丁烷的構(gòu)象異構(gòu)

1、第二章 烷烴和環(huán)烷烴,主講：袁 琴,1. 熟練掌握烷烴習(xí)慣及系統(tǒng)命名,3. 了解烷烴的物理性質(zhì),2. 掌握異構(gòu)現(xiàn)象 （烷烴的構(gòu)造異構(gòu)及烷烴、環(huán)烷烴的構(gòu)象異構(gòu)）,4. 掌握烷烴典型自由基化學(xué)反應(yīng)歷程， 及游離基穩(wěn)定性5. 了解自由基與疾病的相關(guān)知識(shí),內(nèi)容與要求,烴的分類,第一節(jié) 烷烴,二、 烷烴命名及同分異構(gòu),三、烷烴的物理和化學(xué)性質(zhì),一、烷烴的結(jié)構(gòu)及碳原子類型,第一節(jié) 烷烴,甲烷,sp3雜化,109

2、86;28′,一、烷烴的結(jié)構(gòu)及碳原子類型,2. 均以C-C和C-Hσ鍵相連；,1、C均為sp3雜化;,丁烷,同系列,通式：CnH2n+2 同系物相差(CH2)n 結(jié)構(gòu)上有共同特點(diǎn)物理性質(zhì)：隨分子量有規(guī)律變化化學(xué)性質(zhì)：類似，但也有特殊性,碳原子的類型：,伯、仲、叔、季（1o、2o、3o、4o)四種如右下圖：,,這是什么類型的碳原子？,伯碳：1、5、6、7、8,仲碳：4,叔碳：3,季碳：2,,二、 烷烴命名及同分異構(gòu),,1、普通命名法

3、：,直鏈烷烴的命名：,(簡(jiǎn)單的分子）,支鏈烷烴的命名：,烷烴異構(gòu)體用“正、異、新”區(qū)分。,正：表示直鏈,異（iso)：表示一端含,新（neo)：表示一端含,此外再無(wú)其他取代基。,Iso－,Neo－,-CH3 甲基,仲丁基（另丁基）,,2、系統(tǒng)命名法：,-CH2CH(CH3)2： 異丁基 -C(CH3)3 ： 叔丁基（特丁基）,（1）、一些常見烷基的名稱：,-CH2CH2CH3：丙基 -CH(CH3)2：異丙基,-

4、CH2CH2CH2CH3：正丁基,-CH2CH3 乙基,如：CH3CH2CH2CH2CH2CH3,(2)、系統(tǒng)命名法原則：,直鏈烷烴的命名:,普通命名法：正己烷,系統(tǒng)命名法：己烷,支鏈烷烴的命名法則：,與普通命名法相似。,,,,庚烷,法則：選擇含取代基最多的最長(zhǎng)碳鏈作主鏈,A.選主鏈,由靠近取代基一端編號(hào)；若取代基位次相同，使次序規(guī)則中小的取代基編號(hào)較??；若相同取代基處于相同位次，使第三個(gè)取代基位次最??；,B.編號(hào),7

5、 6 5 4 3 2 1,1 2 3 4 5 6 7,√,×,(p46),將簡(jiǎn)單基團(tuán)寫在前面，合并相同取代基，用“ – 連接編號(hào)和取代基，最后寫出母體。,4-甲基-3，3-二乙基-5-正丙基壬烷,C.命名,1 2

6、 3 4 5 6 7 8 9,3,7-二甲基-4-乙基,9 8 7 6 5 4,壬烷,,5-丙基-4-異丙基,,,,壬烷,3 2 1,3、烷烴的同分異構(gòu),構(gòu)造異構(gòu)(位置異構(gòu)or 碳鏈異構(gòu)）,立體異構(gòu)（排列次 序一致）,分子組成相同

7、而分子結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象。,由此現(xiàn)象產(chǎn)生的不同分子互稱為同分異構(gòu)體。,（1）構(gòu)造異構(gòu),（碳鏈異構(gòu)）,分子組成相同而分子結(jié)構(gòu)中的原子或原子團(tuán)連接次序不同！,（2）、構(gòu)象異構(gòu)：,,,通過(guò)單鍵的旋轉(zhuǎn)而形成的、可以相互轉(zhuǎn)變的、原子在空間的不同的排列方式稱為構(gòu)象（conformation） 。,構(gòu) 象,每一種空間排列形象叫一種構(gòu)象。,乙烷的構(gòu)象,,,,——烷烴的結(jié)構(gòu)及乙烷的構(gòu)象——,σ,圍繞C-Cσ鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生無(wú)窮多的構(gòu)象，一般研究典型的極限構(gòu)象。,

8、特點(diǎn)：組成分子的原子或原子團(tuán)相互連接的 順序（即分子構(gòu)造）相同; 空間排列取向不同；可以相互轉(zhuǎn)變。,重疊式(順疊式)構(gòu)象,交叉式(反疊式)構(gòu)象,透視式,乙烷的兩種極限構(gòu)象及表示方式：,球棒模型,重疊式(順疊式)構(gòu)象,交叉式(反疊式)構(gòu)象,Newman投影式,球棒模型,交叉點(diǎn)表示投影時(shí)前面的碳原子，圓圈表示投影時(shí)后面的碳原子。,12.6KJ/mol,優(yōu)勢(shì)構(gòu)象,重疊式,,重疊式(順

9、疊式)構(gòu)象,交叉式(反疊式)構(gòu)象,229nm,250nm,內(nèi)能高,排斥力最大,排斥力最小,內(nèi)能低,2、丁烷的構(gòu)象異構(gòu)（P25）：,全重疊式,對(duì)位交叉式,鄰位交叉式,部分重疊式,,,,,,,,丁烷的構(gòu)象,為什么要學(xué)習(xí)分子構(gòu)象？,,三、烷烴的性質(zhì),,1、烷烴的物理性質(zhì)（自讀）,物態(tài)、沸點(diǎn) 、熔點(diǎn)、 密度 、溶解度 、折光率 、和 比旋光度 。,烷烴的極性:,非極性 或 弱極性,電負(fù)性C(2.50)與H（2.20）相差不大,為什么？,

10、(1). 均以C-C和C-H σ鍵相連；,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,2、烷烴的化學(xué)性質(zhì)：,(2). 具有高度穩(wěn)定性,(醫(yī)用緩瀉劑、溶劑、基質(zhì)及藥丸的包衣),鍵能大，C-H鍵的可極化性小，難以發(fā)生化學(xué)反應(yīng),化學(xué)性質(zhì)：,1. 鹵代反應(yīng),2. 氧化(燃燒),3. 熱裂解,烷烴分子中的氫原子被鹵素原子取代的反應(yīng),（1）鹵代反應(yīng),在光照或熱的作用下:,,,,——烷烴的化學(xué)性質(zhì)——,為什么2位取代遠(yuǎn)高于1位取代?,鏈引發(fā):,鏈增長(zhǎng):,（2） 鹵化的反應(yīng)機(jī)理,反應(yīng)

11、機(jī)理,化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)過(guò)的途徑或過(guò)程.,,,,,,,,,自由基反應(yīng)(鏈鎖反應(yīng)）,鏈終止:,+243KJ/mol,+4KJ/mol,-108KJ/mol,影響此鹵代反應(yīng)速度的因素？,,,,影響鹵代反應(yīng)速度的因素：,反應(yīng)取向和反應(yīng)活性主要取決于自由基的穩(wěn)定性,1. 鹵素分子的活性,3.中間體烴自由基的穩(wěn)定性,2. 烷烴中氫原子的活性,（3）鹵素和烷烴中不同氫的活性,①鹵素進(jìn)行鹵代反應(yīng)的活性,,,,——烷烴的化學(xué)性質(zhì)——,②鹵化反應(yīng)中烷烴不同氫的

12、活性與 自由基的穩(wěn)定性,,,,離解能越低, 自由基越穩(wěn)定,越易生成.,烷基自由基的穩(wěn)定性次序?yàn)椋?(CH3)3C·＞(CH3)2CH·＞CH3CH2·＞CH3·,自由基的結(jié)構(gòu):,生物體內(nèi)的氧自由基（活性氧）,,維生素Ｅ和維生素C、谷光甘肽(GSH)、尿酸、胡蘿卜素等，,抗氧化酶體系包括超氧化物岐化酶SOD、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶等。,維生素Ｅ,烷 烴 的 小 結(jié),烷

13、烴的結(jié)構(gòu)和命名,烷烴的構(gòu)象,烷烴的物理及化學(xué)性質(zhì),自由基反應(yīng)機(jī)理,第二節(jié) 環(huán)烷烴,環(huán)烷烴的分類和命名,環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性及化學(xué)性質(zhì),環(huán)己烷及其衍生物的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象,一、環(huán)烷烴的分類和命名,,單環(huán)烷烴,5-乙基-1，3-環(huán)戊二烯,3-乙基環(huán)戊烯,（不叫1-乙基-2-環(huán)戊烯）,多環(huán)烷烴,1.螺環(huán)烴,兩個(gè)碳環(huán)共用一個(gè)碳原子的脂環(huán)烴稱為螺環(huán)烴，構(gòu)成螺環(huán)的共用碳原子特稱為螺原子。,2-甲基螺[4.5]-6-癸烯,螺[2 .4 ]庚烷,2、橋環(huán)烴

14、,二環(huán)[3.2.0]庚烷,1,8-二甲基-2-乙基二環(huán)[3.2.1]辛烷,具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的碳環(huán)，碳環(huán)間共用兩個(gè)或兩個(gè)以上碳原子的環(huán)烴稱為橋環(huán)烴。,命名時(shí)編號(hào)順序：,二、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和化學(xué)性質(zhì),C:sp3雜化,鍵角：C-C-C 105.5 ° H-C-H 114°,影響環(huán)烷烴穩(wěn)定性的因素:,張力很大,現(xiàn)代理論： C-C軌道重疊的程度較小而不穩(wěn)定.

15、 C-C鍵易斷裂,相鄰C–H鍵都是全重疊式構(gòu)象, H原子間的斥力較大.（張力 ）,張力,極不穩(wěn)定,不穩(wěn)定,較穩(wěn)定,穩(wěn)定,易開環(huán),較易開環(huán),易開環(huán),二、環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì),,,＋ Br2,,室 溫,＋ Br2,,加 熱,＋ Br2,,光照,＋ Br2,,高溫>300ºC,三、環(huán)烷烴的立體異構(gòu),1、脂環(huán)烴的順?lè)串悩?gòu),順-1,2-二甲基環(huán)丙烷,反-1,2-二甲基環(huán)丙烷,反-1,2-二甲基環(huán)己烷,順-1,2-

16、二甲基環(huán)己烷,a：碳環(huán)的C-C單鍵不能自由旋轉(zhuǎn),b：碳環(huán)上至少兩個(gè)C原子均帶有不同的取代基,產(chǎn)生原因及條件：,環(huán)己烷的構(gòu)象異構(gòu),優(yōu)勢(shì)構(gòu)象,船式構(gòu)象(Boat conformation ）,椅式構(gòu)象( Chair conformation）,2、環(huán)烷烴的構(gòu)象,Chair conformation(椅式構(gòu)象）,全部交叉,Boat conformation(船式構(gòu)象）,全部重疊,斥力大，能量高,,,e(equatorial): 橫

17、鍵（平伏鍵) 6個(gè),a(axial) : 豎鍵（直立鍵）6個(gè),豎鍵與橫鍵,1，3，5位的3個(gè)a鍵朝下，2，4，6位的 3個(gè)a鍵朝上,1，3，5位的3個(gè)e鍵朝上， 2，4，6位的 3個(gè)e鍵朝下,2、4、6位C (上平面):,1、3、5位C(下平面）,3個(gè)a鍵朝上，3個(gè)e鍵朝下`,3個(gè)a鍵朝下，3個(gè)e鍵朝上,每個(gè)C上有一個(gè)a鍵和e鍵,且一個(gè)朝上，另一個(gè)必向下;,為什么？,每個(gè)C原子均為sp3雜化,,,構(gòu)象翻轉(zhuǎn),當(dāng)環(huán)上帶有一個(gè)或多個(gè)取代基時(shí)

18、，取代基處于何種位置為優(yōu)勢(shì)構(gòu)象？,注：構(gòu)象翻轉(zhuǎn)后，同一個(gè)C上，a鍵和e鍵 的位置互換，但相對(duì)位置即上下位置不變,較不穩(wěn)定,a鍵取代基結(jié)構(gòu)中的非鍵原子間斥力較大 （因非鍵原子間的距離小于正常原子鍵的距離所致）2. 取代基越大e鍵型構(gòu)象為主的趨勢(shì)越明顯。,單取代,95％,5％,較穩(wěn)定,畫出 下列取代環(huán)己烷的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象,雙取代,1,3,1,3,順-1，2-二甲基環(huán)己烷,反-1，2-二甲基環(huán)己烷,1,1,2,2,順-

19、1，2-二甲基環(huán)己烷,比較幾種構(gòu)象的穩(wěn)定性順序？,反-1，2-二甲基環(huán)己烷,反（e e ),反（a a ),穩(wěn)定,反（e e ),1,3,1,3,畫出 1-甲基-3-叔丁基環(huán)己烷的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象,雙取代(取代基不同時(shí)),大的取代基在e鍵上構(gòu)象最穩(wěn)定。,小結(jié)：,環(huán)己烷有兩種極限構(gòu)象（椅式和船式）， 椅式為優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。2. 一元取代基主要以e鍵和環(huán)相連。,3. 多元取代環(huán)己烷最穩(wěn)定的構(gòu)象是e鍵上取代基 最多的構(gòu)象(注意

20、取代基在環(huán)上的相對(duì)位置）。4. 環(huán)上有不同取代基時(shí)，大的取代基在e鍵上 構(gòu)象最穩(wěn)定。,作業(yè)：p40 1(2.4.6.7)、3、8、12、13、14.,[附] 常見官能團(tuán)命名時(shí)作為母體的優(yōu)先次序: –COOH、–SO3H > –COOR、–CONH2 > –CHO，－CO– > –OH、–SH > –NH2 >C≡C、C=C > –Ph > –R > –

21、OR、–X、–NO2 (見 劉莊編《普通有機(jī)化學(xué)》P167),練習(xí)：寫出2，5，5-三甲基-4-乙基庚烷的結(jié)構(gòu)式：,,,,練習(xí)：P22 2-2，2-3,,透視式： 反疊式