无机化学-烷烃Alkanes省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第二章第二章 烷烃（烷烃（Alkanes）烃烃（Hydrocarbons）脂肪族脂肪族（Aliphatic）芳香族芳香族（Aromatic)烷烃烷烃（Alkanes)烯烃烯烃(alkenes)炔烃炔烃(alkynes)环烷烃环烷烃 (Cyclic alkanes)第1页一、同系列（一、同系列（一、同系列（一、同系列（homologous serishomologous seris）、）、）、）、同系物（同系物（同系物（同系物（homologshomologs）、通式（）、通式（）、通式（）、通式（general formulageneral formula）二、同分异构（二、同分异构（二、同分异构（二、同分异构（isomerismisomerism）：结构异构）：结构异构）：结构异构）：结构异构 含有相同分子式，仅因为组成份子原子间连接顺含有相同分子式，仅因为组成份子原子间连接顺含有相同分子式，仅因为组成份子原子间连接顺含有相同分子式，仅因为组成份子原子间连接顺 序和方式不一样引发同分异构现象。序和方式不一样引发同分异构现象。序和方式不一样引发同分异构现象。序和方式不一样引发同分异构现象。烷烃：烷烃：烷烃：烷烃：碳架异构碳架异构碳架异构碳架异构 第2页 三、碳原子和氢原子分类三、碳原子和氢原子分类三、碳原子和氢原子分类三、碳原子和氢原子分类1：与一个碳相连，伯（与一个碳相连，伯（primary）碳原子，或一级碳（）碳原子，或一级碳（1）4：与二个碳相：与二个碳相连，仲（仲（secondary）碳原子）碳原子，或二级碳（或二级碳（2）3：与三个碳相：与三个碳相连，叔叔(tertiary)碳原子，或三级碳（碳原子，或三级碳（3）2：与四个碳相：与四个碳相连，季（季（quaternary）碳原子）碳原子,或四级碳（或四级碳（4）第3页四、命名四、命名1、普通命名法、普通命名法 110个碳：个碳：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬和癸辛、壬和癸表示表示 11个碳以上：个碳以上：十一烷，十二烷十一烷，十二烷 异（异（异（异（isoiso）新（新（新（新（neoneo）第4页2、系统命名法（、系统命名法（、系统命名法（、系统命名法（IUPACIUPAC）International Union of Pure and Applied ChemistryInternational Union of Pure and Applied Chemistry （1 1）选主链：选择烷烃分子中最长连续碳链作为主链，按其）选主链：选择烷烃分子中最长连续碳链作为主链，按其）选主链：选择烷烃分子中最长连续碳链作为主链，按其）选主链：选择烷烃分子中最长连续碳链作为主链，按其 碳原子数称某烷碳原子数称某烷碳原子数称某烷碳原子数称某烷 。（2 2）编号：从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字对主链碳原）编号：从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字对主链碳原）编号：从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字对主链碳原）编号：从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字对主链碳原 子依次编号。子依次编号。子依次编号。子依次编号。（3 3）取代基书写：相同取代基合并，用汉字表明数目；不一样）取代基书写：相同取代基合并，用汉字表明数目；不一样）取代基书写：相同取代基合并，用汉字表明数目；不一样）取代基书写：相同取代基合并，用汉字表明数目；不一样取取取取 代基按代基按代基按代基按“次序规则次序规则次序规则次序规则”排列，优先基团在后。排列，优先基团在后。排列，优先基团在后。排列，优先基团在后。（英文按字母次序排列）（英文按字母次序排列）（英文按字母次序排列）（英文按字母次序排列）（4 4）分子中有几个等长碳链可选择时，应选择含取代基多碳）分子中有几个等长碳链可选择时，应选择含取代基多碳）分子中有几个等长碳链可选择时，应选择含取代基多碳）分子中有几个等长碳链可选择时，应选择含取代基多碳 链为主链链为主链链为主链链为主链（5 5）复杂取代基命名）复杂取代基命名）复杂取代基命名）复杂取代基命名第5页 CH3CH2CH2 正丙基 n-propyl n-Pr 异丙基 iso-propyl i-PrCH3CH2CH2CH2 正丁基 n-butyl n-Bu 仲丁基 sec-butyl s-Bu(CH3)2CHCH2 异丁基 iso-butyl i-Bu(CH3)3C 叔丁基 tert-butyl t-Bu(CH3)3CCH2 新戊基 neo-pentyl取代基名称：取代基名称：CH3 甲基 methyl MeCH3CH2 乙基 ethyl Et第6页五、烷烃结构五、烷烃结构 楔线式楔线式 棒球模型棒球模型 斯陶特模型斯陶特模型第7页Sp3杂化轨道杂化轨道基态基态 激发态激发态第8页第9页键键特点：特点：（1）轴轴向重合，重合程度大，向重合，重合程度大，较较牢靠，牢靠，（2）可自由旋）可自由旋转转，不改，不改变变重合程度。重合程度。第10页六、物理性质(physical properties）分子键作用力（分子键作用力（Intermolecular force）1、偶极偶极（、偶极偶极（dipole-dipole）相互作用）相互作用 2、范德华力（、范德华力（Van der waals）3、氢键（、氢键（Hydrogen bond）有机化合物物理性质有机化合物物理性质 取决于它们取决于它们结构结构和分子间和分子间作用力作用力 烷烃分子间作用力主要是烷烃分子间作用力主要是范德华力范德华力 第11页1 1、沸点、沸点、沸点、沸点（boiling pointboiling point）直链烷烃沸点随分子中碳原子数增加而增高直链烷烃沸点随分子中碳原子数增加而增高直链烷烃沸点随分子中碳原子数增加而增高直链烷烃沸点随分子中碳原子数增加而增高。同分异构体中，含直链异构体比含支链异同分异构体中，含直链异构体比含支链异同分异构体中，含直链异构体比含支链异同分异构体中，含直链异构体比含支链异构体沸点高，支链越多，沸点越低构体沸点高，支链越多，沸点越低构体沸点高，支链越多，沸点越低构体沸点高，支链越多，沸点越低 。2 2、熔点、熔点、熔点、熔点（melting pointmelting point）直链烷烃熔点随分子量增加而升高。直链烷烃熔点随分子量增加而升高。直链烷烃熔点随分子量增加而升高。直链烷烃熔点随分子量增加而升高。同分异构体中，含直链异构体比含支链异同分异构体中，含直链异构体比含支链异同分异构体中，含直链异构体比含支链异同分异构体中，含直链异构体比含支链异构体熔点低，支链越多，分子越对称，分子在晶格构体熔点低，支链越多，分子越对称，分子在晶格构体熔点低，支链越多，分子越对称，分子在晶格构体熔点低，支链越多，分子越对称，分子在晶格中排列越紧密，熔点越高中排列越紧密，熔点越高中排列越紧密，熔点越高中排列越紧密，熔点越高 。第12页3 3、密度、密度、密度、密度（densitydensity）烷烃密度均小于烷烃密度均小于烷烃密度均小于烷烃密度均小于1 1。4 4、溶解性、溶解性、溶解性、溶解性（solubilitysolubility）不溶于极性水，溶于低极性有机溶剂（苯及四不溶于极性水，溶于低极性有机溶剂（苯及四不溶于极性水，溶于低极性有机溶剂（苯及四不溶于极性水，溶于低极性有机溶剂（苯及四氯化碳等）。氯化碳等）。氯化碳等）。氯化碳等）。第13页七、化学性质七、化学性质七、化学性质七、化学性质1 1、烷烃卤代反应、烷烃卤代反应、烷烃卤代反应、烷烃卤代反应（1 1）甲基氯化）甲基氯化）甲基氯化）甲基氯化（2 2）卤代反应机理自由基链锁反应）卤代反应机理自由基链锁反应）卤代反应机理自由基链锁反应）卤代反应机理自由基链锁反应第14页第15页（3 3）甲烷与其它卤素反应）甲烷与其它卤素反应）甲烷与其它卤素反应）甲烷与其它卤素反应 卤素相对活性：卤素相对活性：卤素相对活性：卤素相对活性：F F2 2ClCl2 2BrBr2 2II2 2 第16页（4 4）卤素与其它烷烃反应）卤素与其它烷烃反应）卤素与其它烷烃反应）卤素与其它烷烃反应第17页第18页三种氢反应活性次序：三种氢反应活性次序：三种氢反应活性次序：三种氢反应活性次序：3 3H 2H 1H 2H 1自由基相对稳定性次序以下：自由基相对稳定性次序以下：第19页八、构象（Conformation）围绕围绕键旋转所产生分子各种立体形象键旋转所产生分子各种立体形象不一样构象称构象异构体不一样构象称构象异构体（conformational isomers or conformers）（一）乙烷构象（一）乙烷构象第20页楔线式楔线式锯架式锯架式纽曼投影式纽曼投影式 交叉式交叉式 重合式重合式第21页扭转张力扭转张力(torsional strain)优势构象：交叉式优势构象：交叉式第22页丁烷构象：丁烷构象：第23页第24页 全重合全重合 邻位交叉邻位交叉 部分重合部分重合 对位交叉对位交叉 部分重合部分重合 邻位交叉邻位交叉 全重合全重合稳定性：对位交叉式稳定性：对位交叉式邻位交叉式邻位交叉式 部分重合式部分重合式全重合式全重合式优势构象：对位交叉式优势构象：对位交叉式第25页 第三章第三章 烯烃烯烃(Alkene)和环烷烃和环烷烃(Cycloalkane)第一节第一节 烯烃烯烃一、结构一、结构1、sp2杂化：杂化：第26页第27页2、乙烯结构：、乙烯结构：第28页第29页第30页二、同分异构二、同分异构三、命名三、命名：烯烃系统命名是选择烯烃系统命名是选择含碳碳双键最长碳链含碳碳双键最长碳链作为作为主链，按其碳原子数称某烯。主链，按其碳原子数称某烯。在编号时必须从在编号时必须从靠近双键靠近双键一端编起，使表示双一端编起，使表示双键位置数字尽可能最小，然后将双键中编号，将键位置数字尽可能最小，然后将双键中编号，将较较小那个碳原子序号小那个碳原子序号写在某烯前面，以表示双键在碳写在某烯前面，以表示双键在碳链中位置。链中位置。表示取代基名称和位置等标准与烷烃类似。表示取代基名称和位置等标准与烷烃类似。四、物理性质四、物理性质第31页五、烯烃化学性质五、烯烃化学性质（一）加成反应（一）加成反应（Addition Reactions）第32页1.加氢加氢催化氢化催化氢化（catalytic hydrogenation）催化剂：铂、钯、催化剂：铂、钯、Raney Ni等等2.与卤化氢加成与卤化氢加成（Addition of Hydrogen Halides）烯烃稳定性：反烯烃稳定性：反-2-丁烯顺丁烯顺-2-丁烯丁烯 1-丁烯丁烯普通同类烯烃中，双键碳上所连烷基越多越稳定普通同类烯烃中，双键碳上所连烷基越多越稳定第33页 卤化氢对烯烃加成活性次序：卤化氢对烯烃加成活性次序：HIHBrHCl马尔可夫尼可夫规则（马尔可夫尼可夫规则（Markovnikov rule)马氏规则马氏规则不对称烯烃与卤化氢加成时，卤化氢中氢总不对称烯烃与卤化氢加成时，卤化氢中氢总是加到含氢较多双键碳原子上，卤原子则加是加到含氢较多双键碳原子上，卤原子则加到另一双键碳原子上。到另一双键碳原子上。第34页亲电性试剂（亲电性试剂（electrophilic reagent）：）：缺乏电缺乏电子，迫切需要得到电子试剂。子，迫切需要得到电子试剂。由亲电性试剂进攻发生（加成）反应称由亲电性试剂进攻发生（加成）反应称 亲电性亲电性（加成）反应（加成）反应（electrophilic reaction,electrophilic addition reaction)。碳正离子活性中间体稳定性：碳正离子活性中间体稳定性：32 1 +慢快X碳正离子活性中间体碳正离子活性中间体碳正离子活性中间体碳正离子活性中间体 carbocation carbocation+第35页+烷基含有供（推）电子能力，中心碳上所连烷基越多，烷基含有供（推）电子能力，中心碳上所连烷基越多，碳正离子活性中间体越稳定，反之，连有吸（拉）电碳正离子活性中间体越稳定，反之，连有吸（拉）电子原子或基团，碳正离子稳定性下降。子原子或基团，碳正离子稳定性下降。+X X2 2 1 1 不对称烯烃与极性试剂加成时，试剂中正离子或带不对称烯烃与极性试剂加成时，试剂中正离子或带正电荷部分总是加到能形成稳定碳正离子双键碳原正电荷部分总是加到能形成稳定碳正离子双键碳原子上。子上。第36页+无过氧化物无过氧化物无过氧化物无过氧化物过氧化物过氧化物过氧化物过氧化物过氧化物效应过氧化物效应（peroxide effect）：在过氧化物存在下，不对称烯烃与溴化氢加成方向在过氧化物存在下，不对称烯烃与溴化氢加成方向在过氧化物存在下，不对称烯烃与溴化氢加成方向在过氧化物存在下，不对称烯烃与溴化氢加成方向是反马氏规则。是反马氏规则。是反马氏规则。是反马氏规则。过氧化物效应只对溴化氢有效。过氧化物效应只对溴化氢有效。过氧化物效应只对溴化氢有效。过氧化物效应只对溴化氢有效。3.与卤素加成与卤素加成Br/CCl4溶液用来检验烯烃第37页卤素对烯烃加成活性次序：卤素对烯烃加成活性次序：F F2 2ClCl2 2BBr r2 2II2 2(不反应）不反应）溴鎓离子反式加成第38页4.与硫酸加成与硫酸加成-烯烃间接水合烯烃间接水合烯烃间接水合烯烃间接水合与不对称烯烃加成一样遵照与不对称烯烃加成一样遵照与不对称烯烃加成一样遵照与不对称烯烃加成一样遵照Markovnikov rule.Markovnikov rule.第39页5.与水加成与水加成-烯烃直接水合烯烃直接水合烯烃直接水合烯烃直接水合遵照遵照遵照遵照Markovnikov ruleMarkovnikov rule6.与次卤酸加成与次卤酸加成+2(2()-)-氯乙醇氯乙醇氯乙醇氯乙醇不对称烯烃与次卤酸加成一样遵照不对称烯烃与次卤酸加成一样遵照不对称烯烃与次卤酸加成一样遵照不对称烯烃与次卤酸加成一样遵照Markovnikov rule.Markovnikov rule.第40页（二）双键氧化反应（二）双键氧化反应1.高锰酸钾氧化高锰酸钾氧化+第41页-2.臭氧化臭氧化另外，有另外，有另外，有另外，有HH2 2OO2 2产生，能产生，能产生，能产生，能使醛深入氧化成羧酸。使醛深入氧化成羧酸。使醛深入氧化成羧酸。使醛深入氧化成羧酸。第42页还原水解能够防止产物深入氧化还原水解能够防止产物深入氧化惯用还原剂：惯用还原剂：Zn/H2O+（三）（三）-氢原子反应氢原子反应第43页常温常温常温常温高温高温高温高温NBS N-NBS N-溴代丁二酰亚胺溴代丁二酰亚胺溴代丁二酰亚胺溴代丁二酰亚胺过氧化物过氧化物过氧化物过氧化物自由基稳定性：自由基稳定性：32 1 第44页作业第一章（p13）3，4，5第二章（p25）1（2）（4）（5）（6）4，6，7，8第三章（p45）1，3（2）（3）（5）（6），4，5，6（1）（3）（4）9，11（2），12 第45页 第二节第二节 环烷烃环烷烃(Cycloalkane)一、分类和同分异构一、分类和同分异构第46页同分异构同分异构:第47页二、命名二、命名命名标准同烷烃，要标明构型。有顺反异命名标准同烷烃，要标明构型。有顺反异构时命名构时命名只用顺反不用只用顺反不用Z、E。1,1-二甲基环己烷二甲基环己烷1,1-Dimethylcyclohexane1,1-二甲基二甲基-4-乙基环己烷乙基环己烷4-Ethyl-1,1-dimethylcyclohexane4-Ethyl-1,1-dimethylcyclohexane4-乙基环戊烯乙基环戊烯第48页2-环己基环己基-2-戊烯戊烯顺（非顺（非Z）1，3二甲基环戊烷二甲基环戊烷三、环烷烃理化性质三、环烷烃理化性质1.加氢加氢第49页2.加卤素加卤素高温高温高温高温+室温室温室温室温3.加卤化氢加卤化氢+或或或或不反应不反应不反应不反应小环（小环（3 3、4 4元）似烯元）似烯大环（大环（5 5、6 6元）似烷元）似烷第50页四、环烷烃结构四、环烷烃结构 Baeyer张力学说（张力学说（1885年）年）spsp3 3 碳原子键角应为碳原子键角应为碳原子键角应为碳原子键角应为109109。28,28,任何与此正常键角偏差，任何与此正常键角偏差，任何与此正常键角偏差，任何与此正常键角偏差，都会引发分子张力，这种张力含有力图恢复正常键角都会引发分子张力，这种张力含有力图恢复正常键角都会引发分子张力，这种张力含有力图恢复正常键角都会引发分子张力，这种张力含有力图恢复正常键角趋势。我们把这种张力叫趋势。我们把这种张力叫趋势。我们把这种张力叫趋势。我们把这种张力叫角张力角张力角张力角张力。只对小环适用第51页第52页蝴蝶式信封式环戊烷环戊烷环丁烷环丁烷第53页五、环己烷及其取代衍生物构象五、环己烷及其取代衍生物构象1.环己烷构象环己烷构象椅式构象椅式构象第54页椅式构象球棒模型椅式构象球棒模型椅式构象球棒模型椅式构象球棒模型船式构象球棒模型船式构象球棒模型船式构象球棒模型船式构象球棒模型第55页第56页凡与经过分子中心凡与经过分子中心凡与经过分子中心凡与经过分子中心假象垂直轴平行假象垂直轴平行假象垂直轴平行假象垂直轴平行CHCHCHCH键键键键凡与垂直轴凡与垂直轴凡与垂直轴凡与垂直轴成成成成109109。28C28CHH键键键键平伏键（平伏键（e）键）键equatorial bonds直立键（直立键（a）键）键 axial bonds第57页直立键平伏键showing both axial andequatorial bonds向上（下）碳原子有一根垂直向上（下）向上（下）碳原子有一根垂直向上（下）a键，另一根是斜向下（上）键，另一根是斜向下（上）e键。键。第58页第59页第60页第61页第62页第63页第64页第65页第四章 炔烃和二烯烃 第一节第一节 炔烃炔烃（Alkyene）一、结构一、结构1、sp杂化杂化第66页第67页第68页二、炔烃同分异构和命名二、炔烃同分异构和命名主链主链 选择含双键叁键在内最长碳链选择含双键叁键在内最长碳链,并按其碳原子数并按其碳原子数 称称“某烯炔某烯炔”，将，将“炔炔”字放在名称最终。字放在名称最终。编号编号 恪守恪守“最低系列最低系列”标准标准.编号相同优先双键较小位编号相同优先双键较小位号。号。第69页三、炔烃理化性质三、炔烃理化性质三、炔烃理化性质三、炔烃理化性质（一）加成反应（一）加成反应（一）加成反应（一）加成反应1 1、催化氢化、催化氢化、催化氢化、催化氢化（Hydrogenation）H2CatalystH2CatalystAlkyneAlkeneAlkane第70页H2CatalystAlkyneAlkeneHow stop at alkene?Lindlar Catalyst Pd,BaSO4/喹啉喹啉第71页H2LindlarCis addition of hydrogen第72页?How get TRANS addition of hydrogen?第73页NaNH3Sodium-Ammonia Reduction of AlkynesTRANSliquid ammonia solvent第74页Na NH3H2LindlarCISTRANS第75页2 2、加卤素、加卤素、加卤素、加卤素3 3、加卤化氢、加卤化氢、加卤化氢、加卤化氢4 4、加水、加水、加水、加水第76页Hydration of AlkynesH3O+Hg2+How did this take place?acetone第77页H3O+Hg2+ENOLAdd water to triple bond.第78页第79页H3O+Hg2+第80页（二）氧化反应（二）氧化反应（二）氧化反应（二）氧化反应（三）炔氢反应（三）炔氢反应（三）炔氢反应（三）炔氢反应第81页Terminal AlkynesNaNH2 Acetylide ionBaseNucleophile第82页How do this transformation?第83页NaNH2 Nucleophilic Substitution Reaction第84页1.NaNH2 2.EtBr1.NaNH2 2.MeBr第85页Reagent?H3O+,Hg2+第86页Reagent?NaNH2第87页Reagent?CH3Br第88页Reagent?H2 Lindlar第89页Reagent?Na NH3第90页第二节 二烯烃(Dienes)一、分类和命名二、结构第91页Isolated Double BondsConjugated Double Bonds第92页Overlap of p orbitals第93页第94页Overlap of p orbitalsNo overlap第95页第96页CONJUGATED double bonds252 KJ/Mole226 KJ/MoleH2H2第97页共轭共轭共轭共轭 键与键与 键重合。电子离域键重合。电子离域,体系稳定。体系稳定。p-共轭共轭 p轨道与轨道与 键重合。电子离域键重合。电子离域,体系稳定。体系稳定。六个六个C-H键与三个键与三个C-C键键共平面；共平面；p 轨道垂直于平面且彼轨道垂直于平面且彼此相互平行此相互平行,重合；电子离域；重合；电子离域；大大 键；键；共轭体系。共轭体系。共轭体系中电子离蜮共轭体系中电子离蜮,使体系能量降低。共轭体系越大使体系能量降低。共轭体系越大,化合物越稳定。键长趋于平均化，化合物越稳定。键长趋于平均化，C2-C3展现部分双键。展现部分双键。共轭分子经典结构式含有单双键交替特征；共轭分子经典结构式含有单双键交替特征；共轭体系交替偶极不会因共轭连增加而减弱。共轭体系交替偶极不会因共轭连增加而减弱。第98页三三.共轭双烯反应共轭双烯反应1.1,4-1.1,4-加成（共轭加成）加成（共轭加成）试剂试剂(溴溴)加到加到C-1C-1和和C-4C-4上上(即共轭体系两端即共轭体系两端)双键移到双键移到 中间，称中间，称1,4-1,4-加成或共轭加成。加成或共轭加成。共轭体系作为整体形式参加加成反应，通称共轭加成。共轭体系作为整体形式参加加成反应，通称共轭加成。+-+-+-+(p-共轭共轭)第99页 p-共轭共轭第100页1,2-与与1,4-加成产物百分比加成产物百分比:1,4-加成产物加成产物第101页低温低温 1,2-加成加成高温高温 1,4-加成加成 反应速率控制产物百分比反应速率控制产物百分比速率控制或动力学控制速率控制或动力学控制 产物间平衡控制产物百分比产物间平衡控制产物百分比平衡控制或热力学控制平衡控制或热力学控制低温时低温时,产物百分比取决于反应速率产物百分比取决于反应速率,反应速率受控于活化反应速率受控于活化能大小能大小,活化能小反应速率快活化能小反应速率快;高温时高温时,反应可逆反应可逆,产物比产物比例与产物稳定性相关。例与产物稳定性相关。第102页 2.Diels-Alder反应（合成环状化合物）反应（合成环状化合物）双烯体：共轭双烯双烯体：共轭双烯(S-顺式构象顺式构象,双键碳上连给电子基双键碳上连给电子基,增强活性增强活性)亲双烯体：烯烃或炔烃亲双烯体：烯烃或炔烃(重键碳上连吸电子基重键碳上连吸电子基,增强活性增强活性)双烯体双烯体 亲双烯体亲双烯体第103页