有机化学汪小兰第4版教案第二章 烷烃

1874年，荷兰化学家范霍夫（Van't Holff） 和法国化学家勒贝尔（Le Bel）分别提出 了碳正四面体概念。认为与碳原子相连 的四个原子或基团在空间分布成四面体， 碳原子位于这个四面体的中心，四个原 子或基团在四个顶点上。由碳原子向四 个顶点所作连线就是碳的四个价键分布。 CH4的四面体中，H—C—H键的键角由 现代物理实验方法测定为109028'。 3、分子模型：凯库勒模型（球棒模型） 和斯陶特模型（比例模型）的介绍，说 明其优缺点。
丁基 CH3CH2CH2CH2— butane 异丁基 CH3CHCH2— CH3 CH3CH2CH— CH3 CH 3 叔丁基 CH3—C — CH3
n—Bu i—Bu
仲丁基
s—Bu
t— Bu
•常用R—代表烷基
2、两价的烷基叫亚基，三价的烷基叫次 基。如： =CH2 亚甲基 =CHCH3 亚乙基 CH 次甲基 CCH3 次乙基
四、异构化：
异构化反应：从一个异构体转变成另一 个异构体的反应。 正烷烃可异构化为支链烷烃，如： CH3
CH3CH2CH2CH3
CH3CHCH3
§2.7烷烃卤代反应历程
Mechanism of halogenation
反应历程：化学反应所经历的途径或过程， 又称为反应机理。reaction mechanism 一、甲烷的氯代反应历程
§2.5烷烃的物理性质
Physical properties of alkanes 分子间作用力；分子间作用力有：氢键、静电 引力、诱导力（德拜力）、色散力。分子间的 作用力越大，m.p和b.p就越高。 1、在室温和1atm下，C1~C4 是气体， C5~C16 是 液体，C17以上是固体。 2、正丁烷的沸点：见图2—11P34。 3、m.p和b.p随碳原子数的增加而升高。 4、密度随碳原子数的增加而增大，二十烷以下 的接近0.78。 5、不溶于水，可溶于汽油等有机溶剂中。
2、催化裂化：应用催化剂的热裂反应。
三、卤代 halogenation 1、烷烃在加热或光照下可与F2 、Cl2 、 Br2 反应。 2、反应活性： ①对X2来说：F2 >Cl2 > Br2 ②对H来说：30>20>10 。 ③选择性有所不同；不同的X2有不同 的选择性。如：
CH3CH2CH3
Cl2
Cl：Cl
光照
2Cl •
△H= +242.5kj/mol 链的引发 链的传递
Cl • + CH3—H CH3 • + Cl2
• • • •
CH3 • +HCl △H= +4.1kj/mol CH3—Cl + Cl • △H=－108.9kj/mol
Cl • + Cl • CH3 • +CH3• CH3 • + Cl • Cl2 + CH4
CH3 CH3 CH3 — CH2 — CH — CH — CH—CH — CH3 CH2 CH3 CH2CH3
2、3、5 —三甲基—4 —丙基庚烷
CH3 CH3 — CH2 — C — CH3
CH3 — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — C — CH2 — CH2 —CH — CH3 CH3 — CH2 — C — CH3 CH3 CH3
2Py 2Py
激发
2Px 2Pz 2S 2S
杂化
2Px 2Pz SP3
sp3杂化轨道
一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3杂化轨道
SP3杂化轨道中，有1/4的S成分和3/4 的P成分，它们的空间取向是指向正四面 体的顶点，每根杂化轨道与另一杂化轨 道间的夹角都是109028'。
三、烷烃分子的形成 1、甲烷分子的形成： SP3杂化的碳原子，四个等同的 SP3杂 化轨道与四个氢原子的1S轨道重叠形成 四面体构型的四根C—H键，即甲烷分子。
§2.6烷烃的化学性质
Chemical properties of alkanes
烷烃为饱和烃，分子中只有σ键，所以性质 比较稳定，不易起离子型反应，但可以 起游离基反应。 一、氧化oxidation 完全燃烧生成CO2 和H2O。放出大量的 热。不完全燃烧时生成CO。 可进行催化氧化，用于有机合成中，如：
2—甲基—5，5—二—1’，1’—二甲基丙基 癸烷 等 2—甲基—5，5—二(1，1—二甲基丙基)癸烷 等
§2.3烷烃的构型
一、碳原子的四面体概念及分子模型 1、构型：是指具有一定构造的分子中 原子在空间的排列情况。 2、碳原子的四面体概念： 1857年，凯库勒把原子价的概念推广 到碳元素，指出碳为四价，碳原子可以 和其它碳原子结合为碳链。
Cl2 CH3CH3 CH3—Cl CH3Cl + HCl △H=－104.9kj/mol 链的终止
链的引发可由光照、加热、化学引发剂等引发。
二、卤素对甲烷的相对反应活性
1、反应活性：
CH3—F CH3—Cl CH3—Br CH3—I
键能（kj/mol）
447.7
351.4
29的反应越容易进行，所以CH4卤代的相 对活性是：F2>Cl2>Br2>I2 2、活化能：为了使反应发生而必须提供的最低限度 的能量。或者说，过渡态与反应物分子基态之间的内 能差。用E活 表示。
三、系统命名法system of nomenclature 1、系统命名法： 我国现在所用的有机 化合物的系统命名原则是1960年制定， 1980年修订的。该命名法是根据1892年 在日内瓦制定的日内瓦命名法和1947年 在伦敦制定的IUPAC系统命名法在国际 上通用的原则，结合我国的文字特点制 定的。与IUPAC系统命名法有所区别。
第二章 烷烃
Chapter 2 Alkane
§2.1烷烃的同系列及同分异构现象 一、烷烃的同系列 1、烷烃的通式：CnH2n+2 2、烷烃构造式的写法；C为四价。
3、同系列：凡具有同一个通式，结构和 化学性质相似，物理性质则随着碳原子 数的增加而有规律地变化的化合物系列 称为同系列。 同系物：同系列中的化合物互称同系 物。 系（列）差：相邻的同系物在组成上 相差CH2，这个CH2称为系（列）差。
二、烷烃的同分异构现象 1、构造：分子中原子相互连接的方式和 秩序。 2、含1、2、3、4个碳原子的烷烃的构造 式：说明丁烷后就有构造异构。 3、低级烷烃(以己烷为例)构造异构体的 写法：
①写出这个烷烃的最长直链式。 ②写出少一个碳原子的直链作主链的碳链 式。 ③再写出少两个碳原子的直链作主链的碳 链式，把两个碳原子作为两个甲基或一 个乙基支链，分别取代氢原子，以此类 推。
CH3 CH3—C—CH3 •
△H=397.5kj/mol
△H=380.7kj/mol
3、烷烃的系统命名原则： ①选取主链：选择含母体官能团最多的 最长碳链为主链。当有两根同长度的链 可作主链时，则应选择有支链数目最多 的链为主链。 ②给主链碳原子编号：使取代基的位置 符合“最低系列”原则。 ③命名：取代基在前面，主链作为母体 得名；取代基中前小后大。相同的用表 示数的汉字表示。
④支链上有复杂取代基：支链的名称可放在 “（ ）”内或用带撇的数字来表示。如：
光照
Cl CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3
250C
CH3 Cl2 光照 CH3 CH3 36%
47%
53% CH3
CH3—C—H CH3
CH3—C—Cl + CH3—CH—CH2Cl
250C 64%
所以，Cl2与烷烃作用时，不同氢的相对活 性为： 仲氢：伯氢 =57%/2 ：43%/6 =4：1 叔氢；伯氢 =36%/1 ：64%/9 =5：1 三种氢原子的相对活性比为： 叔氢：仲氢：伯氢 =5：4：1 Br2与烷烃作用时，不同氢原子的相对 活性比为： 叔氢：仲氢：伯氢 =1600：82：1
甲烷分子的结构
凯库勒模型
Stuart模型
甲烷的球棒模型
2、乙烷的形成： 两个 SP3杂化的碳原子各以1根 SP3杂 化轨道相互重叠形成一根C—C键，又各 以三根 SP3杂化分别与氢原子的1S轨道重 叠形成C—H键。
乙烷的C- C 键
§2.4烷烃的构象
Conformation of alkane
三、烷烃对卤代反应的相对活性与烷基自由基的稳定性 CH3—H CH3CH2—H CH3CH2CH2—H CH3 • CH3CH2 • CH3CH2CH2• △H=435.1kj/mol △H=410kj/mol △H=410kj/mol
CH3CHCH3
H CH3 CH3—C—CH3 H
CH3CHCH3 •
§2.2烷烃的命名法
Nomenclature of alkane
一、普通命名法common nomenclature 1、把烷烃命名为“某烷”，“某”指 烷烃中碳原子的数目；由一到十用甲、 乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 表示；自十一烷起用表示数字的汉字表 示。 2、不含支链的叫正某烷；末端带一个 甲基的叫异某烷；带两个甲基的叫新某 烷。更复杂的就无法命名了。如：
二、碳原子的SP3杂化 1、碳原子的基态电子构型： 1S22S22Px12Py1
2、有两个未成对电子，按照经典的价键理论， 碳应为二价，且两根键之间的夹角应为900， 但实际上，碳一般为四价，且呈四面体，所 以杂化轨道理论设想：碳原子进行了杂化。 3、碳原子的杂化：
若激发态的碳原子成键，则应有三根互 呈900的键，另一根键应无方向性。这 与实际不符。所以成键的原子不是激发 态，而是进一步进行了杂化。
交叉式
转动的度数
交叉式
二、正丁烷的构象Conformation of n-butane 1、正丁烷的四种构象：
CH3 CH3 CH3 CH3 部分重叠式 对位交叉式 反错式 邻位交叉式 全重叠式 顺叠式