烷烴藥學(xué)PPT課件

2020/4/27,.,1,第一節(jié)同系列和同分異構(gòu)現(xiàn)象,一、分類,2020/4/27,.,2,2020/4/27,.,3,2020/4/27,.,4,二、同分異構(gòu)現(xiàn)象,構(gòu)造：有機(jī)分子中原子或基團(tuán)相互連接的方式和順序構(gòu)造異構(gòu)體：具有相同分子式，分子中原子或基團(tuán)因連接順序不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體。,同分異構(gòu)(isomerism)：具有相同的分子組成，而分子結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。,1、鏈烷烴的構(gòu)造異構(gòu),2020/4/27,.,5,無異構(gòu)體,有兩個(gè)異構(gòu)體,有三個(gè)異構(gòu)體,有多少個(gè)個(gè)異構(gòu)體？,2020/4/27,.,6,2020/4/27,.,7,熔點(diǎn)-135-145沸點(diǎn)-0.5-11.7,構(gòu)造異構(gòu)體:它們的性質(zhì)，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)有差別。,正丁烷,異丁烷,2020/4/27,.,8,2、環(huán)烷烴的同分異構(gòu),具有構(gòu)造異構(gòu)和順反異構(gòu)，以C5H10為例:,（1）構(gòu)造異構(gòu),2020/4/27,.,9,（2）順反異構(gòu),順反異構(gòu)：由于分子中與雙鍵或環(huán)相連接的原子或原子團(tuán)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)受到阻礙而產(chǎn)生的來立體異構(gòu)稱之。,兩個(gè)相同的原子（團(tuán)）在環(huán)的同側(cè)為順式(cis)構(gòu)型兩個(gè)相同的原子（團(tuán)）在環(huán)的異側(cè)為反式(trans)構(gòu)型,2020/4/27,.,10,1,4-Dimethylcyclohexane,2020/4/27,.,11,三、飽和碳原子的種類,1,2,伯碳原子(1)：1、5、6、7、8仲碳原子(2)：4叔碳原子(3)：3季碳原子(4)：2,3,4,5,6,7,8,伯氫原子(1H)：仲氫原子(2H)叔氫原子(3H),2020/4/27,.,12,第二節(jié)烷烴的命名,一、普通命名法(commonnomenclature),1、直鏈烷烴,110個(gè)C直鏈烷烴，用詞頭“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”表示碳原子的個(gè)數(shù)，在加上詞尾“烷”。,CH4：甲烷(methane)C2H6：乙烷(ethane)C3H8：丙烷(propane)C4H10：正丁烷(n-butane),10個(gè)碳原子以上直鏈烷烴的用中文數(shù)字命名。如：,C11H24：正十一烷(n-undecane)C12H26：正十二烷(n-dodecane)C20H42：正二十烷(n-eicosane),2020/4/27,.,13,2、烷烴異構(gòu)體的命名,異丙基,叔丁基,2020/4/27,.,14,例：,(正)戊烷;n-戊烷；n-pentane,異戊烷;iso-戊烷；iso-pentane,新戊烷;neo-戊烷；neo-pentane,2020/4/27,.,15,n-己烷n-hexane,iso-己烷isohexane,neo-己烷neohexane,?,?,2020/4/27,.,16,二、系統(tǒng)命名法(systematicnomenclature),1892年在日內(nèi)瓦開了國(guó)際化學(xué)會(huì)議，制定了系統(tǒng)的有機(jī)化合物的命名法，叫做日內(nèi)瓦命名法。后由國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）作了幾次修訂，簡(jiǎn)稱為IUPAC命名法。,我國(guó)參考這個(gè)命名法的原則結(jié)合漢字的特點(diǎn)制定了我國(guó)的系統(tǒng)命名法（1960）。1980年進(jìn)行增補(bǔ)和修訂，公布了有機(jī)化學(xué)命名原則。,1、直鏈烷烴的命名,在系統(tǒng)命名法中，對(duì)于直鏈烷烴的命名和普通命名法是基本相同的，僅不寫上“正”字。,2020/4/27,.,17,2、支鏈烷烴的命名,取代基：支鏈或側(cè)鏈，常見的烴基,2020/4/27,.,18,2020/4/27,.,19,烷烴系統(tǒng)命名法要點(diǎn)選主鏈（母體）編號(hào)命名,選含取代基最多的、最長(zhǎng)碳鏈作為主鏈，并寫出相當(dāng)于這個(gè)主鏈的直鏈烷烴的名稱。,主鏈碳原子的位次編號(hào)：要使取代基的位次最?。◤木嚯x支鏈最近的一端開始，用“1、2”編號(hào)）。位次和取代基名稱之間要用“-”連起來，寫出母體的名稱。,1,2,3,4,5,6,3乙基己烷3-ethyhlexane,2020/4/27,.,20,當(dāng)具有相同長(zhǎng)度的鏈可作為主鏈時(shí)，則應(yīng)選擇具有支鏈數(shù)目最多的鏈作為主鏈。,2，3，5三甲基4丙基庚烷2，3，5trimethyl4propylheptane,2020/4/27,.,21,當(dāng)兩個(gè)相同取代基位于相同位次時(shí)，應(yīng)使第三個(gè)取代基的位次盡可能小。,2,3,3,5四甲基己烷2,3,3,5tetramethylhexane,如果含有幾個(gè)相同的取代基時(shí)，把它們合并起來，取代基的數(shù)目用二、三、四等表示，寫在取代基的前面，其位次必須逐個(gè)注明，位次的數(shù)字之間要用“，”隔開。,2020/4/27,.,22,兩個(gè)不同的取代基位于相同的位次時(shí)，按照次序規(guī)則中排列小（最不優(yōu)先）的取代基具有較小的編號(hào)。烷基的優(yōu)先次序是：,異丙基異丁基丁基丙基乙基甲基,1,2,3,4,5,6,7,3甲基5乙基庚烷5ethyl3methylheptane,在英文命名時(shí)按字首的字母排列順序先后列出,2020/4/27,.,23,如果支鏈上還有取代基時(shí)，從與主鏈相連的碳原子開始，把支鏈的碳原子依次編號(hào)，支鏈上取代基的位置就由這個(gè)編號(hào)所得的號(hào)數(shù)來表示。這個(gè)取代了的支鏈的名稱可放在括號(hào)中，或用帶撇的數(shù)字來表明支鏈中的碳原子。,3-甲基-6-（1,1-二甲基丙基）癸烷3-甲基-6-1,1-二甲基丙基癸烷,1,2,3,2020/4/27,.,24,練習(xí)：寫出下列化合物的英文名稱或結(jié)構(gòu),1、3-ethyl-2,2,5,6-tetramethylheptane2、,5-(1,1-dimethylethyl)-2,3-dimethyloctane,5-tert-butyl-2,3-dimethyloctane,2020/4/27,.,25,三、環(huán)烷烴命名法,1、單環(huán)烷烴的命名,2020/4/27,.,26,3-甲基-4-環(huán)丁基庚烷,2020/4/27,.,27,Exercise:namethesecycloalkanes,a:異丙基環(huán)戊烷b:1-甲基-4-叔丁基環(huán)已烷c:1,4-二甲基-2-乙基環(huán)已烷d:1-甲基-1-乙基環(huán)丙烷,2020/4/27,.,28,2、螺環(huán)烷烴的命名,兩個(gè)環(huán)共用一個(gè)碳原子的環(huán)烷烴稱為螺環(huán)烷烴。共用的碳原子稱螺碳原子。,spiro-n1.n2-,點(diǎn)號(hào),可能情況下給取代基以盡量小的編號(hào)。,2020/4/27,.,29,C,H,3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,0,C,H,3,1,7-二甲基螺4,5癸烷,2020/4/27,.,30,3、橋環(huán)烷烴命名,兩個(gè)環(huán)共用兩個(gè)或兩個(gè)以上碳原子的化合物稱橋環(huán)化合物。,橋頭碳：共用的C橋：兩個(gè)橋頭碳間的碳鏈或鍵。,2020/4/27,.,31,(1)確定碳環(huán)數(shù)：3個(gè)橋路為二環(huán)(雙環(huán))；4個(gè)橋路為三環(huán),(2)編號(hào)：順序：從一個(gè)橋頭開始，沿最長(zhǎng)橋路到第二橋頭，在沿次長(zhǎng)橋路到第一個(gè)橋頭，最后給最短橋路編號(hào)。應(yīng)使“C=C”、取代基的位次最小。,二環(huán)4.4.0癸烷bicyclo4.4.0decane,二環(huán)2.2.2辛烷bicyclo2.2.2octane,2020/4/27,.,32,1-甲基二環(huán)4.1.0庚烷1-methylbicyclo4.1.0heptane,三環(huán)3.3.1.0壬烷tricyclo3.3.1.0nonane,2020/4/27,.,33,課堂練習(xí):,寫出下列各化合物的分子結(jié)構(gòu)式：1、1-甲基環(huán)己烯2、順-1-甲基-2-溴環(huán)戊烷3、環(huán)己基環(huán)己烷4、1-氯二環(huán)2.2.2辛烷5、1，4-二甲基螺2.4庚烷,2020/4/27,.,34,第三節(jié)結(jié)構(gòu),構(gòu)成烷烴的碳原子以SP3雜化軌道成鍵，為鍵。,一、烷烴的結(jié)構(gòu),2020/4/27,.,35,2020/4/27,.,36,二、鏈烷烴構(gòu)象（conformation）(重點(diǎn)),構(gòu)象（conformation）：由單鍵的旋轉(zhuǎn)而引起分子中的原子或基團(tuán)在空間的特定排列形式稱為構(gòu)象。構(gòu)象異構(gòu)體(comformer)：?jiǎn)捂I旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生無數(shù)個(gè)構(gòu)象，這些構(gòu)象互為構(gòu)象異構(gòu)體。,Conformation,2020/4/27,.,37,乙烷的交叉式構(gòu)象模型,乙烷的重疊式構(gòu)象模型,600,（一）乙烷的構(gòu)象,構(gòu)象的表示：透視式，紐曼投影式,C-C旋轉(zhuǎn),2020/4/27,.,38,交叉式構(gòu)象重疊式構(gòu)象乙烷的鋸架式(perspectiveformula),2020/4/27,.,39,交叉式構(gòu)象重疊式構(gòu)象乙烷的紐曼投影式(Newmanprojectionformula),2020/4/27,.,40,圖29乙烷分子構(gòu)象的能量曲線,12.6kJ/mol,.,41,*構(gòu)象的能量分析：非鍵合的兩原子或基團(tuán)接近到相當(dāng)于范德華半徑之和時(shí),二者間以弱的引力相互作用,體系能量較低；如果接近到這一距離以內(nèi),斥力就會(huì)急劇增大,體系能量升高。,一些原子或基團(tuán)的范德華半徑(pm)HCNOClCH3120150150140180200,乙烷的重疊式內(nèi)能最高，最不穩(wěn)定，而交叉式內(nèi)能最低，最為穩(wěn)定。這種構(gòu)象稱為優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。,第二章烷烴和環(huán)烷烴第一節(jié)烷烴(三、構(gòu)象異構(gòu)),上頁,下頁,首頁,2020/4/27,.,42,C-H鍵長(zhǎng)C-C鍵長(zhǎng)鍵角兩面角兩氫相距,乙烷交叉式構(gòu)象與重疊式構(gòu)象的能量分析,110.7pm154pm109.5o60o250pm,110.7pm154pm109.5o0o229pm,250pm240pm229pm,E重疊E交叉E=12.1KJmol-1,每個(gè)C-H、C-H重疊的能量約為4KJmol-1,2020/4/27,.,43,(二)、正丁烷的構(gòu)象,正丁烷的構(gòu)象比較乙烷要較為復(fù)雜一些。,全重疊式鄰位交叉部分重疊式對(duì)位交叉式,2020/4/27,.,44,正丁烷的極端典型構(gòu)象有四種,1,2,3,4,2020/4/27,.,45,4,2020/4/27,.,46,高級(jí)烷烴的碳鏈呈鋸齒形,由于分子主要以交叉式構(gòu)象的形式存在，所以高級(jí)烷烴的碳鏈呈鋸齒形。,2020/4/27,.,47,三、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu),環(huán)烷烴的C也為SP3雜化，但為了成環(huán)，碳原子間鍵角很難維持109.5。鍵角因環(huán)不同而異。,（一）角張力（anglestrain）,角張力：環(huán)烷烴碳原子間的鍵角必偏離正常鍵角。這種由于鍵角偏離正常鍵角而引起的張力稱之。,碳環(huán)中碳原子鍵角偏離正常鍵角越大，角張力越大，分子越不穩(wěn)定。,2020/4/27,.,48,（二）燃燒熱（自學(xué)）,CycloalkaneH/n(kJ/mol)Cyclopropane697Cyclobutane686Cyclopentane664Cyclohexane658Cycloheptane662Cyclooctane663Cyclononane664Cyclodecane663,2020/4/27,.,49,（三）環(huán)丙烷,扭轉(zhuǎn)張力(torsionalstrain)：由于構(gòu)象是重疊式而引起的張力,環(huán)丙烷分子中由于角張力和扭轉(zhuǎn)張力均存在，分子能量高，不穩(wěn)定。,2020/4/27,.,50,環(huán)丁烷的構(gòu)象,2020/4/27,.,51,環(huán)戊烷的構(gòu)象,2020/4/27,.,52,環(huán)己烷船式構(gòu)象,環(huán)己烷椅式構(gòu)象,2020/4/27,.,53,2,5,1,4,4,1,2020/4/27,.,54,椅式構(gòu)象中的豎鍵（axial）和橫鍵（equitorial）,橫鍵（equitorial）,豎鍵（axial）,2020/4/27,.,55,構(gòu)象翻轉(zhuǎn)(ring-flip),2020/4/27,.,56,第五節(jié)、烷烴的物理性質(zhì),t,外觀：狀態(tài)顏色氣味物理常數(shù)：沸點(diǎn)（bp)熔點(diǎn)（mp)折光率（n)旋光度密度（D)溶解度偶極矩（）光譜特征,分子間的作用力,2020/4/27,.,57,沸點(diǎn)大小取決于分子間的作用力,烷烴沸點(diǎn)的特點(diǎn)（1）沸點(diǎn)一般很低。（非極性，只有色散力）（2）隨相對(duì)分子質(zhì)量增大而增大。（運(yùn)動(dòng)能量增大，范德華引力增大）（3）相對(duì)分子質(zhì)量相同、支鏈多、沸點(diǎn)低。（支鏈多，分子不易接近）,一、沸點(diǎn),2020/4/27,.,58,烷烴熔點(diǎn)的特點(diǎn)（1）隨相對(duì)分子質(zhì)量增大而增大。（2）偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳烷烴的熔點(diǎn)升高值大（對(duì)稱性好）（3）相對(duì)分子質(zhì)量相同的烷烴，支鏈增多，熔點(diǎn)下降。但是分子對(duì)稱性好,熔點(diǎn)高.,熔點(diǎn)高低取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度,二、熔點(diǎn),2020/4/27,.,59,分子間接觸面積大作用力強(qiáng),分子間接觸面積小作用力弱,bp：36,bp：9.5,正戊烷異戊烷新戊烷bp36289.5mp-130-160-17,2020/4/27,.,60,三、波譜性質(zhì),1H-NMR0.9-1.8IRC-C吸收弱,無意義;C-H伸縮振動(dòng)特征吸收3000-2850cm-1,強(qiáng)吸收;C-H彎曲振動(dòng)特征吸收1465-1340cm-1MSm/zM-15,M-29,M-43,M-57,2020/4/27,.,61,2020/4/27,.,62,2020/4/27,.,63,課堂練習(xí),2,3-二甲基戊烷(I)、正庚烷(II)與2-甲基己烷(III)三種烴類化合物的沸點(diǎn)次序?yàn)?(A)IIIIII(B)IIIIII(C)IIIIII(D)IIIIII不要查表，試將下列烴類按沸點(diǎn)降低的次序排列。3，3-二甲基戊烷正庚烷2-甲基庚烷正戊烷2-甲基已烷,C,沸點(diǎn)降低次序?yàn)椋?2020/4/27,.,64,把下列紐曼投影式寫成透視式，它們是不是相同物質(zhì)。,相同物質(zhì),2020/4/27,.,65,第六節(jié)化學(xué)性質(zhì),總體特點(diǎn)1、穩(wěn)定：對(duì)強(qiáng)酸，強(qiáng)堿，強(qiáng)氧化劑，強(qiáng)還原劑都不發(fā)生反應(yīng)。2、烷烴的多數(shù)反應(yīng)都是通過自由基機(jī)理進(jìn)行的。,一、烷烴的反應(yīng),2020/4/27,.,66,（一）氧化和燃燒反應(yīng),燃燒反應(yīng)：,注意：有機(jī)反應(yīng)寫法，一般用單箭頭。,用途：內(nèi)燃機(jī)，汽油，柴油等發(fā)生熱能的基本反應(yīng)，熱源利用（沼氣等）,2020/4/27,.,67,一些烷烴的燃燒熱,直鏈烴中，每增加一個(gè)CH2，燃燒熱增加平均為658.6KJ.mol-1。支鏈烷烴比同碳數(shù)直鏈烷烴燃燒熱低，內(nèi)能低。通過比較不同烷烴的燃燒熱，可以比較不同烷烴的穩(wěn)定性,燃燒熱越高，化合物所具有的能量就越高，也就越不穩(wěn)定。,2020/4/27,.,68,（二）甲烷的鹵代反應(yīng)(halogenationreaction),烷烴RH和鹵素X2在光照（hv）或加熱（）下，RH中的H被鹵素取代的反應(yīng)稱鹵代，其產(chǎn)物稱鹵代烴。,取代反應(yīng):烷烴RH中的氫原子被其它原子或基團(tuán)取代的反應(yīng)稱為取代反應(yīng)（substitutionreaction）。,2020/4/27,.,69,工業(yè)上可控制不同反應(yīng)條件，獲得各種氯代物,CH4與Br2的反應(yīng)產(chǎn)物與氯代相似，但反應(yīng)速度較慢；氟代反應(yīng)過于激烈，難控制；碘代反應(yīng)難進(jìn)行，加入適當(dāng)氧化劑才可。,鹵素與甲烷反應(yīng)相對(duì)活性：F2Cl2Br2I2,2020/4/27,.,70,(三)、鹵代反應(yīng)機(jī)理,反應(yīng)機(jī)理(reactionmechanism)對(duì)某個(gè)化學(xué)反應(yīng)逐步變化過程的詳細(xì)描述，又稱反應(yīng)機(jī)制或反應(yīng)歷程。,鹵代反應(yīng)屬自由基鏈反應(yīng)(freeradiclchainreaction),（1）鏈引發(fā)(chain-initiatingstep)：形成自由基,243kJ/mol,2020/4/27,.,71,（2）鏈增長(zhǎng)(chainpropagatingstep)：延續(xù)自由基、形成產(chǎn)物,4kJ/mol,108kJ/mol,2020/4/27,.,72,2020/4/27,.,73,（3）鏈終止(chain-initiatingstep)：消除自由基,2020/4/27,.,74,（四）、烷基自由基的結(jié)構(gòu),自由基:帶有孤電子的原子或原子團(tuán)稱為自由基。含有孤電子碳的體系稱為碳自由基。,甲烷CH4：SP3雜化甲基自由基C：SP2雜化,SP2雜化,2020/4/27,.,75,自由基的產(chǎn)生,熱均裂產(chǎn)生,輻射均裂產(chǎn)生,單電子轉(zhuǎn)移的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生,H2O2+Fe2+HO+HO-+Fe3+RCOO-RCOO,-e-,電解,2020/4/27,.,76,（五）甲烷鹵代反應(yīng)過程中的能量變化-反應(yīng)熱，活化能和過渡態(tài),自由基機(jī)理雖能很好地解釋了甲烷的鹵代反應(yīng)，但無法說明不同鹵素對(duì)甲烷的反應(yīng)活性順序，因此，需進(jìn)一步分析反應(yīng)過程中的能量變化。,一個(gè)反應(yīng)能否進(jìn)行或進(jìn)行難易，在很大程度上取決于反應(yīng)物和產(chǎn)物之間的能量變化。放熱反應(yīng)一般比吸熱反應(yīng)易進(jìn)行。就放熱反應(yīng)而言，產(chǎn)物的能量比反應(yīng)物能量低，產(chǎn)物穩(wěn)定性好。,反應(yīng)熱H：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)物和產(chǎn)物之間的能量差稱為反應(yīng)熱。其數(shù)值可由鍵的離解能估計(jì)。,2020/4/27,.,77,甲烷鹵代反應(yīng)的反應(yīng)熱H（KJ.mol-1）,2020/4/27,.,78,活化能Ea：反應(yīng)進(jìn)行所需要的最低能量。如：,CH3-H+XCH3-H-X#CH3+HX過渡態(tài),逆反應(yīng)活化能大，逆反應(yīng)難進(jìn)行。,2020/4/27,.,79,甲烷與溴自由基反應(yīng)的Ea,逆反應(yīng)活化能低，逆反應(yīng)易進(jìn)行。,2020/4/27,.,80,鹵素的相對(duì)反應(yīng)活性,分析：第一步X-X2x只有舊鍵斷裂，I2的活化能最小。,第二步CH3-H+XCH3+HXEa(KJ.mol-1)H（KJ.mol-1）F4-130Cl17+4Br75+67I141+140第三步CH3+X-XCH3X+X放熱反應(yīng),第二步為決定反應(yīng)速度步驟。Ea小者反應(yīng)易進(jìn)行。,2020/4/27,.,81,其它烷烴的鹵代反應(yīng)更復(fù)雜，如：,（六）其它烷烴的鹵代反應(yīng),V:V=45/6:55/2=1:3.8,1oH,2oH,1oH,V:V=64/9:36/1