5,000次，一个光量子可以引发两个,自由基，故可使链增长反应重复10,000次。,凡是自由基反应，都是经过,链的引发、链的传递、链的终止,三个阶段来完成的。,从上可以看出，一旦有自由基生成，反应就能连续的进行下去，这样周而复始，反复不断的进行反应，故又称为链锁反应。,2、自由基的结构与能量变化：,Cl的,单电子在 3p 轨道；,CH,3,的,单电子在哪,一个轨道中，,取决于甲基自由基的结构。,3、甲烷氯代的反应势能变化图,活化能越高，反应越难进行，反应速率越慢。生成,甲基自由基,的一步是速率决定步骤。,X,F,Cl,Br,I,E,a,(kJ/mol)4 17 75 141,卤素的相对活性,：,4、甲烷的卤化,30%,22%,33%,15%,1、几种氢的相对反应活性,二、其它烷烃的卤代反应,氢被取代生成一,氯,代物的反应活性,比例关系：,3,0,H2,0,H 1,0,H=4.4 3.3 1,氢被取代生成一,溴,代物的反应活性,比例关系：,3,0,H2,0,H 1,0,H=19000 220 1,氢原子的,相对,活性为：,3,0,2,0,1,0,CH,4,2、氢原子的相对反应活性,(重点）,氢的相对活性,=产物的数量被取代的等价氢的个数。,自由基的相对稳定性：,3,3、自由基的相对稳定性,（重点）,各类CH键的解,离,能：,H,原子的反应活性次序为：,3,H,2,H,1H,显然，自由基形成的难易应为：,容易形成的自由基,，,一定是稳定的自由基。,自由基的稳定性顺序为：,4、自由基稳定性的理论解释,，p-超共轭效应,，p-超共轭效应,的大小与参与共轭的,CH键数目,有关。,5、卤素的反应活性和对氢的选择性,卤素的反应活性：,Cl,2,Br,2,卤素的选择性:,Br,2,Cl,2,三、氧化和燃烧,四、热裂反应,在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的C-C键和C-H键发生断裂的反应称为热裂反应。,例如：,热裂化反应根据生产目的的不同可采用不同的裂化工艺。,1.,深度裂化,（裂解）,1)目的：主要是得到,基本化工原料,（乙烯，丙烯，丁二烯，乙炔）,2)裂化温度 800-1100,五、烷烃的来源及主要用途,六、烷烃的制备,一、,偶联反应,把两个碳（实际上是两个烃基）联结起来,形成C-C,键的反应称为,偶联反应,。,1、武慈合成法,2RX+2Na R-R+2NaX,只能制备对称的烷烃,2、柯尔贝法,2RCOONa+2H,2,O（R-R+2CO,2,）+（2NaOH+H,2,）,阳极 阴极,烷烃的命名（烷基的命名）；,烷烃的同分异构体的书写；,烷烃的构象（乙烷、丁烷、优势构象）,烷烃的物理性质：m.p,b.p 比较,烷烃的化学性质：卤代机理；,自由基稳定性顺序及原因；,线能图（过渡态；中间体；活化能；反应热；决速步骤）,不同H的活性（氯代、溴代）,小结：,