Chapter02饱和烃烷烃和环烷烃讲解.ppt

《Chapter02饱和烃烷烃和环烷烃讲解.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Chapter02饱和烃烷烃和环烷烃讲解.ppt（71页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构烷烃和环烷烃的通式和构造异构 烷烃通式：烷烃通式：CnH2n+2H C C C HHHHHHHH C C C C HHHHHHHHH环烷烃通式：环烷烃通式：CnH2nH2C CH2H2CH2CH2C CH2CH2H2C CH2CH2H2CH2CH2CH2CCH2CH2CH2H2C2.1.1 同系列和同分异构同系列和同分异构 组成上相差组成上相差CH2及其整数倍。同系列中的各化合物互为及其整数倍。同系列中的各化合物互为同系物。烷烃同系物同系物。烷烃同系物系差系差为为CH2 同分异构体：同分异构体：具有相同分子式的不同化合物。具有相同分子式的不同化合物。 构造异

2、构体：构造异构体：具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺 序不同而产生的异构体。区别于序不同而产生的异构体。区别于立体异构。立体异构。 对于烷烃而言，都是由碳架不同引起的异构，称对于烷烃而言，都是由碳架不同引起的异构，称碳架异碳架异构构。(属构造异构属构造异构)2.1.2 烷烃和环烷烃的同分异构构造异构现象烷烃和环烷烃的同分异构构造异构现象 在绪论一章讲过，有机化合物之所以数量众多，其主要在绪论一章讲过，有机化合物之所以数量众多，其主要原因之一是存在异构现象。构造异构是众多异构的一种。原因之一是存在异构现象。构造异构是众多异构的一种。 构造异构是指分子

3、式相同，分子中的原子的成键顺序或构造异构是指分子式相同，分子中的原子的成键顺序或连接顺序不同。对于烷烃的构造异构，实质上是碳架异构，连接顺序不同。对于烷烃的构造异构，实质上是碳架异构，即分子式相同，碳架不同。即分子式相同，碳架不同。 三个碳原子以下烷烃没有构造异构，四个碳及四个以上三个碳原子以下烷烃没有构造异构，四个碳及四个以上碳原子的烷烃就有构造异构：碳原子的烷烃就有构造异构： H3CH2CCH2CH3H3CCHCH3CH3正丁烷正丁烷 异丁烷异丁烷 这是两个不同化合物，具有不同性质：这是两个不同化合物，具有不同性质：正丁烷正丁烷 b.p -0.5 0C, m.p 138 0C,异丁烷异丁烷

4、 -11.7 - 159.4 0C. 正丁烷的构造式可用简式正丁烷的构造式可用简式CH3(CH2)2CH3表示。异丁烷表示。异丁烷用用(CH3)3CH表示。表示。 下面写出下面写出C5H12的所有构造异构体：的所有构造异构体： 三种三种CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CH3CCH3CH3写出写出C6H14的所有构造异构体：的所有构造异构体： 1、先写直链的、先写直链的2、拿掉一个碳原子作为甲基，其余五拿掉一个碳原子作为甲基，其余五个碳原子做主链，放在不同位置上得到个碳原子做主链，放在不同位置上得到 2，3 3、再拿掉一个碳变成两个甲基，放在、再拿掉一个碳变成两个

5、甲基，放在主链不同位置上，得到主链不同位置上，得到4，5。4、支链长度必须小于主链的一半，支、支链长度必须小于主链的一半，支链只能为甲基。链只能为甲基。12345依次规律写出依次规律写出C7H14的所有构造异构，总共九个：的所有构造异构，总共九个：1.CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH32.CH3CHCH2CH2CH2CH3CH33.CH3CH2CHCH2CH2CH3CH34.CH3CHCHCH2CH3H3C CH35.CH3CHCH2CHCH3CH3CH36.CH3CCH3CH3CH2CH2CH37.CH2CH2CCH2CH3CH3CH38.CH3CH2CCH2CH3HCH2CH39.

6、CH3CCCH3CH3CH3CH3 要掌握给出分子式的化合物的全部构造异构的办法，七个要掌握给出分子式的化合物的全部构造异构的办法，七个碳原子有九个，八个碳原子有十八个，九个碳原子有三十五个碳原子有九个，八个碳原子有十八个，九个碳原子有三十五个异构体。实际上最多写七个碳原子。异构体。实际上最多写七个碳原子。 环烷烃的构造异构现象比烷烃更为复杂（构造异构体更多），环烷烃的构造异构现象比烷烃更为复杂（构造异构体更多），环烷烃环烷烃(C5H10)的构造异构体：五种的构造异构体：五种CH3CH2H3CH3CCH3CH3CH3环戊烷 甲基环丁烷 乙基环丙烷 1,1-二甲基环丙烷 1,2-二甲基环丙烷*另

7、外，环烷烃与碳数相同的单烯烃也是构造异构体。另外，环烷烃与碳数相同的单烯烃也是构造异构体。2.2 烷烃和环烷烃的命名烷烃和环烷烃的命名 2.2.1 烷基和环烷基的概念烷基和环烷基的概念 （1）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子CH3CCH3CCH3HH3CCHHCHHH4o 3o2o1oC3o 2o 1oH(季)(叔)(仲)(伯)C CCH3CCH3HCH3HH（2）烷基）烷基 R-（烷烃分子从形式上去掉一个氢原子后余下的基团）（烷烃分子从形式上去掉一个氢原子后余下的基团）中文名中文名甲基甲基乙基乙基丙基丙基异丙基异丙基丁基丁基异丁基异丁基英文名英文

8、名methylethylpropylIso-propylbutylIso-butyl结构结构中文名中文名仲丁基仲丁基叔丁基叔丁基叔戊基叔戊基新戊基新戊基异戊基异戊基异己基异己基英文名英文名Sec-butylTert-butylTert-pentylNew-pentylIso-pentyIso-hexyl结构结构H2CCH2CH3H2CCH3C H3CHCH3CH3CH2(CH2)2CH3H2CCHCH3CH3CHCH2CH3CH3CCH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH3H2CCCH3CH3CH3H2CCH2CHCH3CH3CH2(CH2)2CHCH3CH3以上是以上是IUPAC为了尊重习

9、惯而保留的烷基的普通名称。其他烷基的名称不为了尊重习惯而保留的烷基的普通名称。其他烷基的名称不能类推。如：能类推。如： 不能称仲戊基，称？不能称仲戊基，称？CHCH2H2CCH3CH3（常见的烷基）通式：（常见的烷基）通式：CnH2n+1亚烷基：烷烃分子从形式上去掉两个氢原子后余下的基团亚烷基：烷烃分子从形式上去掉两个氢原子后余下的基团最常见的亚烷基：最常见的亚烷基：CH2CHCH3CH2CH2亚甲基 亚乙基 1,2-亚乙基环烷基：环烷烃分子从形式上去掉一个环上氢原子后余下的基团环烷基：环烷烃分子从形式上去掉一个环上氢原子后余下的基团最常见的环烷基：最常见的环烷基：环丙基 环丁基 环戊基 环己

10、基2.2.2 烷烃的命名烷烃的命名（1）普通命名法也称习惯命名法（适用于简单化合物）普通命名法也称习惯命名法（适用于简单化合物）110个碳的烷烃，词头用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、个碳的烷烃，词头用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；辛、壬、癸；10个碳以上，用数字十一、十二等表示。个碳以上，用数字十一、十二等表示。 碳架异构体用正、异、新等词头区分。碳架异构体用正、异、新等词头区分。CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3CCH2CH3CH3CH3CH3正己烷正己烷 异己烷异己烷 新己烷新己烷CH3CH-CH3CH3CCH2-CH3CH3正：正： 异

11、：异： 新：新：直链烷烃直链烷烃（2）衍生物命名法：）衍生物命名法： 要点：把除要点：把除正构烷烃正构烷烃之外的烷烃看成甲烷的烷基衍生物，这之外的烷烃看成甲烷的烷基衍生物，这种方法可以表示结构，但是仍然只适用于简单烷烃。种方法可以表示结构，但是仍然只适用于简单烷烃。 命名方法：命名方法： a.选择含取代最多取代基的碳原子为母体（甲烷），并且选择含取代最多取代基的碳原子为母体（甲烷），并且要求取代基最简单。要求取代基最简单。b.其余部分为取代基，书写时由大到小排列。结尾是甲烷。其余部分为取代基，书写时由大到小排列。结尾是甲烷。c.相同取代基合并，写出个数，用中文字表示个数。相同取代基合并，写出个

12、数，用中文字表示个数。例如：例如：CH3CH2CCH3CH3CH3CH3CH三甲基仲丁基甲烷三甲基仲丁基甲烷（3）系统命名法（）系统命名法（IUPAC命名的中文表示法）命名的中文表示法） a. 选最长碳链作主链，支链作取代基。遇多个等长碳链，则选最长碳链作主链，支链作取代基。遇多个等长碳链，则 取代基多的为主链。取代基多的为主链。CH3CH2CHCH3CH2CH3主链C-C-C-C-C-C-CC-C-CCC C123b. 从最近取代基端开始编号，并遵守从最近取代基端开始编号，并遵守“最低系列编号规则最低系列编号规则” 顺次逐项比较各编号系列的不同位次，最先遇到的位次最顺次逐项比较各编号系列的不

13、同位次，最先遇到的位次最小者，定为小者，定为“最低系列最低系列”。这一规则在其它类型化合物命名时。这一规则在其它类型化合物命名时也适用。也适用。CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH3取代基位号 2，3，5取代基位号 2，4，5取代基最多取代基最多 c. 取代基距链两端位号相同时，编号从取代基距链两端位号相同时，编号从顺序小的基团端顺序小的基团端开始。开始。顺序： -C-C-C Br Cl F O N C D H 多原子基团第一个原子相同多原子基团第一个原子相同,则依次比较与其相连的其它原则依次比较与其相连的其它原子。子。CH2CH2CH3 C（C、H、H、） C（C、C、H）CHCH

14、3CH3CH2ClCHF2C（Cl、H、H） C（F、F、H） 顺序大的基团称顺序大的基团称。d.d. 支链上连有取代基，则从和主链相连的碳原子开始将支链碳支链上连有取代基，则从和主链相连的碳原子开始将支链碳原子依次编号，并将取代基位号、名称连同支链名写在括号内。原子依次编号，并将取代基位号、名称连同支链名写在括号内。CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3H3CCH2CH31 2 3 4 5 6 7 8 9 102312-甲基甲基 -5-（1,1-二甲基丙基）癸烷二甲基丙基）癸烷e. e. 名称的排列顺序名称的排列顺序 中文名称按基团顺序规则，较小的基团列在前；

15、英文名中文名称按基团顺序规则，较小的基团列在前；英文名称按基团首字母的字顺先后列出。称按基团首字母的字顺先后列出。 5-丙基丙基-4-异丙基壬烷异丙基壬烷 4-isopropyl-5-propylnonane3-Ethyl-2,5-dimethylheptane2,5-二甲基二甲基-3-乙基庚烷乙基庚烷CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH3CH3CHCH3注意注意 1）相同取代基数目用汉文数字二、三）相同取代基数目用汉文数字二、三 .表示；表示； 2）取代基位号用阿拉伯数字表示；）取代基位号用阿拉伯数字表示； 3）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分

16、开； 4）阿拉伯数字之间必须用逗号分开。）阿拉伯数字之间必须用逗号分开。 烷烃命名十六字烷烃命名十六字“真经真经”：最长碳链，最小定位，同基最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁。合并，由简到繁。练习练习2.2.3 环烷烃的命名环烷烃的命名 环烷烃属于脂环烃（环烷烃属于脂环烃（alicyclic hydrocarbons）。脂环烃相）。脂环烃相对于脂肪烃和芳香烃而言。脂环烃包括环烷烃、环烯烃等。对于脂肪烃和芳香烃而言。脂环烃包括环烷烃、环烯烃等。脂环烃环碳原子的饱和程度碳环数目环烷烃 CnH2n 环烯烃环炔烃单环双环多环CnH2n-2CnH2n-4(上）（1） 单环环烷烃单环环烷烃 1）按成环

17、碳原子数目称为环某烷。）按成环碳原子数目称为环某烷。1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷2）长链作母体，环作取代基。（以下两种情况）长链作母体，环作取代基。（以下两种情况）3-甲基甲基-4-环丁基庚烷环丁基庚烷1,3-二环己基丙烷二环己基丙烷练习：命名以下化合物练习：命名以下化合物H3CH2CCH2(CH2)4CH31-甲基甲基-3-环丁基环戊烷环丁基环戊烷 1-乙基乙基-4-己基环辛烷己基环辛烷*顺、反环烷烃：顺、反环烷烃： 受环的限制，受环的限制，键不能自由旋转。环上取代基在空间的位键不能自由旋转。环上取代基在空间的位置不同，产生置不同，产生顺反顺反( (几何几何) )异构。异构。 顺顺

18、(cis)：两个取代基在环同侧；：两个取代基在环同侧； 反反(trans)：两个取代基在环异侧。：两个取代基在环异侧。HCH3H3CHHCH3H3CHCH3CH3H CH3 H3C H顺顺-1, 4-二甲基环己烷二甲基环己烷 反反-1, 4-二甲基环己烷二甲基环己烷（2） 双环环烷烃（分子的碳架中含有两个饱和碳环的烃）双环环烷烃（分子的碳架中含有两个饱和碳环的烃） 按两个环的不同的连接方式分为联环、螺环、稠环和桥环按两个环的不同的连接方式分为联环、螺环、稠环和桥环四种。四种。a）双环桥环烃命名）双环桥环烃命名桥头碳原子：两环共用的碳原子。桥头碳原子：两环共用的碳原子。桥：两个桥头碳原子之间的碳

19、链或一个键。桥：两个桥头碳原子之间的碳链或一个键。桥头碳桥头碳桥桥桥(3)(1)(2)二环二环 3.2.1 辛烷辛烷命名规则：命名规则： a.确定组成环的碳原子总数，并依此命名为确定组成环的碳原子总数，并依此命名为“某烷某烷”，加上词头加上词头“双环双环”或或“二环二环”。 b.各桥所含碳原子数目按大到小写入方括号中，数字用各桥所含碳原子数目按大到小写入方括号中，数字用圆点符号格开。圆点符号格开。 c.环上碳原子编号：从一个桥头碳原子开始，先编最长环上碳原子编号：从一个桥头碳原子开始，先编最长桥，依次而下；遵循取代基顺位比较原则。桥，依次而下；遵循取代基顺位比较原则。12345672,7,7-

20、三甲基二环三甲基二环2.2.1 庚烷庚烷 讨论讨论12345673,7,7-三甲基二环三甲基二环4.1.0庚烷庚烷2,8-二甲基二甲基-1-乙基二环乙基二环3.2.1 辛烷辛烷 b）螺环烃）螺环烃(spiro compound) 螺原子：两个碳环共用的碳原子螺原子：两个碳环共用的碳原子螺原子12345678910 螺螺4.5癸烷癸烷5-甲基螺甲基螺3.4辛烷辛烷命名：命名： a.确定组成环的碳原子总数，并依此命名为确定组成环的碳原子总数，并依此命名为“某烷某烷”，加，加上词头上词头“螺螺”。 b.把连接于螺原子的两个环所含碳原子数目由小到大写入把连接于螺原子的两个环所含碳原子数目由小到大写入中

21、间的方括号中，数字用圆点符号格开。中间的方括号中，数字用圆点符号格开。 c.环上碳原子编号：从与螺原子相连的一个碳原子开始，环上碳原子编号：从与螺原子相连的一个碳原子开始，先编较小的环，然后经过螺原子再编第二个环；遵循取代基顺先编较小的环，然后经过螺原子再编第二个环；遵循取代基顺位比较原则。位比较原则。 讨论讨论 命名练习：命名练习：CH3CH31,7-二甲基螺二甲基螺4.5葵烷葵烷2.3 烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的结构2.3.1 碳的碳的SP3杂化和杂化和键的形成键的形成基态时基态时 C：1S2 2S2 2Px1 2Py1 2Pz0 sp3杂化 激发态 sp3C CH HH HH HH

22、 HCsp3HsC CH HH HH HH H 四个四个C-H键键C CC CH HH HH HH HH HH H六个六个C-HC-H键键 一个一个C-CC-C键键 C-C 键长键长:0.154nm 键能键能:347 kJ/mol C-H键长键长:0.107nm 键能键能:414 kJ/mol 键角键角:109.5o； 键是在成键轨道方向的直线上相互交盖而成，故交盖键是在成键轨道方向的直线上相互交盖而成，故交盖程度较大，且呈圆柱形对称，电子云密集于两原子之间，在程度较大，且呈圆柱形对称，电子云密集于两原子之间，在对称轴最密集，这决定了对称轴最密集，这决定了键的键能较大，可键的键能较大，可极化极

23、化性较小（相性较小（相对于对于键等），可以饶轴旋转。键等），可以饶轴旋转。 烷烃分子立体形状表示方法：烷烃分子立体形状表示方法： 实线实线- -键在纸平面上键在纸平面上; ; 楔线楔线- -键在纸平面前键在纸平面前; ; 虚线虚线- -键在纸平面后。键在纸平面后。 C CC CH HH HH HH HH HH H关于关于键的特性：键的特性： （是决定烷烃化学性质很稳定的内在原因）（是决定烷烃化学性质很稳定的内在原因）2.3.2 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 与烷烃不同，环烷烃由于环的大小不同，其稳定性不尽相与烷烃不同，环烷烃由于环的大小不同，其稳定性不尽相同。一般小环容易开环，而五

24、元环、六元环相对稳定。同。一般小环容易开环，而五元环、六元环相对稳定。 为什么？从结构上认识其原因。为什么？从结构上认识其原因。 角张力角张力(拜尔张力拜尔张力)：与正常键角偏差而引起的张力。：与正常键角偏差而引起的张力。49.5o19.5o1.5o与正常键角偏差角度三元环四元环 五元环环烷烃 五元以上的环会不会因环数增大而不稳定？五元以上的环会不会因环数增大而不稳定？ 比较单位比较单位CH2燃烧热燃烧热(H) kJ/mol环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 环辛烷 链状烷烃 697.1 686.1 664.0 658.6 662.4 664.2 658.6kJ/mol环张力（张力能）：环

25、张力（张力能）：比烷烃比烷烃CH2高出的能量。高出的能量。 已知烷烃分子中每增加一个已知烷烃分子中每增加一个CH2，燃烧热的增值基本相，燃烧热的增值基本相等，平均为等，平均为658.6kJ/mol。环丙烷分子中每个环丙烷分子中每个CH2的张力能的张力能38.5kJ/mol环己烷的每个环己烷的每个CH2燃烧热与烷烃相等，它的张力能为零。燃烧热与烷烃相等，它的张力能为零。 实际上，除了环己烷和实际上，除了环己烷和C12以上的大环化合物的张力能以上的大环化合物的张力能很小或等于零，其他环烷烃都有张力，其中环丙烷、环丁烷很小或等于零，其他环烷烃都有张力，其中环丙烷、环丁烷这两个小环的张力特别大。这两个

26、小环的张力特别大。环丙烷的结构与张力分析：环丙烷的结构与张力分析：（三个方面）（三个方面）CCHHHHHH23114105.5环丙烷的结构图环丙烷的结构图 (1)环丙烷分子中，电子云的重环丙烷分子中，电子云的重叠不能沿着叠不能沿着sp3轨道轴对称重叠，只轨道轴对称重叠，只能偏离键轴一定的角度以弯曲键侧能偏离键轴一定的角度以弯曲键侧面重叠，形成弯曲键（香蕉键），面重叠，形成弯曲键（香蕉键），其其键角为键角为105.5，因键角从，因键角从109.5压缩到压缩到105.5，故环有一定的张力，故环有一定的张力（角张力），分子有较高的能量角张力），分子有较高的能量。 (3)另外环丙烷分子中还存在着另一种

27、张力另外环丙烷分子中还存在着另一种张力扭转张力（扭转张力（由于环中三个碳位于同一平面，相邻的由于环中三个碳位于同一平面，相邻的C-H键互相处于重叠式键互相处于重叠式构象，有旋转成交叉式的趋向，这样的张力称为扭转张力构象，有旋转成交叉式的趋向，这样的张力称为扭转张力也叫构象张力）。环丙烷的总张力能为也叫构象张力）。环丙烷的总张力能为114KJ/mol。 (2)弯曲键与正常键相比，轨道交盖程度较小，因此比一弯曲键与正常键相比，轨道交盖程度较小，因此比一般般键弱。所以分子不稳定，易开环。键弱。所以分子不稳定，易开环。环丁烷的结构与张力分析：环丁烷的结构与张力分析：环丁烷的构象环丁烷的构象 根据结晶学

28、和光谱学的证明，环丁烷是以折叠状构象存根据结晶学和光谱学的证明，环丁烷是以折叠状构象存在的，这种非平面型结构可以减少在的，这种非平面型结构可以减少C-H的重叠，使的重叠，使扭转张力扭转张力减小。环丁烷分子中减小。环丁烷分子中 C-C-C键角为键角为 111.5111.5，角张力角张力也比环也比环丙烷丙烷的小，环丁烷比环丙烷要稳定些。总张力能为的小，环丁烷比环丙烷要稳定些。总张力能为108KJ/mol。 所以环丁烷也是不稳定的化合物。所以环丁烷也是不稳定的化合物。2.3.3 烷烃和环烷烃的构象烷烃和环烷烃的构象构象构象：由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同：由单键旋转而产生的分子中原子

29、或基团在空间的不同 排列方式。属于立体异构的一种。排列方式。属于立体异构的一种。（1 1）乙烷的构象）乙烷的构象a.a.两种极端构象两种极端构象重叠式（由重叠式（由H-C-C-HH-C-C-H组成的两面角为组成的两面角为0 0o o）交叉式（由交叉式（由H-C-C-HH-C-C-H组成的两面角为组成的两面角为6060o o）重重叠叠式式 楔形式楔形式 透视式透视式 纽曼式纽曼式 H HH HH HH HH HH HH HC C C CH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH H交交叉叉式式H HH HH HH HH HH HCH HH HH HH HH HH HH HH

30、HH HH HH HCHHH楔形式楔形式 透视式透视式 纽曼式纽曼式 介于重叠式与交叉式之间的无数构象称为介于重叠式与交叉式之间的无数构象称为扭曲式扭曲式构象。构象。b. 构象的稳定性构象的稳定性分析乙烷两个极端构象分析乙烷两个极端构象C C C CH HH HH HH HH HC C C CH HH HH HC C C CH HH HH HH HH HH H2 22 29 92 25 50 0 排斥力最大排斥力最大 排斥力最小排斥力最小 内能高内能高 内能低内能低 非键连相互作用力非键连相互作用力：不直接相连的原子间的作用力。：不直接相连的原子间的作用力。 构象的稳定性与内能有关。内能低构象

31、的稳定性与内能有关。内能低, 稳定；内能高稳定；内能高,不稳定。不稳定。 内能最低的构象称内能最低的构象称优势构象。优势构象。其它构象的内能介于这两者之间。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乙烷不同构象的能量曲线图H HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HE Ek kJ J/ /m mo ol lC C- -C C1 12 2. .5 5 转动能：转动能：12.5kJ/mol 每对重叠氢每对重叠氢H-C-C-H 重叠张力重叠张力(扭转张力扭转张力)： 4.2kJ/mol 室温下，构象异构体室温下，构象异构体

32、处于迅速转化的动态处于迅速转化的动态 平衡中，平衡中，不能分离。不能分离。 （2） 正丁烷的构象正丁烷的构象 绕绕C-2和和C-3之间的之间的键旋转，形成的四种典型构象。键旋转，形成的四种典型构象。HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3H3CHHHCH3H3C 对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 全重叠式全重叠式 部分重叠式部分重叠式构象稳定性：各种构象的能量变化图见构象稳定性：各种构象的能量变化图见P40（图（图 2-9）对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全重叠式能量最低的构象与能量最高构象之间的能量差值约为能量最低的构象与能量

33、最高构象之间的能量差值约为20.9kJ/mol。室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态。室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，平衡中， 不能分离。最稳定的对位交叉构象是不能分离。最稳定的对位交叉构象是优势构象。优势构象。 讨讨 论论 题题 （1）为什么）为什么1,2-二溴乙烷的偶极矩为零，而乙二醇却有一定的二溴乙烷的偶极矩为零，而乙二醇却有一定的 偶极矩？偶极矩？ （2）将右式化合物改写成纽曼式，）将右式化合物改写成纽曼式， 并用纽曼式表示其优势构象。并用纽曼式表示其优势构象。H HC CH H3 3C Cl lH HC CH H3 3C Cl l（3）下列哪一对化合物是等同的

34、？（）下列哪一对化合物是等同的？（C-C单键可以自由旋转）单键可以自由旋转）BrHCH3BrHCH3BrHBrHCH3CH3BrHCH3BrHCH3CH2a. b.CH3BrBrHHCH2CH3（3） 环己烷的构象环己烷的构象两种极端构象：两种极端构象： 椅式椅式 船式船式 1）椅式构象）椅式构象HHHHHHHHHHHH123456250pm6HHHH12345HHHHHHHH 不存在：不存在： 非键连作用；非键连作用； 扭转张力；扭转张力； 角张力。角张力。*两个氢原子的范德华半径之和为两个氢原子的范德华半径之和为240pm.a 键e 键a键键：直立键：直立键(竖键竖键) (axial bo

35、nds)e键键：平伏键：平伏键(横键横键)(equatorial bonds)构构象象翻翻转转 a键转变成键转变成e键，键，e键转变成键转变成a键；键； 环上原子或基团的空间关系保持。环上原子或基团的空间关系保持。 2）船式构象）船式构象612345HHHHHHHHHHHHHHHHHH183pm123456 存在：存在： 非键连作用；非键连作用； 扭转张力；扭转张力； 稳定性：椅式构象环己烷稳定性：椅式构象环己烷 船式构象环己烷船式构象环己烷室温下，平衡有利于室温下，平衡有利于椅式构象（优势构象）。椅式构象（优势构象）。（4） 取代环己烷的构象取代环己烷的构象1）一取代环己烷的构象）一取代环己

36、烷的构象CH3CH3a e 5% 95% E=7.1kJ/mol平衡有利于平衡有利于-CH3处于处于e键的构象键的构象(优势构象优势构象)。构构象象分分析析CH3HCH3 HCH3(120pm)(200pm) 非键连作用非键连作用 邻交叉型邻交叉型 对交叉型对交叉型 平伏键甲基环己烷比直立键甲基环己烷稳定：平伏键甲基环己烷比直立键甲基环己烷稳定：7.1 kJ/mol2) 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象CH3CH3E=10.4 kJ/molCH3CH3H3CCH3H3CCH3CH3CH3eaCH3CH3aeCH3CH3CH3CH3eeaa ea键型键型ee键型键型aa键型键型1,4-二甲基

37、环己烷二甲基环己烷甲基甲基ee键型异构体比甲基键型异构体比甲基ea键型异构体稳定。键型异构体稳定。讨论讨论1. 指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。CH3(CH3)3CC(CH3)3CH32. 写出化合物 的优势构象OHCH3CH3OHCH3OH 优势构象优势构象3） 十氢化萘的结构十氢化萘的结构87654321二环二环4.4.0癸烷癸烷HHHH顺式顺式反式反式HHHHHH1234567812345678910910ABAB顺式有构象异构体顺式有构象异构体 反式无构象异构体反式无构象异构体试写出化合物 的优势构象HHCH3HCH3HCH3HH2.4 烷烃

38、和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的物理性质 物理物理性质性质与化合物的与化合物的结构及分子间力结构及分子间力有关。有关。（1）状态）状态室温下，室温下，C1-C4为气体，为气体，C5-C16为液体，为液体，C17以上是固体。以上是固体。bp. 36.1oC 29oC 9oC正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷mp. -129.8 -159.9 -16.8（2）沸点）沸点(bp) 和熔点和熔点(mp) 烷烃的熔点和沸点都很低，并且熔点和沸点随分子量的增加烷烃的熔点和沸点都很低，并且熔点和沸点随分子量的增加而升高。对同数碳原子的烷烃来说，与结构有关。而升高。对同数碳原子的烷烃来说，与结构有关。

39、（4 ） 溶解度溶解度 关于烃类水溶性的问题，也与分子间力有关：主要与分子关于烃类水溶性的问题，也与分子间力有关：主要与分子间的另外一种作用力有关间的另外一种作用力有关氢键。氢键。分子间力分子间力可分为可分为色散力色散力、诱导力诱导力和和取向力取向力三种。三种。熔点：晶体分子间作用力，不仅取决于分子的大小，而且也熔点：晶体分子间作用力，不仅取决于分子的大小，而且也取决于它们在晶体中的排列情况，排列的密堆积熔点就高。取决于它们在晶体中的排列情况，排列的密堆积熔点就高。含偶数碳原子的正烷烃比奇数碳原子的熔点高（对称性高）。含偶数碳原子的正烷烃比奇数碳原子的熔点高（对称性高）。（3） 相对密度相对密

40、度 烷烃比水轻，其相对密度都小于烷烃比水轻，其相对密度都小于1。相对密度的变化规律。相对密度的变化规律也与分子间力有关。也与分子间力有关。*环烷烃的熔点和沸点都比相应的链状烷烃高一些。环烷烃的熔点和沸点都比相应的链状烷烃高一些。2.5 烷烃和环烷烃的化学性质烷烃和环烷烃的化学性质 化学性质取决于分子的结构（键合方式及其性质）。化学性质取决于分子的结构（键合方式及其性质）。 C-C、C-H键。键能较大，极性较小，烷烃稳定。烷键。键能较大，极性较小，烷烃稳定。烷烃的化学性质很不活泼。在常温常压下，烷烃与强酸、强碱、烃的化学性质很不活泼。在常温常压下，烷烃与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂等都不易起反

41、应。强氧化剂、强还原剂等都不易起反应。 高温、光照等条件下烷烃具有反应活性。高温、光照等条件下烷烃具有反应活性。 2.5.1卤代反应（重点）卤代反应（重点） （1） 氯代氯代hvCH4Cl2hvCl2hvCl2CH3ClCH2Cl2CHCl3hvCl2CCl4 反应经历了自由基活性中间体。反应经历了自由基活性中间体。自由基取代反应。自由基取代反应。 亦称反应历程、反应机制，是描述反应由反应物到产物所亦称反应历程、反应机制，是描述反应由反应物到产物所 经历的每一步过程。经历的每一步过程。（ 2）反应机理）反应机理氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生自由基：氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生

42、自由基：h hv vC Cl l2 2o or r2 2 C Cl l产生甲基自由基：产生甲基自由基：链增长链增长 C Cl l+ +C CH H4 4C CH H3 3 + + H HC Cl l产生新的氯自由基：产生新的氯自由基： 链引发链引发 C CH H3 3+ + C CH H3 3C Cl l + + C Cl lCl2链增长链增长 氯甲基自由基的形成：氯甲基自由基的形成：C CH H3 3C Cl l C Cl l+ + C CH H2 2C Cl l H HC Cl l+ +链增长链增长 氯甲基自由基再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：氯甲基自由基再与氯分子作用，生成二氯甲烷

43、及氯原子：C CH H2 2C Cl l + + C Cl l2 2C CH H2 2C Cl l2 2 + + C Cl l 链增长链增长 .自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：C Cl l+ +C Cl lC Cl l2 2C CH H3 3+ +C Cl lC CH H3 3C Cl l+ +C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2C Cl l+ +C CH H2 2C Cl lC Cl lC CH H2 2C CH H2 2C Cl l链终止链终止自由基反应历程：自由基反应历程：整个反应经历三

44、个阶段：整个反应经历三个阶段：链引发链引发、链增长（链传递）链增长（链传递）、链终止链终止。此自由基反应也称此自由基反应也称链锁反应链锁反应或或链反应。链反应。关于自由基反应的一般特点：关于自由基反应的一般特点：（1）大多被高温、光及过氧化物所催化；）大多被高温、光及过氧化物所催化；（2）一般在气相或非极性溶剂中进行；）一般在气相或非极性溶剂中进行；（3）烷烃的氧化和热裂解反应也是自由基反应。）烷烃的氧化和热裂解反应也是自由基反应。 讨论题讨论题1 1 1 1）将氯气用光照射后在黑暗中放置一段时间再与甲烷混合，）将氯气用光照射后在黑暗中放置一段时间再与甲烷混合， 会发生氯代反应吗会发生氯代反应

45、吗 ？ 2 2）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？ 3 3）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？ CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CH4 kJ/mol 422.2 414.2 400.8 439ClCl2Cl 243 kJ/mol 讨论题讨论题2 2 以等摩尔的甲烷和乙烷混合物进行一元氯代反应时，产物中以等摩尔的甲烷和乙烷混合物进行一元氯代反应时，产物中氯甲烷与氯乙烷之比为氯甲烷与氯乙烷之比为1:4001:400，试问：，试问： 1 1）如何解释这样的实验事实？）如何解释这样的实验事实？ 2 2

46、）根据这样的实验事实，你认为）根据这样的实验事实，你认为CHCH3 3 比比CHCH3 3CHCH2 2 稳定还稳定还是不稳定？是不稳定？ 3 3）进行以上自由基反应的原料气体必须控制杂质氧气的含）进行以上自由基反应的原料气体必须控制杂质氧气的含量，为什么？量，为什么？（3） 活化能与反应速率（过渡态理论）活化能与反应速率（过渡态理论） 活化能活化能(activating energy)： 过渡态与反应物之间的能量差。过渡态与反应物之间的能量差。 EC l + C H4C lHC H3C H3C lC l 1 6 .78 .3C H3+H C lC H3C l + C l . . . . 活化

47、能越小，反应速率越快；活化能越小，反应速率越快； 活化能越大，反应速率越慢。活化能越大，反应速率越慢。 第一步第一步 Ea= +16.7kJ/mol 第二步第二步 Ea= +8.3kJ/mol在甲烷氯代的多步反应中在甲烷氯代的多步反应中, 哪哪一步是控制反应速率的？一步是控制反应速率的？ 反应速率最慢的一步反应速率最慢的一步 速度控制步骤速度控制步骤反应进程反应进程 每个反应的反应进程分为三个阶段：始态、过渡态和终态。每个反应的反应进程分为三个阶段：始态、过渡态和终态。即一个反应由反应物到产物的转变中要经过一个过渡态。注意即一个反应由反应物到产物的转变中要经过一个过渡态。注意区别过渡态与中间体

48、。区别过渡态与中间体。ABCABCABC（4）氯代、溴代反应的取向）氯代、溴代反应的取向CH3CH2CH3 + Cl2hv25oCCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3Cl45% 55%1oH与与2oH被取代的概率被取代的概率(碰撞几率碰撞几率)为为: 6 2氢的相对反应活性：氢的相对反应活性： 1oH:2oH = (45/6) : (55/2 ) = 1 : 3.8CH3CHCH3 + Cl2CH3hv25oCCH3CHCH2Cl + CH3CCH3CH3ClCH364% 36% 1oH与与3oH氢被取代的概率为氢被取代的概率为: 9:1氢的相对反应活性：氢的相对反应活性： 1oH :

49、 3oH = ( 64/9):(36/1) = 1 : 5 氯代反应三种氢的活性：氯代反应三种氢的活性：1H : 2H : 3H = 1 : 3.8 : 5 溴代：溴代： 9 99 9% % + +1 14 41 1 E Ea a( (k kJ J/ /m mo ol l) )+ + X X卤素的活性：卤素的活性：F Cl Br I氯化试剂活性高，溴化试剂活性低。氯化试剂活性高，溴化试剂活性低。 卤代反应的选择性：溴大于氯（卤代反应的选择性：溴大于氯（Br Cl ) 影响卤代产物异构体相对产率的主要因素：影响卤代产物异构体相对产率的主要因素：概率因素、概率因素、H原子的反应活性、原子的反应活性

50、、X原子的反应活性。原子的反应活性。 不同氢的反应活性与自由基的稳定性有关。不同氢的反应活性与自由基的稳定性有关。 自由基的稳定性与共价键均裂时键的离解能大小有关自由基的稳定性与共价键均裂时键的离解能大小有关:CH3HCH3+ H Ed= +439.3kJ/mol CH3CH2HCH3CH2 + HCH3CH2CH2HCH3CH2CH2 + H CH3CHHCH3CH3CH + HCH3CH3CCH3CH3HCH3C + H CH3CH3+410+410+397.5+389.1自由基稳定性次序为自由基稳定性次序为_(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3 烷基自由基结构烷基自由基