无机化学烷烃Alkanes课件.ppt

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1、第 二 章 烷 烃 （ Alkanes） 烃 （ Hydrocarbons） 脂 肪 族 （ Aliphatic） 芳 香 族 （ Aromatic )烷 烃 （ Alkanes) 烯 烃 (alkenes) 炔 烃 (alkynes) 环 烷 烃 (Cyclic alkanes) C CH CH3 CH3 H3C CH2 CH3 CH3 2 4 51 31： 与 一 个 碳 相 连 ， 伯 （ primary） 碳 原 子 ， 或 一 级 碳 （ 1 ）4： 与 二 个 碳 相 连 ， 仲 （ secondary） 碳 原 子 ， 或 二 级 碳 （ 2 ）3： 与 三 个 碳 相 连 ，

2、叔 (tertiary)碳 原 子 ， 或 三 级 碳 （ 3 ）2： 与 四 个 碳 相 连 ， 季 （ quaternary） 碳 原 子 ,或 四 级 碳 （ 4 ） 四 、 命 名1、 普 通 命 名 法 1 10个 碳 ： 甲 、 乙 、 丙 、 丁 、 戊 、 己 、 庚 、辛 、 壬 和 癸 表 示 11个 碳 以 上 ： 十 一 烷 ， 十 二 烷 HC CH3 H3C C CH2 CH3 CH3 H3C 2 CH3CH2CH2 正 丙 基 n-propyl n-Pr 异 丙 基 iso-propyl i-PrCH3CHCH3CH3CH2CH2CH2 正 丁 基 n-butyl

3、 n-Bu 仲 丁 基 sec-butyl s-Bu(CH3)2CHCH2 异 丁 基 iso-butyl i-Bu(CH 3)3C 叔 丁 基 tert-butyl t-Bu(CH3)3CCH2 新 戊 基 neo-pentylCH3CH2CH CH3 取 代 基 名 称 ：CH3 甲 基 methyl MeCH3CH2 乙 基 ethyl Et 五 、 烷 烃 的 结 构 楔 线 式 棒 球 模 型 斯 陶 特 模 型 Sp3杂 化 轨 道基 态 激 发 态 键 的 特 点 ： （ 1） 轴 向 重 叠 ， 重 叠 程 度 大 ， 较 牢 固 ， （ 2） 可 自 由 旋 转 ， 不 改

4、变 重 叠 程 度 。 六 、 物 理 性 质 (physical properties） 分 子 键 作 用 力 （ Intermolecular force） 1、 偶 极 偶 极 （ dipole-dipole） 相 互 作 用 2、 范 德 华 力 （ Van der waals） 3、 氢 键 （ Hydrogen bond） 有 机 化 合 物 的 物 理 性 质 取 决 于 它 们 的 结 构 和 分 子 间 的 作 用 力 烷 烃 分 子 间 作 用 力 主 要 是 范 德 华 力 。 CH4 Cl2 CH3Cl Cl2 CH2Cl2 CHCl3 CCl4Cl2 Cl2一 氯

5、甲 烷 二 氯 甲 烷 氯 仿 四 氯 化 碳 CH3 Cl CH3Cl+CH3 CH3 CH3CH3+Cl 3 Cl Cl2+ 链 终 止 Cl Cl hv Cl2Cl + H CH3 CH3 H Cl +甲 基 自 由 基 CH3 Cl Cl+ CH3 Cl Cl+氯 甲 烷 链 增 长 链 引 发 再 重 复 、 或 CH 3 H X CH3 H X+ + Ea ( kJ/mol )FCl BrI 41785 141 CH3CH3 Cl2hv , 25 CH3CH2Cl乙 烷 氯 乙 烷 （ 乙 基 氯 ）CH 3CH2CH3 Cl2hv , 25 +丙 烷 1-氯 丙 烷 2-氯 丙

6、烷沸 点 / 47 3645% 55%CH3CH2CH2Cl CH3CHCH3Cl CH3CHCH3CH3 Cl2hv , 25 CH3CHCH2ClCH3 +异 丁 烷 1-氯 -2-甲 基 丙 烷 2-氯 -2-甲 基 丙 烷64% 36% 69 51沸 点 / CH3CCH3CH3Cl CH3CH3 Br2hv , 127 CH3CH2Br乙 烷 Br 2hv , 127 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Br CH3CHCH3Br+丙 烷 3% 97% Br2hv , 127 CH3CHCH3CH3 CH3CHCH2Br CH3CCH3BrCH3CH3 +异 丁 烷 痕 迹 量 超

7、 过 99%71 60沸 点 / 91 73沸 点 / 自 由 基 相 对 稳 定 性 次 序 如 下 ： CCH3CH3 HCH3 CH3 C HH CH3 C CH3CH3 邻 位 交 叉 式 部 分 重 叠 式 全 重 叠 式优 势 构 象 ： 对 位 交 叉 式 第 三 章 烯 烃 (Alkene) 和 环 烷 烃 (Cycloalkane) 第 一 节 烯 烃一 、 结 构1、 sp2杂 化 ： 2、 乙 烯 的 结 构 ： 二 、 同 分 异 构三 、 命 名 ： 烯 烃 的 系 统 命 名 是 选 择 含 碳 碳 双 键 的 最 长 碳 链作 为 主 链 ， 按 其 碳 原 子

8、数 称 某 烯 。 在 编 号 时 必 须 从 靠 近 双 键 一 端 编 起 ， 使 表 示 双键 位 置 的 数 字 尽 可 能 最 小 ， 然 后 将 双 键 中 编 号 ， 将较 小 那 个 碳 原 子 的 序 号 写 在 某 烯 前 面 ， 以 表 示 双 键在 碳 链 中 的 位 置 。 表 示 取 代 基 名 称 和 位 置 等 原 则 与 烷 烃 类 似 。四 、 物 理 性 质 +C C X Y C CX Y C CCH 加成、氧化、还原、聚合H上的反应（氧化、卤代） （ catalytic hydrogenation） RCH CH2 + H2 RCH2CH3 + 氢化热催

9、化剂 +CH CHR R H X R CH CH RH X + + majorproduct minorproduct CH3CH CH2HBrCH3CH CH2 H Br CH3CH CH2BrH C C H X C CH+ +慢 快X C CHX CH3+ CR R R+ R CH R+ R CH 2+ CH3+烷 基 具 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 ） 电子 原 子 或 基 团 ， 碳 正 离 子 稳 定 性 下 降 。 CH3CH CH2 CH3CH

10、CH3CH3CH2CH2 CH3CHCH3CH3CH2CH2XX+ + X X不 对 称 烯 烃 与 极 性 试 剂 加 成 时 ， 试 剂 中 的 正 离 子 或带 正 电 荷 的 部 分 总 是 加 到 能 形 成 稳 定 的 碳 正 离 子 的双 键 碳 原 子 上 。 CH3CH CH2 CH3CHCH3CH3CH2CH2BrBrH Br+ C C + X2 C CX X Br/CCl4溶 液 用 来检 验 烯 烃 + B r B r - CC B r + B r-CC B rB r- + CC B rB rCC溴鎓离子反式加成 H2C CH2 + H2SO4 CH3CH2OSO2OH

11、0-15C 硫酸氢乙酯98H2SO4CH2 CH2 H2O90C CH3CH2OH + H2SO4(cold, concentrated) an alkyl hydrogen sulfate CH CH2R R CH CH2 HOS OH OO CH3CH CH2 CH3CHCH3OHH2O/H3PO4或硅藻土300C,7MPa CH2 CH2 HOCl CH2CH2ClOH+ CH3CH CH2 Cl2 H2 O CH3CHCH2ClOH+ CRR1 C R2H KMnO4/H C ORR1 C R2OHO+ CH3CH CH2KMnO4/H CH3COOH CO2 H2 O+ + + CR

12、R1 C R2R3 KMnO4/OH C CR1 R R2 R3OHOH- CRR1 C R2H 1)O32)Zn/H2 O C ORR1 O C R2H+C C C C X 官能团H CH3CH2CH CH2 Cl2 CH3CH2CHCH2CH3CHCHCl CH2ClCl NOO BrCH 3CH CH2 NBS BrCH2CH CH2 CH3CH CHCH2 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

13、（ 1） （ 3） （ 4） 9， 11（ 2） ， 12 第 二 节 环 烷 烃 (Cycloalkane)小环（C3、C4)普通环（C5C7）中环（C8C12）大环（C12)按环数 单环: 如 CH2CH2 CH2(环丙烷）、 (环己烷）二环：如 (十氢萘）又叫二环4.4.0癸烷多环：二环以上。 如 金刚烷按环的连接方式 稠环：共有2个碳 如十氢萘螺环：共有1个碳 如桥环：共有2个以上碳原子 如按环大小 H3C CH3 CH3H 3C CH3CH 3CH 3CH 3CH2CH3 C 2H5 CCH3 CHCH2CH3 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH 3CH

14、2CH2CH2CH3H2,NiH2,Ni80 C120 CH2,Ni300 C Br2 BrCH2CH2CH2BrBr 2 BrCH2CH2CH2CH2BrBr 2 Br + H Br CH3CH2CH2BrH Br+ + 小 环 （ 3、 4元 ） 似 烯大 环 （ 5、 6元 ） 似 烷 60。 90。 108。 120。角偏差 49。28 19。28 1。28 10。32只 对 小 环 适 用 蝴蝶式信封式 椅式构象 H HHH HH H HH HH H H HHH H H HHH HH H 直立键平伏键 第 四 章 炔 烃 和 二 烯 烃1、 sp杂 化 CH3CH2C CCHCH2C

15、H3CH3 5-甲基-3-庚炔5-methyl-3-heptyneCH 3C CCHCH2CH CH2CH2CH37 6 5 4 3 2 1 4-ethyl-1-hepten-5-yne4-乙基-1-庚烯-5-炔 主 链 选 择 含 双 键 叁 键 在 内 的 最 长 碳 链 , 并 按 其 碳 原 子 数 称 “ 某 烯 炔 ” ， 将 “ 炔 ” 字 放 在 名 称 最 后 。编 号 遵 守 “ 最 低 系 列 ” 原 则 . 编 号 相 同 优 先 双 键 较 小 位号 。 Hydrogenation）RC CR RCH CHR RCH2 CH2R H 2CatalystH 2Catal

16、ystAlkyne AlkeneAlkane RC CR RCH CHRH 2CatalystAlkyne AlkeneHow stop at alkene?Lindlar Catalyst Pd, BaSO4/喹 啉 C C HHH 2LindlarCis addition of hydrogen C C HH CH2CH3CH3CH2?H ow get TRANS addition of hydrogen? RC CR C C HH RRNaNH 3Sodium-Ammonia Reduction of AlkynesTRANSliquid ammonia solvent RC CR C

17、C H H RR C CRH RHNa NH 3H 2 Lindlar CISTRANS CH3CCH3OCHCCH3H ydration of AlkynesH 3O+H g2+How did this take place?acetone CHCCH3 H 3O+H g2+ CH3C=CH2OHENOLAdd water to triple bond. CH3C=CH2O-H OH HOH HH + CH3C-CH2O H O H HH + O HH CHCCH2CH2CH3 CH3CCH2CH2CH3 OH 3O+H g2+ Terminal AlkynesR C C H NaNH2 R

18、 C C:- Na+Acetylide ionBaseNucleophile CH3C CH CH3C CCH3How do this transformation? CH3C CH NaNH2 CH3C CNa CH3C CCH3CH3BrNucleophilic Substitution Reaction HC CH 1. NaNH2 2. EtBr HC CCH2CH31. NaNH2 2. MeBr CH 3C CCH2CH3 Reagent?CHCCH 3 CH3CCH3OH3O+, Hg2+ Reagent?CH 3C CH CH3C CNaNaNH2 Reagent?CH 3C

19、CNa CH3C CCH3CH3Br Reagent?RC CR C CRH RHH2 Lindlar Reagent?RC CR C C H H RRNa NH3 第 二 节 二 烯 烃 (Dienes)一 、 分 类 和 命 名二 、 结 构 Isolated Double BondsConjugated Double BondsCH CH CH CH2CH3CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH CH CH2CH3 Overlap of p orbitals CH CH CH CH2CH3 CH2 CH CH2 CH CH2 Overlap of p orbitalsNo ove

20、rlap CH2 CH CH2 CH CH2 CONJUG ATED double bonds252 KJ/Mole 226 KJ/MoleH 2 H 2 共 轭 共 轭 键 与 键 重 叠 。 电 子 离 域 , 体 系 稳 定 。p-共 轭 p轨 道 与 键 重 叠 。 电 子 离 域 , 体 系 稳 定 。H HC C C CHH H H C: sp2 六 个 C-H 键 与 三 个 C-C键共 平 面 ； p 轨 道 垂 直 于 平 面 且 彼此 相 互 平 行 , 重 叠 ； 电 子 离 域 ；大 键 ； 共 轭 体 系 。 共 轭 体 系 中 电 子 的 离 蜮 , 使 体 系 能

21、 量 降 低 。 共 轭 体 系 越 大 , 化 合 物 越 稳 定 。 键 长 趋 于 平 均 化 ， C2-C3呈 现 部 分 双 键 。 CH CH CHCH3 CH CH CH2 共 轭 分 子 的 经 典 结 构 式 具 有 单 双 键 交 替 的 特 征 ； 共 轭 体 系 的 交 替 偶 极 不 会 因 共 轭 连 的 增 长 而 减 弱 。 三 .共 轭 双 烯 的 反 应1.1,4-加 成 （ 共 轭 加 成 ）CH 2=CH -CH =CH 2 + Br2 CH 2 CH CH =CH 2 + CH 2BrBr CH =CH CH 2Br Br 1,2-加成 1，4-加成

22、试 剂 (溴 )加 到 C-1和 C-4上 (即 共 轭 体 系 的 两 端 )双 键 移 到 中 间 ， 称 1,4-加 成 或 共 轭 加 成 。 共 轭 体 系 作 为 整 体 形 式 参 与 加 成 反 应 ， 通 称 共 轭 加 成 。 CH 2 CH CH CH 2 + H CH 2 CH CH CH 3+BrCH 2 CH CH CH 3 Br- CH 2=CH CH CH 3 + CH 2CH =CH CH 3Br Br + - + - + - + + (p-共 轭 ) p-共 轭 CH 2 CH CH CH 3+CH2 CH CH2+ CH2 CH CH2. CH2 CH X

23、. Br- Br-CH 2=CH CHBr CH 3 CH 2 CH =CH CH 3Br1,2-加成产物 1,4-加成产物CH 2=CH CH CH 3+ CH 2 CH =CH CH 3+ 1,2-与 1,4-加 成 产 物 比 例 :CH 2=C CH =CH 2 + H BrCH 3 ?CH 2=C CH =CH 2 + H BrCH 3 CH 3 C CH =CH 2CH 3+ CH 3 C CHCH 3 CH 2+-Br-BrCH 3 CCH 3CH =CH 2Br CH 3 C=CHCH 3 CH 2Br 1,4-加 成 产 物CH 2=CH CH =CH 2 + H Br CH

24、 3CH =CH CH 2Br + CH 3CH CH =CH 2Br-80 oC 20% 80%40oC 80% 20% 1,4- 1,2- 低 温 1,2-加 成高 温 1,4-加 成 反 应 速 率 控 制 产 物 比 例 速 率 控 制 或 动 力 学 控 制 产 物 间 平 衡 控 制 产 物 比 例 平 衡 控 制 或 热 力 学 控 制低 温 时 , 产 物 比 例 取 决 于 反 应 速 率 , 反 应 速 率 受 控 于 活 化能 大 小 , 活 化 能 小 反 应 速 率 快 ; 高 温 时 , 反 应 可 逆 , 产 物 比例 与 产 物 的 稳 定 性 有 关 。 2. Diels-Alder反 应 （ 合 成 环 状 化 合 物 ） + CH O 苯100oC CH O100% + OOO 苯 OOO双 烯 体 ： 共 轭 双 烯 (S-顺 式 构 象 , 双 键 碳 上 连 给 电 子 基 , 增 强 活 性 )亲 双 烯 体 ： 烯 烃 或 炔 烃 (重 键 碳 上 连 吸 电 子 基 ,增 强 活 性 ) OOOCH O COOR 双 烯 体 亲 双 烯 体