烷烃的结构杂化轨道类型烷烃中所有碳原子皆采取sp3.ppt

* * 3． 脂肪烃的结构 （1）烷烃的结构 ?杂化轨道类型 烷烃中所有碳原子皆采取sp3杂化，4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体分布。P55 ?分子链形状 由于4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体分布，烷烃中键角为109.5°，故长链烷烃的分子链不是直线，而是折线。 ? ?分子立体模型： 球棒模型（Kekule模型）和比例模型（Stuart模型）。 （2）烯烃的结构 ?杂化轨道类型 碳原子sp2杂化，三个杂化轨道处于同一平面内，夹角为120°，未参与杂化pz轨道的对称轴垂直于sp2杂化轨道对称轴所在的平面。 ?示例——乙烯： 碳的2个sp2杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道重叠形成C—H 键，第三个sp2杂化轨道相互重叠形成C—C 键，五个 键的对称轴在同一平面内。乙烯中所有原子都处于同一平面内，是平面型分子。未参与杂化的pz轨道形成C—C 键。 （3）炔烃的结构 ?杂化轨道类型 碳原子sp杂化，两个sp杂化轨道的对称轴成180°夹角，空间分布呈直线形。未参与杂化的py和pz 轨道的对称轴相互垂直，并都垂直于sp杂化轨道的对称轴。 ?示例——乙炔： 两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成C—C 键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个C—H 键，两个py轨道和两个pz轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的C—C?键，形成乙炔分子。 ?补充：三种键的比较(［1］P40)： C–C C=C C≡C 键能/kJ·mol-1 347 611 837 键长/nm 0.154 0.134 0.120 ?结论： 1、双键和叁键的平均键能比单键弱； 2、双键和叁键的键长比单键短 ? ?键的特点 ——?键不能单独存在，只能与?键共存于双键或叁键中； ——若两个碳原子绕C—C键键轴旋转，C—C?键将被破坏。 ——?键重叠程度小，且位于成键原子周围分成上下层，原子对其束缚力低， ?电子去易流动，键不牢固，易受亲电试剂E+的进攻。 （4）环烷烃的结构 ?杂化轨道类型 ：sp3 ?示例及结构——环丙烷 碳原子sp3杂化，但sp3杂化轨道对称轴不在一条直线上。C—C其夹角是105.5°，形成的C—C键是弯曲的，称为弯曲键或香蕉键。 ?结构特点及变化规律 ——sp3杂化轨道的C-C之间夹角是105.5° 。sp3杂化轨道对称轴间的夹角是109.5°。故环丙烷分子内总是存在一种开环的张力—角张力，它力图使C—C—C键角恢复到109.5°。环丙烷的弯曲键中，杂化轨道重叠少，键不牢固。 ——电子云分布在连接两个碳原子的直线外侧，易受亲电试剂E+（如HBr等）进攻而开环。 ——相邻两个碳原子上的C—H键是重叠式排列(键长0.1089nm，短于直链的C—H键长0.1095nm)，存在扭转张力，是引起环丙烷不稳定的又一原因。 ——环丁烷、环戊烷、环己烷分子的碳原子均不处于同一平面内：环丁烷是蝴蝶结构，环戊烷有信封型和扭曲型两种不同结构。环丁烷和环戊烷的C—C—C键角均没有达到109.5°，均存在角张力，但比环丙烷的小。环己烷分子中C—C—C键角为109.5°，没有角张力。故环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷的环的稳定性依次增大。 （5）共轭二烯烃的结构 (以1,3﹣丁二烯为例) ?键参数 所有原子都共平面；键角都接近120°；碳碳双键键长（137.3pm）比乙烯的双键（134.0pm）长，单键（148.0pm）比乙烷的（154.0pm）短。键长趋于平均（双键变长，单键变短） ?杂化轨道类型 ——sp2杂化，形成3个C—C 键，并与6个氢原子形成6个C—H 键。 ——四个pz轨道相互平行，且都能侧面交盖，形成一个整体?键，称大?键或共轭?键。 ?定域键(localized bond)。 电子云局限在两个碳原子之间的 键。例：乙烯分子。 ?离域键(delocalized bond)。 电子云不是局限在C1—C2和C3—C4之间，而是扩展或离域到所有碳原子周围，形成一个整体?键，称大?键或共轭?键。例： 1,3﹣丁二烯的构造式用CH2=CH—CH=CH2表示，但应牢记分子中的单双键已不是普通的单双键。 ?共轭分子和共轭系统 有单、双键交替排列的分子称共轭分子；1,3丁二烯共轭系统称?，?共轭系统(体系)。 ?共轭效应 在共轭分子中，由于?电子在整个系统中的离域，故任何一个原子