有機化學(xué)學(xué)習(xí)筆記烷烴公開課獲獎?wù)n件

第一章烷烴

命名構(gòu)造理論電子效應(yīng)異構(gòu)現(xiàn)象有機化學(xué)反應(yīng)類型自由基機理鹵代反應(yīng)活性與選擇性與烷烴有關(guān)知識學(xué)習(xí)有機化學(xué)基本工具第1頁1.1命名與構(gòu)造1．命名A.一般命名法所有碳原子參與命名，以“甲乙丙丁戊己庚辛壬癸”等表達碳原子數(shù)量；以“正”、“異”、“新”表達構(gòu)造差異；第2頁B.基團命名法

基團：有機物去掉一種氫原子后剩余部分；它并不是可以獨立存在物種。第3頁第4頁C.碳原子分類與一種碳相連碳稱為一級碳，伯碳，1C,上面氫為1H;與兩個碳相連碳稱為二級碳，仲碳，2C,上面氫為2H;與三個碳相連碳稱為三級碳，叔碳，3C,上面氫為3H;與四個碳相連碳稱為四級碳，季碳，4C。第5頁D.同系列與同系物

CH4中H被-CH3取代形成CH3CH3CH3CH3中H被-CH3取代形成CH3CH2CH3最終形成一種可以用CnH2n+2表達系列這樣一系列化合物稱為同系列。同系列中每個化合物之間互稱同系物。第6頁E.IUPAC命名法----系統(tǒng)命名法a.最長：選擇(具有特性官能團)最長碳鏈作主鏈

例如：酸特性官能團-COOH醇特性官能團-OH醛特性官能團-CHO酮特性官能團C=O烯烴特性官能團C=C炔烴特性官能團CC烷烴特性官能團R第7頁b.最多:具有盡量多支鏈c.最小:編號時使特性官能團號碼最小對于烷烴來說就是從離支鏈近來處開始編號d.最簡:命名時合并所有相似官能團第8頁F.復(fù)雜取代基命名1．最長:選擇最長碳鏈作支鏈主鏈；2．最多:使支鏈中支鏈最多；3．編號特殊:從與主鏈相連碳原子處開始；4.最簡:命名時合并支鏈中取代基名稱。第9頁2.構(gòu)造理論價電子配對理論假如化學(xué)鍵是由成鍵原子價電子配對形成，環(huán)丙烷和丙烷價電子配對狀況完全相似，應(yīng)當(dāng)具有相似反應(yīng)，不過怎樣解釋如下事實？闡明價電子配對理論具有局限性，但仍不失為對有機物成鍵狀態(tài)一種以便理解方式。第10頁價鍵理論

從原子軌道重疊角度解釋上述反應(yīng)環(huán)丙烷形成頭碰頭鍵重疊程度較小，具有烯烴性質(zhì)。鍵長：兩成鍵原子核之間距離鍵角：兩鍵之間夾角第11頁價鍵理論總結(jié)第12頁分子軌道理論

解釋1,3-丁二烯(CH2=CH-CH=CH2)分子構(gòu)造通過解上述行列式，x代表能量，解出能量后再得出波函數(shù)，這是構(gòu)造化學(xué)內(nèi)容。第13頁分子軌道理論總結(jié)第14頁共振論

用價鍵理論表述分子構(gòu)造構(gòu)造式來表達電子離域，以1,3-丁二烯為例：第15頁寫共振極限式原則a.原子核位置不動——核不動；b.未成鍵電子數(shù)不變——數(shù)不變；第16頁c.極限式表觀能量低——能量低；雙鍵多，電荷分散有助于能量減少

d.整個分子共平面——共平面寫共振極限式原則：核不動數(shù)不變能量低共平面第17頁共振論總結(jié)第18頁以重氮甲烷(CH2N2)為例理解共振式CH2N2共振式第19頁具有負碳離子性質(zhì)N核外有5個電子，呈電中性N核外只剩余4個電子，呈正電性C核外有5個電子，呈負電性第20頁C核外有4個電子，呈中性N核外只剩余4個電子，呈正電性N核外有6個電子，呈負電性具有卡賓性質(zhì)第21頁具有正碳離子性質(zhì)C核外只剩余3個電子，呈正電性N核外有5個電子，呈電中性N核外有6個電子，呈負電性第22頁共振式實質(zhì)上就是寫出了該化合物電子異構(gòu)體一般狀況下，我們還是以價電子配對旳形式來理解有機化合物構(gòu)造第23頁1.2異構(gòu)現(xiàn)象

1．構(gòu)型異構(gòu)

構(gòu)型：分子中原子或基團連接狀態(tài)構(gòu)型異構(gòu)：碳鏈異構(gòu)官能團異構(gòu)

幾何異構(gòu)(順反異構(gòu))烯烴部分互變異構(gòu)醛酮部分

旋光異構(gòu)立體化學(xué)第24頁2．構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)象：分子在空間也許采用姿態(tài)構(gòu)象異構(gòu)：由于單鍵旋轉(zhuǎn)而使分子中各基團或原子相對位置不一樣樣A．構(gòu)象表達措施傘形式鋸架式Newman式旋轉(zhuǎn)單鍵橫在眼前斜放旋轉(zhuǎn)單鍵順著視線放置旋轉(zhuǎn)單鍵第25頁傘形式鋸架式Newman式重疊式交叉式第26頁B．乙烷構(gòu)象

室溫下可以自由旋轉(zhuǎn)交叉式是優(yōu)勢構(gòu)象

第27頁C．丁烷構(gòu)象第28頁丁烷構(gòu)象與能量關(guān)系對位交叉式是優(yōu)勢構(gòu)象

第29頁1.3物理性質(zhì)

感官性質(zhì)

顏色，氣味等物理常數(shù)

相對密度(d)，熔點(m.p.)，沸點(b.p.)，水中溶解度，折光率(nD20)，比旋光度([]D20)等烷烴：d<1，不溶于水；C1~C4氣體；C5~C16液體；C16以上固體。

第30頁1.4有機化學(xué)反應(yīng)類型及理論

按照基團變化分為：取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、消除反應(yīng)，氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)按照電荷行為分為：親電反應(yīng)、親核反應(yīng)1．反應(yīng)理論

A.碰撞理論

v=P

Z

e

–Ea/RT

v

反應(yīng)速率；P

有效碰撞分數(shù)；

Z

碰撞次數(shù)；Ea

活化能；

R

摩爾氣體常量；T

熱力學(xué)溫度第31頁B.過渡態(tài)理論

第32頁C.Hammond假設(shè)

對于放熱反應(yīng)來說，過渡態(tài)構(gòu)造與反應(yīng)物更為靠近，因此稱“過渡態(tài)來得早”；對于吸熱反應(yīng)來說，過渡態(tài)構(gòu)造與生成物更為靠近，因此稱“過渡態(tài)來得晚”。第33頁2．反應(yīng)類型

A.協(xié)同反應(yīng)請注意總結(jié)有哪些反應(yīng)屬于協(xié)同反應(yīng)第34頁B.分步反應(yīng)

絕大多數(shù)有機化學(xué)反應(yīng)屬于分步反應(yīng)第35頁第36頁1.5化學(xué)性質(zhì)----自由基取代反應(yīng)

(氯代和溴代)

1.甲烷氯代——自由基機理第37頁實例:

自由基引起階段一般要用到過氧化物(ROOR)作為引起劑第38頁第39頁NBS為溴代試劑，在溫和條件下反應(yīng)

目前采用DBDMH替代NBS，其溴含量更大，反應(yīng)效率更高。第40頁氯化硫酰作為為烯丙基位氯代試劑第41頁2.自由基構(gòu)造與穩(wěn)定次序A.自由基構(gòu)型

B.自由基穩(wěn)定次序第42頁3.電子效應(yīng)理論及對自由基穩(wěn)定性解釋

誘導(dǎo)效應(yīng)——I效應(yīng)由于原子電負性不一樣樣而引起電子沿鍵偏移；短程、永久效應(yīng)。吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)用-I表達；推電子誘導(dǎo)效應(yīng)用+I表達。Cl-C+C+C+-CCl具有-I效應(yīng)；CH3+C-C-C--CCH3具有+I效應(yīng)。A.電子效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)；共軛效應(yīng)；超共軛效應(yīng)第43頁共軛效應(yīng)——C效應(yīng)

電子在共軛體系內(nèi)離域效應(yīng)。共軛體系即單雙鍵交替、或是單雙鍵交替時，在應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)雙鍵處出現(xiàn)是電子對旳體系，如C-C=C-C=C-C=C；C-C=C-?-C=C長程、遍及整個共軛體系效應(yīng)。吸電子共軛效應(yīng)用-C表達；推電子共軛效應(yīng)用+C表達。分類：-共軛、p-共軛第44頁-共軛：1,3-丁二烯CH2=CH-CH=CH2

第45頁p-共軛：甲基乙烯基醚CH3?-CH=CH2

第46頁超共軛效應(yīng)——C-H鍵共軛效應(yīng)

由于氫原子半徑非常小，導(dǎo)致C-H鍵電子云近似桶型；其鍵角為109.5，與90較為靠近，C-H鍵電子云與雙鍵部分重疊形成類似共軛效應(yīng)。

只存在于C-H鍵，并且只是推電子。

第47頁超共軛效應(yīng)實例：CH3CH=CH2超共軛效應(yīng)強度：-CH3>-CH2R>-CHR2>-CR3第48頁電子效應(yīng)影響

共軛效應(yīng)>超共軛效應(yīng)>誘導(dǎo)效應(yīng)

解釋自由基穩(wěn)定性次序

烯丙基自由基

第49頁芐基自由基

3自由基第50頁4.鹵代反應(yīng)活性與選擇性

A.氯代反應(yīng)

第51頁

反應(yīng)活性反應(yīng)難易程度對應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)率除以對應(yīng)氫原子個數(shù)為該級別氫原子反應(yīng)活性，1H:2H=(46/6)/(54/2)=1/3.51H:3H=(64/9)/(36/1)=1/5.0

反應(yīng)活性還可以通過反應(yīng)速率比值得到，甲烷與乙烷氯代時反應(yīng)速率之比為：CH4/CH3CH3=1/270。

反應(yīng)活性比例為：CH4:1H:2H:3H=(1/270)/1.0/3.5/5.0第52頁B.溴代反應(yīng)反應(yīng)選擇性是指反應(yīng)部位專一程度。結(jié)論：溴代反應(yīng)選擇性比氯代反應(yīng)好。第53頁C.Hammond假設(shè)解釋

反應(yīng)機理：CH3CH2CH3+Cl.(Br.)CH3CH2CH2.

CH3CH2CH3+Cl.(Br.)CH3CH.CH3生成兩種自由基：1自由基：CH3CH2CH2.

2自由基：CH3CH.CH3試驗現(xiàn)象