1、醫(yī)用有機(jī)化學(xué)醫(yī)用有機(jī)化學(xué)2 烷烷 烴烴1趙趙 冰冰 心心生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院化學(xué)系生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院化學(xué)系E-mail: E-mail: 2.1 烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu)烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu) 烷烴烷烴(alk(alkaneane) )的概念的概念 分子里碳原子都以分子里碳原子都以碳碳單鍵碳碳單鍵相連成鏈狀，碳原子相連成鏈狀，碳原子剩余的價鍵均與氫原子剩余的價鍵均與氫原子結(jié)合達(dá)到結(jié)合達(dá)到飽和飽和的一系列化合物。的一系列化合物。2CH4 CH3-CH3 CH3-CH2-CH332.1 烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu)烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu)隨堂練習(xí)下列化合物屬于烷烴的是：下列化合物屬于烷烴的是：( )A.B.C.D

2、.A 烷烴的通式：烷烴的通式：CnH2n+242.1 烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu)烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu)n個個C 同系列：同系列：具有一個通式，結(jié)構(gòu)相似，性質(zhì)相似且隨具有一個通式，結(jié)構(gòu)相似，性質(zhì)相似且隨碳原子數(shù)目有規(guī)律地變化的一類化合物。碳原子數(shù)目有規(guī)律地變化的一類化合物。 同系物：同系物：同系列中的各個化合物互稱同系物。同系列中的各個化合物互稱同系物。 系差：系差：CH2 構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu) 具有具有相同的分子式相同的分子式，而分子中原子或基團(tuán)的，而分子中原子或基團(tuán)的連接方連接方式式或或順序順序不同。隨著碳原子數(shù)的增加，烷烴構(gòu)造異構(gòu)體不同。隨著碳原子數(shù)的增加，烷烴構(gòu)造異構(gòu)體數(shù)目也越多。數(shù)目也越多。5

3、2.1 烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu)烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu)碳原子碳原子45678910152030異構(gòu)體數(shù)異構(gòu)體數(shù)23591835754347 366319411846763 構(gòu)造式的書寫方法構(gòu)造式的書寫方法62.1 烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu)烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu) 構(gòu)造式構(gòu)造式丙烷丙烷 正丁烷正丁烷 異丁烷異丁烷 構(gòu)造簡式構(gòu)造簡式 鍵線式鍵線式72.1 烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu)烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu)隨堂練習(xí)寫出寫出C6H14的構(gòu)造異構(gòu)體。的構(gòu)造異構(gòu)體。82.1 烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu)烷烴的同系列和構(gòu)造異構(gòu) 碳、氫原子的分類碳、氫原子的分類 伯伯碳：只連有一個碳原子，用碳：只連有一個碳原子，用1表示；表示

4、； 仲仲碳：連有兩個碳原子，用碳：連有兩個碳原子，用2表示；表示； 叔叔碳：連有三個碳原子，用碳：連有三個碳原子，用3表示；表示； 季季碳：連有四個碳原子，用碳：連有四個碳原子，用4表示。表示。11111234與與伯伯、仲仲、叔叔碳原子相連的氫原子，分別稱為碳原子相連的氫原子，分別稱為伯伯、仲仲、叔叔氫。氫。9 習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法( (普通命名法普通命名法) )2.2 烷烴的命名烷烴的命名 10個碳以下：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；個碳以下：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸； 10個碳以上：用中文數(shù)字十一、十二個碳以上：用中文數(shù)字十一、十二來表示。來表示。CH3CH2CH2

5、CH3 CH3(CH2)10CH3丁烷丁烷 十二烷十二烷 butane dodecane 若有異構(gòu)體存在，在名稱前加不同的形容詞：若有異構(gòu)體存在，在名稱前加不同的形容詞：正正戊烷戊烷 異異戊烷戊烷 新新戊烷戊烷n-pentane i-pentane neopentane 10 烷基的命名烷基的命名2.2 烷烴的命名烷烴的命名烷烴分子中去掉一個氫原子剩下的原子團(tuán)稱為烷烴分子中去掉一個氫原子剩下的原子團(tuán)稱為烷基烷基。 甲基甲基(Me) 乙基乙基(Et) 丙基丙基(Pr) 丁基丁基(Bu)methyl ethyl propyl butyl異丙基異丙基(i-Pr) 異丁基異丁基(i-Bu) 仲丁基仲丁

6、基(s-Bu) 叔丁基叔丁基(t-Bu)isopropyl isobutyl sec-butyl tert-butyl 11 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法 1892年在日內(nèi)瓦開了國際化學(xué)會議，制定了系統(tǒng)的有機(jī)化年在日內(nèi)瓦開了國際化學(xué)會議，制定了系統(tǒng)的有機(jī)化合 物 的 命 名 法 ， 后 由合 物 的 命 名 法 ， 后 由 國 際 純 粹 與 應(yīng) 用 化 學(xué) 聯(lián) 合 會國 際 純 粹 與 應(yīng) 用 化 學(xué) 聯(lián) 合 會(International Union of Pure and Applied Chemistry)作了作了幾次修訂，簡稱幾次修訂，簡稱IUPAC命名法。命名法。 1960年，我國參考該命

7、名法的原則，并結(jié)合漢字的特點(diǎn)制年，我國參考該命名法的原則，并結(jié)合漢字的特點(diǎn)制定了我國的系統(tǒng)命名法定了我國的系統(tǒng)命名法(CCS法法)。1980年進(jìn)行增補(bǔ)和修訂，年進(jìn)行增補(bǔ)和修訂，公布了公布了有機(jī)化學(xué)命名原則有機(jī)化學(xué)命名原則。2.2 烷烴的命名烷烴的命名12 系統(tǒng)命名法原則系統(tǒng)命名法原則1. 選取選取主鏈主鏈(稱稱某烷某烷)2.2 烷烴的命名烷烴的命名選擇選擇最長最長的碳鏈做主鏈，支鏈為取代基；的碳鏈做主鏈，支鏈為取代基；(長長)當(dāng)不同碳鏈的碳原子數(shù)相同時，選擇當(dāng)不同碳鏈的碳原子數(shù)相同時，選擇支鏈最多支鏈最多的做主鏈。的做主鏈。(多多)主鏈主鏈13 系統(tǒng)命名法原則系統(tǒng)命名法原則2. 編號編號2.2

8、 烷烴的命名烷烴的命名從從離主鏈最近的支鏈離主鏈最近的支鏈一端開始編號，一端開始編號，1，2，3；(近近)若兩個相同支鏈離兩端一樣近，而中間還有支鏈，則按若兩個相同支鏈離兩端一樣近，而中間還有支鏈，則按支鏈編號支鏈編號相加最小相加最小一端開始；一端開始；(小小)當(dāng)兩個不同支鏈離兩端一樣近，從當(dāng)兩個不同支鏈離兩端一樣近，從簡單的支鏈簡單的支鏈一端開始編號。一端開始編號。(簡簡)1 2 3 47 6 5 4 3 2 11 2 3 4 5 6 7取代基，寫在前，編號位，短線連；取代基，寫在前，編號位，短線連；相同基，合并算，不同基，簡到繁；相同基，合并算，不同基，簡到繁；阿拉伯?dāng)?shù)字與文字之間用阿拉伯

9、數(shù)字與文字之間用“-”隔開；阿拉伯?dāng)?shù)字之間用隔開；阿拉伯?dāng)?shù)字之間用“,”隔開；隔開；數(shù)目用漢字二、三數(shù)目用漢字二、三來表示。來表示。14 系統(tǒng)命名法原則系統(tǒng)命名法原則3. 寫名稱寫名稱2.2 烷烴的命名烷烴的命名1 2 3 47 6 5 4 3 2 11 2 3 4 5 6 73,4-二甲基二甲基-5-乙基庚烷乙基庚烷2-甲基丁烷甲基丁烷 2,3,6-三甲基庚烷三甲基庚烷 次序規(guī)則次序規(guī)則較優(yōu)基團(tuán)后置。較優(yōu)基團(tuán)后置。常見的烷基優(yōu)先次序：常見的烷基優(yōu)先次序：異丙基異丙基丙基丙基乙基乙基甲基甲基152.2 烷烴的命名烷烴的命名隨堂練習(xí)寫出以下化合物的名稱。寫出以下化合物的名稱。1 2 3 4 56

10、 7 8 3-甲基甲基-5-異丙基異丙基 辛烷辛烷16 碳原子的碳原子的spsp3 3雜化雜化2.3 烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴的結(jié)構(gòu) 碳是碳是四價四價的，烷烴中的碳原子都是的，烷烴中的碳原子都是sp3雜化。雜化。2s2p2s2psp3激發(fā)激發(fā)雜化雜化 每一個每一個sp3軌道都含有軌道都含有1/4的的s成份和成份和3/4的的p成分。成分。 碳原子的四個碳原子的四個sp3雜化軌道的空間取向是指向雜化軌道的空間取向是指向正四面體正四面體的四個頂點(diǎn)，每個軌道對稱軸之間的四個頂點(diǎn)，每個軌道對稱軸之間的夾角為的夾角為109.5。17 軌道雜化的結(jié)果軌道雜化的結(jié)果2.3 烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴的結(jié)構(gòu) 軌道雜化比軌道雜化比s軌

11、道或軌道或p軌道有更強(qiáng)的軌道有更強(qiáng)的方向性方向性，更有利于，更有利于成鍵；成鍵； 4個個sp3軌道是軌道是完全等價完全等價的；的； 正四面體的排列方式，使正四面體的排列方式，使4個鍵盡可能遠(yuǎn)離，成鍵電子個鍵盡可能遠(yuǎn)離，成鍵電子對的互斥最小，對的互斥最小，分子最穩(wěn)定分子最穩(wěn)定。18 甲烷分子的形成甲烷分子的形成2.3 烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴的結(jié)構(gòu) 甲烷中的甲烷中的C-H鍵是碳的鍵是碳的sp3軌道和氫的軌道和氫的s軌道沿對稱軸方軌道沿對稱軸方向發(fā)生軌道重疊而形成的，其電子云分布具有圓柱形的軸向發(fā)生軌道重疊而形成的，其電子云分布具有圓柱形的軸對稱，凡是成鍵電子云對稱軸呈圓柱形對稱的鍵稱為對稱，凡是成鍵電子云

12、對稱軸呈圓柱形對稱的鍵稱為鍵。鍵。19 楔形透視式楔形透視式2.3 烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴的結(jié)構(gòu) 分子模型分子模型Kekul 模型模型Stuart 模型模型20 其它烷烴的結(jié)構(gòu)其它烷烴的結(jié)構(gòu)2.3 烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴的結(jié)構(gòu)碳原子都是碳原子都是sp3雜化，碳?xì)滏I和碳碳鍵都是雜化，碳?xì)滏I和碳碳鍵都是鍵。鍵。CC：sp3sp3 鍵，鍵，CH：sp31s 鍵。鍵。在氣態(tài)和液態(tài)時，由于在氣態(tài)和液態(tài)時，由于鍵自由旋轉(zhuǎn)而形成多種曲鍵自由旋轉(zhuǎn)而形成多種曲折形式；在結(jié)晶狀態(tài)時，烷烴的碳鏈排列整齊，且折形式；在結(jié)晶狀態(tài)時，烷烴的碳鏈排列整齊，且呈鋸齒狀。呈鋸齒狀。21 構(gòu)象構(gòu)象2.4 烷烴的構(gòu)象烷烴的構(gòu)象 具有一定構(gòu)造的分子

13、，因具有一定構(gòu)造的分子，因單鍵旋轉(zhuǎn)單鍵旋轉(zhuǎn)改變其原子改變其原子或原子團(tuán)在空間的相對位置而呈現(xiàn)的不同立體形象。或原子團(tuán)在空間的相對位置而呈現(xiàn)的不同立體形象。 乙烷的構(gòu)象乙烷的構(gòu)象222.4 烷烴的構(gòu)象烷烴的構(gòu)象重疊式重疊式 交叉式交叉式鋸架式鋸架式紐曼投影式紐曼投影式(極限構(gòu)象極限構(gòu)象)232.4 烷烴的構(gòu)象烷烴的構(gòu)象0.229 nm0.25 nm 乙烷的構(gòu)象穩(wěn)定性：交叉式乙烷的構(gòu)象穩(wěn)定性：交叉式 重疊式重疊式重疊式重疊式 交叉式交叉式242.4 烷烴的構(gòu)象烷烴的構(gòu)象 乙烷構(gòu)象勢能關(guān)系圖乙烷構(gòu)象勢能關(guān)系圖 060180120240300360E重疊式重疊式 交叉式交叉式 12.6 kJmol-

14、-1 252.4 烷烴的構(gòu)象烷烴的構(gòu)象 丁烷的構(gòu)象丁烷的構(gòu)象123262.4 烷烴的構(gòu)象烷烴的構(gòu)象對位交叉式對位交叉式 部分重疊式部分重疊式 鄰位交叉式鄰位交叉式全重疊式全重疊式 鄰位交叉式鄰位交叉式 部分重疊式部分重疊式丁烷的構(gòu)象穩(wěn)定性：對位交叉式丁烷的構(gòu)象穩(wěn)定性：對位交叉式鄰位交叉式鄰位交叉式部分重疊式部分重疊式全重疊式全重疊式272.4 烷烴的構(gòu)象烷烴的構(gòu)象 060180120240300360E對位交叉式對位交叉式 14.6 kJmol-118.425.5kJmol-13.33.7 kJmol-1部分重疊式部分重疊式鄰位交鄰位交叉式叉式全重疊式全重疊式部分重疊式部分重疊式對位交叉式對位

15、交叉式 鄰位交鄰位交叉式叉式 丁烷構(gòu)象勢能關(guān)系圖丁烷構(gòu)象勢能關(guān)系圖282.4 烷烴的構(gòu)象烷烴的構(gòu)象 分子總是傾向于以穩(wěn)定的構(gòu)象形式存在分子總是傾向于以穩(wěn)定的構(gòu)象形式存在15% 70% 15%292.4 烷烴的構(gòu)象烷烴的構(gòu)象隨堂練習(xí)用紐曼投影式寫出用紐曼投影式寫出1,2-二溴乙烷最穩(wěn)定和最不穩(wěn)定的構(gòu)象。二溴乙烷最穩(wěn)定和最不穩(wěn)定的構(gòu)象。最穩(wěn)定最穩(wěn)定最不穩(wěn)定最不穩(wěn)定302.5 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì) 物質(zhì)狀態(tài)物質(zhì)狀態(tài)在室溫和在室溫和0.1MPa下：下： C1C4：氣體：氣體 C5C17：液體：液體 18個個C以上：固體以上：固體312.5 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì) 沸點(diǎn)沸點(diǎn) 烷烴的沸點(diǎn)取決

16、于烷烴的沸點(diǎn)取決于分子間引力分子間引力(范德華力范德華力)的大小，的大小，分子間引力分子間引力越大越大，沸點(diǎn)就，沸點(diǎn)就越高越高； 烷烴的相對分子量烷烴的相對分子量越大越大，分子間的引力，分子間的引力越大越大； 沸點(diǎn)隨分子量的沸點(diǎn)隨分子量的增加增加而逐漸而逐漸升高升高； 相同分子量的烷烴，相同分子量的烷烴，支鏈越多支鏈越多，沸點(diǎn)越低沸點(diǎn)越低。322.5 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì)CH3(CH2)3CH3bp./ 36.1 68.998.4CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)5CH3例：例：bp./ 36.127.99.533隨堂練習(xí)2.5 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì)將下列化合物沸點(diǎn)由高到

17、低排序。將下列化合物沸點(diǎn)由高到低排序。a. 3,3-二甲基戊烷二甲基戊烷 b. 正庚烷正庚烷 c. 2-甲基庚烷甲基庚烷 d. 正戊烷正戊烷e. 2-甲基己烷甲基己烷cbead342.5 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì) 熔點(diǎn)熔點(diǎn) 直鏈烷烴的熔點(diǎn)隨直鏈烷烴的熔點(diǎn)隨分子量的增加分子量的增加而而升高升高； 偶數(shù)偶數(shù)碳的烷烴熔點(diǎn)比碳的烷烴熔點(diǎn)比相鄰奇數(shù)相鄰奇數(shù)碳的烷烴碳的烷烴高高； 支鏈支鏈烷烴比烷烴比直鏈直鏈烷烴的熔點(diǎn)烷烴的熔點(diǎn)低低； 分子量相同的烷烴異構(gòu)體中，分子量相同的烷烴異構(gòu)體中，對稱性大的熔點(diǎn)高對稱性大的熔點(diǎn)高。 352.5 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì)例：例：mp./ -129.7-159.

18、9-16.6原因：原因：X-單晶衍射測得，偶數(shù)碳烷烴在晶體中排列比奇單晶衍射測得，偶數(shù)碳烷烴在晶體中排列比奇數(shù)碳的排列緊密。數(shù)碳的排列緊密。分子之間的作用力不僅取決于分子之間的作用力不僅取決于分子的大小，還分子的大小，還與分子的對稱性有關(guān)，對稱性好，與分子的對稱性有關(guān)，對稱性好，分子在晶格中排列緊密，分子間力大，熔點(diǎn)高。分子在晶格中排列緊密，分子間力大，熔點(diǎn)高。362.5 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì)372.5 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì) 相對密度相對密度 有機(jī)物的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量比，是無單位的量。有機(jī)物的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量比，是無單位的量。 d=mH2Om 直鏈烷烴的相對密度隨著分子

19、量的增加而增大，直鏈烷烴的相對密度隨著分子量的增加而增大，最后趨近于最大值最后趨近于最大值0.80 (20)。 溶解度溶解度烷烴不溶解于水，易溶解于有機(jī)溶劑。烷烴不溶解于水，易溶解于有機(jī)溶劑。382.6 烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴的化學(xué)性質(zhì) 烷烴的穩(wěn)定性烷烴的穩(wěn)定性 在常溫下，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、強(qiáng)還原劑在常溫下，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、強(qiáng)還原劑等都等都不不能和烷烴起反應(yīng)，或反應(yīng)速度很慢。能和烷烴起反應(yīng)，或反應(yīng)速度很慢。 原因：原因：1.烷烴是飽和烴，烷烴是飽和烴，CC鍵和鍵和CH鍵都是比較牢固的共鍵都是比較牢固的共價鍵價鍵(鍵鍵)，鍵能較大鍵能較大； 2.碳和氫的電負(fù)性差別小碳和氫的電負(fù)性差別小(C

20、：2.5，H：2.2)，分子，分子無極無極性性，分子中的共價鍵不易極化；，分子中的共價鍵不易極化；3.分子中分子中無官能團(tuán)無官能團(tuán)。392.6 烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴的化學(xué)性質(zhì) 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) H是反應(yīng)中的是反應(yīng)中的焓焓(一種熱力學(xué)函數(shù)一種熱力學(xué)函數(shù))的變化，可以的變化，可以表示表示反應(yīng)熱反應(yīng)熱； H為為正正時反應(yīng)是時反應(yīng)是吸熱吸熱的，為的，為負(fù)負(fù)時反應(yīng)是時反應(yīng)是放熱放熱的。的。 402.6 烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴的化學(xué)性質(zhì) 取代反應(yīng)取代反應(yīng)漫射光漫射光甲烷的氯代反應(yīng)很難停留在一氯甲烷階段。甲烷的氯代反應(yīng)很難停留在一氯甲烷階段。 一氯甲烷一氯甲烷 二氯甲烷二氯甲烷 三氯甲烷三氯甲烷 四氯化碳四氯化碳

21、 甲烷的氯代甲烷的氯代鹵素的取代反應(yīng)活性：鹵素的取代反應(yīng)活性：F2Cl2Br2I2412.6 烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴的化學(xué)性質(zhì)其它烷烴的氯代其它烷烴的氯代H的鹵代活性：的鹵代活性：3H 2H 1H 43% 57%14:436:5721H與與2H的活性比：的活性比：422.6 烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴的化學(xué)性質(zhì)64% 36%1H與與3H的活性比：的活性比：15:649:361由此得出氯代反應(yīng)時：由此得出氯代反應(yīng)時：3H : 2H : 1H = 5 : 4 : 1432.6 烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴的化學(xué)性質(zhì)溴代反應(yīng)中氫的活性差別較大溴代反應(yīng)中氫的活性差別較大3H : 2H : 1H = 1600 : 82 :

22、199%烷烴的碘代反應(yīng)為可逆的，因為碘代烷能被烷烴的碘代反應(yīng)為可逆的，因為碘代烷能被HI還原。還原。 442.7 烷烴鹵代反應(yīng)的歷程烷烴鹵代反應(yīng)的歷程 甲烷的氯代反應(yīng)歷程甲烷的氯代反應(yīng)歷程鏈引發(fā)鏈引發(fā)鏈增長鏈增長鏈終止鏈終止H=243 kJmol-1 H=4 kJmol-1 H=-106 kJmol-1 452.7 烷烴鹵代反應(yīng)的歷程烷烴鹵代反應(yīng)的歷程在鏈傳遞的步驟中，氫還可以進(jìn)一步被取代。在鏈傳遞的步驟中，氫還可以進(jìn)一步被取代。 462.7 烷烴鹵代反應(yīng)的歷程烷烴鹵代反應(yīng)的歷程 烷烴的相對活性烷烴的相對活性碳?xì)滏I解離能碳?xì)滏I解離能越小越小，反應(yīng)活性就，反應(yīng)活性就越大越大。 H=410 kJmol-1 H=397.5 kJmol-1 H=389.1 kJmol-1 烷烴的相對活性為：烷烴的相對活性為：3H 2H 1H472.7 烷烴鹵代反應(yīng)的歷程烷烴鹵代反應(yīng)的歷程 自由基的穩(wěn)定性自由基的穩(wěn)定性碳?xì)滏I解離能碳?xì)滏I解離能越小越小，反應(yīng)活性就，反應(yīng)活性就越大越大，生成的自由基越，生成的自由基越穩(wěn)定穩(wěn)定。自由基自由基CH3 CH3CH2 (CH3)2CH (CH3)3C H/kJmol-1435.141