有機(jī)化學(xué)-授課教案第二章 烷烴和環(huán)烷烴:

課程名稱(chēng)

有機(jī)化學(xué)

年級(jí)

2009

專(zhuān)業(yè)、層次

醫(yī)學(xué)本科

授課教師

職稱(chēng)

課型

理論大課

學(xué)時(shí)

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(shū)

《有機(jī)化學(xué)》第七版 呂以仙主編  人民衛(wèi)生出版社

15頁(yè)- 25頁(yè)

參考書(shū)：基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)  邢其毅主編   化學(xué)工業(yè)出版社

目的與要求：掌握烷烴的異構(gòu)現(xiàn)象（構(gòu)造異構(gòu)、構(gòu)象異構(gòu)等基本理論)。

掌握烷烴的命名方法。

掌握烷烴的性質(zhì)——鹵代反應(yīng)及其機(jī)制。

教學(xué)內(nèi)容與時(shí)間安排、教學(xué)方法：

   1、烷烴的結(jié)構(gòu)。 15分鐘

   2、烷烴的構(gòu)造異構(gòu)和命名。   25分鐘

   3、烷烴的構(gòu)象異構(gòu)。   10分鐘

   4、烷烴的物理性質(zhì)。   5分鐘

   5、烷烴的化學(xué)性質(zhì)。   20分鐘

   6、小結(jié)   5分鐘

   教學(xué)方法：CAI  、模型、講授法、練習(xí)法。

教學(xué)重點(diǎn)及如何突出重點(diǎn)、難點(diǎn)及如何突破難點(diǎn)：

教學(xué)重點(diǎn)：烷烴的命名。

烷烴的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)

教學(xué)難點(diǎn)：烷烴的構(gòu)象異構(gòu)。

烷烴的鹵代反應(yīng)機(jī)制。

教研室審閱意見(jiàn)：

  教研室主任簽名：

   年   月 日

基本內(nèi)容

教學(xué)手段

課堂設(shè)計(jì)和時(shí)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?xì)浠�合物也稱(chēng)為烴（hydrocarbon)。

分類(lèi)：

§1  烷   烴（alkane)

一、烷烴的結(jié)構(gòu)

（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(diǎn)：沿鍵軸方向頭對(duì)頭重疊；兩個(gè)成鍵原子可繞鍵軸“自由”旋轉(zhuǎn)。

（三)、烷烴的分子模型

（四)烷烴的通式和同系列

這些結(jié)構(gòu)上相似而組成上相鄰的兩個(gè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和特性相似的化合物，叫做同系物( homolog )。

強(qiáng)調(diào):研究同系物的意義

① 同系物化學(xué)性質(zhì)相似。

②同系物的物理性質(zhì)隨碳原子數(shù)的增加規(guī)律性變化。

③第一個(gè)化合物的性質(zhì)比較特殊。

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

（五)、碳原子的類(lèi)型

與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子分別稱(chēng)為伯、仲、叔氫原子。不同類(lèi)型的氫原子在同一反應(yīng)中的反應(yīng)性能是有一定差別。

二、烷烴的構(gòu)造異構(gòu)和命名

（一)、烷烴的碳鏈異構(gòu)

分子式相同的不同化合物叫做同分異構(gòu)體（簡(jiǎn)稱(chēng)異構(gòu)體  isomer)。這種現(xiàn)象叫做同分異構(gòu)現(xiàn)象。

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

異構(gòu)體數(shù)目

 如 戊烷   C5H12  3

己烷   C6H14  5

壬烷   C9H20  35

構(gòu)造：有機(jī)分子中原子或基團(tuán)相互連接的方式和順序

構(gòu)造異構(gòu)體：具有相同分子式，分子中原子或基團(tuán)因連接順序不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體。

C_nH_2n+2有多少個(gè)異構(gòu)體？

（二)、烷烴的命名

1、普通命名法(common  nomenclature)

(1)直鏈烷烴

1-10個(gè)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(gè)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(gè)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(gòu)體的命名

異戊烷，正戊烷，新戊烷

特點(diǎn)：直觀(guān)、與總碳數(shù)有關(guān)。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(guó)際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC)的命名原則，結(jié)合我國(guó)文字的特點(diǎn)，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(duì)于直鏈烷烴的命名和普通命名法是基本相同的，僅不寫(xiě)上“正”字。

例：CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃  

通常情況下：對(duì)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(gè)氫原子后，剩下的原子團(tuán)叫烴基。脂肪烴去掉一個(gè)氫原子剩下的基團(tuán)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(zhǎng)的碳鏈為主鏈。支鏈當(dāng)作取代基。

Ⅱ 編號(hào)——從靠近支鏈的一端開(kāi)始，編號(hào)時(shí)應(yīng)盡可能使取代

  基具有最低編號(hào)。

當(dāng)幾種可能的編號(hào)方向時(shí)，應(yīng)當(dāng)選定使取代基具有“最低系列”的那種編號(hào)（即順次逐項(xiàng)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(zhǎng)時(shí)，從小取代基一端開(kāi)始編號(hào)。

Ⅲ “先小后大，同基合并”——有不同取代基時(shí)，把小取代基名稱(chēng)寫(xiě)在前面，大取代基寫(xiě)在后面。相同取代基合并起來(lái)，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(zhǎng)的最長(zhǎng)碳鏈可供選擇時(shí)，應(yīng)選擇取代基最多 的碳鏈為主鏈。

Ⅴ 復(fù)雜的取代基需要編號(hào)時(shí)，由與主鏈相連的碳原子開(kāi)始 編號(hào)。它們的全名可放在括號(hào)中（或用帶撇號(hào)的數(shù)字來(lái)標(biāo)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(gè)數(shù)分別用詞頭di、tri、tetra分別表示二、三、四。

基團(tuán)次序以字母序數(shù)為序，其余與中文命名相同

三、烷烴的構(gòu)象異構(gòu)

構(gòu)象( conformation)——圍繞碳碳σ鍵旋轉(zhuǎn)而使分子中原子或基團(tuán)在空間的不同排列方式。

構(gòu)象異構(gòu)體( conformation  isomer)——由單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的異構(gòu)體。其數(shù)目為無(wú)數(shù)多個(gè)，一般僅表示出其極端結(jié)構(gòu)式。

表示方法：

鋸架式（透視式)

紐曼投影式

（一)、乙烷的構(gòu)象

乙烷分子中兩個(gè)極端的空間構(gòu)象：

交叉式

重疊式

穩(wěn)定性：交叉式>重疊式

（二)、丁烷的構(gòu)象

以C₂-C₃為觀(guān)察對(duì)象

共出現(xiàn)四種極限式

穩(wěn)定性：對(duì)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(shì)構(gòu)象為能量最低的對(duì)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(zhì)

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(diǎn)（b.P.)

① 直鏈烷烴，碳數(shù)增加，則沸點(diǎn)升高。

②　同數(shù)碳烷烴，直鏈比支鏈沸點(diǎn)高。

3、熔點(diǎn)（m.P.)

直鏈烷烴的熔點(diǎn)與分子中碳原子數(shù)的關(guān)系

① 碳數(shù)升高，則熔點(diǎn)升高。

② 偶數(shù)碳鏈比奇數(shù)碳鏈稍高。

③ 同數(shù)碳異構(gòu)體：新 ＞ 正 ＞ 異。

一般含碳原子數(shù)相同的烷烴的熔點(diǎn)是隨著分子的對(duì)稱(chēng)性增加而升高的，分子越對(duì)稱(chēng)，它們?cè)诰Ц裰信帕性骄o密，分子之間的范德華作用力也越強(qiáng)，故熔點(diǎn)越高。

4. 相對(duì)密度（D)

相對(duì)密度與分子引力有關(guān)，分子間引力增大，分子間的距離相應(yīng)減少，故相對(duì)密度就增大。

5. 水溶性

烷烴幾乎不溶于水，但易溶于有機(jī)溶zxtf.net.cn劑。

結(jié)構(gòu)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(jīng)驗(yàn)溶解規(guī)律。

五、烷烴的化學(xué)性質(zhì)

（一)、穩(wěn)定性

在常溫下烷烴的化學(xué)性質(zhì)很不活潑，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)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(jìn)攻。

應(yīng)用：液體石蠟作腸道潤(rùn)滑劑、滴鼻劑的溶劑或基質(zhì)；凡士林作軟膏的基質(zhì)，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(yīng)

有機(jī)化合物分子中的氫（或其他原子)或基團(tuán)被另一種原子或基團(tuán)取代的化學(xué)反應(yīng)，稱(chēng)為取代反應(yīng)（substitution reaction) .

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

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

 (三)、鹵代反應(yīng)的機(jī)制

定義：反應(yīng)機(jī)制是某個(gè)化學(xué)反應(yīng)逐步變化過(guò)程的描述。又叫反應(yīng)歷程或反應(yīng)機(jī)理（reaction  merchanism) 。

反應(yīng)機(jī)制是在綜合實(shí)驗(yàn)事實(shí)后提出的理論假說(shuō)。但提出的假說(shuō)必須能完滿(mǎn)地解釋觀(guān)察到的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，同時(shí)根據(jù)這個(gè)假說(shuō)所作的推斷被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，它與其它有關(guān)反應(yīng)的機(jī)理又沒(méi)有矛盾。

反應(yīng)機(jī)制主要說(shuō)明：反應(yīng)分幾步進(jìn)行；反應(yīng)的中心在哪里；分子內(nèi)部如何調(diào)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(yīng)機(jī)制

實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)（傳遞)（chain-propagating  step) ：

鏈的終止（chain-terminating  step) ：

2、鹵素對(duì)烷烴的反應(yīng)活性

從熱力學(xué)角度來(lái)考察甲烷鹵化反應(yīng)：

鹵素發(fā)生取代反應(yīng)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(duì)速率為5 : 4 : 1。

溴代反應(yīng)活性： 3°: 2°: 1°= 1600 : 82 : 1

產(chǎn)物的含量由氫的活性和數(shù)量共同決定

結(jié)論：烷烴的溴代反應(yīng)的選擇性比氯代要好。

4、游離基的構(gòu)型與穩(wěn)定性

游離能——1mol 烷烴被奪取1個(gè)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?yàn)椋?°  ＞ 2°   ＞ 1°   ＞ CH₃·

一般講，越穩(wěn)定的游離基越容易生成，其反應(yīng)速率也越快，這是一個(gè)非常有用的通則�？梢哉J(rèn)為，在許多有游離基生成的反應(yīng)中，游離基的穩(wěn)定性支配著反應(yīng)的取向和活性。

游離基的結(jié)構(gòu)：碳原子為sp2 雜化，為平面型。

（四)、氧化反應(yīng)（oxidation  reaction)

氧化反應(yīng)最終產(chǎn)物為CO₂和 H₂O，具體內(nèi)容見(jiàn)教材32頁(yè)。

補(bǔ)充知識(shí)：生物自由基

生物自由基的來(lái)源有外源性和內(nèi)源性?xún)煞N。外源性自由基，是由外界的物理或化學(xué)等因素產(chǎn)生；而內(nèi)源性自由基，則是由體內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。

在正常生理?xiàng)l件下，機(jī)體一方面不斷產(chǎn)生自由基 ，另一方面又不斷的清除自由基。處于產(chǎn)生和清除平衡狀態(tài)的生物自由基，不僅不會(huì)損傷機(jī)體 ，而且還要參與機(jī)體的生理代謝。但是，當(dāng)自由基的產(chǎn)生和清除失去平衡時(shí) ，過(guò)多的自由基就會(huì)對(duì)機(jī)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(jiàn)教材31頁(yè))。

復(fù)習(xí)提問(wèn)

模型

講授

講授

提問(wèn)

講授

舉例

練習(xí)

模型

講授

講授

練習(xí)

略講

（★－重點(diǎn)，☆－難點(diǎn))

5

15分鐘

復(fù)習(xí)引入

模型加強(qiáng)空間印象

強(qiáng)調(diào)同系列討論的意義

1

025分鐘

&nbszxtf.net.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(wèn)題2-3

強(qiáng)調(diào)編號(hào)

（第1節(jié)課完)――――

10分鐘

★☆newmann投影式的書(shū)寫(xiě)

對(duì)比兩種方法

05分鐘

★物理性質(zhì)的內(nèi)容

   5分鐘

20分鐘

★☆鹵代反應(yīng)機(jī)制

強(qiáng)調(diào)鹵素的活性

強(qiáng)調(diào)自由基的穩(wěn)定性。

2

5

小

結(jié)

1、烷烴的命名是其他化合物命名的基礎(chǔ)。

2、構(gòu)象異構(gòu)是一個(gè)新內(nèi)容。

3、烷烴的鹵代反應(yīng)機(jī)制——自由基的穩(wěn)定性。

   5分鐘

（第2節(jié)課完)―――――

復(fù)

習(xí)

思

考

題

、

作

業(yè)

題

1、問(wèn)題2-1、問(wèn)題2-2

2、習(xí)題2-4、2-6、2-8、

3、烷基的英文名稱(chēng)及簡(jiǎn)寫(xiě)

下

次

課

預(yù)

習(xí)

要

點(diǎn)

1、環(huán)烷烴的命名。

2、拜耳張力學(xué)說(shuō)。

3、小環(huán)烴的開(kāi)環(huán)反應(yīng)。

4、環(huán)己烷的構(gòu)象。

實(shí)

施

情

況

及

分

析