[理学]02烷烃和环烷烃.ppt

每个sp3杂化轨道 含1/4 s 成分和 3/4 p成分 s p sp3 sp3杂化的碳原子 几何构型：四面体 甲烷的结构 甲烷的球棍模型 甲烷的比例模型 σ键的特性： σ键呈圆柱型对称，键能较大，可极化性 小，可沿键轴自由旋转。 C－C σ键是由两个碳原子各以一个 sp3杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的。 乙烷的结构 由两个和两个以上碳原子组成的烷烃， 除了具有C－Hσ键外，还有C－C σ键。 1个C－Ｃσ键 6个C－Hσ键 sp3－ sp3 σ键 sp3－ 1s σ键 图 2.7 乙烷的球棒模型 图 2.8 乙烷的比例模型 图 2.9 乙烷的棍棒模型 由于σ键是沿成键轨道方向交盖而成，在碳链中，C－C－C的键角保持了接近109.5°。对于直链烷烃，其三维形状是曲折型，而不是直线型。 正十五烷 正丁烷的球棒模型 正十五烷 2.3.2 环烷烃的结构与稳定性 环烷烃的燃烧热 分子燃烧热 / kJ·Mol-1 -CH2-的 平均燃烧热 / kJ· Mol-1 环丙烷 3 2091 697 环丁烷 4 2744 686 环戊烷 5 3320 664 环己烷 6 3951 659 环庚烷 7 4637 662 环辛烷 8 5310 664 环壬烷 9 5981 665 环癸烷 10 6636 664 环十五烷 15 9885 660 开链烷烃 659 名称 环大小 与开链烷烃 燃烧热的差 / kJ·Mol-1 38 27 5 0 3 5 6 5 1 环烷烃的稳定性： 环己烷 环戊烷 环丁烷 环丙烷 环烷烃的结构： 由于角张力作用，使得环丙烷和环丁烷分子稳定性下降，容易发生开环反应。 杂化轨道夹角109.5℃ 键角105. 5 ℃ 环丙烷不稳定的原因：角张力、弯曲键、扭转张力 蝴蝶型(环丁烷) 信封型（环戊烷） 扭曲型（环戊烷） 从环丁烷开始，成环碳原子均不在同一平面上。 环己烷分子中无张力。 当环进一步增大时, 稳定性与环己烷相似。 由于C－Ｃσ键能够发生旋转，由此而导致的分子中的其它原子或原子团在空间的排布方式不同，分子的这种立体形象—构象。 2.4 烷烃和环烷烃的构象 2.4.1 乙烷的构象 由此产生的异构体—构象异构体 乙烷的两种极限构象：重叠式构象、交叉式构象 乙烷有无数种构象 重叠式构象 交叉式构象 重叠式构象 交叉式构象 透视式 Newman(纽曼) 投影式 乙烷不同构象的能量曲线 交叉式构象最稳定， 重叠式构象最不稳定。 对位交叉 部分重叠 部分交叉 全重叠 由C2－C3 σ键旋转产生的四种极限构象： 2.4.2 丁烷的构象 稳定性：对位交叉 部分交叉 部分重叠 全重叠 2.4.3 环己烷的构象 环己烷的碳骨架不是平面结构，C－Ｃ－Ｃ键角为109.5°。通过旋转σ键，可以得到两种极限构象： 椅式 船式 椅式构象和船式构象可以相互转变，但椅式构象比船式构象稳定： 椅式构象中Ｈ原子距离较远，排斥力小。 椅式构象所有的键处于交叉式。 e a e a e a e e a a a e a a a a a a e e e e e e 在椅式构象中，C1、C3、C5 原子在一个平面上；C2、C4、C6 原子在另一个平面上。 12个C－H 键分为两类： 　　　　6个C－H 键处于直立键(a键)； 　　　　6个C－H 键处于平伏键(e键)。 环己烷可以由一种椅式构象翻转成另一种椅式构象，原来的a键变为e键，原来的e键变为a键： 2.4.4 取代环己烷的构象 在一取代的环己烷分子中，取代基可以处在a 键上，也可以处在e 键上： 甲基与Ｈ原子距离较近 甲基与环上各Ｈ原子距离较远 取代基处在e 键上稳定。 取代基越大，它处于e 键的构象越稳定： * 第二章 饱