第2章烷烃和环烷烃 21烷烃的结构 饱和烃:烷烃 链烃不饱和烃:烯烃、炔烃 烃(碳氢化合物 ( hydrocarbon)环烃∫脂环烃:环烷烃、环烯(炔烃 芳(香)烃 烷烃的通式CnH2n+2 同系列:凡具有同一通式,具有相似的构造和性质,而在 组成上相差一个或多个CH2原子团的一系列化合物 同系物:同系列中的各个化合物 例如:CH3OH、 CH CHOH、CH3CH2CH2OH
第2章 烷烃和环烷烃 2.1 烷烃的结构 饱和烃: 烷烃 链烃 不饱和烃: 烯烃、炔烃 烃(碳氢化合物) (hydrocarbon) 环烃 脂环烃: 环烷烃、环烯(炔)烃 芳(香)烃 • 烷烃的通式: CnH2n+2 • 同系列: 凡具有同一通式, 具有相似的构造和性质, 而在 组成上相差一个或多个CH2原子团的一系列化合物. 同系物: 同系列中的各个化合物. 例如: CH3OH、CH3CH2OH、CH3CH2CH2OH
甲烷的结构:分子中的碳原子以四个sp3杂化轨道分别与 四个氢原子的1s轨道重叠,形成四个等同的C-Hσ键,键 角为109.5°,呈正四面体的空间结构,体系最稳定 如图2-1所示其它烷烃的结构与此类似(图2-2) σ键:两个原子轨道沿键轴方向以头碰头方式重叠所构成 的共价键.σ键的形状呈圆柱形沿键轴对称分布,。键可沿 键轴自由旋转 伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子 级二级三级四级 级二级三级
• 甲烷的结构: 分子中的碳原子以四个sp3杂化轨道分别与 四个氢原子的1s轨道重叠, 形成四个等同的C–H σ键, 键 角为109.5° , 呈正四面体的空间结构, 体系最稳定. 如图2–1所示. 其它烷烃的结构与此类似(图2–2). • σ键: 两个原子轨道沿键轴方向以头碰头方式重叠所构成 的共价键. σ键的形状呈圆柱形沿键轴对称分布, σ键可沿 键轴自由旋转. • 伯、仲、叔、季碳原子 和 伯、仲、叔氢原子 1° 2° 3° 4° 1° 2° 3° 一级 二级 三级 四级 一级 二级 三级
2.2烷烃的命名法 22.1普通命名法常用于简单烷烃和烷基的命名 命名原则:根据烷烃分子中的碳原子总数叫做某烷 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十 κ正”某烷:直链烷烃,正”字可省略. 异”某烷:具有(CH3)2CH(CH2hCH3结构的烷烃 (CH3)3CCH3 (CH3)3CCH2CH 新戊烷 新己烷 °烷基的命名 烷基:从烷烃去掉一个H后剩下的基团,用R表示 要记忆碳原子总数4(包括4)以下的烷基(见书P2223)
2.2 烷烃的命名法 2.2.1 普通命名法 常用于简单烷烃和烷基的命名 • 命名原则: 根据烷烃分子中的碳原子总数叫做某烷. 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二…… “正”某烷: 直链烷烃, “正”字可省略. “异”某烷: 具有(CH3 )2CH(CH2 )nCH3结构的烷烃. (CH3 )3CCH3 (CH3 )3CCH2CH3 新戊烷 新己烷 • 烷基的命名: 烷基: 从烷烃去掉一个H后剩下的基团, 用 R 表示. 要记忆 碳原子总数4(包括4)以下的烷基.(见书 P22～23)
222系统命名法重点掌握 命名原则:(结合书中例子) 1直链烷烃的命名与普通命名法基本相同,但不加“正 2支链烷烃的命名是以主链为母体,所连的支链做取代基. 1)主链的选择:选择最长的含取代基最多的碳链做主链, 以此作为母体,按其碳原子数称某烷. (2)主链的编号:遵循最低系列原则,使取代基的位次之和 最小.其次是使较不优先(注:按次序规则排列)的取代 基的位次最小 (3)取代基的处理:把取代基的位次、个数和名称依次写 在母体名称之前.如果主链上连有多个取代基,相同的 取代基应合并,不同的取代基按次序规则(见P51排列, 较优先的取代基后列出
2.2.2 系统命名法 重点掌握. 命名原则: (结合书中例子) 1.直链烷烃的命名与普通命名法基本相同, 但不加“正” 字. 2.支链烷烃的命名是以主链为母体, 所连的支链做取代基. (1)主链的选择: 选择最长的含取代基最多的碳链做主链, 以此作为母体, 按其碳原子数称某烷. (2)主链的编号: 遵循最低系列原则, 使取代基的位次之和 最小. 其次是使较不优先(注: 按次序规则排列)的取代 基的位次最小. (3)取代基的处理: 把取代基的位次、个数和名称依次写 在母体名称之前. 如果主链上连有多个取代基, 相同的 取代基应合并, 不同的取代基按次序规则(见P51)排列, 较优先的取代基后列出
23烷烃的同分异构 23.1烷烃的构造异构 只有碳链异构 推出碳链异构体的方法:逐步缩短碳架,去掉重复的构造 式.例:写出正己烷所有的构造异构体 232烷烃的构象异构 1.乙烷的构象 ①构象的定义:由于碳碳单键的旋转,导致分子中原子 或基团在空间的不同排列方式
2.3 烷烃的同分异构 2.3.1 烷烃的构造异构 • 只有碳链异构. • 推出碳链异构体的方法: 逐步缩短碳架,去掉重复的构造 式. 例: 写出正己烷所有的构造异构体. 2.3.2 烷烃的构象异构 1. 乙烷的构象 ① 构象的定义: 由于碳碳单键的旋转, 导致分子中原子 或基团在空间的不同排列方式
②乙烷的两种典型构象: ●交叉式构象:能量最低,最稳定,是乙烷的优势构象 重叠式构象:能量最高,最不稳定 两种构象的能量相差不大(126kmo,室温时分子所 具有的动能即能克服这一能垒,足以使各构象间迅速转 化,成为无数个构象异构体的动态平衡混合物.室温时乙 烷分子大都以最稳定的交叉式构象状态存在 ③构象的两种表示方法 ●锯架式:从侧面观察分子 Newman(纽曼)投影式:沿着C-Cσ键轴观察分子 H H HH H H H H H H H H HH H
② 乙烷的两种典型构象: ⚫ 交叉式构象: 能量最低, 最稳定, 是乙烷的优势构象. ⚫ 重叠式构象: 能量最高, 最不稳定. ⚫ 两种构象的能量相差不大(12.6kJ·mol-1 ), 室温时分子所 具有的动能即能克服这一能垒, 足以使各构象间迅速转 化, 成为无数个构象异构体的动态平衡混合物. 室温时乙 烷分子大都以最稳定的交叉式构象状态存在. ③ 构象的两种表示方法: ⚫ 锯架式: 从侧面观察分子. ⚫ Newman(纽曼)投影式: 沿着C－C σ 键轴观察分子. H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H
2.丁烷的构象 沿着C2-C3o键旋转时形成四种典型构象:见P26图 能量:对位交叉式邻位交叉式>部分重叠式>全重叠式 丁烷在室温下主要以对位交叉式和邻位交叉式构象存在. 24烷烃的物理性质 有杋物的物理性质通常是指:物态、沸点、熔点、密度 溶解度、折射率、比旋光度和光谱性质等. 通过测定物理常数可以鉴定有机物和分析有机物的纯度 1.状态(常温常压下)(了解) 正烷烃:C C4C5~C16C1以上 气体 液体 固体
2. 丁烷的构象 沿着C2－C3 σ键旋转时形成四种典型构象: 见P26图 能量: 对位交叉式邻位交叉式>部分重叠式>全重叠式 丁烷在室温下主要以对位交叉式和邻位交叉式构象存在. 2.4 烷烃的物理性质 有机物的物理性质通常是指: 物态、沸点、熔点、密度、 溶解度、折射率、比旋光度和光谱性质等. 通过测定物理常数可以鉴定有机物和分析有机物的纯度. 1. 状态(常温常压下) (了解) 正烷烃: C1 ～C4 C5 ～C16 C17以上 气体 液体 固体
2.沸点(bp)见表2-1 沸点主要与下列因素有关 ①分子间 van der Waals引力:包括色散力、诱导力和 取向力.分子的极性越大, van der waals引力越大 ②分子间是否形成氢键.氢键的影响明显 ●烷烃是非极性或极性很弱的分子,分子间仅存在很弱的 色散力∴与分子量相同或相近的其它有机物相比烷烃 的沸点最低 直链烷烃随着碳数的增加,分子间色散力增大,因而沸点 逐渐升高.同碳数的烷烃中,直链烃的沸点较高,支链越 多,沸点越低 3.熔点(mp)(了解) 烷烃的熔点也随着碳数的增加而升高,但不像沸点变化 那样有规律
2. 沸点 ( b.p.) 见表2–1 沸点主要与下列因素有关: ①分子间 van der Waals 引力: 包括色散力、诱导力和 取向力. 分子的极性越大, van der Waals 引力越大. ②分子间是否形成氢键. 氢键的影响明显. ⚫ 烷烃是非极性或极性很弱的分子, 分子间仅存在很弱的 色散力 ∴与分子量相同或相近的其它有机物相比, 烷烃 的沸点最低. ⚫ 直链烷烃随着碳数的增加, 分子间色散力增大, 因而沸点 逐渐升高. 同碳数的烷烃中, 直链烃的沸点较高, 支链越 多, 沸点越低. 3. 熔点 ( m.p.) (了解) 烷烃的熔点也随着碳数的增加而升高, 但不像沸点变化 那样有规律
4.密度 比水轻,<1gcm-3 5.溶解性 根据“极性相似者相溶”的规律,所有烷烃均不溶于水, 易 溶于非极性或弱极性溶剂如乙醚、苯、CC 25烷烃的化学性质 烷烃由于分子中只含有比较牢固的C一Cσ键和C一H 键,所以它们的化学性质不活泼,对一般化学试剂表现 出高度稳定性,在室温下与强酸、强碱、强氧化剂及强 还原剂都不发生反应.但在一定条件下,如高温、高压 光照、加入催化剂等,它们也能发生一些化学反应
4. 密度 比水轻, ＜ 1 g·cm﹣3 5. 溶解性 根据“极性相似者相溶”的规律, 所有烷烃均不溶于水, 易 溶于非极性或弱极性溶剂如乙醚、苯、CCl4 . 2.5 烷烃的化学性质 烷烃由于分子中只含有比较牢固的C－C σ键 和 C－H σ键, 所以它们的化学性质不活泼, 对一般化学试剂表现 出高度稳定性, 在室温下与强酸、强碱、强氧化剂及强 还原剂都不发生反应. 但在一定条件下, 如高温、高压、 光照、加入催化剂等, 它们也能发生一些化学反应
2.1甲烷的卤代反应 紫外光或高温 CH+ cl CH3C1+ HCl CHc、∞ CHCI34CC\ 反应产物为混合物,但控制适当的反应条件,可使反应 主要生成一种卤代物 分子中氢原子被卤素取代的反应称为卤代反应 25.2烷烃的卤代反应机理一自由基链反应 (free radical chain reaction) 反应机理(反应历程)化学反应所经历的途径或过程 只有了解反应机理,才能认清反应的本质,掌握反应的规 律,从而达到控制和利用反应的目的
2.5.1 甲烷的卤代反应 紫外光 或 高温 CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl Cl2 Cl2 Cl2 CH2Cl2 CHCl3 CCl4 反应产物为混合物, 但控制适当的反应条件, 可使反应 主要生成一种卤代物. 分子中氢原子被卤素取代的反应 称为 卤代反应. 2.5.2 烷烃的卤代反应机理–––自由基链反应 (free radical chain reaction) 反应机理(反应历程): 化学反应所经历的途径或过程. 只有了解反应机理, 才能认清反应的本质, 掌握反应的规 律, 从而达到控制和利用反应的目的