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第二章烷烃新本讲稿第一页，共七十六页2.1.1 烃烃(hydrocarbon)的定义：的定义：由由碳碳和和氢氢两两种种元元素素形形成成的的有有机机物物叫叫做做烃，也叫碳氢化合物烃，也叫碳氢化合物.2.1 烃简介烃简介本讲稿第二页，共七十六页2.1.2 烃的分类：烃的分类：依据碳架分：依据碳架分：烃烃(碳氢化合物碳氢化合物)开链烃开链烃环环 烃烃直链烃直链烃支链烃支链烃脂环烃脂环烃杂环烃杂环烃本讲稿第三页，共七十六页本讲稿第四页，共七十六页依据碳原子的结合方式可分为：依据碳原子的结合方式可分为：饱饱和和烃烃(烷烷烃烃)(saturated hydrocarbon):烷烷烃烃结结构构中中碳碳原原子子以以单单键键和和其其它它原原子子(C or H)相连相连;不不饱饱和和烃烃(unsaturated hydrocarbron):不饱和烃中存在以多重键相连的碳原子不饱和烃中存在以多重键相连的碳原子;本讲稿第五页，共七十六页本讲稿第六页，共七十六页2.2 同系列和同分异构同系列和同分异构2.2.1 烷烃的通式烷烃的通式及相关概念及相关概念本讲稿第七页，共七十六页同同系系列列：结结构构相相似似、组组成成上上相相差差一一个个或或多多 个个 CH2的的 一一 系系 列列 化化 合合 物物 称称 为为 同同 系系 列列(homologous series)；同同系系物物(homolog):同同系系列列中中的的各各化化合合物物互称为同系物；同系物的性质相似；互称为同系物；同系物的性质相似；系系(列列)差差：同同系系列列中中，两两个个不不同同分分子子的的相相差的差的CH2单元的数目称为系差；单元的数目称为系差；本讲稿第八页，共七十六页2.2.2 同分异构现象和同分异构体同分异构现象和同分异构体同同分分异异构构体体(constitutional isomer or structural isomers)：具具有有相相同同的的分分子子式式，但原子的连接顺序不同的分子但原子的连接顺序不同的分子.本讲稿第九页，共七十六页CHCH4 4C C2 2H H6 6C C3 3H H8 8无异构体无异构体无异构体无异构体 C1C3烷烃无异构现象烷烃无异构现象本讲稿第十页，共七十六页C4H10C5H12C6H14C20H42366,319235同分异构体数同分异构体数同分异构体数同分异构体数同分异构体同分异构体同分异构体同分异构体C4 以上烷烃出现同分异构现象以上烷烃出现同分异构现象本讲稿第十一页，共七十六页2.2.3 有机化学中的异构现象有机化学中的异构现象本讲稿第十二页，共七十六页例：烷烃同分异构体的推导例：烷烃同分异构体的推导:C C6 6H H14141.写写出出这这个个烷烷烃烃的的碳碳数数最最长长的的直直链链式式,作作为为其其一个异构体一个异构体:本讲稿第十三页，共七十六页2.写写出出少少一一个个碳碳原原子子的的直直链链式式做做主主链链，把把一一个碳当作支链，依次取代支链碳上的氢：个碳当作支链，依次取代支链碳上的氢：本讲稿第十四页，共七十六页3、再再写写出出少少两两个个碳碳原原子子的的直直链链式式，把把两两个个原原子子当当作作两两个个支支链链或或一一个个支支链链分分别别取取代代氢原子氢原子;本讲稿第十五页，共七十六页3.继继续续减减少少主主链链的的碳碳原原子子数数导导致致的的结结构构与与前前述异构体相同述异构体相同,忽略忽略;本讲稿第十六页，共七十六页1 1 C C（伯碳，伯碳，一级碳一级碳）primary carbon2 2 C C（仲碳仲碳，二级碳二级碳二级碳二级碳）secondary carbontertiary carbon3 3 C C （叔碳，叔碳，三级碳三级碳）4 4 C C （季碳，季碳，四级碳四级碳）quaternary carbon1 1 H H（伯氢伯氢伯氢伯氢）2 2 H H（仲氢仲氢仲氢仲氢）3 3 H H（叔氢叔氢叔氢叔氢）2.2.4 碳原子的四种类型碳原子的四种类型本讲稿第十七页，共七十六页例：分析下列化合物所含碳原子种类例：分析下列化合物所含碳原子种类本讲稿第十八页，共七十六页碳原子种类的扩展碳原子种类的扩展1 自由基自由基（伯自由基）（伯自由基）2 自由基自由基（仲自由基）（仲自由基）3 自由基自由基（叔自由基）（叔自由基）1 碳负离子碳负离子（伯碳负离子伯碳负离子伯碳负离子伯碳负离子）3 碳正离子碳正离子（伯碳正离子伯碳正离子伯碳正离子伯碳正离子）本讲稿第十九页，共七十六页2.3 烷烃的命名烷烃的命名2.3.1 普通命名法普通命名法：十十个个碳碳以以下下的的用用甲甲、乙乙、丙丙、丁丁、戊戊、己、庚、辛、壬、癸加后缀己、庚、辛、壬、癸加后缀“烷烷”;十个碳以上的用数字加十个碳以上的用数字加“烷烷”.本讲稿第二十页，共七十六页中文名中文名英文名英文名乙乙乙乙烷烷烷烷甲甲甲甲烷烷烷烷丙丙丙丙烷烷烷烷ethethaneanemethmethaneaneproppropaneanel l 碳原子碳原子数目数目+烷烷；l英文命名用词尾英文命名用词尾-ane表示烷烃表示烷烃C1C2C3本讲稿第二十一页，共七十六页 异构词头用词头异构词头用词头异构词头用词头异构词头用词头“正正正正”、“异异异异”和和和和“新新新新”等区分等区分等区分等区分 相应的英文词头为相应的英文词头为相应的英文词头为相应的英文词头为 n n-(normal)(normal)、isoiso和和和和neoneo（注意不加（注意不加（注意不加（注意不加“-”）中文名中文名英文名英文名正正正正丁烷丁烷丁烷丁烷异异异异丁烷丁烷丁烷丁烷正正正正戊烷戊烷戊烷戊烷异异异异戊烷戊烷戊烷戊烷新新新新戊烷戊烷戊烷戊烷n n-butbutaneaneIso-Iso-butbutaneanen n-pentpentaneaneIso-Iso-pentpentaneaneNeo-pentNeo-pentaneaneC4C5本讲稿第二十二页，共七十六页C6正正正正己烷己烷己烷己烷异异异异己烷己烷己烷己烷新新新新己烷己烷己烷己烷n n-hexhexaneaneIso-Iso-hexhexaneaneNeo-Neo-hexhexaneane中文名中文名英文名英文名如何命名如何命名？如何命名？如何命名？本讲稿第二十三页，共七十六页正庚烷正庚烷正庚烷正庚烷正辛烷正辛烷正辛烷正辛烷正壬烷正壬烷正壬烷正壬烷正癸烷正癸烷正癸烷正癸烷正正正正十一十一十一十一烷烷烷烷正正正正十二十二十二十二烷烷烷烷正正正正十三十三十三十三烷烷烷烷正正正正二十二十二十二十烷烷烷烷n-heptn-heptaneanen-octn-octaneanen-nonn-nonaneanen-decn-decaneanen-undecn-undecaneanen-dodecn-dodecaneanen-tridecn-tridecaneanen-eicosn-eicosaneane碳原子数为碳原子数为10以上时用以上时用”大写数字大写数字+烷烷”表示表示C7C8C9C10C11C12C13C20中文名中文名英文名英文名本讲稿第二十四页，共七十六页普通命名法：普通命名法：普通命名法：普通命名法：异丁烷异丁烷异丁烷异丁烷IUPAC命名法：命名法：2-甲基甲基丙烷丙烷本讲稿第二十五页，共七十六页烷烷基基：烷烷烃烃分分子子中中去去掉掉一一个个氢氢原原子子后后余余下下的部分的部分.烷烃烷烃烷基烷基本讲稿第二十六页，共七十六页一些常见的烷基一些常见的烷基本讲稿第二十七页，共七十六页本讲稿第二十八页，共七十六页本讲稿第二十九页，共七十六页2.3.2 IUPAC命名法命名法(系统命名法系统命名法)基本方法：基本方法：1、选选定定一一条条最最长长碳碳链链作作为为主主链链，主主链链碳碳原原子子上上的的其其它它基基团团作作为为主主链链上上的的取取代代基基，主链的命名与普通命名法相同；主链的命名与普通命名法相同；2、给取代基编号，使其、给取代基编号，使其位号最小位号最小；本讲稿第三十页，共七十六页3、在在书书写写烷烷烃烃名名称称时时，先先写写次次序序低低的的取取代代基基，后后写写次次序序较较高高的的取取代代基基，数数字字及及取取代代基基之之间间用用“-”线线隔隔开开.(英英文文名名按按取取代代基基第第一字母顺序写一字母顺序写).2,3-二甲基二甲基-3-氯氯-戊烷戊烷本讲稿第三十一页，共七十六页例一例一.主链的选择与编号：主链的选择与编号：选择最长碳链为主链，使取代基编号数字最小；选择最长碳链为主链，使取代基编号数字最小；本讲稿第三十二页，共七十六页相同取代基合并用大写数字表示相同取代基合并用大写数字表示.例二例二.主链的选择与编号：主链的选择与编号：当当主主链链上上有有几几个个支支链链时时，遵遵循循最最低低序序列列,即即编号中最先遇到位次较小者；编号中最先遇到位次较小者；本讲稿第三十三页，共七十六页本讲稿第三十四页，共七十六页例例三三.取取代代基基最最多多的的链链为为主主链链，小小基基团团排在前面（英文以字母顺序排列）排在前面（英文以字母顺序排列）本讲稿第三十五页，共七十六页例例四四.主主链链上上不不同同基基团团编编号号相相同同时时，使使小取代基编号最小；小取代基编号最小；本讲稿第三十六页，共七十六页u含支链的取代基的烃的命名含支链的取代基的烃的命名仲丁基仲丁基仲丁基仲丁基2 2-丁基丁基丁基丁基1 1-甲基丙基甲基丙基甲基丙基甲基丙基 2,7 2,7-二甲基二甲基二甲基二甲基-4 4-仲丁基仲丁基仲丁基仲丁基辛烷辛烷辛烷辛烷 2,7 2,7-二甲基二甲基二甲基二甲基-4 4-(2(2-丁基丁基丁基丁基)辛烷辛烷辛烷辛烷2,72,7-二甲基二甲基二甲基二甲基-4 4-(1(1-甲基丙基甲基丙基甲基丙基甲基丙基)辛烷辛烷辛烷辛烷这样选取主链及编这样选取主链及编号是否合适？号是否合适？本讲稿第三十七页，共七十六页取代基的次序规则：取代基的次序规则：次次序序规规则则来来规规定定取取代代基基的的列列出出顺顺序序，次次序序较较大大的的取取代代基基为为较较优优基基团团，命命名名时时尽尽量量列列在在较较后：后：原原子子序序数数大大的的次次序序大大，同同位位素素中中质质量量高高的的次序大次序大.如：如：IBrClSOCDH；本讲稿第三十八页，共七十六页如如果果与与母母体体相相连连的的第第一一个个原原子子相相同同，则则比比较较与与第第一一个个原原子子相相连连的的第第二二个个原原子子，以以此此类推；类推；本讲稿第三十九页，共七十六页含含有有双双键键或或叁叁键键的的原原子子团团，可可以以认认为为连连有有两个或叁个相同的原子；两个或叁个相同的原子；本讲稿第四十页，共七十六页2.3 烷烃的结构烷烃的结构2.3.1 烷烃结构的表示方法烷烃结构的表示方法本讲稿第四十一页，共七十六页2.3.2 碳原子的碳原子的SP3杂化图示杂化图示轨道电子云形状轨道电子云形状本讲稿第四十二页，共七十六页2.3.3 烷烃分子的成键烷烃分子的成键甲甲烷烷分分子子中中原原子子轨轨道道重重叠叠：4个个C-H 键键(SP3-S)；本讲稿第四十三页，共七十六页乙乙烷烷分分子子中中原原子子轨轨道道重重叠叠：6个个C-H 键键(SP3-S)，1个个C-C 键键(SP3-SP3)；乙烷骨架乙烷骨架SP3-SP3 键键本讲稿第四十四页，共七十六页键键的的电电子子云云分分布布具具有有圆圆柱柱形形的的轴轴对对称称，以以键键相相连连接接的的两两个个原原子子可可以以绕绕键键轴轴自自由由旋旋转；转；本讲稿第四十五页，共七十六页2.4 乙烷和丁烷的构象乙烷和丁烷的构象2.4.1 构象概念构象概念构构象象(conformation)：由由于于键键能能绕绕键键轴轴旋旋转转而而产产生生的的分分子子中中基基团团的的相相对对位位置置的不同形式的不同形式.每每一一特特定定的的构构象象对对应应的的分分子子立立体体构构型型叫叫一个一个构象异构体构象异构体.本讲稿第四十六页，共七十六页构象异构体有无限多，其中最稳定的称构象异构体有无限多，其中最稳定的称为为优势构象优势构象；本讲稿第四十七页，共七十六页2.4.2 描述立体结构的几种方式描述立体结构的几种方式伞形式伞形式锯架式锯架式Newman投影式投影式锯架式又称透视式；锯架式又称透视式；本讲稿第四十八页，共七十六页投投影影式式即即纽纽曼曼投投影影式式，在在碳碳键键轴轴向向观观察察，用用圆圆圈圈表表示示近近处处的的碳碳原原子子，其其上上连连接接的的三三个基团用直线自圆心引出；个基团用直线自圆心引出；本讲稿第四十九页，共七十六页2.4.3 乙烷的构象乙烷的构象乙烷的两种乙烷的两种极限构象极限构象在在构构象象转转化化时时，尽尽管管键键能能轴轴向向旋旋转转，但但由由于于邻邻近近基基团团的的位位阻阻和和排排斥斥形形成成扭扭转转力力，构构象象之之间间转转化化需要的能量称需要的能量称扭转能扭转能；本讲稿第五十页，共七十六页交叉式构象交叉式构象交叉式构象交叉式构象staggeredstaggered扭曲式构象扭曲式构象扭曲式构象扭曲式构象skewedskewed重叠式构象重叠式构象重叠式构象重叠式构象EclipsedEclipsed原子间距离最远原子间距离最远原子间距离最远原子间距离最远内能较低内能较低内能较低内能较低（最稳定）（最稳定）（最稳定）（最稳定）（有无数个）（有无数个）（有无数个）（有无数个）小于两个小于两个H 的的von der waals 半半径（径（1.2）之和，）之和，有排斥力有排斥力von der waals排斥力，排斥力，内能较高内能较高内能较高内能较高（最不稳定）（最不稳定）（最不稳定）（最不稳定）本讲稿第五十一页，共七十六页乙烷构象转换与势能关系图乙烷构象转换与势能关系图乙烷构象转换与势能关系图乙烷构象转换与势能关系图旋转中须克服能垒旋转中须克服能垒扭转张力扭转张力l 电子云排斥电子云排斥l 相邻相邻两两H间的间的von der waals排斥排斥力力一般情况下一般情况下(T-250oC):单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。构象式上。一群乙烷分子：某一时刻，绝大多一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。数分子在稳定的构象式上。本讲稿第五十二页，共七十六页2.4.4 丁烷的构象丁烷的构象部分重叠式部分重叠式部分重叠式部分重叠式较不稳定较不稳定邻位交叉式邻位交叉式（gauche）较稳定较稳定交叉式（交叉式（anti）（反交叉式）（反交叉式）最稳定最稳定全重叠式全重叠式全重叠式全重叠式最不稳定最不稳定邻位交叉式邻位交叉式（gauche）本讲稿第五十三页，共七十六页丁烷构象转换与势能关系图丁烷构象转换与势能关系图丁烷构象转换与势能关系图丁烷构象转换与势能关系图本讲稿第五十四页，共七十六页构型异构体构型异构体构型异构体构型异构体l l 不可转换不可转换不可转换不可转换l l 理论上可分离理论上可分离理论上可分离理论上可分离构象异构体构象异构体构象异构体构象异构体 可通过单键旋转转换可通过单键旋转转换可通过单键旋转转换可通过单键旋转转换 一般无法分离一般无法分离一般无法分离一般无法分离2.4.5 立体异构体概述立体异构体概述立立体体异异构构体体：由由原原子子或或基基团团在在空空间间的的排排列列(或或连连接接)方方式式不不同同所所产产生生的的异异构构体体(包包括括构构型异构体和构象异构体型异构体和构象异构体).本讲稿第五十五页，共七十六页2.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质物物理理常常数数：纯纯物物质质的的物物理理性性质质(熔熔点点、沸沸点点、溶溶解解度度、折折光光率率等等)在在一一定定条条件件下下恒恒定不变定不变.物物理理常常数数可可用用于于鉴鉴定定物物质质纯纯度度或或定定性性鉴鉴定；定；同同系系列列中中物物质质的的物物理理常常数数随随系系差差增增加加而而单单调递变调递变;本讲稿第五十六页，共七十六页烷烃的物理常数：烷烃的物理常数：随随系系差差增增加加,熔熔、沸沸点点升升高高：C1C4气气体体，C5C17为液体，为液体，C18以上为固体；以上为固体；烷烷烃烃同同分分异异构构体体的的熔熔沸沸点点随随支支链链增增多多而而降低；降低；本讲稿第五十七页，共七十六页烷烷烃烃的的密密度度随随系系差差增增加加而而增增大大,但但都都小小于于1；溶解性：不溶于水而溶于有机溶剂；溶解性：不溶于水而溶于有机溶剂；本讲稿第五十八页，共七十六页2.6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质烷烃的结构烷烃的结构 l一般情况下烷烃不活泼、耐酸碱，常用作一般情况下烷烃不活泼、耐酸碱，常用作低极性溶剂；低极性溶剂；l烷烃可与卤素发生烷烃可与卤素发生自由基取代反应自由基取代反应；sp3 杂杂化化已饱和已饱和不能加不能加成成低极性共价低极性共价键键H 酸性小酸性小不易被置换不易被置换本讲稿第五十九页，共七十六页2.6.1 烷烃的卤代反应烷烃的卤代反应l甲烷的卤代反应甲烷的卤代反应(氯代氯代和和溴代溴代)甲烷的氯代反应甲烷的氯代反应本讲稿第六十页，共七十六页反应特点反应特点:反应条件反应条件:需要光照或加热；需要光照或加热；光光照照时时吸吸收收一一个个光光子子可可产产生生几几千千个个氯氯甲甲烷烷(反应有引发过程反应有引发过程)；有有O2存存在在时时反反应应延延迟迟，过过后后正正常常.延延迟迟时时间与间与O2量有关量有关.本讲稿第六十一页，共七十六页反应机理反应机理:包括三步过程；包括三步过程；链引发：链引发：本讲稿第六十二页，共七十六页链增长：链增长：甲基自由基甲基自由基本讲稿第六十三页，共七十六页链增长过程可不断地循环进行链增长过程可不断地循环进行;链增长过程是连串反应链增长过程是连串反应,能引起副反应能引起副反应;本讲稿第六十四页，共七十六页链终止：自由基消失，反应终止链终止：自由基消失，反应终止.本讲稿第六十五页，共七十六页甲烷的氯代反应机理的表达甲烷的氯代反应机理的表达自由基自由基自由基自由基中间体中间体中间体中间体自由基型自由基型自由基型自由基型链反应（链反应（链反应（链反应（chain reactionchain reaction）本讲稿第六十六页，共七十六页甲烷的氯代反应机理的定速步骤甲烷的氯代反应机理的定速步骤D D D DH H(反应热反应热反应热反应热)+7.5 kJ/mol吸热吸热112.9 kJ/mol放热放热决速步骤决速步骤决速步骤决速步骤本讲稿第六十七页，共七十六页甲烷的氯代反应的势能图甲烷的氯代反应的势能图过渡态过渡态过渡态过渡态:势能最高处势能最高处的原子排列，的原子排列，Ea：活化能活化能（activation energy）；）；D DH:反应热反应热本讲稿第六十八页，共七十六页氯代反应的选择性氯代反应的选择性氯代选择性氯代选择性（25oC）：3o H:2o H:1o H=5.1:3.7:1只考虑氢原子的类型只考虑氢原子的类型,忽略烷烃结构的影响忽略烷烃结构的影响本讲稿第六十九页，共七十六页不同类型自由基的相对稳定性不同类型自由基的相对稳定性3 3o o 自由基自由基自由基自由基较易生成较易生成较易生成较易生成自由基的相对稳定性：自由基的相对稳定性：3o 2o 1o CH31 1o o 自由基自由基自由基自由基较难生成较难生成较难生成较难生成1 1o o 自由基自由基自由基自由基较难生成较难生成较难生成较难生成键离解能（键离解能（DH）本讲稿第七十页，共七十六页2.6.2 烷烃的氧化及燃烧烷烃的氧化及燃烧烷烃的完全氧化：高温或完全燃烧；烷烃的完全氧化：高温或完全燃烧；本讲稿第七十一页，共七十六页烷烷烃烃在在催催化化调调件件下下可可被被氧氧气气或或氧氧化化剂剂氧氧化化，由由于于副副反反应应多多而而使使产产物物复复杂杂，反反应应选选择性难以控制；择性难以控制；本讲稿第七十二页，共七十六页有机化学中氧化还原反应的概念；有机化学中氧化还原反应的概念；加加入入氧氧或或去去掉掉氢氢称称氧氧化化；去去掉掉氧氧和和得得到到氢称为还原氢称为还原.本讲稿第七十三页，共七十六页2.7 自然界中的烷烃自然界中的烷烃烃的主要来源是石油和天然气烃的主要来源是石油和天然气:天天然然气气的的主主要要成成份份是是甲甲烷烷，还还含含有有少少量量乙乙烷及丙烷烷及丙烷;甲烷也是甲烷也是沼气沼气的主要成份；的主要成份；石石油油含含有有数数量量众众多多的的烷烷烃烃、环环烷烷烃烃及及芳芳香烃，一般加以分馏使用；香烃，一般加以分馏使用；本讲稿第七十四页，共七十六页馏份名称馏份名称分馏温度分馏温度主要成份主要成份应用应用气体气体20C1C4液化气液化气汽油汽油30 75C4C8可作车用可作车用石脑油石脑油75 190C6C12掺和用作车掺和用作车用汽油用汽油煤油煤油190 250C10C16家用及机器家用及机器燃料燃料柴柴(瓦斯瓦斯)油油250 350C15C20取暖燃料取暖燃料常压渣油常压渣油350C20以上以上发电厂大型发电厂大型加热用燃料加热用燃料本讲稿第七十五页，共七十六页习题2:a,d,g,h;6;8;10;15;16;本讲稿第七十六页，共七十六页