1.碳原子的四面体概念和构型 2碳原子的sp3杂化和o键 3.烷烃的构象 (1)乙烷的构象 (2)丁烷的构象 环烷烃的结构 1环烷烃的分子结构和环的稳定性 2.环烷烃的构象 (1)环己烷的构象 环已烷可以椅式和船式枃象存在。在环已烷的构象中,最稳定的构象是椅式构象,在椅式 构象中,所有键角都接近正四面体键角,所有相邻两个碳原子上所连接的氢原子都处于交 叉式构象 环已烷的船式构象比椅式构象能量高。因为在船式构象中存在着全重叠式构象,氢原 子之间斥力比较大。另外船式构象中船头两个氢原子相距较近,约183pm,小于它们的范 德华半径之和240pm,所以非键斥力较大,造成船式能量高 在环已烷的椅式构象中,12个碳氢键分为两种情况,一种是6个碳氢键与环已烷分子 的对称轴平行,称为直键,简称a键。另一种是6个碳氢键与对称轴成109度的夹角,称为 平键,简称e键。环已烷的6个a键中,3个向上3个向下交替排列,6个e键中,3个向 上斜伸,3个向下斜伸交替排列。 在环已烷分子中,每个碳原子上都有一个a键和一个e键。两个环已烷椅式构象相互转 变时,a键和e键也同时转变,即a键变为e键,e键变为a键, H (2)取代环己烷的构象 环已烷的一元取代物有两种可能构象,取代a键或是取代e键,由于取代a键所引起的非键 斥力较大,分子内能较高,所以取代e键比较稳定。甲基环已烷的优势构象为: 当环已烷分子中有两个或两个以上氢原子被取代时,在进行构象分析时,还要考虑顺反 构型问题。但就能量而言,不论两个取代基相对位置如何(1,2位、1,3位或1,4位), 取代基连在e键上总是能量最低。二元取代物有反-1,2-,顺-1,3-和反1,4-三种具有稳 定构象的顺、反异构体。二甲基环已烷各种异构体的优势构象为:
1.碳原子的四面体概念和构型 2.碳原子的 sp3 杂化和σ键 3.烷烃的构象 （1） 乙烷的构象 （2）丁烷的构象 二、环烷烃的结构 1.环烷烃的分子结构和环的稳定性 2.环烷烃的构象 （1）环己烷的构象 环已烷可以椅式和船式构象存在。在环已烷的构象中，最稳定的构象是椅式构象，在椅式 构象中，所有键角都接近正四面体键角，所有相邻两个碳原子上所连接的氢原子都处于交 叉式构象。 环已烷的船式构象比椅式构象能量高。因为在船式构象中存在着全重叠式构象，氢原 子之间斥力比较大。另外船式构象中船头两个氢原子相距较近，约 183pm，小于它们的范 德华半径之和 240pm，所以非键斥力较大，造成船式能量高。 在环已烷的椅式构象中，12 个碳氢键分为两种情况，一种是 6 个碳氢键与环已烷分子 的对称轴平行，称为直键，简称 a 键。另一种是 6 个碳氢键与对称轴成 109 度的夹角，称为 平键，简称 e 键。环已烷的 6 个 a 键中，3 个向上 3 个向下交替排列，6 个 e 键中，3 个向 上斜伸，3 个向下斜伸交替排列。 在环已烷分子中，每个碳原子上都有一个 a 键和一个 e 键。两个环已烷椅式构象相互转 变时，a 键和 e 键也同时转变，即 a 键变为 e 键，e 键变为 a 键。 （2）取代环己烷的构象 环已烷的一元取代物有两种可能构象，取代 a 键或是取代 e 键，由于取代 a 键所引起的非键 斥力较大，分子内能较高，所以取代 e 键比较稳定。甲基环已烷的优势构象为： 当环已烷分子中有两个或两个以上氢原子被取代时，在进行构象分析时，还要考虑顺反 构型问题。但就能量而言，不论两个取代基相对位置如何（1，2 位、1，3 位或 1，4 位）， 取代基连在 e 键上总是能量最低。二元取代物有反-1，2-，顺-1，3-和反 1，4-三种具有稳 定构象的顺、反异构体。二甲基环已烷各种异构体的优势构象为： H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H CH3 CH3 CH3 CH CH3 3 CH3 CH3
根据构象分析得知,当环上有不同取代基时,基团最大的取代基连在e键上最稳定,这 种构象属于优势构象。对多取代基的环已烷,e键上连的取代基越多越稳定,所以e键上 取代基最多的构象是它的优势构象 椅式构象是环己烷的优势构象。船式构象与椅式构象相比,其能量高29.7KJ/mo,在椅 式构象中,几乎不存在环张力。 由分析可以得到结论 Ae型比a型构象稳定(优势构象) B环上有不同取代基时,大基团处于e键稳定 第四节烷烃和环烷烃的物理性质 沸点 二、熔点 三、密度 四、溶解度 第五节烷烃和环烷烃的化学性质 卤代反应 将甲烷与氯气混合,在漫射光或适当加热的条件下,甲烷分子中的氢原子能逐个被氯 原子取代,得到多种氯代甲烷和氯化氢的混合物 H 4 CH3Cl HCI CH3CI CI h CH2 Cl2 HCI h CHCI 3+ HCI h u 卤素反应的活性次序为:F2>C>Br2>l2 对于同一烷烃,不同级别的氢原子被取代的难易程度也不是相同的。大量的实验证明叔 氢原子最容易被取代,伯氢原子最难被取代。 氧化反应 CHa + O CO2+H2O+热量 在控制条件时烷烃可以部分氧化,生成烃的含氧衍生物。例如石蜡(含20-40个碳原子 的高级烷烃的混合物)在特定条件下氧化得到高级脂肪酸 Mno RCH2 CH2R O2 RCOOH Rcooh 环烷烃的反应 1卤代反应 在高温或紫外线作用下,脂环烃上的氢原子可以被卤素取代而生成卤代脂环烃。如:
根据构象分析得知，当环上有不同取代基时，基团最大的取代基连在 e 键上最稳定，这 种构象属于优势构象。对多取代基的环已烷，e 键上连的取代基越多越稳定 ，所以 e 键上 取代基最多的构象是它的优势构象。 椅式构象是环己烷的优势构象。船式构象与椅式构象相比，其能量高 29.7KJ/mol，在椅 式构象中，几乎不存在环张力。 由分析可以得到结论： A.e 型比 a 型构象稳定（优势构象）； B.环上有不同取代基时，大基团处于 e 键稳定 第四节 烷烃和环烷烃的物理性质 一、沸点 二、熔点 三、密度 四、溶解度 第五节 烷烃和环烷烃的化学性质 一、卤代反应 将甲烷与氯气混合，在漫射光或适当加热的条件下，甲烷分子中的氢原子能逐个被氯 原子取代，得到多种氯代甲烷和氯化氢的混合物。 CH4 + HCl hυ HCl Cl2 CH3Cl CH2Cl2 CCl 4 Cl2 Cl2 Cl2 HCl HCl + + + + + + + CH3Cl CH2Cl2 CHCl 3 CHCl 3 hυ hυ hυ 卤素反应的活性次序为：F2 >Cl2 > Br2 > I2 对于同一烷烃,不同级别的氢原子被取代的难易程度也不是相同的。大量的实 验证明叔 氢原子最容易被取代，伯氢原子最难被取代。 二、氧化反应 CH4 + O2 CO2 + H2O + 点燃 热量 在控制条件时,烷烃可以部分氧化,生成烃的含氧衍生物。例如石蜡（含 20—40 个碳原子 的高级烷烃的混合物）在特定条件下氧化得到高级脂肪酸。 RCH2CH2R + O2 + MnO2 RCOOH RCOOH 三、环烷烃的反应 1.卤代反应 在高温或紫外线作用下，脂环烃上的氢原子可以被卤素取代而生成卤代脂环烃。如：
t br. 2 2氧化反应 不论是小环或大环环烷烃的氧化反应都与烷烃相似,在通常条件下不易发生氧化反应, 在室温下它不与高锰酸钾水溶液反应,因此这可作为环烷烃与烯烃、炔烃的鉴别反应 环烯烃的化学性质与烯烃相同,很容易被氧化开环。 KMnO4 HOOCCH ,CHCH,CH,COOH 3加成反应 (1)加氢在催化剂作用下,环烷烃加一分子氢生成烷烃。 +2-=~→ CH3CH2 CH2 CH3 300℃ CH3 CH2CH2CH2CH3 环烷烃加氢反应的活性不同,其活性为环丙烷〉环丁烷〉环戊烷。 (2)卤素在常温下可以卤素与发生加成反应。 tbr. 温 BrCH2 CH2 CH2 Br BrCH2 2 CH2CH2 BI (3)加卤化氢环丙烷及其衍生物很容易与卤化氢发生加成反应而开环 +HBr一cH3CHB~H2CH3 第六节烷烃的卤代反应历程 、甲烷的氯代反应历程 卤代反应机理:实验证明,甲烷的卤代反应机理为游离基链反应,这种反应的特点是反 应过程中形成一个活泼的原子或游离基。其反应过程如下: (1)链引发:在光照或加热至250400度时,氯分子吸收光能而发生共价键的均裂, 产生两个氯原子游离基,使反应引发。 h D (2)链增长:氯原子游离基能量高,反应性能活泼。当它与体系中浓度很高的甲烷分 子碰撞时,从甲烷分子中夺取一个氢原子,结果生成了氯化氢分子和一个新的游离基—一甲 基游离基
300℃ Cl2 HCl + + + + hυ Cl Br Br 2 HBr 2.氧化反应 不论是小环或大环环烷烃的氧化反应都与烷烃相似，在通常条件下不易发生氧化反应， 在室温下它不与高锰酸钾水溶液反应，因此这可作为环烷烃与烯烃、炔烃的鉴别反应 环烯烃的化学性质与烯烃相同，很容易被氧化开环。 H + KMnO4 HOOCCH 2CH2CH2CH2COOH 3.加成反应 （1）加氢 在催化剂作用下，环烷烃加一分子氢生成烷烃。 300℃ + + + H2 H2 H2 Ni CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 Ni Ni 80℃ 200℃ 环烷烃加氢反应的活性不同，其活性为 环丙烷 > 环丁烷 > 环戊烷。 （2）卤素 在常温下可以卤素与发生加成反应。 + + Br2 BrCH2CH2CH2Br Br2 BrCH2CH2CH2CH2Br 室温 （3）加卤化氢 环丙烷及其衍生物很容易与卤化氢发生加成反应而开环。 + CH3 HBr CH3CHBrCH 2CH3 室温 第六节 烷烃的卤代反应历程 一、甲烷的氯代反应历程 卤代反应机理：实验证明，甲烷的卤代反应机理为游离基链反应，这种反应的特点是反 应过程中形成一个活泼的原子或游离基。其反应过程如下： （1）链引发: 在光照或加热至 250—400 度时，氯分子吸收光能而发生共价键的均裂， 产生两个氯原子游离基，使反应引发。 Cl2 hυ 2 Cl （2）链增长： 氯原子游离基能量高，反应性能活泼。当它与体系中浓度很高的甲烷分 子碰撞时，从甲烷分子中夺取一个氢原子，结果生成了氯化氢分子和一个新的游离基——甲 基游离基
H3 甲基游离基与体系中的氯分子碰撞,生成一氯甲烷和氯原子游离基 CH3+ Cl2 CH3Cl CI 反应一步又一步地传递下去,所以称为链反应 CHaCI+ CI H2cCI HCI H2CCI CI2 CH,Cl CI 3)链终止:随着反应的进行,甲烷迅速消耗,游离基的浓度不断增加,游离基与 游离基之间发生碰撞结合生成分子的机会就会增加。 CH3 CH3 →-CH3CH3 第七节重要的烷烃和环烷烃(自学) 第三章烯烃和炔烃亲电加成反应 教学目的 1.使学生掌握烯烃的顺/反异构和Z仼异构概念,能够准确写出较复杂烯烃的结构式或名称 2.使学生掌握烯烃的马氏加成规则和常见的马氏加成反应、烯烃的氧化反应及其应用,了 解亲电加成概念、机理、碳正离子的稳定性规律 3.使学生掌握炔烃加成反应(水合成酮、乙炔与氢氰酸加成)及端基炔的成盐反应。 4.使学生理解离域键与共轭效应,掌握丁二烯型化合物的1,4-加成和双烯合成性质。 5.使学生了解萜类化合物的结构特点。 教学重点 1.烯烃的Z/E命名法 2.烯烃的马氏加成规则、亲电加成概念:常见的马氏加成反应。 3.烯烃的氧化反应,及其应用 4.丁二烯型化合物的1,4-加成和双烯合成反应 教学难点 1烯烃的马氏加成规则。 2.丁二烯型化合物的共轭效应与双烯合成反应产物结构式书写。 第一节烯烃与炔烃的分子结构
+ CH4 Cl CH + HCl 3 甲基游离基与体系中的氯分子碰撞,生成一氯甲烷和氯原子游离基. + Cl CH3 2 CH3Cl + Cl 反应一步又一步地传递下去，所以称为链反应。 + CH3Cl HCl CH2Cl Cl2 2 + + Cl H2CCl + H2CCl Cl （3）链终止： 随着反应的进行，甲烷迅速消耗，游离基的浓度不断增加，游离基与 游离基之间发生碰撞结合生成分子的机会就会增加。 + Cl + Cl 2 CH3 Cl CH3 CH3CH3 第七节 重要的烷烃和环烷烃（自学） 第三章烯烃和炔烃 亲电加成反应 教学目的 1. 使学生掌握烯烃的顺/反异构和 Z/E 异构概念，能够准确写出较复杂烯烃的结构式或名称。 2. 使学生掌握烯烃的马氏加成规则和常见的马氏加成反应、烯烃的氧化反应及其应用，了 解亲电加成概念、机理、碳正离子的稳定性规律。 3. 使学生掌握炔烃加成反应（水合成酮、乙炔与氢氰酸加成）及端基炔的成盐反应。 4. 使学生理解离域键与共轭效应，掌握丁二烯型化合物 的 1，4-加成和双烯合成性质。 5. 使学生了解萜类化合物的结构特点。 教学重点 1. 烯烃的 Z/E 命名法 2. 烯烃的马氏加成规则、亲电加成概念；常见的马氏加成反应。 3. 烯烃的氧化反应，及其应用。 4. 丁二烯型化合物的 1，4-加成和双烯合成反应。 教学难点 1.烯烃的马氏加成规则。 2.丁二烯型化合物的共轭效应与双烯合成反应产物结构式书写。 第一节 烯烃与炔烃的分子结构
、烯烃的分子结构 乙烯的结构 乙烯分子中的碳碳双键的键能为610KJ·mol,键长为134pm,而乙烷分子中碳碳单键 的键能为345KJ·mo,键长为154pm。比较可知,双键盘并不是单键的加合。乙烯分子中 的碳原子,在形成乙烯分子时,采用SP2杂化,即以1个2S轨道与2个2P轨道进行杂化, 组成3个能量完全相等、性质相同的SP2杂化轨道。在形成乙烯分子时,每个碳原子各以2 个SP杂化轨道形成2个碳氢σ键,再以1个SP杂化轨道形成碳碳σ键。5个σ键都在同 个平面上,2个碳原子未参加杂化的2P轨道,直于5个σ键所在的平面而互相平行。这 两个平行的P轨道,侧面重叠,形成一个π键。乙烯分子中的所有原子都不得在同一个平 面上,乙烯分子为平面分子 键的特点:(1)重叠程度小,容易断裂,性质活泼。 (2)受到限制,不能自由旋转。否则π键断裂 二、炔烃的分子结构 乙炔的结构 H—C 在乙炔分子中,两个碳原子采用SP杂化方式,即一个2S轨道与一个2P轨道杂化, 组成两个等同的SP杂化轨道,SP杂化轨道的形状与SP2、SP3杂化轨道相似,两个SP杂化 轨道的对称轴在一条直线上。两个以SP杂化的碳原子,各以一个杂化轨道相互结合形成碳 碳σ键,另一个杂化轨道各与一个氢原子结合,形成碳氢σ键,三个σ键的键轴在一条直 线上,即乙炔分子为直线型分子 每个碳原子还有两个末参加杂化的P轨道,它们的轴互相垂直。当两个碳原子的两P 轨道分别平行时,两两侧面重叠,形成两个相互垂直的π键。 第二节烯烃与炔烃的同分异构 烯烃与炔烃的构造异构 烯烃的顺反异构 第三节烯烃与炔烃的命名 系统命名法 1烯烃的命名 (1):选择含有双键的最长碳链为主链,命名为某烯 (2):从靠近双键的一端开始,给主链上的碳原子编号 (3)以双键原子中编号较小的数字表示双键的位号,写在烯的名称前面,再在前面写 出取代基的名称和所连主链碳原子的位次 2.炔烃的命名 炔烃的命名原则与烯烃相同,即选择包含叁键的最长碳链作主链,碳原子的编号从距叁 键最近的一端开始
一、烯烃的分子结构 乙烯的结构 C C H H H H 乙烯分子中的碳碳双键的键能为 610KJ•mol-1，键长为 134pm，而乙烷分子中碳碳单键 的键能为 345 KJ•mol-1，，键长为 154pm。比较可知，双键盘并不是单键的加合。乙烯分子中 的碳原子，在形成乙烯分子时，采用 SP2 杂化，即以 1 个 2S 轨道与 2 个 2P 轨道进行杂化， 组成 3 个能量完全相等、性质相同的 SP2 杂化轨道。在形成乙烯分子时，每个碳原子各以 2 个 SP2 杂化轨道形成 2 个碳氢σ键，再以 1 个 SP2 杂化轨道形成碳碳σ键。5 个σ键都在同 一个平面上，2 个碳原子未参加杂化的 2P 轨道，直于 5 个σ键所在的平面而互相平行。这 两个平行的 P 轨道，侧面重叠，形成一个π键。乙烯分子中的所有原子都不得在同一个平 面上，乙烯分子为平面分子。 π键的特点：（1）重叠程度小，容易断裂，性质活泼。 （2）受到限制，不能自由旋转。否则π键断裂。 二、炔烃的分子结构 乙炔的结构 H C C H 在乙炔分子中，两个碳原子采用 SP 杂化方式，即一个 2S 轨道与一个 2P 轨道杂化， 组成两个等同的 SP 杂化轨道，SP 杂化轨道的形状与 SP2、SP3 杂化轨道相似，两个 SP 杂化 轨道的对称轴在一条直线上。两个以 SP 杂化的碳原子，各以一个杂化轨道相互结合形成碳 碳 σ 键，另一个杂化轨道各与一个氢原子结合，形成碳氢 σ 键，三个 σ 键的键轴在一条直 线上，即乙炔分子为直线型分子。 每个碳原子还有两个末参加杂化的 P 轨道，它们的轴互相垂直。当两个碳原子的两 P 轨道分别平行时，两两侧面重叠，形成两个相互垂直的π键。 第二节 烯烃与炔烃的同分异构 一、烯烃与炔烃的构造异构 二、烯烃的顺反异构 第三节 烯烃与炔烃的命名 一、系统命名法 1.烯烃的命名 （1）：选择含有双键的最长碳链为主链，命名为某烯。 （2）：从靠近双键的一端开始，给主链上的碳原子编号。 （3）以双键原子中编号较小的数字表示双键的位号，写在烯的名称前面，再在前面写 出取代基的名称和所连主链碳原子的位次。 2. 炔烃的命名 炔烃的命名原则与烯烃相同，即选择包含叁键的最长碳链作主链，碳原子的编号从距叁 键最近的一端开始