乙烷的空间结构模型
实验活动8 搭建球棍模型认识有机化合物分子结构的特点
实验活动8搭建球棍模型认识有机化合物分子结构的特点实验目的1．加深对有机化合物分子结构的认识。
2．初步了解使用模型研究物质结构的方法。
实验用品分子结构模型实验步骤1．认识甲烷分子结构，搭建甲烷分子的球棍模型甲烷分子中的5个原子不在同一平面内，而是形成正四面体结构，碳原2.搭建乙烷、乙烯和乙炔分子的球棍模型，比较三者结构碳碳之间形成双键，2个碳原子和4个氢原子在同一平面内，C—H键、键之间的夹角为120°问题讨论1．根据乙烷、乙烯、乙炔的球棍模型，归纳碳原子的成键特点及烷烃、烯烃、炔烃的化学键类型。
提示(1)碳原子成键特点：碳原子最外层有4个电子，可以和其他原子形成4个价键，既可以形成单键也可以形成双键或三键。
(2)烷烃、烯烃、炔烃分子中成键特点比较碳碳单键碳碳双键注含多个碳原子的烯烃及炔烃，分子中除含碳碳双键，碳碳三键和碳氢键之外，还存在和饱和碳原子间的碳碳单键。
2．根据甲烷的结构，推测验证二氯甲烷有没有同分异构体？提示二氯甲烷可以看作甲烷分子中的2个氢原子被2个氯原子代替的产物，根据甲烷的分子结构，二氯甲烷的分子结构是以碳原子为中心，2个氢原子和2个氯原子为4个顶点的四面体结构，C—H键键长小于C—Cl键键长，故分子结构不为正四面体，分子不存在同分异构体。
3．根据碳原子的成键特点，推测4个碳原子的烃有多少种结构？提示根据碳原子的成键特点，碳原子间可以形成单键、双键、三键，也可以形成碳链或碳环，故4个碳原子组成的常见烃可能有9种结构。
(1)形成饱和烷烃，结构简式为：CH3CH2CH2CH3、。
(2)形成烯烃：结构简式为：CH2==CH—CH2—CH3、、CH3—CH==CH—CH3。
(3)形成炔烃：结构简式：CH≡C—CH2—CH3、CH3—C≡C—CH3。
(4)形成饱和环烷烃，结构简式：。
1．(2018·湖北龙泉中学模拟)有下列五种物质：①氨气②甲烷③四氯化碳④乙烷，其中立体构型是正四面体形的是()A．①②③B．②③C．②③④D．全部答案B解析甲烷、四氯化碳的立体构型为正四面体形；氨气的立体构型为三角锥形；乙烷()的立体构型不是四面体形。
乙烷的构象知识点总结
乙烷的构象知识点总结一、构象的定义构象是指分子在空间中的立体排列方式，它是由分子的键角和键长等因素所决定的。
构象可以用轮廓投影式、测量式和伞型投影式等方式来描述。
在有机化学中，分子的构象对于分子的性质，反应活性和空间结构有着重要的影响。
二、乙烷的构象种类乙烷是一种碳原子数目较少的烷烃，它的构象较为简单。
乙烷分子中的两个碳原子通过sp3杂化产生四个等价的单键，这使得乙烷的构象比较特殊。
乙烷的构象主要有以下两种：1. 顺式构象：当两个碳原子之间的键角为60°时，称之为顺式构象。
顺式构象的乙烷分子呈现出一个``Z''形状的构象，它的结构比较稳定。
2. 反式构象：当两个碳原子之间的键角为180°时，称之为反式构象。
反式构象的乙烷分子呈现出一条直线的构象，它的结构比较不稳定。
在乙烷中，由于两个碳原子之间的空间排列方式不同，导致了不同的构象种类的存在。
三、构象的转变乙烷分子的构象可以通过旋转碳--碳单键的方式进行转变。
当两个碳原子之间的单键被旋转时，可以使得乙烷分子的构象从顺式转变为反式，或者从反式转变为顺式。
这种构象的转变不仅可以影响乙烷分子的空间结构，还可以影响乙烷分子的性质和反应活性。
因此，对乙烷构象的转变有着重要的化学意义和应用意义。
四、乙烷构象的应用乙烷的构象不仅在有机化学中有着重要的应用，而且在生物领域也有着重要的意义。
在有机化学中，乙烷构象的转变可以通过控制反应条件来进行，从而影响反应产物的选择性和产率。
此外，乙烷构象的转变还可以用于合成特定立体构型的有机化合物，为有机合成提供了更多的选择。
在生物领域中，乙烷构象对生物活性有着重要的影响。
有些生物活性分子的构象是非常特殊的，只有特定的构象才能发挥其生物活性。
因此，对于这些分子的构象控制具有重要的意义。
总之，乙烷的构象在化学和生物领域中有着重要的应用价值，对于其构象的研究有助于拓展其在化学和生物领域的应用。
综上所述，乙烷的构象是有机化学中的重要知识点，其构象种类、转变和应用具有重要的化学意义和实际应用价值。
讨论乙烷的稳定构象
讨论乙烷的稳定构象第25卷第2期大学化学2021年4月讨论乙烷的稳定构象杨�J 梁翰清(安徽建筑工业学院材化学院安徽合肥230601)摘要利用Ｇａｕｓｓｉａｎ98对乙烷的两种典型构象―――交叉式和重叠式进行结构几何优化、频率分析和能量计算,通过计算结果的比较分析确定其稳定构象;并对导致稳定构象原因进行简单讨论。
乙烷是烷烃中最简单的含碳碳单键的化合物。
如果使乙烷中一个甲基固定不动,而使另一个甲基绕碳碳键轴旋转,则两个甲基中的氢原子的相对位置将不断改变,产生许多空间排列方式不同的构象。
转动的角度是无穷多的,排列方式也是无穷多的,所以乙烷分子的构象也是无穷多的[1]。
交叉式构象和重叠式构象是乙烷无数构象中的两种极端情况。
用球棒模型很容易看清楚乙烷分子中各原子在空间的不同排布。
如图1所示。
图1 乙烷的两种典型构象可以利用Ｇａｕｓｓｉａｎ98通过计算化学的方法对乙烷最具有典型意义的两种极限构象―――交叉式和重叠式的稳定性进行比较分析,从而得出何种构象是最稳定构象的结论。
1 研究方法乙烷交叉式构象和重叠式构象的稳定性可以通过二者能量的大小进行比较判断,能量越低的构象越稳定。
基于这个原则,可以进行如下工作:[2]首先,在ＨＦ/6-31Ｇ(ｄ)和ＭＰ2/6-31Ｇ(ｄ)水平下,利用Ｇａｕｓｓｉａｎ98软件分别对乙烷的交叉式和重叠式构象的分子进行结构几何优化。
然后,对所得的计算结果进行分析,比较交叉式和重叠式分子能量的大小,能量低的构象为稳定构象。
并进一步通过比较两种构象有无虚频及键长大小等对乙烷稳定构象进行判断。
对于计算方法的选择通常有ＨＦ(Ｈａｒｔｒｅｅ-Ｆｏｃｋ,单组态自洽场从头算)方法和ＭＰ2(二级54Ｍｏｌｌｅｒ-Ｐｌｅｓｓｅｔ微扰理论)方法[3-4]。
在自洽场方法中,假定一个电子在由原子核和其他电子形成的平均势场中独立地运动,这只是考虑了粒子之间平均相互作用,但没有考虑电子之间的瞬时相关,即在平均势场中独立运动的两个自旋反平行的电子有可能在某一瞬间在空间的同一点出现。
选修3第2章第2节第1课时 一些典型分子的空间构型
碳原子的其他杂化类型sp2杂化
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Hale Waihona Puke 目导航杂化轨道只能形成σ键 或容纳未成键的孤电 子对，不能形成π键
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苯分子的空间构型
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苯分子的空间构型 根据杂化轨道理论，形成苯分子时每个碳原子的价电子原子轨道发生 _s_p_2杂化(如 s、px、py)，由此形成的三个 sp2 杂化轨道在同一平面内。这样， 每个碳原子的两个 sp2 杂化轨道上的电子分别与邻近的两个碳原子的 sp2 杂化轨道上的电子配对形成 σ 键，于是六个碳原子组成一个正六边形 的 碳环；每个碳原子的另一个 sp2 杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的 1s 电子配对形成 σ 键。与此同时，每个碳原子的一个与碳环平面垂直的未参
一不变：轨道数目不变 3、只有原子形成分子时才会发生轨道杂化，单个原子是不会杂化的 4、只有能量相近的轨道才会相互杂化
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如何确定某原子成键时的杂化类型？
ABn型分子或离子
杂化轨道数=中心原子 的价层电子对数
杂化类型
sp 1
sp 2
sp 3
中心原子的价层电
？
？
？
子对中数心原子采取s_p__2_杂化,形成的__分__子一定是平面__三__角形吗？
杂化轨道的数目
__2__
杂化轨道间的夹角 __1_8__0__°__
_3___ __1_2__0_°___
4____ 10__9_._5__°___
空间构型
__直__线__型___ 平_面__三___角__形___ 正四__面__体__型_____
实例
C O 2、C 2H 2
乙烷的构象
乙烷的构象
乙烷是最简单的烷烃，分子式为C2H6。
它由两个碳原子和六个氢原子组成。
乙烷分子呈现出与普通烷烃不同的构象，即能够存在两种不同的立体异构体。
乙烷的构象是通过碳-碳单键的自由旋转完成的。
由于碳原子上的所有取代基都是氢原子，所以无论怎样旋转碳-碳单键，都不会改变分子的化学性质。
乙烷的旋转构象主要关系到两个碳原子之间的空间排列方式。
在乙烷中，可以通过旋转碳-碳单键形成两种构象：正构乙烷和反构乙烷。
正构乙烷的构象中，两个氢原子朝着相同的方向（垂直于碳-碳单键的平面）延伸，而反构乙烷的构象中，两个氢原子朝着相反的方向延伸。
这两种构象之间可以通过碳-碳单键的旋转相互转换。
乙烷在常温常压下处于动态平衡状态，两种构象的比例取决于温度、压力和溶剂等因素。
乙烷的构象对其物理和化学性质具有一定的影响。
不同构象的乙烷分子在空间结构上存在差异，这可能导致它们与其他分子或反应中的参与物发生不同的相互作用。
因此，乙烷的构象研究对于理解其化学性质和在各种反应和应用中的表现具有重要意义。
常见烷烃的球棍模型：
丙烷
丁烷 戊烷 癸烷 十七烷
CH4
C2H6
C3H8
C4H10 C5H12 C10H22 C17H36
分析上述烷烃的 化学式，你可以发 现它们中碳原子的 个数与氢原子的个 数之间有什么关系？
烷烃的通式：CnH2n+2 ( n≥1 )
.
练习
• 下列有机物中属于烷烃的是（ACF）
• A C2H6 B C4H8 C C15H32 • D C9H16 E C2H5OH F C6H14 • G C10H20
3、烷烃的受热分解
由于其它烷烃的碳原子多，所以其它烷烃分
解比甲烷复杂。
.
思考
1、等物质的量的下列烃完全燃烧时，消耗
氧气最多的是（ ）
A、CH4 C、C3H6
B 、C2H6
D、C6H6 √
1molC2H6变成1molC2Cl6需要氯气 的物质的量
6mol
.
正丁烷 异丁烷
分析正丁烷和异丁烷有 什么相同点和不同点？
1 234
CH3–CH–CH2–CH3 CH3 . 2– 甲基 丁烷
练习
1、等质量的下列烃完全燃烧时，消耗氧气
最多的是（A ）
A、CH4 C、C3H6
B 、C2H6 D、C6H6
C-----CO2------O2
12克
32克
说明H的质量越多消耗的O2 越多
4H----2H2O----O2
4克
32克
.
常见烷烃的球棍模型：
乙
丁
烷
烷
丙
烷
分析这些烃的结
构特点?
.
一、烷烃
在烃的分子里，碳原子之间都以碳碳单键结合 成链状，碳原子剩余的价键全部跟氢原子相结合， 使每个碳原子的化合价都已充分利用，都达到
乙烷乙烯分子式电子式结构式与结构简式CH
化 学 1. 氧化反应
性
(1) 在空气或在氧气中燃烧 —完全氧化
质
C2H2 + O2 → CO2 + H2O
(2) 被氧化剂氧化 使酸性KMnO4溶液褪色
把乙炔通入盛有Br2的CCl4溶液或溴水 的试管中，观察到溶液的颜色消失。
请写出相应的化学反应方程式
+
溴乙烯
1, 1, 2, 2—四溴乙烷
四、炔烃：
1、结构特点：含C≡C键，不饱和链烃。
2、通式： CnH2n-2 （n>2）
3、物理性质上的相似性和递变性： 与烷烃、烯烃相似。
4、主要的化学性质： 氧化反应；加成反应。
5、命名和同分异构体的书写： 同烯烃
炔烃的化学性质决定于其结构 中的叁键：
三键的化 学性质：
1：易氧化。(高锰酸 钾褪色)
三、乙炔的性质和用途
纯的乙炔是没有颜色、没有臭
物
理
味的气体。密度是1.16克/升，
性
比空气稍轻。微溶于水，易溶
质
于有机溶剂。
化
学
1. 氧化反应
性
(1) 在空气或在氧气中燃烧—完全
质 氧化 2C2H2 + 5O2 点燃 4CO2 + 2H2O
乙炔跟空气的混合物遇火会发生爆 炸，在生产和使用乙炔时，必须注 意安全。
为什么不用启普发生器制取乙炔？
因为碳化钙与水反应剧烈，启普 发生器不易控制反应；
反应放出的热量较多，容易使启 普发生器炸裂。
反应的产物中还有糊状的Ca(OH)2, 它能夹带未反应的碳化钙进入发生器 底部,或堵住球型漏斗和底部容器间的 空隙,使发生器失去作用。
制取时应注意:
（1）用分液漏斗代替简易装置中的长颈漏斗控 制流量；
第三章 立体化学讲解
优势构象
叔丁基是一个很大的基团，一般占据e键。
某些取代环己烷，张力特别大时，环 己烷的椅式构象会发生变形，甚至会 转变为船式构象
CH3
H
H3C
CH3
C
H
C(CH3)3 C(CH3)3
C(CH3)3 H
椅式
船式 优势构象
一般对优势构象的讨论，只是从取代 基的体积影响进行分析，对于烷基这类基 团来说是正确的。但有时非键合原子间的 其它作用力 如偶极-偶极间的电效应也会 影响分子的构象稳定性。
109o28'
60o
105o
3.3.1Baeyer张力学说
当碳原子的键角偏离109°28′时，便会产生一种 恢复正常键角的力量。这种力就称为张力。键角偏离 正常键角越多，张力就越大。
偏转角度=
109°28′内角
2
N=3 4 5 6 7
偏转角度
24o44’ 9o44’ 44’ -5o16’ -9o33’
…… n个C*
…………
AB+ B-
C+ C- C+ C-
D+D- D+D-D+D-D+D-
…………
2 4
8 16 …… 2n
例如: 一个C* 二个C* 三个C*
R\S RR\SS RS\SR RRR\SSS RRS\SRR RSR\SRS RSS\RRS
（2）非对映体
不呈镜影关系的旋光异构体为非对映异构体。非对映体具有不 同的旋光性，不同的物理性质和不同的化学性质。
立体异构体的定义：分子中的原子或原子团互相连接的 次序相同，但在空 间的排列方向不同而引起的异构体。
3.1 轨道的杂化和碳原子价键的方向性
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乙烷的空间结构模型
乙烷是一种分子式为C2H6、由两个碳原子和六个氢原子组成的烷烃类有机物。
乙烷的结构十分简单，由于其只含有碳碳单键和碳氢单键，因此乙烷分子是一个理想的立体正四面体结构。
由于其构造简单，是有机化合物中最简单的成员之一，在国际上被广泛研究。
乙烷分子的立体结构可以通过多种方法表达。
其中一种方法是通
过键长和键角来表达分子的结构。
乙烷分子中，碳碳单键的键长为
1.54埃，碳氢单键的键长为1.09埃。
乙烷分子的键角是109.5度，这是由于每个氢原子的电荷云带有相同的质量，因此它们排斥彼此形成
最稳定的构形。
另一种表达乙烷分子结构的方式是使用轨道构型。
乙烷分子的每
个碳原子都包含三个杂化轨道和一个未杂化的p轨道。
三个杂化轨道
是sp3杂化的，其中两个属于碳氢单键，一个属于碳碳单键。
未杂化
的p轨道与另一个碳原子上的p轨道形成碳碳π键。
由于这些原子轨
道之间的相互作用，乙烷的空间结构可以看作是一个由“碳-氢-碳-氢”组成的正四面体。
乙烷的分子式为C2H6，其中2个碳原子通过单键连接，6个氢原
子分别连接在两个碳原子上。
在空间模型中，可以把这些原子看作为
一个固定的基础结构。
将氢原子沿着基础结构固定在一个球体上，可
以得到一种称为范德华半径的几何模型。
这种模型反映了乙烷分子的
最小化结构和空气痕迹。
乙烷的构象有两种：反构和顺构。
反构是指碳原子周围的两个氢
原子位于分子的相反面。
顺构是指两个氢原子位于分子的相同面上。
由于空气痕迹的限制，乙烷分子多数时候处于反构象。
然而，在高温、高能量的环境下，乙烷分子会转变为顺构象。
除此之外，乙烷分子还有一些其他的空间结构模型。
比如一种立
体结构模型叫做“鸭子模型”，在这种模型中，乙烷分子看起来像一
只倒立的小鸭子，头部是两个氢原子，身体和尾巴是两个碳原子和四
个氢原子。
还有一种模型叫“分子轮廓模型”，根据这种模型，分子的形状像一个四面体，因为具有四个基团。
这个模型中，碳原子的每一个杂化轨道指向一个氢原子，形成四面体的形状。
这些模型不仅能够帮助我们更好地理解乙烷分子的构造，还对有机化学和化学工程领域的研究有着很重要的意义。
总结起来，乙烷分子的空间结构十分简单，由于其只含有碳碳单键和碳氢单键，因此乙烷分子是一个理想的立体正四面体结构。
乙烷的构象有两种：反构和顺构。
除此之外，还有一些其他的空间结构模型，这些模型可以帮助我们更好地理解乙烷分子的构造。