有機化學-授課教案第二章 烷烴和環(huán)烷烴:

課程名稱

有機化學

年級

2009

專業(yè)、層次

醫(yī)學本科

授課教師

職稱

課型

理論大課

學時

2

授課題目（章、節(jié))

第二章  烷烴和環(huán)烷烴：烷烴

基本教材及主要參考書

《有機化學》第七版 呂以仙主編  人民衛(wèi)生出版社

15頁- 25頁

參考書：基礎有機化學  邢其毅主編   化學工業(yè)出版社

目的與要求：掌握烷烴的異構現(xiàn)象（構造異構、構象異構等基本理論)。

掌握烷烴的命名方法。

掌握烷烴的性質——鹵代反應及其機制。

教學內容與時間安排、教學方法：

   1、烷烴的結構。 15分鐘

   2、烷烴的構造異構和命名。   25分鐘

   3、烷烴的構象異構。   10分鐘

   4、烷烴的物理性質。   5分鐘

   5、烷烴的化學性質。   20分鐘

   6、小結   5分鐘

   教學方法：CAI  、模型、講授法、練習法。

教學重點及如何突出重點、難點及如何突破難點：

教學重點：烷烴的命名。

烷烴的結構和化學性質

教學難點：烷烴的構象異構。

烷烴的鹵代反應機制。

教研室審閱意見：

  教研室主任簽名：

   年   月 日

基本內容

教學手段

課堂設計和時間安排

第二章   烷烴和環(huán)烷烴：烷烴

概   述

在組成上僅含有碳與氫兩元素的化合物叫碳氫化合物也稱為烴（hydrocarbon)。

分類：

§1  烷   烴（alkane)

一、烷烴的結構

（一)碳原子均為sp3 雜化

（二)各原子之間都以單鍵（σ)相連，鍵角接近109°28ˊ (甲烷是109°28 )

σ鍵的特點：沿鍵軸方向頭對頭重疊；兩個成鍵原子可繞鍵軸“自由”旋轉。

（三)、烷烴的分子模型

（四)烷烴的通式和同系列

這些結構上相似而組成上相鄰的兩個烷烴的組成都是相差CH₂。CH₂ 叫做同系列差。

烷烴的分子式可用通式表示：C_nH_2n+2

能用同一通式表示且結構和特性相似的一系列化合物 ，叫做同系列 (homologous )。能用同一通式表示且結構和特性相似的化合物，叫做同系物( homolog )。

強調:研究同系物的意義

① 同系物化學性質相似。

②同系物的物理性質隨碳原子數(shù)的增加規(guī)律性變化。

③第一個化合物的性質比較特殊。

綜上：研究一類化合物只需研究 一個代表物的性質極其規(guī)律,注意第一個化合物的特殊性質.

（五)、碳原子的類型

與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子分別稱為伯、仲、叔氫原子。不同類型的氫原子在同一反應中的反應性能是有一定差別。

二、烷烴的構造異構和命名

（一)、烷烴的碳鏈異構

分子式相同的不同化合物叫做同分異構體（簡稱異構體  isomer)。這種現(xiàn)象叫做同分異構現(xiàn)象。

從丁烷開始出現(xiàn)同分異構體，碳原子數(shù)目的增加，同分異構體的數(shù)目也越多。

異構體數(shù)目

 如 戊烷   C5H12  3

己烷   C6H14  5

壬烷   C9H20  35

構造：有機分子中原子或基團相互連接的方式和順序

構造異構體：具有相同分子式，分子中原子或基團因連接順序不同而產生的異構體。

C_nH_2n+2有多少個異構體？

（二)、烷烴的命名

1、普通命名法(common  nomenclature)

(1)直鏈烷烴

1-10個碳原子的直鏈烷烴，分別用詞頭“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”表示碳原子的個數(shù)，在加上詞尾“烷”。

如：

CH₄：甲烷(methane)；  C₂H₆ ：乙烷 (ethane) ；C₃H₈ ：丙烷 (propane)  ；C₄H₁₀ ： 正丁烷 (n - butane)

10個碳原子以上直鏈烷烴的用中文數(shù)字命名。如：

C₁₁H₂₄ ：正十一烷(n - undecane) ；   C₁₂H₂₆ ：正十二烷 (n - dodecane) ； C20H42 ：正二十烷(n - eicosane)

(2)烷烴異構體的命名

異戊烷，正戊烷，新戊烷

特點：直觀、與總碳數(shù)有關。只適合直鏈烴或含碳較少的烷烴。

2、系統(tǒng)命名法(systematic  nomenclature)

系統(tǒng)命名法是采用國際純化學與應用化學聯(lián)合會（IUPAC)的命名原則，結合我國文字的特點，制定了中文系統(tǒng)命名法。

(1)直鏈烷烴的命名

在系統(tǒng)命名法中，對于直鏈烷烴的命名和普通命名法是基本相同的，僅不寫上“正”字。

例：CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃  

通常情況下：對于直鏈烷烴采用系統(tǒng)命名法。

(2)支鏈烷烴的命名

①取代基 ：烴分子中去掉一個氫原子后，剩下的原子團叫烴基。脂肪烴去掉一個氫原子剩下的基團叫脂肪烴基，通式為C_nH_2n+1，常用R-代表烷基。

取代基=烷烴-H

注意：

② 烷烴系統(tǒng)命名法步驟 

Ⅰ 選取主鏈——選擇最長的碳鏈為主鏈。支鏈當作取代基。

Ⅱ 編號——從靠近支鏈的一端開始，編號時應盡可能使取代

  基具有最低編號。

當幾種可能的編號方向時，應當選定使取代基具有“最低系列”的那種編號（即順次逐項比較各系列的不同位次，最先遇到位次最小者定為最低系列)。

兩端一樣長時，從小取代基一端開始編號。

Ⅲ “先小后大，同基合并”——有不同取代基時，把小取代基名稱寫在前面，大取代基寫在后面。相同取代基合并起來，取代基數(shù)目用二、三、……等表示。

烴基大小的次序（按“次序規(guī)則”決定):

甲基＜乙基＜丙基＜丁基＜戊基＜己基＜異戊基＜異丁基＜異丙基

Ⅳ 有多種等長的最長碳鏈可供選擇時，應選擇取代基最多 的碳鏈為主鏈。

Ⅴ 復雜的取代基需要編號時，由與主鏈相連的碳原子開始 編號。它們的全名可放在括號中（或用帶撇號的數(shù)字來標明支鏈中的碳原子位置)。

③ 英文命名法

烷基的英文命名只需將烷烴中的-ane改為-yl，烷基的個數(shù)分別用詞頭di、tri、tetra分別表示二、三、四。

基團次序以字母序數(shù)為序，其余與中文命名相同

三、烷烴的構象異構

構象( conformation)——圍繞碳碳σ鍵旋轉而使分子中原子或基團在空間的不同排列方式。

構象異構體( conformation  isomer)——由單鍵旋轉而產生的異構體。其數(shù)目為無數(shù)多個，一般僅表示出其極端結構式。

表示方法：

鋸架式（透視式)

紐曼投影式

（一)、乙烷的構象

乙烷分子中兩個極端的空間構象：

交叉式

重疊式

穩(wěn)定性：交叉式>重疊式

（二)、丁烷的構象

以C₂-C₃為觀察對象

共出現(xiàn)四種極限式

穩(wěn)定性：對位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>完全重疊式

烷烴的優(yōu)勢構象為能量最低的對位交叉式，因此，直鏈烷烴的碳鏈的空間排列為鋸齒型

四、烷烴的物理性質

1. 物理狀態(tài)

C1~C4　氣態(tài)； C5~C16　液態(tài)；C17以上　固態(tài)

2. 沸點（b.P.)

① 直鏈烷烴，碳數(shù)增加，則沸點升高。

②　同數(shù)碳烷烴，直鏈比支鏈沸點高。

3、熔點（m.P.)

直鏈烷烴的熔點與分子中碳原子數(shù)的關系

① 碳數(shù)升高，則熔點升高。

② 偶數(shù)碳鏈比奇數(shù)碳鏈稍高。

③ 同數(shù)碳異構體：新 ＞ 正 ＞ 異。

一般含碳原子數(shù)相同的烷烴的熔點是隨著分子的對稱性增加而升高的，分子越對稱，它們在晶格中排列越緊密，分子之間的范德華作用力也越強，故熔點越高。

4. 相對密度（D)

相對密度與分子引力有關，分子間引力增大，分子間的距離相應減少，故相對密度就增大。

5. 水溶性

烷烴幾乎不溶于水，但易溶于有機溶f1411.cn劑。

結構相似或極性大小相近的化合物可以彼此互溶，這就是“相似相溶”的經驗溶解規(guī)律。

五、烷烴的化學性質

（一)、穩(wěn)定性

在常溫下烷烴的化學性質很不活潑，與強酸、強堿、強氧化劑和還原劑等都不起作用。原因：C-C及C-H  σ鍵較牢固；烷烴為非極性分子，一般條件下試劑不易進攻。

應用：液體石蠟作腸道潤滑劑、滴鼻劑的溶劑或基質；凡士林作軟膏的基質，固體石蠟作蠟療、中成藥的密封材料和藥丸的包衣。

（二). 鹵代反應

有機化合物分子中的氫（或其他原子)或基團被另一種原子或基團取代的化學反應，稱為取代反應（substitution reaction) .

烷烴分子中的氫原子被鹵素所取代的反應稱為鹵代反應(halogenation  reaction) 。

烷烴與鹵素在室溫和黑暗中并不發(fā)生反應，但在強烈日光照射下，則發(fā)生猛烈反應。

 (三)、鹵代反應的機制

定義：反應機制是某個化學反應逐步變化過程的描述。又叫反應歷程或反應機理（reaction  merchanism) 。

反應機制是在綜合實驗事實后提出的理論假說。但提出的假說必須能完滿地解釋觀察到的實驗事實和新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，同時根據(jù)這個假說所作的推斷被實驗所證實，它與其它有關反應的機理又沒有矛盾。

反應機制主要說明：反應分幾步進行；反應的中心在哪里；分子內部如何調整。（包括鍵的變形、電子云分布  情況、鍵的破裂與形成等)

1、甲烷的鹵代反應機制

實驗現(xiàn)象：

為解釋這些現(xiàn)象提出了自由基歷程（free radical reaction)

鏈的引發(fā)（chain-initiating  step) ：

鏈的增長（傳遞)（chain-propagating  step) ：

鏈的終止（chain-terminating  step) ：

2、鹵素對烷烴的反應活性

從熱力學角度來考察甲烷鹵化反應：

鹵素發(fā)生取代反應的難易順序是： F₂ ＞ Cl₂ ＞  Br₂  ＞  I₂

3、烷烴鹵代的取向

在室溫下，叔、仲、伯氫原子被氯原子奪取的相對速率為5 : 4 : 1。

溴代反應活性： 3°: 2°: 1°= 1600 : 82 : 1

產物的含量由氫的活性和數(shù)量共同決定

結論：烷烴的溴代反應的選擇性比氯代要好。

4、游離基的構型與穩(wěn)定性

游離能——1mol 烷烴被奪取1個氫原子后形成游離基所 需要的能量。

游離基的穩(wěn)定性次序為：3°  ＞ 2°   ＞ 1°   ＞ CH₃·

一般講，越穩(wěn)定的游離基越容易生成，其反應速率也越快，這是一個非常有用的通則。可以認為，在許多有游離基生成的反應中，游離基的穩(wěn)定性支配著反應的取向和活性。

游離基的結構：碳原子為sp2 雜化，為平面型。

（四)、氧化反應（oxidation  reaction)

氧化反應最終產物為CO₂和 H₂O，具體內容見教材32頁。

補充知識：生物自由基

生物自由基的來源有外源性和內源性兩種。外源性自由基，是由外界的物理或化學等因素產生；而內源性自由基，則是由體內的生物化學反應產生。

在正常生理條件下，機體一方面不斷產生自由基 ，另一方面又不斷的清除自由基。處于產生和清除平衡狀態(tài)的生物自由基，不僅不會損傷機體 ，而且還要參與機體的生理代謝。但是，當自由基的產生和清除失去平衡時 ，過多的自由基就會對機體造成損傷 ，從而引起多種疾病 ，甚至誘發(fā)癌癥和衰老 。

   自由基引發(fā)劑和抑制劑（見教材31頁)。

復習提問

模型

講授

講授

提問

講授

舉例

練習

模型

講授

講授

練習

略講

（★－重點，☆－難點)

5

15分鐘

復習引入

模型加強空間印象

強調同系列討論的意義

1

025分鐘

&nbsf1411.cn/jianyan/p;

★舉例講解普通命名法

★舉例講解取代基的命名

★☆烷烴系統(tǒng)命名法步驟

講解次序規(guī)則

問題2-3

強調編號

（第1節(jié)課完)――――

10分鐘

★☆newmann投影式的書寫

對比兩種方法

05分鐘

★物理性質的內容

   5分鐘

20分鐘

★☆鹵代反應機制

強調鹵素的活性

強調自由基的穩(wěn)定性。

2

5

小

結

1、烷烴的命名是其他化合物命名的基礎。

2、構象異構是一個新內容。

3、烷烴的鹵代反應機制——自由基的穩(wěn)定性。

   5分鐘

（第2節(jié)課完)―――――

復

習

思

考

題

、

作

業(yè)

題

1、問題2-1、問題2-2

2、習題2-4、2-6、2-8、

3、烷基的英文名稱及簡寫

下

次

課

預

習

要

點

1、環(huán)烷烴的命名。

2、拜耳張力學說。

3、小環(huán)烴的開環(huán)反應。

4、環(huán)己烷的構象。

實

施

情

況

及

分

析