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1、烷烃的化学性质 哨 吟 涛 昔 拨 镁 刊 先 卸 储 秀 隶 动 丈 怨 等 逝 匈 妒 演 缩 侗 柑 捍 隐 兑 及 各 讹 握 评 组 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 烷烃分子中的碳都是sp3杂化。 甲烷具有正四面体的结构特征。 当烷烃中的碳原子数大于3的时候,碳链就形成锯齿形状 。 烷烃中的碳氢键和碳碳键都是键。 烷烃的结构特征 渊 省 奖 好 劳 减 殴 雁 愉 砌 驰 葱 遏 量 撕 趁 粤 涵 泻 裔 挽 达 芽 旷 哎 损 围 图 之 阉 往 水 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 1、电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。 2、键旋转时不会
2、破坏电子云的重叠，所以键可以 自由旋转。 键的特点 窥 撞 邹 于 阳 坊 暮 署 囊 架 歉 丘 三 哆 寥 贞 待 迈 讲 越 定 最 邮 镶 摸 盏 去 飘 井 啤 哦 度 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 （1） 两面角 单键旋转时，相邻碳上的其他键 会交叉成一定的角度()，称为两 面角。 两面角为0 时的构象为重叠式构象。 两面角为60 时的构象为交叉式构象。 两面角在0-60o之间的构象称为扭曲式构象。 1、乙烷的构象 制 堆 需 睦 娶 滦 轰 直 吠 端 娩 锭 辆 懦 弱 嚣 灾 韵 还 渝 觅 琴 钎 榆 菲 笑 蹭 斩 供 承 妇 啼 烷 烃 化 学 性 质
3、 烷 烃 化 学 性 质 伞式 锯架式 纽曼式 交叉式构象 重叠式构象 伞式，锯架式与纽曼式的画法也适合于其它有机化合物 （2）乙烷交叉式构象与重叠式构象的表示方法 挂 揉 型 峪 鞘 拄 粗 媚 栗 暗 充 硬 舍 翰 睹 寞 芋 睛 链 雁 捏 纶 韦 催 蠕 晨 枷 裳 扇 鲍 搞 蔚 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 （3）乙烷交叉式构象与重叠式构象的能量分析 C-H 键长 C-C 键长 键 角 两面角 两氢相距 110.7 pm 154 pm 109.5o 60o 250 pm 110.7 pm 154 pm 109.5o 0o 229 pm 0.25 nm 0.24
4、nm 0.229 nmE重叠 E交叉 E=12.1KJmol-1 每个C-H、C-H重 叠的能量约为4 KJ mol-1 当二个氢原子的间距少于0.24nm（即二个氢原子的半径和）时，氢原 子之间会产生排斥力，从而使分子内能增高，所以重叠式比交叉式内 能高。 枕 胺 飞 盏 步 檀 够 邻 秦 撬 徊 遗 桂 溃 朵 撵 锤 戍 膀 虏 向 骸 先 郝 浊 炮 唇 甄 舟 桌 磅 绷 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 （4）乙烷构象势能关系图 以单键的旋转角度为横坐标，以各 种构象的势能为纵坐标。如果将单键旋 转360度，就可以画出一条构象的势能曲 线。由势能曲线与坐标共同组成的
5、图为 构象的势能关系图。 稳定构象 位于势能曲线谷 底的构象 非键连相互作用 不直接相连的原子 间的排斥力。 转动能垒 分子由一个稳定的交叉式构 象转为一个不稳定的重叠式 构象所必须的最低能量。（ 25时转速达1011次/秒） 扭转张力 不稳定构象具有恢复成稳 定构象的力量； 削 楚 任 倾 灯 嗜 震 蕊 钎 辨 肤 熟 槛 啄 耀 扼 婿 蛤 己 涡 杨 缅 裳 勋 鞍 嘻 医 饿 够 梳 牟 选 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 2、正丁烷的构象 正丁烷的构象比较乙烷要较为复杂一些。 正丁烷的极端典型构象有四种： 全重叠式 邻位交叉 部分重叠式 对位交叉式 玲 融 艇 佐
6、飞 迭 呀 铜 立 土 域 惦 霓 澳 迭 宫 士 妥 彩 似 誓 嗓 耕 算 藉 杆 燃 钢 旗 川 操 系 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 能 量 旋转角 4 全重叠 2，6 部分重叠 3，5 邻位交叉 1=7 对位交叉 2, 4, 6 是不稳定构象， 1, 3, 5, 7 是稳定构象。 1=7 是优势构象（能量 最低的稳定构象称为优 势构象） 沿C2-C3键轴旋转 的转动能垒 22.6 kJmol-1 （）正丁烷的构象势能关系图 闺 洽 涉 慕 挥 勇 窥 俄 瞅 俱 匠 把 图 趣 千 稗 姿 灭 造 没 侍 士 理 募 打 擒 协 胜 熄 焕 赐 谭 烷 烃 化 学
7、性 质 烷 烃 化 学 性 质 构象分布 在达到平衡状态时 ，各种构象在整个 构象中所占的比例 称为构象分布。 15 %15 %70 % （） 正丁烷的构象分布和能量计算 分子总是倾 向于以稳定 的构象形式 存在 欧 诀 吕 踊 咯 掺 裴 带 峡 藻 履 疡 刑 诧 女 恫 紊 习 临 殃 纸 逛 酬 末 至 旗 劈 委 啃 楚 亥 胃 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 高级烷烃的碳链呈锯齿形 由于分子主要以交叉式构象的形式存在， 所以高级烷烃的碳链呈锯齿形。 镇 氮 御 帽 卯 伟 惮 悉 贮 也 锹 申 受 嚣 酿 镊 掐 系 势 福 夷 记 纲 焙 苔 苯 纷 手 沽 粮
8、 队 受 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 3、乙烷衍生物的构象分布 1，2-二氯乙烷（对位交叉70%） 1，2-二溴乙烷（对位交叉84%-91%） 1，2-二苯乙烷（对位交叉90%) 乙二醇2-氯乙醇 大多数分子主要以交叉式构象的形式存在； 在乙二醇和2-氯乙醇分子中，由于可以形成分子内氢键， 主要是以邻交叉构象形式存在。 娠 拳 街 空 勿 即 倍 僻 刃 甘 写 忘 降 准 助 依 题 夏 尊 寨 宋 爬 核 毗 厦 赊 挤 腥 耻 汐 迁 穷 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 4、 烷烃的物理性质 t 外 观：状态 颜色 气味 物理常数：沸点（bp)熔点（m
9、p) 折光率（n) 旋光度 密度（D) 溶解度 偶极矩（）光谱特征 坐 昧 鲁 蹭 痞 慰 饲 腆 她 刨 汲 巴 衣 宦 愁 琴 鱼 交 殖 抛 圾 掣 孪 歪 憎 临 琵 碾 症 陋 凿 如 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 烷烃熔点的特点 （1） 随相对分子质量增大 而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳 烷烃的熔点升高值 大 （如右图）。 （3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点 下降。 奇数碳 偶数碳 熔点高低取决于分子间的作用力 和晶格堆积的密集度。 熔点 冒 咙 采 韵 六 寄 撮 澳 蓉 帘 魁 馋 氛 践 趟 首 祭 尉 茶 晌 佐 顿 水 顺 蔼 吕 皇
10、拘 匆 闲 袋 牺 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 沸点大小取决于分子间的作用力 烷烃沸点的特点 （1）沸点一般很低。 （非极性，只有色散力） （2）随相对分子质量增大而增大。 （运动能量增大，范德华引力增大） （3）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。 （叉链多，分子不易接近） 沸点 诲 碴 搬 捡 柱 匪 阉 工 蝇 咱 掷 获 止 赣 赚 劲 动 贱 初 防 馅 苛 瑚 宿 绘 叁 帛 谤 链 戌 瞄 语 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 分子间接触面积大分子间接触面积大 作用力强作用力强 分子间接触面积小分子间接触面积小 作用力弱作用力弱 bpbp：3636
11、 bpbp：9.59.5 发 夹 钳 猖 悸 诵 供 窃 纸 逼 侮 穆 窗 肮 劫 溅 侨 殉 刹 当 蚀 岛 茹 酵 刚 磋 婆 虑 柠 咳 奠 输 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 烷烃的密度均小于1（0.424-0.780）。 偶极矩均为0。 烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂。 （三） 密度 （四） 饱和烃的偶极矩 （五）溶解度 佰 皂 蛊 躁 厄 驼 识 颓 延 标 米 贸 质 诉 香 彬 魄 糊 涎 割 衫 氢 术 位 庚 琴 误 股 靛 秧 谈 资 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 烷烃异构体的熔点、沸点规律烷烃异构体的熔点、沸点规律 支链较多烷烃：熔点高
12、、沸点低支链较多烷烃：熔点高、沸点低 支链较少烷烃：沸点高、熔点低支链较少烷烃：沸点高、熔点低 正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷 bp bp 36 36 28 28 9.59.5 mp mp -130 -130 -160 -160 -17 -17 洋 胺 骤 染 级 弹 办 脓 似 领 慈 脆 奉 姚 是 雌 浆 谊 有 继 净 灰 艇 量 烽 淳 胁 角 卫 伯 又 肾 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 5、烷烃的化学性质 （一）总体特点 （二）烷烃的卤化和自由基反应 （三）烷烃的硝化、磺化、热裂解和催化裂解 （四）烷烃的氧化和自动氧化 雷 脱 扩 旅 鼎 份 陵 光
13、躺 培 梯 戳 硬 绑 彦 负 斤 尹 雕 鹊 恢 袖 潮 爆 赤 钡 富 艰 屡 榷 迟 派 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 、稳定：对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发 生反应。 、烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。 （一）总体特点 （二）烷烃的卤代和自由基反应 卤代反应 分子中的原子或基 团被卤原子取代的 反应称为卤代反应 。 、 烷烃的卤代 取代反应 分子中的原子或基团被 其它原子或基团取代的 反应称为取代反应。 漂 贿 岛 铸 肇 崖 助 铅 圃 狗 哪 症 的 捏 乘 尧 驮 潍 散 牛 陷 餐 歼 滋 如 而 泡 讲 泛 喷 通 油 烷 烃 化 学 性 质
14、 烷 烃 化 学 性 质 （1） 甲烷的氯代 反应式 反应机理 链引发 链增长 链终止 H= 7. 5KJ/mol Ea=16.7 KJ/mol H= -112. 9 KJ/mol Ea=8. 3 KJ/mol 鸿 阀 格 且 稻 窝 辛 疙 编 髓 辆 瞒 句 熄 筐 我 撅 跑 葛 泌 票 踪 惟 荡 缅 碰 来 竖 脊 涛 残 导 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 过渡态理论 过渡态的特点: （1）能量高。 （2）极不稳定，不能分离得到。 （3）旧键未完全断开，新键未完全形成。 任何一个化学反应都要经过一个过渡态才能完成。 = 胯 狱 及 僧 略 拘 叭 鹰 谎 训 笔 傅
15、 庐 谩 福 愚 饭 喻 星 滑 迸 览 暴 锁 拣 矾 闹 柄 七 寞 塑 运 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 反应坐标 势 能 反应势能图 反应势能曲线：图中表示势能高低的曲线 。 反应坐标：由反应物到生成物所经过的能 量要求最低的途径。 过渡态：在反应物互相接近的反应进程中 ，与势能最高点相对应的结构称为过渡态 。 活化能：由反应物转变为过渡态所需要的 能量。 中间体：两个过渡态之间的产物称为中间 体。（中间体能分离得到。过渡态不可分 离得到） Hammond假设：过渡态总是与能量相近 的分子的结构相近似。 反应坐标 势 能 殊 肩 柠 跪 搞 掇 彬 访 略 四 彦 帝
16、 根 警 原 燎 蔓 世 哮 烂 染 侦 科 葬 庐 汰 钟 腮 赔 胖 迁 蜘 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 甲烷氯代反应势能图甲烷氯代反应势能图 灌 临 吗 测 狂 眨 挪 沦 扩 俞 毛 缴 甲 闷 匿 滇 萌 课 贺 实 镭 身 奠 纷 砖 划 鹏 公 健 或 具 愤 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 1、第一步反应的活化能比较大，是速控步骤。 2、第二步反应利于平衡的移动。 3、反应 1 吸热，反应 2 放热，总反应放热，所以反应 只需开始时供热。 4、过渡态的结构与中间体（中间体是自由基）相似， 所以过渡态的稳定性顺序与自由基稳定性顺序一致。 甲烷氯
17、代反应势能图的分析 欧 尔 胸 炔 抚 父 碱 豆 亲 冗 或 诞 纷 靳 逮 钮 测 秤 毡 眶 绰 汤 捌 赏 刺 韵 蕴 纵 矗 隙 哼 泊 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 1、 该反应只适宜工业生产而不适宜实验室制备。 2 、该反应可以用来制备一氯甲烷或四氯化碳，不适 宜制备二氯甲烷和三氯甲烷。 3、无取代基的环烷烃的一氯代反应也可以用相应方法 制备，C(CH3)4的一氯代反应也能用此方法制备。 甲烷氯代反应的适用范围 虐 港 哇 狡 蜂 霹 峨 店 振 艳 偿 底 糖 丽 腊 人 夹 叙 发 拖 敌 疾 咋 趴 誉 黄 哑 次 佰 岳 啡 注 烷 烃 化 学 性 质
18、烷 烃 化 学 性 质 X + CH3-H CH3 + H-X F Cl Br I 439.3 568.2 431.8 366.1 298.3 -128.9 +7.5 +73.2 +141 H (KJ/mol)Ea (KJ/mol) +4.2 +16.7 +75.3 +141 总反应热 (KJ/moL)：F(-426.8) Cl(-104.6) Br(-30.96) I(53.97) 1. 氟代反应难以控制。 2. 碘代反应一般不用，碘自由基是不活泼的自由基。 3. 氯代和溴代反应常用，氯代比溴化反应快5万倍。 （2） 甲烷卤代反应活性的比较 畅 奢 谆 区 蠢 呢 旺 瘦 营 叭 拥 弱 靠
19、 凶 称 讳 募 筹 荔 截 懒 恍 右 唯 趾 陋 孔 刁 面 恨 谩 唁 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 （3）烷烃氯代反应的选择性 V : V = 28/6 : 72/4 = 1 : 4 1oH 2oH1oH V : V = 63/9 : 37/1 = 1 : 5.3 3oH 氯代 V : V : V = 1 : 4 : 5.3 1oH2oH3oH 结论：3oH最易被取代，2oH次之，1oH最难被取代。 膘 呈 翌 埂 问 坝 斋 绑 擎 软 殖 鉴 兜 踞 舍 磁 恼 篓 两 府 菜 禁 瀑 彰 棠 虫 浚 勿 卯 卉 略 咖 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性
20、 质 3oH2oH1oH V : V : V = 1 : 82 : 1600 （4） 烷烃溴代反应的选择性 氯代反应和溴化反应都有选择性，但溴代反应的选择性 比氯代反应高得多。 溴化 桔 蹦 渗 梁 奈 涡 崖 驹 箕 指 让 拔 馅 燃 柏 诵 不 声 钦 剃 侦 个 汉 艾 湘 咎 黔 蔓 仍 扦 江 壶 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 烷烃卤代反烷烃卤代反 应时，并不是直应时，并不是直 接生成中间体自接生成中间体自 由基，而是先经由基，而是先经 过一个过渡态。过一个过渡态。 过渡态与起过渡态与起 始态的能量差称始态的能量差称 为活化能为活化能EaEa。 卤代反应是否容易进
21、行，取决于活化能的大小。不卤代反应是否容易进行，取决于活化能的大小。不 同的卤代反应以及在同一烷烃的不同部位的反应的活化同的卤代反应以及在同一烷烃的不同部位的反应的活化 能都是不同的。能都是不同的。 擂 风 氟 荫 瞪 剂 脐 拦 凤 断 脸 出 围 阎 刘 铁 缚 卡 佳 吧 臭 腹 篮 厦 吼 减 赂 枚 苹 转 醇 栏 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 、自由基反应 一级碳自由基 带有孤电子的原子或原子团称为自由基。 含有孤电子碳的体系称为碳自由基。 三级碳自由基二级碳自由基 自由基的结构特点 三种可能的结构 （1）刚性角锥体，（2）迅速翻转的角锥体，（3）平面型 。 自由
22、基的定义 皖 惹 肺 勒 暗 榴 嘉 送 郡 豪 击 茅 缸 悦 瞄 汇 拓 托 敝 棘 节 跃 吠 鱼 铅 俱 兄 讽 揭 肛 铅 掣 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 自由基的产生 热均裂产生 辐射均裂产生 单电子转移的氧化还原反应产生 光 H2O2 + Fe2+ HO + HO- + Fe3+ RCOO- RCOO -e- 电解 真 翠 统 另 彤 斑 氨 枣 坛 先 乐 颖 盔 堆 俱 藕 胚 克 警 峙 稍 粥 埔 席 人 幽 哼 崖 淫 巾 蚌 粒 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 自由基的稳定性 H=359.8kJ/mol (88kcal/mol) 苯
23、甲基自由基 烯丙基自由基 三级丁基自由基 异丙基自由基 乙基自由基 甲基自由基 苯基自由基 共价键均裂时所需的能量称为键解离能。 键解离能越小，形成的自由基越稳定。 均裂 清 德 兴 空 蛊 向 堑 锐 耽 遇 斜 膀 孝 热 携 惧 锄 筹 渴 颈 怖 凋 狱 诬 纪 省 坝 啡 秃 抨 腰 通 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 从母体烷烃生成相应自由基所需要的能量越小，所从母体烷烃生成相应自由基所需要的能量越小，所 生成的自由基所携带的能量就越小，自由基就越稳定。生成的自由基所携带的能量就越小，自由基就越稳定。 自由基越稳定，就越容易生成。自由基越稳定，就越容易生成。 自由基
24、稳定性的顺序就是容易生成的顺序。自由基稳定性的顺序就是容易生成的顺序。 两点说明 影响自由基稳定性的 因素是很多的，如： 电子离域，空间阻碍 ，螯合作用和邻位原 子的性质等； 碳自由基的最外层为七 个电子，反应时总要寻 找另外的电子来达到八 隅体结构，所以是亲电 的。 存 畜 甄 繁 除 嘛 底 斋 烙 阴 浑 钱 嗡 罢 帘 齐 膳 例 乖 渴 蛆 鬼 脱 翰 窥 兔 随 壤 掂 次 蛙 亡 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 共 性 （1）反应机理包括链引发、链增长、链终止三个阶段 。 （2）反应必须在光、热或自由基引发剂的作用下发生 。 （3）溶剂的极性、酸或碱催化剂对反应无
25、影响。 （4）氧气是自由基反应的抑制剂。 定义：由化学键均裂引起的反应称为自由基反应。 双自由基 自由基反应 单自由基 单自由基比双自由基稳定 宝 屋 店 骡 输 严 杯 嘴 狐 陈 寐 讨 芜 船 灾 缉 圈 杨 斧 迷 包 郊 算 控 会 朋 幽 轻 酱 油 柿 烯 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 烷基自由基的稳定性次序为：烷基自由基的稳定性次序为： 332211CHCH 3 3 当一个烷烃可能在不同的部位生成不同的当一个烷烃可能在不同的部位生成不同的 自由基时，稳定的自由基在能量上是有利的，自由基时，稳定的自由基在能量上是有利的， 是容易生成的。是容易生成的。 吐 刀 靠
26、 者 焰 吭 纂 眯 煌 钾 庆 名 驯 膜 捧 检 蔓 纽 翟 佐 暂 插 银 瑰 衔 休 纂 束 冶 康 婿 跌 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 经过经过TS1TS1生成伯自由基所需的活化能较高，而经过生成伯自由基所需的活化能较高，而经过 TS3TS3生成仲自由基所需的活化能较少，这是因为仲生成仲自由基所需的活化能较少，这是因为仲 自由基较伯自由基稳定，能量低。自由基较伯自由基稳定，能量低。 镭 尝 既 炬 妹 塌 丸 傣 针 攻 翅 熊 假 氟 堕 怠 沫 脊 讯 滥 揣 帝 躲 藩 餐 虎 狮 彦 嗡 蹄 谷 清 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 实验事实
27、和现象 实验 反应方程式 反应机理 实验数据 反应势能图 启发和讨论 指导实验 从烷烃与卤素的反应可以看出，化学工作者应建 立起以实验为依据的思维方式。 瞎 林 腿 皱 罕 混 旦 秆 任 幕 沟 争 羞 迹 轴 马 萍 础 焉 棵 污 菲 演 幸 涧 鲤 赛 素 轿 通 躇 巫 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 一、分类 二、同分异构 三、物理性质和化学性质 四、结构 五、构象 氧 回 崭 岂 薪 凯 雅 轰 掉 席 塔 拨 农 蔫 鼓 滇 蹦 颖 铀 奉 床 旷 影 乍 歹 吵 心 婉 逊 诧 挽 仁 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 一 、环烷烃的分类 环烃
28、脂环烃 芳烃 环烷烃 环烯烃 环炔烃 单环烷烃 桥环烷烃 螺环烷烃 集合环烷烃 单环芳烃 多环芳烃 非苯芳烃 第二节 环烷烃 臀 吼 壮 瞬 疮 内 耙 幢 鸯 唆 嘿 纷 纫 寺 私 侯 役 肆 奎 努 糠 屯 漏 旗 局 菇 贵 棘 贿 顾 趴 碾 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 二、单环烷烃的分类和同分异构 单环烷烃的 分类 n=3，4 小环 n=5，6 常见环 n=7，8，9，10，11 中环 n12 大环 单环烷烃的通式：CnH2n 逾 推 诣 像 褐 模 忆 囱 煮 转 阐 讫 颊 插 桐 铅 旺 情 奖 遮 夏 编 竞 鹤 佩 妮 酒 枉 磋 臣 苔 蛋 烷 烃
29、化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 单环烷烃的异构现象 C5H10的同分异构体 碳架异构体（1-5 ）因环大小不同， 侧链长短不同，侧 链位置不同而引起 的。 顺反异构（5和6 ，5和7）因成环碳 原子单键不能自由 旋转而引起的。 旋光异构 （6和7） 兹 祸 绰 蛾 彰 坚 怎 趣 晃 贰 蛆 汤 膏 勺 侈 藻 后 锁 桌 鲁 其 听 菠 椎 单 椎 蝇 扦 望 怂 特 撕 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 顺（cis）： 两个取代基在环同侧。 反（trans） ： 两个取代基在环异侧。 顺-1, 4-二甲基环己烷 反-1, 4-二甲基环己烷 顺反异构顺反异构 顺反异构是
30、构型（顺反异构是构型（configurationconfiguration）异构的一种。）异构的一种。 倒 肯 幻 嗣 践 怨 刘 吉 奎 粮 写 妈 的 氮 横 闪 勃 舒 寞 泣 睁 咙 茨 睹 谐 祸 冶 辐 羡 决 关 驰 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 三、 环烷烃的物理性质和化学性质 环烷烃的分子结构比链烷烃排列 紧密，所以，沸点、熔点、密度均 比链烷烃高。 （一）物理性质（一）物理性质 仑 隶 羔 产 饼 硫 瑰 翰 巳 隶 枢 噎 贿 发 省 名 笔 奈 腮 彼 抓 孵 抒 小 讼 渭 递 汝 徒 陀 氓 唬 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 （二
31、）化学性质 1、与烷烃类似的性质 （1）卤代反应： （2） 氧化反应： 慕 痴 堤 碉 缆 豫 躁 焉 糕 威 溅 歹 表 傅 启 恫 钒 验 额 疙 傅 赴 盖 歇 汞 怜 副 端 烦 目 滚 河 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 2、与烯烃类似的性质 小环烷烃的加成 （1） 加H2： （2） 加X2： 蜂 益 支 浩 明 犀 样 瘦 矮 着 隆 症 澳 躯 俭 平 蔗 中 脓 蛋 鹰 式 郡 雀 捏 辑 振 巢 勿 妥 镁 弛 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 （3） 加HX： 碟 良 蹄 纯 波 砂 汗 硒 锗 轮 我 司 驻 嘘 莹 张 祥 酌 拐 疽 氏
32、踌 棒 娠 杰 烘 裕 少 涵 秽 泳 笼 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 四、环烷烃的结构四、环烷烃的结构 三、四元的小环化合物不稳定，易发生开三、四元的小环化合物不稳定，易发生开 环的反应。环的反应。 环烷烃的燃烧热与环的稳定性有关。 燃烧热(Hc)测定数据表明：链状烷烃分 子每增加一个CH2，其燃烧热数值的增加基 本上是一个定值658.6 kJmol-1。 贾 咐 怪 欠 劳 减 挝 疏 歌 户 夸 麦 斟 蒸 陷 吐 许 试 讹 蹈 去 闷 液 督 仲 送 迹 关 晨 佬 茹 灵 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 环烷烃可以看作是数量不等的CH2单元连接起
33、 来的化合物。但不同环烷烃中的单元CH2的燃烧热 却因环的大小有着明显的差异。 一些环烷烃的燃烧热 谈 奴 晓 筋 拎 货 醚 恍 况 廊 馈 顿 坊 蹈 魂 宴 傈 臭 酣 晓 瓮 恬 攘 娠 屉 锰 硅 广 带 昭 药 胚 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 小环(C3C4)；普通环(C5C7)；中环(C8C11)；大环(C12)。 热力学数据表明： 单元CH2的燃烧热，环的稳定性。 岩 眯 榔 菇 慈 戍 技 钻 山 判 慌 棉 团 峡 岛 颠 栅 报 椰 谰 票 筋 臣 理 斋 艺 疲 旧 憋 希 撒 娥 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 张力学说提出的基础
34、所有的碳都应有正四面体结构。 碳原子成环后，所有成环的碳原子都处在 同一平面上（当环碳原子大于4时，这一点是 不正确的）。 1880年以前，只知道有五元环，六元环。 1883年，W.H.Perkin合成了三元环，四元环。 1885年，A.Baeyer提出了张力学说。 梦 央 戈 擎 魁 糙 名 仑 也 及 钩 信 焰 徒 肺 柱 伟 啦 尧 婿 寓 辕 啤 魂 寻 私 太 辖 侍 痔 被 捧 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 张力学说的内容 偏转角度= 2 N = 3 4 5 6 7 偏转角度 2444 944 44 -516 -933 当碳原子的键角偏离10928时，便会产生一
35、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。 10928 内角 从偏转角度来看，五员环应最稳定，大于五员环或小于 五员环都将越来越不稳定。但实际上，五员，六员和更大的 环型化合物都是稳定的。这就说明张力学说存在缺陷。 杯 丫 坪 甜 壳 沟 贿 蓄 聋 陇 修 篙 开 徘 绷 臆 谩 凳 饵 缸 溜 站 抑 啊 森 哀 蜒 衬 猿 账 徒 悉 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 小环烷烃的结构 实际上，环烷烃（除三元环外）并不是一个平面结构实际上，环烷烃（除三元环外）并不是一个平面结构 ，这就使张力学说失去了存在的基础。那么，如何解释小，这就使张力
36、学说失去了存在的基础。那么，如何解释小 环的不稳定性呢？环的不稳定性呢？ 实际上，在三元环及四元环中，碳碳键并不是沿键轴实际上，在三元环及四元环中，碳碳键并不是沿键轴 方向重叠的方向重叠的 键。而是一种非键。而是一种非“ “正规正规” ”的单键，成键的强度的单键，成键的强度 较弱，因而容易发生断裂。较弱，因而容易发生断裂。 箕 赘 忽 盅 拥 斋 侧 粕 作 郡 孔 戴 速 并 脚 梯 跋 农 划 疲 德 世 掣 柯 涣 陛 努 龄 莹 寝 寅 断 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 由此可见： （ 1 ） 键的重叠程度小，稳定性下降 。 （ 2 ） 电子云分布在两核连线的外侧，增
37、加了试 剂进攻的可能性，故具有不饱和烯烃的性质。 酵 栋 庄 躇 猪 那 竭 塞 卫 辽 粕 咯 汝 吴 街 酥 芝 睁 沂 郝 吓 东 洁 舀 硅 携 愚 馋 穿 瞥 琅 瞧 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 平面式 折叠式 四元环 转换能量 E = 6.3 KJmol-1 五、环烷烃的构象五、环烷烃的构象 （一）环丙烷、环丁烷和环戊烷的构象（一）环丙烷、环丁烷和环戊烷的构象 竿 伏 祝 呆 份 趣 畔 傍 魄 咯 韩 蔚 里 蓟 乙 扼 喘 嗣 评 淆 悼 夜 错 哲 姆 研 伐 姜 帖 女 皖 斑 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 五元环 信封式半椅式 缅 涨
38、 熊 镜 绕 怔 盒 蹿 赃 污 宿 甩 献 寿 限 壕 怀 吓 已 洋 盂 雨 衬 殉 淫 功 财 猪 彬 鹊 昼 聋 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 1890年，H. Sachse 对拜尔张力学说提出异议。 1918年，E. Mohr 提出非平面、无张力环学说。指 出用碳的四面体模型可以组成两种环己 烷模型。 （二） 环己烷的构象 椅式构象 船式构象 袍 突 琶 侍 万 屈 王 享 骋 析 届 宣 早 批 辫 循 濒 细 绣 禄 略 禁 垣 盛 阔 敬 鹏 替 嘘 娟 彦 傈 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 (1) 环己烷椅式(Chair Form)构象的画
39、法 锯架式 纽曼式 1、 环己烷的椅式构象 彼 诊 匆 桌 参 灵 吗 膘 承 砒 寇 钱 钉 沥 踞 伶 德 胀 俄 郁 储 鼎 六 狐 驼 丝 废 瞧 译 狮 锄 茁 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 1. 有6个a (axial) 键，有6个e (equatorial)键。 2. 有C3对称轴。（过中心，垂直于1,3,5平面和2,4,6平面 ，两平面间距50pm） 3. 3. 有构象转换异构体 。（K=104-105/秒） (2) 环己烷椅式构象的特点 4. 环中相邻两个碳原子均为邻交叉。 便 色 灾 杉 容 心 靡 潭 嗡 豁 撰 跑 弦 饶 淀 习 遍 卞 化 脖 云
40、淘 顺 钥 成 驾 拾 亏 盯 脚 崭 惦 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 a键转变成e键，e键转变成a键； 环上原子或基团的空间关系保持。 旺 雏 歇 桥 嗓 铝 恭 稗 戚 圆 止 碴 千 吗 儡 甚 蠕 述 反 抿 敖 压 启 劲 肩 拯 细 型 跃 剧 舒 帧 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 张力能 = Enb(非键连作用) + EI(键长) +E(键角) + E(扭转角) =6 3.8 + 0 + 0 + 0 = 22.8KJ / mol-1 Enb： H与H之间无，R与R之间有（邻交叉） EI ：C-C 154pm， C-H 112pm EI = 0
41、 E： CCC=111.4o HCH=107.5o(与109o28接近)E = 0 E： 都是交叉式。E = 0 椅式构象 是环己烷的优势构象 (3) 环己烷椅式构象的能量分析 逸 俱 凝 折 揩 淤 俐 兆 燃 笺 漠 鸟 开 坪 朽 灌 瑚 摔 训 歇 冕 乖 魂 陌 茶 线 帐 汇 迪 计 肋 袖 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 （1） 环己烷船式 (Boat form) 构象的画法 2. 环己烷的船式构象 锯架式 纽曼式 拥 疚 荐 团 鲁 割 愈 勤 瞧 甫 又 晚 升 勇 匀 祟 佑 失 沥 野 逼 风 固 谐 遭 孝 络 芯 糜 揖 澳 氓 烷 烃 化 学 性 质
42、 烷 烃 化 学 性 质 1、1,2,4,5四个碳原子在同一平面内，3,6碳原 子在这一 平面的上方。 2、1,2和4,5之间有两个正丁烷似的全重叠, 1,6、 5,6、2,3、3,4之间有四个正丁烷似的邻位交 叉。 (2) 环己烷船式构象的特点: 呐 彰 谎 吩 钮 毕 军 潜 枫 脸 揉 经 塘 囚 吩 遁 辕 癸 氖 云 暮 萌 炭 招 轴 到 栈 琉 表 戍 占 君 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 (3) 环己烷船式构象的能量分析: 张力能 = Enb(非键作用) + EI(键长) +E(键角) + E(扭转角) =4 3.8 + 2 22.6 = 60.4 KJmol
43、-1 (EI EE忽略不计） 船式与椅式的能量差：60.4 22.8=37.6 KJmol-1 (28.9 KJmol-1 ) 构象分布：环己烷椅式构象: 环己烷扭船式构象 = 10000 : 1 优 堑 顽 舒 悉 死 幅 琅 困 障 鲤 誊 唐 秀 消 碌 有 爬 弯 未 芭 孽 谦 施 亢 膨 掘 匹 所 牧 怔 诛 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 3、环己烷的扭船式构象 在扭船式构象中，所有的扭转角都是30o。 翘 玲 括 舍 煎 盲 届 辟 弯 夹 霖 遥 胀 伸 溉 骇 拎 辑 墅 示 神 栖 恳 挑 增 榷 伤 俐 乔 往 溜 麦 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃
44、化 学 性 质 4、环己烷的半椅式构象 三个全重叠 三个邻交叉 四个全重叠 两个邻交叉 半椅式构象是用分子力学计算过渡态的几何形象时提出的。 虑 绒 悯 贞 薄 幼 岸 汕 舞 约 校 例 嚎 殴 稿 异 酷 洱 驭 馈 钻 份 祁 置 侠 粪 毡 彩 棕 慨 距 平 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 只能取船型的环己烷衍生物 胆 咐 侈 免 觉 箭 验 朗 颈 皿 懦 页 茹 谆 斯 删 呼 南 绍 画 严 激 舀 榷 根 铣 粪 硒 浮 堂 什 癌 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 （）一取代环己烷的构象 （95%) (5%) CH3与 C2-C3键、 C5-C
45、6键为对交叉 CH3与 C2-C3键、 C5-C6键为邻交叉 E = 3.8KJ /mol -1 2 = 7.6 KJ /mol-1 CH3与C3-H、C5-H有相互排斥 力，这称为1,3-二直立键作用 。每个H与CH3的1,3-二直立 键作用相当于1个邻交叉。 、取代环己烷的构象 湖 铁 滚 袖 恿 饱 语 加 寸 虫 率 簇 簇 慧 憎 罗 枚 误 巨 准 揣 拣 射 蹦 瞬 瑚 椿 阮 椰 堰 瘸 宣 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 Go = Ee键构象 - Ea键构象 = -RT ln KK= e键构象浓度 a键构象浓度 Go = -7.5 KJ / mol = -RT
46、 ln K = -(8.3110-3 KJ / mol K) (298K) ln K K=20.66 e a=20.66 e =20.66 a e % = 95.4 % a % = 4.6 % Go与构象分布 其它化合物的构 象分布也可以用 同样方法计算。 幽 妻 彩 妒 祥 惹 岛 制 坯 斟 试 懦 腮 案 芯 索 郝 止 杜 级 绊 道 实 速 渡 淬 骇 涣 衙 铂 流 伤 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 （）二取代环己烷的构象 1,2-二甲基环己烷的平面表示法 1,2-二甲基环己烷 翅 店 尖 汞 茹 甜 来 排 浩 撑 羹 什 糙 狸 匠 溪 丰 糊 橱 煌 符 吃
47、 舅 折 燕 窑 逊 憨 苞 蹄 禾 星 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 1,2-二甲基环己烷构象的能差计算 顺1，2-二甲基环己烷构象的能差计算 对 环 二个1,3-二直立键 二个1,3-二直立键 两个甲基 邻交叉 邻交叉 E = 33.8 = 11.4KJmol-1 E=33.8=11.4KJmol-1 E = 0 在 射 赵 祭 促 阜 蝇 匈 熟 者 界 胡 帘 脂 纷 蜂 夺 设 械 思 疽 远 雹 孵 惮 蓖 漠 嘲 解 婚 遣 涤 烷 烃 化 学 性 质 烷 烃 化 学 性 质 对 环 四个1,3-二直立键 0 两个甲基 对交叉 (0) 一个邻交叉 E = 43.8 = 15.2 KJmol-1 E = 3.8KJmol-1 E = (15.2 + 0 ) - ( 0 + 3.8 ) = 11.4 KJmol-1 反1,2-二甲基环己烷