有机化学课件2-烷烃.ppt

第2章 烷 烃 由碳和氢两种元素组成的有机化合物称为碳氢化合物，简称为烃(hydrocarbon)。 “烃”字是取“碳”字中的“火”和“氢”字中的“ ”合并而成的。 烃是最简单的有机化合物，也是各种有机物的母体，它们都可以看作是烃的衍生物。 烃的种类很多，根据烃分子中碳原子连接的方式，烃可以分为三类： (1) 脂肪烃 脂肪烃又称为开链烃。 凡分子中与碳结合的氢原于数已达到饱和程度的烃称为饱和烃，开链的饱和烃也称为烷烃(alkane)。 在链状分子中所含的氢原子数比相应的烷烃少的称为不饱和烃，如烯烃(alkene)、炔烃(alkyne)等。 (2) 脂环烃 脂肪烃分子中碳原子联结成闭合的碳环，有饱和和不饱和脂肪烃之分。 (3) 芳香烃 一类具有特殊结构的烃，该类分子大多含有六个碳原子组成的苯环，可以看作一类“特殊”的不饱和环烯烃。 2.1 烷烃的同系列、通式和同分异构现象 同系列：任何两个相邻的烷烃在组成上都相差CH2，这样的一系列化合物称为同系列(homologous series)。 同系物：同系列中的化合物互称为同系物(homologs)。 系差：相邻的同系物在组成上相差的CH2称为同系差。 烷烃的通式：在同系列中每个烷烃分子中的氢原于数是碳原子数的两倍加2，所以烷烃的通式是CnH2n+2。 丁烷有两个同分异构体，它们的构造式如下： 构造异构体：分子式相同而构造式不同的异构体称为构造异构体(constrtitutional isomers)。 烷烃的构造异构体实质上是因为分子中碳架不同而产生的。所以往往又称为碳架异构体。 戊烷有3个同分异构体，它们的构造式如下： 烷烃异构体的书写基本步骤是： (1) 写出这个烷烃的最长直链式。 例如：己烷C6H14的最长直链式为： (3) 写少两个碳原于的直链式，把剩余的两个碳原子当作一个支链（即乙基）或两个支链（即两个甲基）连在主链上。例如，C6H14最长链为4个碳的同分异构体有两种： 分析下面烷烃分子链上碳原子和氢原子的连接情况，可以将碳原子分为几种不同的类型： 2.2 烷烃的结构 2.2.1 碳原子的正四面体构型和sp3杂化 有机化合物中与碳原子相连的四个原子或原子团在四面体的四个顶点上。由中心碳原子向四个顶点所作的连线就是碳的四个价键的分布方向。 例如：甲烷分子的构型是正四面体，四个C-H键完全相同，键长是109 pm，键角为109o28’。 碳原子在基态的电子构型是：1s2,2s2,2px1,2py12pz0。 碳原子的“杂化”，就是碳原子激发态的四个轨道(1个s轨道和3个p轨道)“混杂在一起”重新组合成能量相等的四个新轨道的过程。形成的新轨道称为sp3杂化轨道，这种杂化方式称为sp3杂化。 图2.4是表示一个sp3轨道与另一个s轨道重叠以及两个sp3轨道重叠的情况 。 由一个2s和三个2p轨道杂化形成的每一个sp3轨道含有1/4 s成分和3/4p成分，它们的空间取向是指向正四面体的顶点，sp3轨道的对称轴之间互成l09o28’，如图2.5所示。 2.2.2 烷烃的构象 烷烃分子中的碳原子可以绕C-C键进行自由旋转，这就使得一个碳原子上的三个氢原子与另一个碳上的氢原子在空间的相对位置发生变化，产生不同构象的分子。 纽曼（Newman）投影式： 把乙烷分子平放，把眼睛对准C-C键轴的延长线，圆圈表示远离眼睛的碳原子，其上连接的三个氢原子画在圆外，而圆圈上的三个氢原子表示离眼睛较远的甲基。 2、正丁烷的构象 丁烷分子可以看做是乙烷的二甲基衍生物。当绕σ C2-C3键轴旋转时，情况较乙烷要复杂，有四个典型构象，用Newman 投影式表示如下： 2.3烷烃的物理性质 物理性质通常是指： 熔点（m.p.）、沸点（b.p.）、比重、溶解度、折光率等。 2.3.1 物质的状态 在室温和一个大气压下，C1~C4的烷烃为气体，C5~C16是液体，C17以上是固体。 2.3.2 熔点和沸点 一般说来，烷烃的m.p.和b.p.都很低。 例如：甲烷的m.p.为-185℃，b.p.为-161.5℃。 （1）对同数碳的烃来说，结构对称的分子熔点高。例如： (2) 含偶数碳原子的正烷烃比奇数碳原子的高。 如图2.14所示。 从沸点来看，上升比较有规则，每增加—个CH2基，上升20℃~30℃，越到高级系列上升越慢。如图2.15所示。 2.3.3 比重、溶解度和折光率 烷烃的比重也是随分子量的增大而增高，最后接近于0.79。比重的大小也与分子间的引力有关，分子量越大，分子间引力也越大，故比重随分子量增高而又微量增加。 烷烃不溶于水，能溶于有机溶剂，这是因为烷烃是非极性分子，所以它和有机溶剂分子间的引力也相似，故能很好溶解。 折光现象是由于光照射物质时使分子中的电子发生振动而阻碍光波的