有机化学-授课教案第二章 烷烃和环烷烃:

课程名称

有机化学

年级

2009

专业、层次

医学本科

授课教师

职称

课型

理论大课

学时

2

授课题目（章、节)

第二章  烷烃和环烷烃：烷烃

基本教材及主要参考书

《有机化学》第七版 吕以仙主编  人民卫生出版社

15页- 25页

参考书：基础有机化学  邢其毅主编   化学工业出版社

目的与要求：掌握烷烃的异构现象（构造异构、构象异构等基本理论)。

掌握烷烃的命名方法。

掌握烷烃的性质——卤代反应及其机制。

教学内容与时间安排、教学方法：

   1、烷烃的结构。 15分钟

   2、烷烃的构造异构和命名。   25分钟

   3、烷烃的构象异构。   10分钟

   4、烷烃的物理性质。   5分钟

   5、烷烃的化学性质。   20分钟

   6、小结   5分钟

   教学方法：CAI  、模型、讲授法、练习法。

教学重点及如何突出重点、难点及如何突破难点：

教学重点：烷烃的命名。

烷烃的结构和化学性质

教学难点：烷烃的构象异构。

烷烃的卤代反应机制。

教研室审阅意见：

  教研室主任签名：

   年   月 日

基本内容

教学手段

课堂设计和时间安排

第二章   烷烃和环烷烃：烷烃

概   述

在组成上仅含有碳与氢两元素的化合物叫碳氢化合物也称为烃（hydrocarbon)。

分类：

§1  烷   烃（alkane)

一、烷烃的结构

（一)碳原子均为sp3 杂化

（二)各原子之间都以单键（σ)相连，键角接近109°28ˊ (甲烷是109°28 )

σ键的特点：沿键轴方向头对头重叠；两个成键原子可绕键轴“自由”旋转。

（三)、烷烃的分子模型

（四)烷烃的通式和同系列

这些结构上相似而组成上相邻的两个烷烃的组成都是相差CH₂。CH₂ 叫做同系列差。

烷烃的分子式可用通式表示：C_nH_2n+2

能用同一通式表示且结构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结构和特性相似的化合物，叫做同系物( homolog )。

强调:研究同系物的意义

① 同系物化学性质相似。

②同系物的物理性质随碳原子数的增加规律性变化。

③第一个化合物的性质比较特殊。

综上：研究一类化合物只需研究 一个代表物的性质极其规律,注意第一个化合物的特殊性质.

（五)、碳原子的类型

与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子分别称为伯、仲、叔氢原子。不同类型的氢原子在同一反应中的反应性能是有一定差别。

二、烷烃的构造异构和命名

（一)、烷烃的碳链异构

分子式相同的不同化合物叫做同分异构体（简称异构体  isomer)。这种现象叫做同分异构现象。

从丁烷开始出现同分异构体，碳原子数目的增加，同分异构体的数目也越多。

异构体数目

 如 戊烷   C5H12  3

己烷   C6H14  5

壬烷   C9H20  35

构造：有机分子中原子或基团相互连接的方式和顺序

构造异构体：具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺序不同而产生的异构体。

C_nH_2n+2有多少个异构体？

（二)、烷烃的命名

1、普通命名法(common  nomenclature)

(1)直链烷烃

1-10个碳原子的直链烷烃，分别用词头“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”表示碳原子的个数，在加上词尾“烷”。

如：

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

10个碳原子以上直链烷烃的用中文数字命名。如：

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

(2)烷烃异构体的命名

异戊烷，正戊烷，新戊烷

特点：直观、与总碳数有关。只适合直链烃或含碳较少的烷烃。

2、系统命名法(systematic  nomenclature)

系统命名法是采用国际纯化学与应用化学联合会（IUPAC)的命名原则，结合我国文字的特点，制定了中文系统命名法。

(1)直链烷烃的命名

在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名法是基本相同的，仅不写上“正”字。

例：CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃  

通常情况下：对于直链烷烃采用系统命名法。

(2)支链烷烃的命名

①取代基 ：烃分子中去掉一个氢原子后，剩下的原子团叫烃基。脂肪烃去掉一个氢原子剩下的基团叫脂肪烃基，通式为C_nH_2n+1，常用R-代表烷基。

取代基=烷烃-H

注意：

② 烷烃系统命名法步骤 

Ⅰ 选取主链——选择最长的碳链为主链。支链当作取代基。

Ⅱ 编号——从靠近支链的一端开始，编号时应尽可能使取代

  基具有最低编号。

当几种可能的编号方向时，应当选定使取代基具有“最低系列”的那种编号（即顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到位次最小者定为最低系列)。

两端一样长时，从小取代基一端开始编号。

Ⅲ “先小后大，同基合并”——有不同取代基时，把小取代基名称写在前面，大取代基写在后面。相同取代基合并起来，取代基数目用二、三、……等表示。

烃基大小的次序（按“次序规则”决定):

甲基＜乙基＜丙基＜丁基＜戊基＜己基＜异戊基＜异丁基＜异丙基

Ⅳ 有多种等长的最长碳链可供选择时，应选择取代基最多 的碳链为主链。

Ⅴ 复杂的取代基需要编号时，由与主链相连的碳原子开始 编号。它们的全名可放在括号中（或用带撇号的数字来标明支链中的碳原子位置)。

③ 英文命名法

烷基的英文命名只需将烷烃中的-ane改为-yl，烷基的个数分别用词头di、tri、tetra分别表示二、三、四。

基团次序以字母序数为序，其余与中文命名相同

三、烷烃的构象异构

构象( conformation)——围绕碳碳σ键旋转而使分子中原子或基团在空间的不同排列方式。

构象异构体( conformation  isomer)——由单键旋转而产生的异构体。其数目为无数多个，一般仅表示出其极端结构式。

表示方法：

锯架式（透视式)

纽曼投影式

（一)、乙烷的构象

乙烷分子中两个极端的空间构象：

交叉式

重叠式

稳定性：交叉式>重叠式

（二)、丁烷的构象

以C₂-C₃为观察对象

共出现四种极限式

稳定性：对位交叉式>邻位交叉式>部分重叠式>完全重叠式

烷烃的优势构象为能量最低的对位交叉式，因此，直链烷烃的碳链的空间排列为锯齿型

四、烷烃的物理性质

1. 物理状态

C1~C4　气态； C5~C16　液态；C17以上　固态

2. 沸点（b.P.)

① 直链烷烃，碳数增加，则沸点升高。

②　同数碳烷烃，直链比支链沸点高。

3、熔点（m.P.)

直链烷烃的熔点与分子中碳原子数的关系

① 碳数升高，则熔点升高。

② 偶数碳链比奇数碳链稍高。

③ 同数碳异构体：新 ＞ 正 ＞ 异。

一般含碳原子数相同的烷烃的熔点是随着分子的对称性增加而升高的，分子越对称，它们在晶格中排列越紧密，分子之间的范德华作用力也越强，故熔点越高。

4. 相对密度（D)

相对密度与分子引力有关，分子间引力增大，分子间的距离相应减少，故相对密度就增大。

5. 水溶性

烷烃几乎不溶于水，但易溶于有机溶www.med126.com剂。

结构相似或极性大小相近的化合物可以彼此互溶，这就是“相似相溶”的经验溶解规律。

五、烷烃的化学性质

（一)、稳定性

在常温下烷烃的化学性质很不活泼，与强酸、强碱、强氧化剂和还原剂等都不起作用。原因：C-C及C-H  σ键较牢固；烷烃为非极性分子，一般条件下试剂不易进攻。

应用：液体石蜡作肠道润滑剂、滴鼻剂的溶剂或基质；凡士林作软膏的基质，固体石蜡作蜡疗、中成药的密封材料和药丸的包衣。

（二). 卤代反应

有机化合物分子中的氢（或其他原子)或基团被另一种原子或基团取代的化学反应，称为取代反应（substitution reaction) .

烷烃分子中的氢原子被卤素所取代的反应称为卤代反应(halogenation  reaction) 。

烷烃与卤素在室温和黑暗中并不发生反应，但在强烈日光照射下，则发生猛烈反应。

 (三)、卤代反应的机制

定义：反应机制是某个化学反应逐步变化过程的描述。又叫反应历程或反应机理（reaction  merchanism) 。

反应机制是在综合实验事实后提出的理论假说。但提出的假说必须能完满地解释观察到的实验事实和新发现的现象，同时根据这个假说所作的推断被实验所证实，它与其它有关反应的机理又没有矛盾。

反应机制主要说明：反应分几步进行；反应的中心在哪里；分子内部如何调整。（包括键的变形、电子云分布  情况、键的破裂与形成等)

1、甲烷的卤代反应机制

实验现象：

为解释这些现象提出了自由基历程（free radical reaction)

链的引发（chain-initiating  step) ：

链的增长（传递)（chain-propagating  step) ：

链的终止（chain-terminating  step) ：

2、卤素对烷烃的反应活性

从热力学角度来考察甲烷卤化反应：

卤素发生取代反应的难易顺序是： F₂ ＞ Cl₂ ＞  Br₂  ＞  I₂

3、烷烃卤代的取向

在室温下，叔、仲、伯氢原子被氯原子夺取的相对速率为5 : 4 : 1。

溴代反应活性： 3°: 2°: 1°= 1600 : 82 : 1

产物的含量由氢的活性和数量共同决定

结论：烷烃的溴代反应的选择性比氯代要好。

4、游离基的构型与稳定性

游离能——1mol 烷烃被夺取1个氢原子后形成游离基所 需要的能量。

游离基的稳定性次序为：3°  ＞ 2°   ＞ 1°   ＞ CH₃·

一般讲，越稳定的游离基越容易生成，其反应速率也越快，这是一个非常有用的通则。可以认为，在许多有游离基生成的反应中，游离基的稳定性支配着反应的取向和活性。

游离基的结构：碳原子为sp2 杂化，为平面型。

（四)、氧化反应（oxidation  reaction)

氧化反应最终产物为CO₂和 H₂O，具体内容见教材32页。

补充知识：生物自由基

生物自由基的来源有外源性和内源性两种。外源性自由基，是由外界的物理或化学等因素产生；而内源性自由基，则是由体内的生物化学反应产生。

在正常生理条件下，机体一方面不断产生自由基 ，另一方面又不断的清除自由基。处于产生和清除平衡状态的生物自由基，不仅不会损伤机体 ，而且还要参与机体的生理代谢。但是，当自由基的产生和清除失去平衡时 ，过多的自由基就会对机体造成损伤 ，从而引起多种疾病 ，甚至诱发癌症和衰老 。

   自由基引发剂和抑制剂（见教材31页)。

复习提问

模型

讲授

讲授

提问

讲授

举例

练习

模型

讲授

讲授

练习

略讲

（★－重点，☆－难点)

5

15分钟

复习引入

模型加强空间印象

强调同系列讨论的意义

1

025分钟

&nbswww.med126.com/jianyan/p;

★举例讲解普通命名法

★举例讲解取代基的命名

★☆烷烃系统命名法步骤

讲解次序规则

问题2-3

强调编号

（第1节课完)――――

10分钟

★☆newmann投影式的书写

对比两种方法

05分钟

★物理性质的内容

   5分钟

20分钟

★☆卤代反应机制

强调卤素的活性

强调自由基的稳定性。

2

5

小

结

1、烷烃的命名是其他化合物命名的基础。

2、构象异构是一个新内容。

3、烷烃的卤代反应机制——自由基的稳定性。

   5分钟

（第2节课完)―――――

复

习

思

考

题

、

作

业

题

1、问题2-1、问题2-2

2、习题2-4、2-6、2-8、

3、烷基的英文名称及简写

下

次

课

预

习

要

点

1、环烷烃的命名。

2、拜耳张力学说。

3、小环烃的开环反应。

4、环己烷的构象。

实

施

情

况

及

分

析