中山大学有机化学PPT课件

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1、第二章饱和碳氢化合物Saturated Hydrocarbon 第 二 章 重 点 讲 解 问 题一 、 饱 和 碳 氢 化 合 物 （ 烷 烃 、 环 烷 烃 ） 的 命 名二 、 饱 和 碳 氢 化 合 物 的 构 象 与 构 象 分 析三 、 碳 氢 化 合 物 的 稳 定 性 与 拜 尔 的 环 张 力 学 说四 、 饱 和 碳 氢 化 合 物 的 物 理 性 质 （ 分 子 间 的 非 共 价 作 用 ） 碳 氢 化 合 物 由 碳 和 氢 两 种 元 素 形 成 的 有 机 化 合 物 的 总 称 ，又 称 烃 （ hydrocarbon）开 链 烃 环 烃 饱 和 烃 烷 烃 ，

2、 环 烷 烃 不 饱 和 烃 烯 烃 ， 环 烯 烃芳 香 烃炔 烃 ， 环 炔 烃 1、对于碳数为C1C10的直链烷烃-甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳数，称为“某烷”2、对于碳数C10的烷烃-直接用中文数字表示碳数英文命名类似“碳数词干+ane词尾”methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane(十一烷), dodecane(十二烷) 构造异构体（constitutional isomers）分子式相同但分子内原子的连接顺序或方式不同的异构体

3、。普通命名法（Common names）对于构造异构体，则使用“正”、“异”、“新”等表示。“正(normal)”代表直链烷烃，“异(iso-)”和“新(neo-)”分别表示特定的分支烷烃。 CH3CHCHCH3 CH3 CH3 noneCH3CH2CH2CH2CH2CH3 hexaneCH3CHCH2CH2CH3 CH3 isohexane CH3 CH3CCH2CH3 CH3 neohexane CH3CH2CHCH2CH3 CH3 none 烷 基 （ Alkyl） 烷 烃 分 子 中 从 形 式 上 消 除 一 个 氢 的 部 分 ， 通 常 用 R- 表 示 ， 英 文 用 “ yl

4、 ” 替 代 “ ane ”methane methyl CH3- Meethane ethyl CH3CH2- Etn-propane n-propyl CH3CH2CH2- n-Pro isopropyl (CH3)2CH- i-Pron-butane n-butyl CH 3CH2CH2CH2- n-Bu sec-butyl CH3CH2CHCH3 sec-Buisobutane isobutyl (CH3)2CHCH2- i-Bu tert-butyl (CH3)3C- tert-Bu lPrimary (1), secondary (2), tertiary (3), quatern

5、ary (4) Clbut only primary, secondary, tertiary H l注 意 烷 烃 分 子 和 烷 基 中 碳 级 别 的 不 同 CCH3CH3H3C CH2CHCH2CH2CH3CH3 CCH3CH3H3C CH3CH2CHCH3 CH3CH2CH2CH2 叔 丁 基tert-butyl 仲 丁 基sec-butyl 丁 基butyl 1o2o3o 3o 2o 2o 1o1o4o IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry CCOOHH3C OH (S)-2-羟 基 丙 酸H 构 型 取

6、 代 基 母 体 名 1、 直 链 烷 烃 同 普 通 命 名 法 ， 取 消 “ 正 ” 字2、 最 长 的 碳 链 主 链 ， 主 链 碳 数 “某 烷 ” 主 链 以 外 的 其 他 部 分 支 链 或 取 代 基 CH3CH2CH2CH2CHCH2CH3CH 2CH3 12345671 2 3 4 5 6 7 母 体 名 ： 庚 烷 heptane3-乙 基 庚 烷 （ 3-ethylheptane） 4、 相 同 的 取 代 基 可 以 合 并 ， 用 二 （ di） 、 三 （ tri） 、 四 （ tetra）等 表 示 相 同 取 代 基 的 数 目 ， 其 编 号 在 连 字

7、 符 前 用 逗 号 分 隔 列 出 。如 ： CH3 CH3CH3CHCH2CH2CHCH2CH3 1 2 3 4 5 6 72,5-二 甲 基 庚 烷2,5-dimethylheptane 5、 多 个 支 链 存 在 时 ， 英 文 按 字 母 顺 序 排 列 ， 中 文 则 按 “ 次序 规 则 ” ， 将 较 优 基 团 列 在 后 面 。 注 意若 两 个 取 代 基 不 同 ， 但 取 代 位 号 相 同 ， 则 给 “ 较 优 ” 基 团 以 大 编号 （ 英 文 按 字 母 顺 序 ） CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH 2CH3CH3 12345671 2 3 4

8、5 6 73-甲 基 -5-乙 基 庚 烷3-ethyl-5-methylheptane注 意 ！ 3-ethyl-5-methylhexane 次 序 规 则 (1) 原 子 序 数 大 的 为 “ 较 优 ” 基 团(2) 第 一 原 子 相 同 ， 按 原 子 序 数 大 小 顺 序 比 较 第 二 原 子例 如 ： -CH2Cl -CH2OH，因 为 -C (Cl, H, H) -C (O, H, H) 次 序 规 则又 如 ： -CH2CH(CH3)2 -CH2CH2OH，因 为 -C (C， H， H) = -C (C， H， H) C (C， C， H) CCH3CH3CH3 C

9、HCH2CH3CH3 CH2CHCH3CH3 叔 丁 基tert-butyl 仲 丁 基s ec-butyl 异 丁 基isobutyl CH2(CH2)2CH3 正 丁 基n -butyl -C(C,C,H) -C(C,H,H)-C(C,C,H) -C(C,H,H) 6、 如 果 支 链 还 有 分 支 ， 不 能 用 简 单 的 基 名 称 来 命 名 ， 则 需 要 对支 链 按 照 类 似 原 则 进 行 编 号 和 命 名 。 编 号 从 支 链 与 主 链 相 连的 碳 原 子 开 始 。 CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH2CH3CH 2CH3 CHCH2CH3CH2CH

10、3 6 71 2 3 4 5 8 9 1 2 33-乙 基 -5-(1-乙 基 丙 基 )壬 烷3-ethyl-5-(1-ethylpropyl)nonane 7、 如 果 具 有 不 止 一 条 可 选 择 的 等 长 的 碳 链 ：(1) 以 取 代 基 数 目 最 多 的 碳 链 为 主 链 。 2,5-二 甲 基 -4-仲 丁 基 庚 烷 或 2,5-二 甲 基 -4-(1-甲 基 丙 基 )庚 烷4-(sec-butyl)-2,5-dimethylheptane or 2,5-dimethyl-4-(1-methlpropyl)heptane 2,4,5-3,4,5- 注 意英 文

11、命 名 中 的 前 缀 di， tri， tetra， sec 和 tert不 计 入 排 序 中 ， 但 iso，neo 和 cyclo 计 入 排 序 中 。 环 丙 烷cyclopropane 环 丁 烷cyclobutane 环 戊 烷cyclopentaneC3H6 C4H8 C5H10 结 构 通 式 ： CnH2n 2. Cycloalkanes 不饱和度 分子组成的氢原子数目与理论上最大可 能数目之差的情况分子式： CnHm， 则不饱和度 =Saturated hydrocarbons: CnH2n+2If it is a cycloalkane, the degree of

12、unsaturated equals to the number of ring. (2n + 2) - m / 2环烷烃的通式与不饱和度（环的数目） 1. 单 环 环 烷 烃 的 命 名 若 环 烃 做 母 体 ， 则 母 体 名 “环 某 烷 ” CH 2(CH 3)2 CH 2CH 2CH 2CH 2CH 3A. B.A. Isopropylcyclopentane B. 1-cyclobutylpentane 环 丙 烷cyclopropane 环 丁 烷cyclobutane 环 戊 烷cyclopentane 环 己 烷cyclohexane 当 环 上 有 2个 不 同 取 代

13、基 时 ， 它 们 以 字 母 顺 序 引 出 ， 1号位 给 最 先 引 出 的 取 代 基 。 当 环 上 有 多 个 取 代 基 时 ， 则 将 1位 编 号 给 予 能 使 第 2个 取代 基 编 号 最 小 的 位 置 。 1,1,2-三 甲 基 环 戊 烷1,1,2-trim ethylcyclopentane而 不 是 1,2,2- 或 1,5,5- 取 代 2-甲 基 -4-乙 基 -1-丙 基 环 己 烷4-ethyl-2-m ethyl-1-propylcyclohexane而 不 是 1,3,4- 或 1,2,5- 取 代 3 桥 环 烃 bridged hydrocar

14、bon, 分 子 内 环 与 环 之 间 有 两 个 或 两个 以 上 共 用 碳 原 子 的 多 环 烃 。桥 头 碳 共 用 的 碳 原 子桥 两 个 桥 头 碳 原 子 间 的 碳 链 CC Modhephene CCH CCH 金 刚 烷 环的数目各桥上碳数由大到小排全部环上碳原子数 编 号 从 桥 头 碳 开 始 ， 绕 最 长 的 桥 到 另 一 个 桥 头 ， 再 绕 次 长 桥 回 来 ， 最 后 再 编 最 短 的 桥 。 可 能 的 情 况 下 给 取 代 基 以 尽 可 能 小 的 编 号 1 2 3456 7 8 母 体 为 二 环 3.2.1 辛 烷2,8,8-三 甲

15、 基 二 环 3.2.1辛 烷 一 般 步 骤 ：1. 选 取 母 体2. 确 定 取 代 基 的 位 置 和 名 称3. 以 适 当 的 顺 序 在 母 体 名 称 前 列 出 取 代 基 的 编 号 和 名 称4. 必 要 时 ， 对 构 型 进 行 标 示 （ 详 见 第 三 章 和 第 五 章 的 构 型 标 示方 法 ）命名小结 CCOOHH 3C OH (S)-2-羟 基 丙 酸H 构 型 取 代 基 母 体 名 1 乙 烷 (Ethane) 的构象 1 乙 烷 (Ethane) 的构象 H H HH H H HH HH HHStaggered Newman projection

16、sawhorse projection 60 0 H H H H H H HH H HH HEclipsed 00 Newman projection sawhorse projection Conformational analysis- describes the energy of such conformational interconversion乙烷构象分析势能图 扭 转 张 力 正丁烷构象分析势能图 扭 转 张 力 1. 环丙烷、环丁烷和环戊烷的构象 HH H H H H H H H HH H H H H H HH H HH HH H H H H HC 完 全 重 叠 完 全 重

17、 叠 H H H H HH HH 不 完 全 重 叠 H HH H H H HHH H 12 3 4 5 1 2 3 45角 张 力 和 扭 转 张 力 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 56 H H H H H HH HC H 2 C H 2 1 2 3 4 5 6 观察 者 2.6 环烷烃的构象 a 和 e键 的 关 系 不 清 晰 a e 1 2 3 4 5a 和 e 键 的 关 系 清 晰a bond - axial bond e bond - equatorial bond 2.6 环烷烃的构象3. monosubstituted cyclohexane the stable

18、conformer - the substituent（ 取 代 基 ） is in equatorial position - 1, 3-diaxial interaction H H HH CH3 HH HHH CH3H3C H H H CH3 H HH3C H H H HH H CH3H H H H H H 丁 烷 的邻 位 交 叉 式 构 象 取 代 基 在 a 键 的单 取 代 环 己 烷 构 象 丁 烷 的对 位 交 叉 式 构 象 取 代 基 在 e 键 的单 取 代 环 己 烷 构 象 4. disubstituted cyclohexane e.g. 1, 2-dimethy

19、lcyclohexane cis-trans stereoisomers (属 构 型 异 构 ) cis-trans-稳 定 性 lAnswer 1,2-disubstituted cyclohexane - trans-isomer is more stable (for ee is more stable than ea)lQuestions 1) How about 1,3- and 1,4- disubstituted cyclohexane? 2) Please try to draw out the chair conformers and answer the above qu

20、estion 2.6 环烷烃的构象5. 环己烷的其他构象 HH HH HH H H H H HH . 1 2 3 4 56 观 察 者 1 2 435 6H HH H H H H H 12 3 4 56 船 式 半 椅 式 扭 船 式 2.7 烷烃和环烷烃的燃烧热、生成热与稳定性1、燃烧热l化 合 物 的 燃 烧 热 (Hc)： 一 个 化 合 物 在 标 准 状 态 下 完 全 燃 烧 生 成 二氧 化 碳 和 水 的 过 程 所 放 出 的 热 量 。l烷 烃 在 空 气 中 燃 烧 生 成 二 氧 化 碳 和 水 ， 反 应 式 如 下 ： l主 要 用 于 同 分 异 构 体 稳 定

21、性 的 比 较 。l相 同 组 成 的 同 分 异 构 体 ， 燃 烧 热 越 高 者 ， 化 合 物 所 具 有 的 能 量 就 越高 ， 也 就 越 不 稳 定 。 C nH 2n+2(g)+ 3n+12 nCO 2(g)+ (n+1)H 2O(l) +O 2(g) HC 1、燃烧热l 烷 烃 的 不 同 异 构 体 能 量 是 有 所 不 同 的 。 1、燃烧热 2. 生成热l 生 成 热 （ Hf） ： 是 指 化 合 物 在 标 准 状 态 下 由 单 质 元 素 生 成 过 程 中 放 出 的 热 量 。 对 于 烃 类 化 合 物 而 言 ， 即 指 由单 质 碳 （ 石 墨 ）

22、 和 氢 气 生 成 该 化 合 物 的 过 程 中 的 放 热 。 nC + (n+1)H 2 C nH 2n+ 2 + G raphite G as Hf相 同 组 成 的 同 分 异 构 体 ， 生 成 热 越 高 者 越 稳 定 。 2.生成热l事 实 上 大 多 数 烃 类 化 合 物 是 难 以 从 单 质 碳 和 氢 生 成 的 ， 因 此 通 常 烃类 的 生 成 热 是 通 过 燃 烧 热 和 CO2与 H2O的 生 成 热 计 算 而 得 ， 如 ： C nH 2n+2(g) + 3n+12 O 2(g) nC + (n+1)H 2 + 3n+12 O 2 nC O 2(g

23、) + (n+1)H 2O (l) H f H c H f (烷烃 ) (C O 2+H 2O (l) (烷烃 )Hf （烷烃） Hf （CO2+H2O） HC 3 3 3 3 饱 和 碳 氢 化 合 物 的 稳 定 性1. Saturated carbons - Alkanes relatively stable2. Cycloalkanes - Ring Strain Instability of three- and four- membered rings - due to angle strain (角 张 力 ) - Baeyer 环 张 力 学 说 109.5 0 60 0 90

24、 0 2.8 非 共 价 作 用 与 性 质 的 关 系 非 共 价 力 包 括 ： 氢 键 Hydrogen Bond 偶 极 -偶 极 作 用 力 范 德 华 作 用 力 （ 吸 引 力 和 斥 力 ） 等 等 作 用 于 分 子 间 和 分 子 内 影 响 化 合 物 的 物 理 性 质 和 化 学 性 质 - 熔 点 、 沸 点 、 溶 解 性 能 - 酸 碱 性 、 反 应 速 度 和 反 应 方 向 非共价力及其强度 2.8 非 共 价 作 用 与 性 质 的 关 系 饱 和 性 当 A H中 的 氢 原 子 与 一 个 B原 子 结合 形 成 氢 键 后 ， 另 一 个 电 负

25、性 大 的原 子 B则 难 以 接 近 氢 原 子 了 ， 因 为 B、A的 负 电 荷 将 排 斥 原 子 B靠 近 ， 因 此一 个 氢 原 子 只 能 与 一 个 杂 原 子 形 成氢 键 。 (1) 氢键氢键的饱和性和方向性 2.8 非 共 价 作 用 与 性 质 的 关 系 方 向 性 1. 只 有 当 A-HB在 同 一 直 线 上 时 最 强 ； 2. 氢 键 的 方 向 和 未 共 用 电 子 对 的 对 称 轴 一 致 ， 这 样 可 使 原子 B中 负 电 荷 分 布 最 多 的 部 分 最 接 近 氢 原 子 ， 这 样 形 成 的 氢键 最 稳 定 。氢 键 的 强 弱

26、 A、 B的 电 负 性 越 大 ， 氢 键 越 强 ； B的 原 子 半 径 越 小 ， 氢 键越 强 。 （ F-H F最 强 ） 2.8 非 共 价 作 用 与 性 质 的 关 系分 子 内 氢 键 与 分 子 间 氢 键 分 子 间 氢 键 使 熔 点 、 沸 点 升 高 (乙 醇 和 二 甲 醚 ) 分 子 内 氢 键 使 熔 点 、 沸 点 下 降 分 子 间 氢 键 使 水 溶 性 增 加 N O OHO N O OHO N OOOH 邻 硝 基 苯 酚 m.p.45 对 硝 基 苯 酚 m.p.114 (2) dipole-dipole interactions偶 极 -偶 极

27、 作 用 力 （ 极 性 分 子 ）极 性 大 的 分 子 ， 偶 极 -偶 极 作 用 力 大 ， 溶 沸 点 高 ， 水 溶 性 增 强 (3) van der Waals forces范德华作用力（所有分子）are induced dipole-induced dipole interactionsn 极 化 率 越 大 ， 分 子 的 接 触 面积 越 大 ， 范 德 华 作 用 力 越 大 ，溶 沸 点 越 高 。n 吸 引 或 排 斥 与 分 子 间 距 离 有关 ， 太 近 ， 表 现 为 排 斥 作 用 。2.8 非共价作用与性质的关系 沸 点 影 响 因 素 ： 分 子 的

28、极 性 、 分 子 量 、 分 子 接 触 面 积 、 氢 键 。极 性 沸 点 极 性 相 同 ， 分 子 量 沸 点极 性 相 同 ， 分 子 量 相 同 ， 分 子 接 触 面 积氢 键 的 存 在 ， 沸 点 且 氢 键 沸 点 沸 点 1. Boiling PointsDepend on the strength of the attractive forces between the individual moleculesC-C、C-H - nonpolar bondsvan der Waals forces - depends on the area of contact be

29、tween the moleculesThe boiling points of alkanes increase as their size increaseA branched compound has a relatively lower boiling point 2.8 2. Melting Points Packing influences the melting point of a compound Packing is a property that determines how well the individual molecules in a solid fit tog

30、ether in the crystal lattice The tighter the fit, the more energy required to break the lattice and melt the compound. 2. Melting Points of Alkanes熔 点 增 加 幅 度 ： 偶 数 碳 烷 烃 奇 数 碳 烷 烃 7 7 776 6 6 质 子 性 溶 剂 极 性 溶 剂 非 质 子 性 溶 剂 非 极 性 溶 剂 烃 类 有机溶剂 H2O, ROHNH3, RCOOH丙 酮 、 乙 醚 DMSO、DMF 第二章重点讲解问题1. 烷 烃 和 环 烷

31、 烃 的 命 名2. 烷 烃 和 环 烷 烃 的 构 象3. 烷 烃 和 环 烷 烃 的 稳 定 性 （ 燃 烧 热 、 生 成 热 、 环 张 力 学 说 ）4. 分 子 间 的 非 共 价 作 用 与 烷 烃 的 物 理 性 质 讨论性专题1： 学 习 第 一 至 第 五 章 ， 查 阅 有 关 书 籍 和 文 献 ， 讨 论 有 机 化 合 物 结 构 与 性 质 的 关 系 ， 并 通 过 实 例 理 解 和 阐 述 有 机 化合 物 这 些 性 质 的 重 要 性 。 限 A4纸 两 面 , 第 九 周 周 三 （ 4月 18日 ） 交 。 1、对于碳数为C1C10的直链烷烃-甲、乙

32、、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳数，称为“某烷”2、对于碳数C10的烷烃-直接用中文数字表示碳数英文命名类似“碳数词干+ane词尾”methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane(十一烷), dodecane(十二烷) CH3CHCHCH3 CH3 CH3 noneCH3CH2CH2CH2CH2CH3 hexaneCH3CHCH2CH2CH3 CH3 isohexane CH3 CH3CCH2CH3 CH3 neohexane CH3CH2CHCH2C

33、H3 CH3 none 次 序 规 则又 如 ： -CH2CH(CH3)2 -CH2CH2OH，因 为 -C (C， H， H) = -C (C， H， H) C (C， C， H) C (O， H， H)(3) 含 有 双 键 和 叁 键 的 基 团 ， 可 以 认 为 连 有 两 个 或 三 个 相 同 原 子 CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH2CH3CH 2CH3 CHCH2CH3CH2CH3 6 71 2 3 4 5 8 9 1 2 33-乙 基 -5-(1-乙 基 丙 基 )壬 烷3-ethyl-5-(1-ethylpropyl)nonane 桥 环 烃 bridged h

34、ydrocarbon, 分 子 内 环 与 环 之 间 有 两 个 或 两个 以 上 共 用 碳 原 子 的 多 环 烃 。桥 头 碳 共 用 的 碳 原 子桥 两 个 桥 头 碳 原 子 间 的 碳 链 CC Modhephene CCH CCH 金 刚 烷 4. disubstituted cyclohexane e.g. 1, 2-dimethylcyclohexane cis-trans stereoisomers (属 构 型 异 构 ) cis-trans-稳 定 性 2. 生成热l 生 成 热 （ Hf） ： 是 指 化 合 物 在 标 准 状 态 下 由 单 质 元 素 生 成

35、 过 程 中 放 出 的 热 量 。 对 于 烃 类 化 合 物 而 言 ， 即 指 由单 质 碳 （ 石 墨 ） 和 氢 气 生 成 该 化 合 物 的 过 程 中 的 放 热 。 nC + (n+1)H 2 C nH 2n+ 2 + G raphite G as Hf相 同 组 成 的 同 分 异 构 体 ， 生 成 热 越 高 者 越 稳 定 。 2.8 非 共 价 作 用 与 性 质 的 关 系分 子 内 氢 键 与 分 子 间 氢 键 分 子 间 氢 键 使 熔 点 、 沸 点 升 高 (乙 醇 和 二 甲 醚 ) 分 子 内 氢 键 使 熔 点 、 沸 点 下 降 分 子 间 氢 键 使 水 溶 性 增 加 N O OHO N O OHO N OOOH 邻 硝 基 苯 酚 m.p.45 对 硝 基 苯 酚 m.p.114