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《烷烃和环烷烃》PPT课件

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有机化学课件第-二-章烷烃和环烷烃_图文

有机化学课件第-二-章烷烃和环烷烃_图文
熔点高低取决于分子间的作用力 和晶格堆积的密集度。
烷烃熔点的特点 （1） 随相对分子质量增大
而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳
烷烃的熔点升高值 大 （如右图）。 （3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点 下降。
偶数碳 奇数碳
（二） 沸点
沸点大小取决于分子间的作用力
烷烃沸点的特点
（1）沸点一般很低。 （非极性，只有色散力）
H2O2 + Fe2+
RCOO-
-e-
电解
HO• + HO- + Fe3+ RCOO •
自由基的稳定性
均裂 H=359.8kJ/mol (88kcal/mol) 共价键均裂时所需的能量称为键解离能。 键解离能越小，形成的自由基越稳定。
苯甲基自由基
稀丙基自由基 三级丁基自由基 异丙基自由基
乙基自由基 甲基自由基 苯基自由基
Hammond假设：过渡态总是与能量相近 的分子的结构相近似。
甲烷氯代反应势能图
甲烷氯代反应势能图的分析
1、第一步反应的活化能比较大，是速控步骤。 2、第二步反应利于平衡的移动。 3、反应 1 吸热，反应 2 放热，总反应放热，所以反应 只需开始时供热。 4、过渡态的结构与中间体（中间体是自由基）相似， 所以过渡态的稳定性顺序与自由基稳定性顺序一致。 推论：3oH最易被取代，2oH次之，1oH最难被取代。
甲烷氯代反应的适用范围
1、 该反应只适宜工业生产而不适宜实验室制备。 2 、该反应可以用来制备一氯甲烷或四氯化碳，不适 宜制备二氯甲烷和三氯甲烷。 3、无取代基的环烷烃的一氯代反应也可以用相应方法 制备，C(CH3)4的一氯代反应也能用此方法制备。
（2） 甲烷卤代反应活性的比较

《烷烃和环烷烃》课件

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第二章 烷烃和环烷烃
8
例1 CH3-CH2 5
32 1
CH2-CH-CH2 -CH-CH2-CH3
CH2
CH3
CH3
3-甲基-5-乙基辛烷
取读 代作 基： 位位 次
连基 母
字名 体
符
名
例2 CH3-CH2-CH—CH-CH2-CH3 CH3-CH CH-CH3 CH3 CH3
2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷 2,5-甲基-3,4二乙基己烷 2,5-2甲基 3,4-2乙基己烷
8 7 65 43 2 1
CH3
2024/8/14
22
第二章 烷烃和环烷烃
2、确定取代基小结
（给主链编号）
（1）近取代基端编号；
CH3
CH2CH3
（2）若两个不同取代 基位于相同位次时， 按次序规则使小取代
CH3CH2CHCH 2CHCHCH 2CH2CH3 CH2CH2CH3
CH3 CH3
基编号较小（不考虑 下一个取代基）；
12
456
例3 6CH3-5CCHH-3CH2—3CCHH—2CCHH—3 1CH3
CH3 CH3
2,5-二甲基-3-异丙基己烷 2,5-二甲基-4-异丙基己烷
上页 下页 首页
第二章 烷烃和环烷烃
①
CH3 CH3
C7 H3C6 H25CH4CH3CHC2 HC1H 3 CH2 CH3
③
CH2 CH3
正戊烷
(CH3)2CHCH2CH3 (CH3)2C(CH3)2
异戊烷 新戊烷
第二章 烷烃和环烷烃
碳链异构的特点：
随着分子中碳原子数目增加，异构 体数目急剧增加。
例： C6H14 异构体数目 5个

第一章 烷烃、环烷烃和构象ppt课件

第一章 烷烃、环烷烃和构象ppt课件

以卤代芳烃为原料，通过 Ullmann反应，可以制得联苯类化合物。

卤代芳烃可以生成Grignard试剂，但常需 较高的反应温度（必须时用四氢呋喃作溶 剂）。

卤代烃可以用下述方法制备： 1.烃的卤代。

2.从醇制备。

3.不饱和烃和HX或X2的加成。

4.卤化物的互换。
卤代烃的主要化学性质总结如下 1.亲核取代。
间位定位基的吸电子作用使苯环上电子云密度降低，结果使 苯环钝化。这类基团与苯环所联结的原子上有单位正电荷 （+NR3),或者有部分正电荷（），或者有强的吸电子基（）。 当间位定位基直接连在带δ+的碳上时，使中间体σ络合物 更不稳定，但它连在间位时，使σ络合物不稳定的影响就小 些，故E主要进入间位。

2.消除反应。
3.与金属反应。

4.与二烷基铜鋰偶联（Corey—House反应）。
5.还原。

卤代烷烃含有好的离去基（X-)并且容易被 亲核试剂Nu-进攻，反应是通过Sn1,Sn2,E1 和E2四种可能途径中的一种或一种以上的 途径发生的。 一个Sn1或E1反应是通过正碳离子中间 体进行的：

一个正碳离子中间体往往导致产物是混合 物：取代产物，消除产物和常常伴随着的 重排产物。如果中间体正碳离子通过H,Ar或 R的1，2-迁移能够形成更稳定的正碳离子， 则产生重排产物。如果RX是手性的，在Sn1 反应中则发生外消旋化。

Sn1或E1反应是一级反应：反应速率只决定 于RX的浓度，速率控制步骤是R+ 的形成。 R+的稳定性决定该步骤中过度态的能量， 这是因为过度态具有正碳离子的特性。正 碳离子的稳定性是3°>2°>1°>CH3+,因 此RX发生Sn1或E1反应的倾向是 3°>2°>1°>CH3+。烯丙基和苄基卤代物 容易发生Sn1反应，由于形成的正碳离子中 间体通过共轭而取得稳定化。

烷烃和环烷烃.ppt

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当C－H键的轨道与单电子的p轨道处于相邻位置时，即发生 p共轭(超共轭)。
自由基的结构和稳定性
p超共轭结构使自由基的未配对电子不再被局限 在一个原子上，体系在一定程度上趋于稳定。
能够参加p共轭的相邻的C－H 轨道越多， p电 子离域程度越大，自由基就越稳定。其稳定性为：
苯等。 烷烃作为溶剂时，它只能溶解非极性或弱极性的物质。
烷烃的化学性质
烷烃结构：
键：
烷烃在常温下很不活泼，化学性质稳定。 与大多数试剂，如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂都不反应。 常作溶剂。 烷烃的稳定性是相对的，适当的试剂和反应条件下，烷烃也可发 生若干化学反应。
取代反应
氯代反应的反应热
甲烷氯化的反应热如下所示：
步(1) 242.7 kJ mol1
H = +242.7 kJ mol1
步(2) 步(3)
+
439.3 kJ mol1
+
431.8 kJ mol1
H = (431.8 kJ mol1) (439.3 kJ mol1) = +7.5 kJ mol1
H
HC H
H
H C C.
>
H
HCH
H
HH
H C C. >
H
HCH
H
HH
H
H C C. > H C.
HH
H
键离解能的比较
H
H CH
H
HH
HC CH
HH
H
H C.
H
+ H.
HH
H C C. + H.
HH
H1 = 439.3kJ/mol H2 = 410kJ/mol
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结论：三、四元环为张力环(strained rings) ，五元环为 无张力环，六元环及其更大的环也是张力环。
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 1
第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
(二) 现代理论解释
环烷烃分子中的碳原子采取sp3杂化；除了环丙烷 以外，其它环烷烃的碳原子都不在同一平面上。
第二节 环烷烃(三、化学性质)
CH 3CH 2CH 2Br CH 3CH 2CH 2Br
+ HI
+ HI
CH3
CH
H2C
C CH3 + HBr
CH3
CH 3CH 2CH 2CH 2I CH 3CH 2CH 2CH 2I
CH3 CH3
CH2CH C CH3
H
Br
环丙烷的烷基取代物与HX开环加成, 环的开裂总是在含最 多H和最少H的碳原子间进行, 氢加到含氢多的碳原子上。
第二章 烷烃和环烷烃
二、环烷烃的结构与稳定性
(一) 张力学说
第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
1885年, Baeyer 假定, 环烷烃具有平面正多边形的结构：
Bond
angle
60°
90°
108°
120°
128.6
135°
环上C－C之间的键角偏离正常键角109°28′, 就会产生 角张力(angle strain), 偏差角越大张力越大, 分子越不稳定。
e
e
a
a
ae
ea a
e e
a→e
动画模拟：椅式环己烷的翻环作用
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 17
第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
(二) 加成反应：
第二节 环烷烃(三、化学性质)
1. 催化加氢
CH2 H2C CH2
+ H2
Ni 80℃
CH3—CH2—CH3
H2 C—CH2 H2 C—CH2 + H2
Ni 200℃
CH3—CH2—CH2—CH3
+ H2 Ni/300℃ CH3—CH2—CH2—CH2— CH3
催化加氢易到难：环丙烷>环丁烷>环戊烷。≥6环烷烃更难。
几乎垂直于对称轴的C－H键,叫平伏键(e键)
邓健 制作 张静夏 审校
上页 下页
首页 16
第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
翻环作用：通过碳碳单键的转动,环己烷 一种椅式构象可以转变成另一种椅式构象。
转环前后，a键变e键，e键变a键。
a
a
a
a
e e
ea ae
a
e e
45.2kJ/mol 106 /s
人民卫生电子音像出版社
boat form
H H
5 H 3
上页
H H1H
6
HH
2
H下页 首页 13第二章 烷烃和环烷烃第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
(二) 构象异构的能量分析
船式(模型)
空间张力
H 重叠式的H
183pm
H
H
H H4
H 1 H HH
5
HH
6
HH
2 3
HH
1 6
H4
5
HH
3
2
H
H
HH
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 8
第二章 烷烃和环烷烃
2. 加卤素
第二节 环烷烃(三、化学性质)
CH2 H2C CH2
+
Br2
室温
CCl4
CH2—CH2—CH2
Br
Br
+ Br2
Br
Br
邓健 制作 张静夏 审校
上页 下页 首页 9
第二章 烷烃和环烷烃
3. 加卤化氢
+ HBr + HBr
20℃
HH
透视式
Newman 投影式
重叠式 (扭转张力)
邓健 制作 张静夏 审校
上页 下页 首页 14
第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
椅式(模型)
H
H
5
6
3 4
1,3-二竖键的相互作用力
H
1
1
6
5
2
4
交叉式
交叉式的 H
H H
2 3
椅式构象 99.9%
船式构象 0.1%
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第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
大环烷烃的结构
环庚烷 C7H14
环辛烷 C8H16
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上页 下页 首页 4
第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
由于几何形状上的限制，环丙烷分子虽是平面结构，但成 键的电子云并不沿轴向重叠, 而是形成一种弯曲键。 键 角 与 轨 道的正常夹角有偏差, 造成重叠程度小, 键能下降,产生角张力。
上页 下页 首页 15
第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
(三) 椅式构象中的直立键和平伏键
axis
equator
5
3 4
1 6
2
5
3 4
1 6
2
C1C3C5的键竖直向上 C2C4C6的键垂直向下
C1C3C5的键下翘 C2C4C6的键上翘
与对称轴平行的C－H键, 叫直立键(a键)，
第二章 烷烃和环烷烃
三、环烷烃的性质
第二节 环烷烃(三、化学性质)
脂环烃的物理性质和化学性质与相应的脂肪烃 相似。环烷烃性质似烷烃。
但小环的环烷烃不稳定, 容易发生开环加成反应。
(一) 自由基取代反应：
300℃
+ Br2 ——>
Br + H—Br
邓健 制作 张静夏 审校
上页 下页 首页 7
第二章 烷烃和环烷烃
环丁烷
环戊烷
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上页 下页 首页 2
第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
环己烷（椅式构象）
分子中碳碳之间的键角能够保持或尽可能接 近109°28′。因此除了三、四元环为张力环以外 ，环戊烷及其以上的环烷烃都是稳定的。
邓健 制作 张静夏 审校
上页 下页 首页 3
第二章 烷烃和环烷烃
椅式
半椅式
扭船式
椅式
半椅式
船式
动画模拟： 船式构象与椅式构象的相互转化
邓健 制作 张静夏 审校
上页 下页 首页 12
第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
棒 球 模 型4
5 6
1 3
2
5 4
3
6 1
2
chair form
H
5
透 视 式
H H
4
H
3
H
H
H
6H 1 H
HH
2
H
H4 H
H
香蕉键
环丙烷分子中 轨道部分重叠
开链或较大脂环化合物 中轨道可达到最大重叠
邓健 制作 张静夏 审校
上页 下页 首页 5
第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
脂环烃的稳定性顺序(由小到大)：
三元环 < 四元环 < 五元环～六元环及以上的脂环烃
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
四、环己烷的构象异构
(一) 两种典型构象 —— 船式和椅式
船式构象
椅式构象
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
环己烷的椅式构象和船式构象可以 通过分子中C—C 键的扭转互相转化。