2有机化学课程烷烃教案

课程项目教学设计方案作者：熊颖单位：江西省医药学校2014年3月5日课程周次1授课班级12五年工业分析与检测班授课教师熊颖课题烷烃计划课时4教学目的要求1.让学生了解有机物的同分异构现象2.掌握烷烃的特点和命名3.掌握烷烃的理化性质重点难点重点：烷烃的理化性质难点：有机物的同分异构现象和命名授课方法讲授、示范、操作图例教具课堂教学场所2-506时间分配2学时：烷烃特点和命名2学时：烷烃的理化性质教学设计教师不但要考虑教师主导作用的发挥，更要注重学生认知主体作用的体现，使他们能够在课堂教学过程中发挥积极性、主动性。实训内容第一课时：烷烃特点和命名第二课时：烷烃的理化性质教学过程二、教学步骤1.炔烃的炔烃和二烯烃都是通式为CnH2n-2的不饱和烃，炔烃是分子中含有-C≡C-的不饱和烃，二烯烃是含有两个碳碳双键的不饱和烃，它们是同分异构体，但结构不同，性质各异。第一节炔烃一、炔烃的结构最简单的炔烃是乙炔，现代物理方法证明，乙炔分子是一个线型分子，分子中四个原子排在一条直线上HCCH180°0.106nm0.120nm1sp杂化轨道—35—杂化后形成两个sp杂化轨道（含1/2S和1/2P成分），剩下两个未杂化的P轨道。两个sp杂化轨道成180分布，两个未杂化的P轨道互相垂直，且都垂直于sp杂化轨道轴所在的直线。2三键的形成σCCsp-spσsp-sσsp-sσppppp-pπp-pπ2个π键的电子云桶状分布CHH乙炔的电子云乙炔分子的模型如下：二炔烃的命名1炔烃的系统命名法和烯烃相似，只是将“烯”字改为“炔”字。2烯炔（同时含有三键和双键的分子）的命名：（1）选择含有三键和双键的最长碳链为主链。（2）主链的编号遵循链中双、三键位次最低系列原则。（3）通常使双键具有最小的位次（但两种编号中一种较高时，宜采取较低一种）三炔烃的化学性质1亲电加成(1)与卤素或卤化氢的加成.与HX的加成遵守马氏规则RCCHHXHXRCCHXHRCCHXHXHCH3CCCH3HClCH3COOHCH3CCCH3ClHHClCH3COOHCH3CCCH3ClHClH特点3.反应活性不如烯烃，加Cl2或HCl时必须要催化。可控制反应产物的加成的第一阶段。HCCHCl2FeCl3ClCHCHClCl2FeCl3Cl2CHCHCl2HCCHHCl+HgCl2/C,120~180?orCu2Cl2orHgSO4H2CCHCl特点4.溴化不需要催化剂，但可控制加成反应在第一阶段。CH3CCCH3Br2/Et2O-20℃CH3CCCH3BrBr2Br225℃CH3CBr2CBr2CH3特点5.烯炔的加成首先发生在双键上，即双键活性较叁键高。H2CCHCH2CCH+Br2低温H2CCHCH2CCHBrBr原因：1.叁键的强吸电子性；2.形成烯基碳正离子，不稳定。RCCHE++RCCHE+sp2RCHCH2E++RCHCH2E+sp3(2)水化反应在炔烃加水反应中，先生成一个很不稳定的烯醇，烯醇很快转变为稳定的羰基化合物（酮式结构）。CCOHCCO烯醇式（不稳定）酮式（稳定）这种异构现象称为酮醇互变异构。—38—RCCHHOHH++RCCH2++H2ORCCH2OH2++H2ORCCH2OH+H3+ORCCH2++H2ORCCH2OH2+烯醇RCCH2OHRCCH3O酮(羰基化合物)烯醇与水的加成—库切洛夫反应：CHCH+H2OHgSO4/H2SO4~100℃CH2CHOHCH3CHOCH3CCH+H2OHgSO4/H2SO4CH3CCH2OHCH3CCH3OCCH2OH+H2OHgSO4/H2SO4CCHCCH3O库切洛夫反应是由烯烃制备醛酮(乙炔得到乙醛，其他炔烃得到酮)的好方法，但汞盐会污染环境。(3)与乙硼烷的加成CH3CH2CCH(CH3CH2CHCH)3BCH3CH2CCHB2H6THFCH3CH2CHCHBH2CH3CH2CCH(CH3CH2CHCH)2BHH2O2OH-CH3CH2CHCHBH2(CH3CH2CHCH)2BH(CH3CH2CHCH)3BCH3CH2CHCHOHCH3CH2CH2COH末端炔烃得到醛，非末端炔烃得到酮。2氧化反应(1)KMnO4氧化3CH3COOH+3CO2+8KOH+8MnO28KMnO44H20++CH3CCH10KMnO42H20++HCCH6CO2+10KOH+10MnO(2)O3氧化O3氧化，叁键断裂，生成两个羧酸RCCR'O3CCl4RCOOHR'COOH+由此反应，可以推测原炔烃的结构。(3)CrO3氧化HCC(CH2)7CHC(CH3)2CrO3HCC(CH2)7CHOCH3COCH3+烯炔的氧化首先发生在双键上。3还原反应催化氢化—林德拉催化剂(得到顺式烯烃)液氨中的Na或Li还原(得到反式烯烃)CH3CH2CH2CCCH2CH2CH3NaorLiliq.NH3CCCH2CH2CH3HHCH3CH2CH297%CH3CH2CCCH2CH2CH3NaNH3(l)CCEtHHPr-i98%反应体系不能有水，因为钠与水会发生反应。4亲核加成反应—与醇反应CHCHCH3OH+KOH加热，加压CH2CHOCH3甲基乙烯基醚(非常有用的聚合单体)反应历程如下：CH3OHKOH++H2OCH3OK+-CHCHOCH3-+CHCHOCH3-CH3OHCHCHOCH3-+CHCHOCH3H5炔化物的生产成—末端炔烃的性质三键碳上的氢原子具有微弱酸性（pKa=25），可被金属取代，生成炔化物。生成炔银、炔铜的反应很灵敏，现象明显，可用来鉴定乙炔和端基炔烃。干燥的炔银或炔铜受热或震动时易发生爆炸生成金属和碳。Ag-C≡C-Ag2Ag+2C+364KJ/mol所以，实验完毕，应立即加盐酸将炔化物分解，以免发生危险。Ag-C≡C-Ag+2HClH-C≡C-H+2AgCl乙炔和RC≡C-H在液态氨中与氨基钠作用生成炔化钠。炔化钠是很有用的有机合成中间体，可用来合成炔烃的同系物。例如：CH3CH2C≡CNa+CH3CH2CH2BrCH3CH2C≡CCH2CH2CH3+NaBrR-X=1°RXCH3CH2CCHNaNH2+NH3(l)CH3CH2CC-NaCH3CH2CC-NaHCHHX+d+d-CH3CH2CCCH3H-CC-H≡2AgNO3+2NH4OH2Cu2Cl2+2NH4OHAg-CC-Ag≡Cu-CC-Cu≡2NH4NO3+2H2O2NH4Cl+2H2OR-CC-H≡R-CC-Ag≡R-CC-Cu≡Cu(NH3)2+Ag(NH3)2+乙炔银（白色）乙炔亚铜（棕红色）炔铜（棕红）炔银（白）2H-CC-H≡2NaNH2H-CC-Na≡NH3R-CC-Na≡R-CC-H≡NaNH2NH3NH3(L)液态氨说明：炔氢较活泼的原因是因≡C-H键是sp-s键，其电负性CspHs(Csp=3.29,Hs=2.2)，因而显极性，具有微弱的酸性。四、乙炔（自学）要求：掌握乙却的制法，重要性质[氧化、加成、聚合（特别是二聚），及主要用途。五、炔烃的制备1邻二卤代烷脱卤化氢2由炔化外物制备第二节二烯烃分子中含有两个碳碳双键的烃类化合物称为二烯烃。一、二烯烃的分类和命名1分类（根据两个双键的相对位置可把二烯烃分为三类）累积二烯烃-C=C=C-二烯烃共轭二烯烃-C=CH-CH=CH-孤立二烯烃-C=CH(CH2)nCH=C-n≥1孤立二烯烃的性质和单烯烃相似，累积二烯烃的数量少且实际应用的也不多。共轭二烯烃有不同于共轭二烯烃的一些特性，在理论和实际应用上都很重要。下面我们主要讨论共轭二烯烃。2命名（1）和烯烃的命名一样称为某几烯CH3CH=CH-C=CH2CH3甲基戊二烯2--1，3-（2）多烯烃的顺反异构的标出（每一个双键的构型均应标出）。例如：≡R-CC-Na≡R-CC-R'R'XNaX(Li)LiX—42—CCCH3H3CHCCCH3CH2CH3H(Z),(Z)-2,5-=-2,4-甲基庚二烯实例：CH2CCH3CHCH21,31,3--cyclopentadienecyclopentadiene22--甲基甲基--1,31,3--丁二烯丁二烯CHCHCHCH2CH1,31,3--环戊二烯环戊二烯22--methylmethyl--1,31,3--butadienebutadieneCH2CHCHCHCHCH21,3,51,3,5--己三烯己三烯1,3,51,3,5--hexatrienehexatriene((2Z,4Z2Z,4Z))--2,42,4--己二烯己二烯(2Z,4Z)(2Z,4Z)--2,42,4--hexadienehexadieneCCCH3HCCH3HH123456ss--顺顺--1,31,3--丁二烯丁二烯ss--((Z)Z)--1,31,3--丁二烯丁二烯ss--反反--1,31,3--丁二烯丁二烯ss--((E)E)--1,31,3--丁二烯丁二烯二、二烯烃结构1．丙二烯烃(累积二烯烃)结构HCCCsp2spsp2HHHCHHCCHH118.4°0.131nm2．共轭二烯烃结构（以1，3-丁二烯为例）丁二烯分子中碳原子都以杂化轨道相互重叠或与氢的轨道重叠，形成三个C－Cσ键和6个C－Hσ键，所有的原子都在同一平面上，键角都接近于120?。此外，每个碳原子上未参与杂化的轨道均垂直于上述平面，四个轨道的对称轴互相平行侧面重叠，形成了包含四个碳原子的四电子共轭体系。CHCCCHHHHHHHHH平面共轭结构平面共轭结构丁二烯分子中的单、双键已经没有了他们特有的特征，而是介于单、双键之间的一种状态，其原因是分子中双键离域作用的影响。0.1337nm(0.1337nm(0.1330nm0.1330nm))0.1483nm(0.1483nm(0.1534nm,0.1534nm,显示部分显示部分双键双键性质性质))0.1337nm(0.1337nm(0.1330nm0.1330nm))氢化热氢化热::理论理论251251kJ/mol,kJ/mol,实际实际238238kJ/molkJ/mol三、共轭二烯烃的反应共轭二烯烃具有烯烃的通性，但由于是共轭体系，故又具有共轭二烯烃的特有性质。1．1,4-加成反应共轭二烯烃进行加成时，既可1，2加成，也可1，4加成，1，2-加成和1，4-加成是同时发升的，哪一反应占优，决定于反应的温度，反应物的结构，产物的稳定性和溶剂的极性。极性溶剂，较高温度有利于1,4-加成；非极性溶剂较低温度，有利于1,2-加成。CH2=CH-CH=CH2Br2CHCl3-15℃CH2-CH-CH=CH2CH2-CH=CH-CH2BrBrBrBr37%63%54%46%Br2-15℃正己烷CH2=CH-CH=CH2CH2-CH-CH=CH2CH2-CH=CH-CH2HBrHBr醚醚-8040℃℃80%20%20%80%为什么即有1,2-加成，又有1,4-加成：这是由反应历程决定的（其加成反应为亲电加成历程）CH2CHCHCH2δ＋δ＋δ－δ－+H+CH2CHCHCH2+CH2CHCHCH2+δ＋δ＋δ－CH2CHCHCH2+pπδ＋δ＋δ－CH2CHCHCH2+Cl-①②1,4-加成1,2-加成①②CH2CHCHCH2ClCH2CHCHCH2Cl所以Br-既可加到C2上，也可加到C4上。加到C2得1，2-加成产物，加到C4上得1，4-加成产物。反应条件不同，产率不同的原因：—45—1°速度控制与平衡控制1，2-加成反应的活化能低，为速度控制（动力学控制）产物，故低温主要为1，2-加成。1，4-加成反应的活化能较高，但逆反应的活化能更高，一但生成，不易逆转，故在高温时为平衡控制（热力学控制）的产物，主要生成1，4-加成产物。见位能曲线图。在有机反应中，一种反应物可以向多种产物方向转变时，在反应未达到平衡前，利用反应快速的特点来控制产物组成比例的即为速度控制。速度控制往往是通过缩短反应时间或降低反应温度来达到目的。利用平衡到达来控制产物组成比例的反应即平衡控制，平衡控制一般是通过延长反应时间或提高反应温度使反应达到平