分子中只含有碳和氫兩種元素的有機化合物叫做碳氫化合

1、 第二章第二章 烷烴烷烴 （alkane） 第一節(jié)第一節(jié) 烷烴的同系列及同分異構(gòu)現(xiàn)象烷烴的同系列及同分異構(gòu)現(xiàn)象通式：通式：CnH2n+21 以以 同系列同系列組成上相差組成上相差CH2及其整數(shù)倍。同系列中的各化合物互為及其整數(shù)倍。同系列中的各化合物互為同系物。同系物。C4H10CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3C5H12 構(gòu)造異構(gòu)體構(gòu)造異構(gòu)體：具有相同分子式，分子中原子或基團因：具有相同分子式，分子中原子或基團因 連接順連接順 序不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體。序不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體。 由碳架不同引起的異構(gòu)，稱碳架異構(gòu)。由碳架不同引起的異構(gòu)，稱碳架異構(gòu)。(屬構(gòu)造異構(gòu)屬構(gòu)造異構(gòu)) 第二節(jié)第二節(jié) 烷

2、烴的烷烴的命名命名1. 烷基的概念烷基的概念 1）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子CH3CCH3CCH3HH3CCHHCHHH4o 3o2o1oC3o 2o 1oH(季)(叔)(仲)(伯)2）烷基）烷基 R-CH3 Me 甲基CH3CH2 Et 乙基CH3CH2CH2n-Pr 正丙基 CH3CCH3CH3CH3CHCH3i-PrCH3CH2CHCH3異丙基s-Bu仲丁基t-Bu叔丁基2. 命名命名1）普通命名法（適用于簡單化合物）普通命名法（適用于簡單化合物）110個碳的烷烴，詞頭用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、個碳的烷烴，詞頭用：甲、乙、丙、丁、

3、戊、己、庚、辛、壬、癸；辛、壬、癸；10個碳以上，用數(shù)字十一、十二等表示。個碳以上，用數(shù)字十一、十二等表示。 碳架異構(gòu)體用正、異、新等詞頭區(qū)分。碳架異構(gòu)體用正、異、新等詞頭區(qū)分。CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3CCH2CH3CH3CH3CH3 正己烷正己烷 異己烷異己烷 新己烷新己烷 正：正： 異異 新新直鏈烷烴直鏈烷烴CH3CH-CH3CH3CCH2-CH3CH32）系統(tǒng)命名法（）系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）命名法） a. 選最長碳鏈作主鏈，支鏈作取代基。遇多個等長碳鏈，則選最長碳鏈作主鏈，支鏈作取代基。遇多個等長碳鏈，則 取代基多的為主鏈。取代基

4、多的為主鏈。CH3CH2CHCH3CH2CH3主鏈C-C-C-C-C-C-CC-C-CCC C123b. 近取代基端開始編號，并遵守近取代基端開始編號，并遵守“最低系列編號規(guī)則最低系列編號規(guī)則”CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH3取代基位號 2，3，5取代基位號 2，4，5 c. 取代基距鏈兩端位號相同時，編號從順序小的基團端開始。取代基距鏈兩端位號相同時，編號從順序小的基團端開始。順序： -C-C-C Br Cl F O N C D H 多原子基團第一個原子相同多原子基團第一個原子相同,則依次比較與其相連的其它原子。則依次比較與其相連的其它原子。CH2CH2CH3 C（C、H、H

5、、） C（C、C、H）CHCH3CH3CH2ClCHF2C（Cl、H、H） C（F、F、H）順序大的基團稱順序大的基團稱。d.d. 支鏈上連有取代基，則從和主鏈相連的碳原子開始將支支鏈上連有取代基，則從和主鏈相連的碳原子開始將支鏈鏈 碳原子依次編號，并將取代基位號、名稱連同支鏈名寫碳原子依次編號，并將取代基位號、名稱連同支鏈名寫在在 括號內(nèi)。括號內(nèi)。CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3H3CCH2CH31 2 3 4 5 6 7 8 9 102312-甲基甲基 -5-（1，1-二甲基丙基）癸烷二甲基丙基）癸烷e. e. 名稱的排列順序名稱的排列順序 中文名稱按

6、基團順序規(guī)則，較小的基團列在前；英文名稱中文名稱按基團順序規(guī)則，較小的基團列在前；英文名稱 按基團首字母的字順先后列出。按基團首字母的字順先后列出。CH3CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2HC3 5-丙基丙基-4-異丙基壬烷異丙基壬烷 4-isopropyl-5-propylnonane注意注意 1）相同取代基數(shù)目用漢文數(shù)字二、三）相同取代基數(shù)目用漢文數(shù)字二、三 .表示；表示； 2）取代基位號用阿拉伯數(shù)字表示；）取代基位號用阿拉伯數(shù)字表示； 3）阿拉伯數(shù)字與漢字之間必須用短橫線分開；）阿拉伯數(shù)字與漢字之間必須用短橫線分開； 4）阿拉伯數(shù)字之間必須用逗號分開

7、。）阿拉伯數(shù)字之間必須用逗號分開。第三節(jié)第三節(jié). 烷烴的構(gòu)型烷烴的構(gòu)型在形成烷烴時碳采取的在形成烷烴時碳采取的SPSP3 3雜化形成雜化形成鍵鍵基態(tài)時基態(tài)時 C C：1S1S2 2 2S 2S2 2 2P 2Px x1 1 2P 2Py y1 1 2P 2Pz z0 0 sp3雜化 激發(fā)態(tài) sp3C CH HH HH HH HCsp3HsC CH HH HH HH H 四個四個C-H鍵鍵甲烷分子是甲烷分子是四面體的結(jié)構(gòu)四面體的結(jié)構(gòu)甲甲 C-C 鍵長鍵長:154pm C-H鍵長鍵長:107pm 鍵能鍵能:345.6 kJ/mol 鍵角鍵角:109.5o；鍵可以饒軸旋轉(zhuǎn)。鍵可以饒軸旋轉(zhuǎn)。 烷烴分子

8、立體形狀表示方法：烷烴分子立體形狀表示方法： 實線實線- -鍵在紙平面上鍵在紙平面上; ; 楔線楔線- -鍵在紙平面前鍵在紙平面前; ; 虛線虛線- -鍵在紙平面后。鍵在紙平面后。 C CC CH HH HH HH HH HH HC CC CH HH HH HH HH HH H六個六個C-HC-H鍵鍵 一個一個C-CC-C鍵鍵乙烷分子的構(gòu)型：乙烷分子的構(gòu)型： 1.1.鹵代反應鹵代反應hvCH4Cl2hvCl2hvCl2CH3ClCH2Cl2CHCl3hvCl2CCl4 1) 氯代氯代2.燃燒反應燃燒反應C Cn nH H2 2n n+ +2 2+ + 3 3n n+ +1 12 2O O2 2

9、n nC CO O2 2+ +( (n n+ +1 1) )H H2 2O O + + ( () )Q Q烷烴完全燃燒生成二氧化碳和水，同時放出大量的熱。烷烴完全燃燒生成二氧化碳和水，同時放出大量的熱。CH3CH2CH2CH2CH2 CH2CH2CH2CH3+CH3CH2CH2 + CH2=CH2.CH3 + CH2=CH2.CH3(CH2)7CH3. 單電子轉(zhuǎn)移用魚鉤箭頭表示。單電子轉(zhuǎn)移用魚鉤箭頭表示。 1）反應機理）反應機理 亦稱反應歷程、反應機制，是描述反應由反應物到產(chǎn)物所亦稱反應歷程、反應機制，是描述反應由反應物到產(chǎn)物所 經(jīng)歷的每一步過程。經(jīng)歷的每一步過程。 第七節(jié)第七節(jié) 反應機理反應

10、機理氯分子在光照或高溫下裂解（均裂），產(chǎn)生自由基：氯分子在光照或高溫下裂解（均裂），產(chǎn)生自由基：h hv vC Cl l2 2o or r2 2 C Cl l產(chǎn)生甲基自由基：產(chǎn)生甲基自由基：鏈增長鏈增長 C Cl l+ +C CH H4 4C CH H3 3 + + H HC Cl l產(chǎn)生新的氯自由基：產(chǎn)生新的氯自由基： 鏈引發(fā)鏈引發(fā) C CH H3 3+ + C CH H3 3C Cl l + + C Cl lCl2鏈增長鏈增長 氯甲基自由基的形成：氯甲基自由基的形成：C CH H3 3C Cl l C Cl l+ + C CH H2 2C Cl l H HC Cl l+ +鏈增長鏈增長 氯

11、甲基自由基再與氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：氯甲基自由基再與氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：C CH H2 2C Cl l + + C Cl l2 2C CH H2 2C Cl l2 2 + + C Cl l 鏈增長鏈增長 .自由基之間碰撞，形成穩(wěn)定分子，反應終止：自由基之間碰撞，形成穩(wěn)定分子，反應終止：C Cl l+ +C Cl lC Cl l2 2C CH H3 3+ +C Cl lC CH H3 3C Cl l+ +C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2C Cl l+ +C CH H2 2C Cl lC Cl lC CH H2 2

12、C CH H2 2C Cl l鏈終止鏈終止整個反應經(jīng)歷三個階段：鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止。整個反應經(jīng)歷三個階段：鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止。此自由基反應也稱鏈鎖反應或鏈反應。此自由基反應也稱鏈鎖反應或鏈反應。 討論題討論題 1 1）將氯氣用光照射后在黑暗中放置一段時間再與甲烷混合，）將氯氣用光照射后在黑暗中放置一段時間再與甲烷混合， 會發(fā)生氯代反應嗎會發(fā)生氯代反應嗎 ？ 2 2）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，為什么？）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，為什么？ 3 3）甲烷和氯氣同時光照，為什么不引發(fā)甲基自由基？）甲烷和氯氣同時光照，為什么不引發(fā)甲基自由基？ CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CH4 k

13、J/mol 422.2 414.2 400.8 439ClCl2Cl 243 kJ/mol2) 活化能與反應速率活化能與反應速率 活化能活化能(activating energy)： 過渡態(tài)與反應物之間的能量差。過渡態(tài)與反應物之間的能量差。 ECl + CH4ClHCH3CH3ClCl 16.78.3CH3+HClCH3Cl + Cl . . . . 活化能越小，反應速率越快；活化能越小，反應速率越快； 活化能越大，反應速率越慢?；罨茉酱?，反應速率越慢。 第一步第一步 Ea= +16.7kJ/mol 第二步第二步 Ea= +8.3kJ/mol在甲烷氯代的多步反應中在甲烷氯代的多步反應中, 哪

14、哪一步是控制反應速率的？一步是控制反應速率的？ 反應速率最慢的一步反應速率最慢的一步 速度控制步驟速度控制步驟3）氯代、溴代反應的取向）氯代、溴代反應的取向CH3CH2CH3 + Cl2hv25oCCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3Cl45% 55%1oH與與2oH被取代的概率為被取代的概率為: 6 2氫的相對反應活性：氫的相對反應活性： 1oH:2oH = (45/6) : (55/2 ) = 1 : 3.8CH3CHCH3 + Cl2CH3hv25oCCH3CHCH2Cl + CH3CCH3CH3ClCH364% 36% 1oH與與3oH氫被取代的概率為氫被取代的概率為: 9:1

15、氫的相對反應活性：氫的相對反應活性： 1oH : 3oH = ( 64/9):(36/1) = 1 : 5 氯代反應三種氫的活性：氯代反應三種氫的活性：1H : 2H : 3H = 1 : 3.8 : 5溴代：溴代： 9 99 9% % + +1 14 41 1 E Ea a( (k kJ J/ /m mo ol l) )+ + X X鹵素的活性：鹵素的活性：F Cl Br I氯化試劑活性高，溴化試劑活性低。氯化試劑活性高，溴化試劑活性低。 鹵代反應的選擇性：溴大于氯（鹵代反應的選擇性：溴大于氯（Br Cl ) 影響鹵代產(chǎn)物異構(gòu)體相對產(chǎn)率的主要因素：影響鹵代產(chǎn)物異構(gòu)體相對產(chǎn)率的主要因素：概率因

16、素、概率因素、H原子的反應活性、原子的反應活性、X原子的反應活性。原子的反應活性。 不同氫的反應活性與自由基的穩(wěn)定性有關。不同氫的反應活性與自由基的穩(wěn)定性有關。 自由基的穩(wěn)定性與共價鍵均裂時鍵的離解能大小有關自由基的穩(wěn)定性與共價鍵均裂時鍵的離解能大小有關.CH3HCH3+ H Ed= +439.3kJ/mol CH3CH2HCH3CH2 + HCH3CH2CH2HCH3CH2CH2 + H CH3CHHCH3CH3CH + HCH3CH3CCH3CH3HCH3C + H CH3CH3+410+410+397.5+389.1自由基穩(wěn)定性次序為自由基穩(wěn)定性次序為_(CH3)3C (CH3)2CH

17、CH3CH2 CH3 烷基自由基結(jié)構(gòu)烷基自由基結(jié)構(gòu) H HH HC C- -H Hsp2帶孤單電子碳帶孤單電子碳 sp雜化。雜化。孤單電孤單電 子占據(jù)未參與雜化的子占據(jù)未參與雜化的P軌道。軌道。P軌道垂直于三個軌道垂直于三個sp雜化軌道所在的雜化軌道所在的平面。平面。CCH3HHCCH3HCCH3CH3CH3CH3乙基自由基乙基自由基 異丙基自由基異丙基自由基 叔丁基自由基叔丁基自由基 2002年國家自然科學獎一等獎“ 物理有機化學前沿領域兩個重要方面 有機分子簇集和自由基化學的研究”“ 這一研究成果有可能給治療動脈粥樣硬化開辟新的道路”專家指出： 第九節(jié)第九節(jié) . 烷烴的制備烷烴的制備1. 碳架不變的反應碳架不變的反應RXZn+HClRH ( X=Cl Br I )RXRH LiAH4CH3(CH2)14CH2IZn + HClCH3(CH2)14CH3CH3CHCH2ClCH3LiAH4CH3CHCH3CH3RH + Mg OHXRX + Mg無水乙醚RMgXH2OCH3CH=CH2 + H2ptCH3CH2C