第二章 烷 烴和環(huán)烷 烴

第二章烷烴和環(huán)烷烴第1頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月一概念1.烴：只由C、H構(gòu)成的化合物。2.烴的分類飽和(saturated)烷烴開鏈烴烴不飽和烷烴環(huán)烴(Cyclichydrides)脂環(huán)烴芳香烴

第2頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3.烷烴：指分子中碳原子以單鍵相連，其余的價鍵與氫結(jié)合而成的化合物4.烷烴的同系列：組成結(jié)構(gòu)相似，組成

相差nCH2，滿足同一通式CnH2n+2的系列化合物同系列中的化合物彼此互稱為同系物，固定差值—CH2—被稱為系差。第3頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1同分異構(gòu)現(xiàn)象分子式相同，而構(gòu)造不同的異構(gòu)體稱為構(gòu)造異構(gòu)體。實質(zhì)是由于碳干構(gòu)造的不同而產(chǎn)生的，又稱為碳鏈異構(gòu)。低級烷烴的同分異構(gòu)體數(shù)目和構(gòu)造式，可以用碳干的不同推導(dǎo)出來，以己烷為例。二烷烴的結(jié)構(gòu)第4頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1）最長直碳鏈?zhǔn)紺—C—C—C—C—C2）C—C—C—C—CCC—C—C—C—CC第5頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2原子軌道雜化理論（鮑林提出）

軌道雜化是由幾個能量相近的原子軌道“混合和重組”重新組成能量相同的等數(shù)量的新軌道的過程。

烷烴中的碳原子是SP3雜化，烯烴中的雙鍵碳原子是SP2雜化，炔烴中的三鍵碳原子是SP雜化。2S1S2PC原子的雜化方式有3種，sp3、sp2、spC原子的軌道排布式如右：電子排布式為1s22s22p2第6頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2S2PX

2PY

2PZ

2SSP3SP3雜化SP3SP3SP3激發(fā)激發(fā)態(tài)基態(tài)A）SP3雜化2PX

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雜化態(tài)第7頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月①參與雜化的軌道：1個S軌道，3個P軌道②軌道組成1/4S軌道，3/4P軌道③形狀：梨形④空間分布：正四面體YXZ第9頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2S2PX

2PY

2PZ

SP2SP2SP22PZ

SP2雜化激發(fā)激發(fā)態(tài)基態(tài)2S2PX

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2PZ

B）sp2雜化第11頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月SP2雜化：①參與雜化的軌道：1個S軌道，2個P軌道。②軌道組成1/3S軌道，2/3P軌道③形狀：梨形④空間分布：平面三角形2PzSP2SP2SP2第12頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2S2PX

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SP雜化激發(fā)激發(fā)態(tài)基態(tài)2S2PX

2PY

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C）SP雜化2SSP2Py

2PZ

SP第14頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月SP雜化①參與雜化的軌道：1個S軌道，1個P軌道②軌道組成1/2S軌道，1/2P軌道③形狀：梨形④空間分布：直線形2Pz2PySPSP第15頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

sp3、sp2、sp三種雜化狀態(tài)中，如果S所占成分較多，原子核對雜化軌道中的電子約束力較大，所以電負(fù)性sp>sp2

>sp3。第16頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月CHHHHKekule模型Stuart模型楔形式3烷烴的立體結(jié)構(gòu)1）結(jié)構(gòu)的表示方法實線表示在紙平面，粗線表示指向紙外，虛線表示指向紙內(nèi)。第17頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月H1S1

重疊SP3—S109.50代表H代表C2）甲烷和乙烷分子的形成第18頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月乙烷SP3—SC—H

SP3—

SP3C—C

HHH—C—C—HHHStuart模型第19頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月SP3SP3б第20頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3）丙烷及其以上的烷烴

第22頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月4烷烴的構(gòu)象1）概念：具有一定構(gòu)型的分子由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)的（一般可相互轉(zhuǎn)變的）空間形象。2）乙烷的構(gòu)象交叉式構(gòu)象：兩個碳原子上的氫原子彼此距離最遠(yuǎn)，處于相互交叉位置。重疊式構(gòu)象：兩個碳原子上的氫原子彼此距離最近，處于相互重疊位置。第25頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月構(gòu)象可用透視式（鋸架式）、紐蔓投影式或楔型式來表示。透視式：眼睛從C-C鍵軸斜450方向看第26頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月紐蔓投影式：眼睛從C-C鍵軸線上看第27頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月楔型式（傘形式）：是眼睛垂直于鍵軸方向看第28頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月重疊式構(gòu)象第29頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月12.5006001200能量/KJ.mol-重疊式交叉式交叉式第30頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3）丁烷的構(gòu)象第31頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月旋轉(zhuǎn)600全重疊式鄰位交叉式對位交叉式部分重疊式部分重疊式鄰位交叉式旋轉(zhuǎn)600旋轉(zhuǎn)600旋轉(zhuǎn)600轉(zhuǎn)600第34頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月能量/KJ.mol-006001200360018002400300014.218.43.4第35頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1C、H原子的類型伯C10C10H伯H仲C20C20H仲H叔C30C30H叔H季C40C××

10203040三命名第36頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2烷基：烷烴分子中去掉一個氫原子而剩下的基團(tuán)。CnH2n+1—CH3-MethylC2H5-EthylCH3CH2CH2—Propyl

異丙基Isopropyl

CH3CH2CH2CH2—正丁基Butyl仲丁基sec-Butyl

叔丁基tert-Butyl異丁基(Isobutyl)第37頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3次序規(guī)則支鏈烷基的名稱及位置寫在母體名稱的前面，排列順序按立體化學(xué)中的次序規(guī)則。（1）將各取代基中與母體相連的原子按原子序數(shù)大小排列，原子序數(shù)大的，為較優(yōu)(大）基團(tuán)。第38頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月CH3-CH-CH2-CH-CH2CH32-甲基-4-乙基己烷CH3CH2CH3CH3-CH-CH2—CH-CH2CH3乙基為較優(yōu)基團(tuán)H-C

-HH-C-H

H

H-C-HH（2）如各取代基中與母體相連的第一個原子相同時，則比較與該第一個原子相連的第二個原子，仍按序數(shù)排列，若第二個原子也相同，則比較第三個原子，依次類推。第39頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月C-C-C-C—C—C-C-C-CH-C-HH-C-CCCC4-丙基-6-異丙基壬烷（3）如果基團(tuán)中含有雙鍵或三鍵，則把它看作連有兩個或三個相同原子或基團(tuán)來進(jìn)行比較—C—CH2HCH2—CH=CH2看成第40頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月—C≡CH看成—C—CHCHCH—C≡CH—CH=CH2

＞—C=OH

看成—C—OOH—C=OH

＞—CH2OH第41頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月4命名1）普通命名法正某烷異某烷碳鏈某一末端帶有兩個甲基的側(cè)鏈的烷烴,(CH3)2CH-新某烷碳原子烷烴異構(gòu)體中含季C的烷烴,(CH3)3CCH2-異或新只適用7個碳原子以下的烷烴。第43頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2）系統(tǒng)命名（IUPAC）A直鏈：某正烷去“正”B支鏈：1’

選主鏈選擇最長的鏈作為主鏈，主鏈C的數(shù)目命為某烷，把其他支鏈作為取代基。2’主鏈編號。一般由距離支鏈最近一端開始，若取代基不止一個，按照最低系列原則進(jìn)行編號。（定基位）第44頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月最低系列：指的是當(dāng)分別從主鏈兩端開始編號而得到兩種使取代其的位次具有不同號數(shù)的系列時，則逐次逐個比較各系列中的位次數(shù)字，最先遇到位次數(shù)字較小的系列就定為最低系列。例2,2,4—三甲基己烷1234562,2,43,5,5654321第45頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3’書寫：排基名：列基順序小為先，基同合并，漢語數(shù)字表其數(shù)。列名稱；基前母后，漢字之間緊相連，中外字間一線牽。支鏈烷基的名稱及位置寫在母體名稱的前面，排列順序按立體化學(xué)中的次序規(guī)則。3-甲基-4-乙基己烷第46頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月123456CH3-CH-CH2-CH-CH2CH3CH3CH32，4—二甲基己烷具有相同長度的鏈作為主鏈時，則應(yīng)選擇支鏈數(shù)目多的為主鏈。

7CH3CH3CH3-CH2-CH-CH-CH-CH-CH31CH3CH2CH2-CH372，3，5—三甲基—4—正丙基庚烷∨2，3—二甲基—4—仲丁基庚烷×第47頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2,5-二甲基-3，4-二乙基己烷第48頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月12345678CH3CH2CH2—CH—CH—CH2CH2CH3CH2CHCH3CH2CH3CH34-正丙基-5-異丙基辛烷兩個不同的取代基，從主鏈任一端編號，位次均相同，則按“次序規(guī)則”給較小基團(tuán)以較小編號。第49頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月四性質(zhì)1.物理物態(tài)：甲—丁烷氣體，戊烷—16烷液體，17烷以上固體熔（mp）沸（bp）點：Cmp、bp同分異構(gòu)體中，直鏈烷的沸點最高，支鏈越多，沸點越低相對密度：Cd0.8左右溶解性：易溶于非極性溶劑

第50頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月mp熔點0Cbp沸點0C—129.736.1—1609.5—1728增大降低降低第51頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月色散力(分子間瞬時偶極作用力）的作用范圍很小，只有分子間靠得很近的部分才起作用。第52頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月mp熔點0Cbp沸點0C6963.360.358.049.7—94.0—118—154—129—98第53頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2有機(jī)反應(yīng)的基本類型1）共價鍵斷裂的兩種類型C:YC?+Y?C:-+Y+C:YC++:Y-

均裂異裂Cl:ClCl?+Cl?△H=+2424KJ/MOL均裂第54頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2）自由基反應(yīng)和離子型反應(yīng)自由基（游離基）反應(yīng):共價鍵均裂成自由基而引起的反應(yīng)稱為自由基反應(yīng)。離子型反應(yīng)：共價鍵異裂成離子而引起的反應(yīng)稱為離子型反應(yīng)。分為親核反應(yīng)和親電反應(yīng)。給電體(親核試劑）（Nu-)進(jìn)攻帶部份正電子的碳原子而發(fā)生的反應(yīng)叫親核反應(yīng)。親電體（親電試劑如金屬離子和H+）進(jìn)攻反應(yīng)物帶部份負(fù)電荷的位置而產(chǎn)生的反應(yīng)叫親電反應(yīng)。第55頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3、化學(xué)性質(zhì)①一般很穩(wěn)定，不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、強(qiáng)還原劑作用。②烷烴的氧化CnH2n+2+2O2

nCO2+(n+1)H2O+Q熱量3n+1燃燒③烴的鹵代：分子中一個或某個原子或基團(tuán)被另一原子或基團(tuán)所代替的反應(yīng)。F2＞Cl2＞Br2＞I2第56頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月例CH4+Cl2CH3Cl+HCl日光或高溫日光或高溫或高溫或高溫日光日光烴與氟難以控制（常溫或黑暗），碘化很難發(fā)生，一般指的是氯代或溴代。第57頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月4烷烴鹵代反應(yīng)機(jī)理a.鏈的引發(fā)Cl∶ClCl·+Cl·自由基的形成光b.鏈的增長Cl·+CH4→HCl+CH3·CH3·+Cl2→CH3Cl+Cl·第58頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月CH3Cl+Cl·→·CH2Cl+HCl·CH2Cl+Cl2→CH2Cl2+Cl·CH2Cl2+Cl·→·CHCl2+HCl·CHCl2+Cl2→CHCl3+Cl·CHCl3+·Cl

→·CCl3+HCl·CCl3+Cl2→CCl4+Cl·第59頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

c.鏈的終止（不再有新的自由基）CH3·+CH3·→C2H6CH3·+Cl·→CH3ClCH2Cl·+CH2Cl·→ClCH2CH2Cl反應(yīng)最終產(chǎn)物是多種鹵代烴及烷烴的混合物第60頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

5烷基游離基相對穩(wěn)定性

H=435KJ/molH=410KJ/molH=410KJ/molH=397KJ/molH=381KJ/mol叔游離基30異丙基游離基20伯游離基10伯游離基10甲基游離基第61頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月同一類型的鍵發(fā)生均裂時，鍵的離解能愈小，則游離基愈易生成，生成的游離基也較穩(wěn)定。自由基的相對穩(wěn)定性穩(wěn)定次序：叔自由基>仲自由基>伯自由基>CH3·取代速度不同30H>20H>10H(游離基活性比較）>>>CH3·第62頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月57%43%36%64%第63頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月五自然界的烷烴甲烷、沼氣、瓦斯瓦斯主要成分是烷烴，其中甲烷占大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。如遇明火，即可燃燒，發(fā)生“瓦斯”爆炸。瓦斯爆炸就其本質(zhì)來說，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。

生物體中的烷烴第64頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)環(huán)烷烴Cyclicalkanes一、環(huán)烴：碳原子連接成環(huán)，性質(zhì)與脂肪族類似的碳?xì)浠衔?。二、分類環(huán)烴脂環(huán)烴（單環(huán)）環(huán)烷烴CnH2n環(huán)烯烴CnH2n-2環(huán)炔烴小環(huán)C3—C4普環(huán)C5—C7中環(huán)C8—C11大環(huán)C12以上芳香烴單環(huán)多環(huán)稠環(huán)單環(huán)烴第65頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月CH3—CH—CH2—CH—CH2—CH3CH31234562—甲基—4—環(huán)丙基己烷三單環(huán)環(huán)烷烴命名如果環(huán)上有較復(fù)雜的取代基，則把碳環(huán)作為取代基進(jìn)行命名。簡單的單環(huán)烷烴以環(huán)為母體，環(huán)上側(cè)鏈為取代基進(jìn)行命名。1,1—二甲基—3—乙基環(huán)戊烷第66頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1—環(huán)丁基戊烷1—甲基—2—異丙基環(huán)戊烷1,1,2—三甲基環(huán)戊烷第67頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1—甲基—2—乙基—5—異丙基環(huán)己烷1—正丙基—4—異丙基環(huán)己烷第68頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月四、單環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)1、單環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)1）雜化方式烷烴的碳sp3雜化，形成四個等同的sp3雜化軌道，軌道呈正四面體分布，夾角109°28′雜化軌道形狀空間分布圖第69頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月CCCHHHHHH60°105.5°彎曲的鍵2）環(huán)丙烷的成鍵情況由于形成了彎鍵，表明△中的C—C鍵的P電子成分高，鍵的極化度相應(yīng)增大，使電子云分布在連接兩個碳原子的直線的外側(cè)，提供了被親電試劑進(jìn)攻的位置，從而具有一定烯烴的性質(zhì)。第70頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3）C3—C6環(huán)的結(jié)構(gòu)成鍵軌道間夾角105.5°107°108°109°28′第71頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月C3—C6環(huán)，隨著環(huán)增大，成鍵時電子云之間的夾角越接近正常夾角109°28′，扭轉(zhuǎn)張力減弱，環(huán)趨于穩(wěn)定，因而鍵的穩(wěn)定性越好。碳原子個數(shù)總張力能（KJ/mol）3114410852660第72頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1）單環(huán)環(huán)烷烴構(gòu)造異構(gòu)2單環(huán)烷烴的同分異構(gòu)①碳胳異構(gòu)（碳鏈異構(gòu)）②取代基位置異構(gòu)第73頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2）單環(huán)烷烴的立體異構(gòu)Ⅰ順反異構(gòu)（幾何異構(gòu)）①產(chǎn)生的條件：A.分子中有限制鍵旋轉(zhuǎn)的因素，如環(huán)的存在或C＝C存在，但C≡C不行。B.環(huán)中兩個或兩個以上的碳原子（每個雙鍵碳原子）必須和兩個不同的原子或基團(tuán)相聯(lián)。第74頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月②含義：兩個異構(gòu)體在原子或基團(tuán)的連接順序及官能團(tuán)的位置上均無區(qū)別，區(qū)別在于基團(tuán)的空間排序不同。如：CH3－CH＝CH－CH3相同的原子團(tuán)在同側(cè)稱為順式，異側(cè)稱為反式。由于成環(huán)碳原子（或兩個雙鍵碳原子）上所連接的不同原子或基團(tuán)在空間排列不同而形成不同構(gòu)型化合物的異構(gòu)現(xiàn)象叫做順反異構(gòu)現(xiàn)象。第75頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月順-1，2-二甲基環(huán)丙烷反-1，2-二甲基環(huán)丙烷順-1，2-二甲基-1-乙基環(huán)丙烷順-1，3-二甲基環(huán)戊烷第76頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月C＝CHCH3CH3HC＝CCH3CH3HH順-2-丁烯反-2-丁烯構(gòu)型:分子中各原子或基團(tuán)在空間的不同排列,相互之間的轉(zhuǎn)化必須通過鍵的斷裂和再形成.第77頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月CH2=CH2

CH2=CH—CH3

C＝CCH3CH2CH3CH3CH3

順-1，2-二氯-1-丁烯第78頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)已烷中的六個碳原子不是在同一平面內(nèi)的，碳原子之間的夾角是正常的鍵角109°28′，環(huán)較穩(wěn)定。環(huán)已烷在空間有兩種典型的排布方式：船式和椅式構(gòu)象。椅式：船式：Ⅱ環(huán)己烷的構(gòu)象異構(gòu)1）環(huán)己烷的椅式和船式構(gòu)象第79頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2）椅式構(gòu)象中1，4號兩碳原子分別位于由2，3，5，6號碳原子構(gòu)成的平面上下側(cè)。船式構(gòu)象中1，4號兩個碳原子分別位于由2，3，5，6號碳原子構(gòu)成的平面的同側(cè)。第80頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3）椅式穩(wěn)定，船式不穩(wěn)定1414第81頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月4）椅式構(gòu)象中C—H鍵