第2章-烷烃..ppt

第第2 2章章-烷烃烷烃.烃烃是指分子中只含有碳和氢两种元素的化合物。是指分子中只含有碳和氢两种元素的化合物。烷烃烷烃指具有通式为指具有通式为CnH2n+2的碳氢化合物。的碳氢化合物。烷烃是一类饱和烃，分子中除碳碳单键外，烷烃是一类饱和烃，分子中除碳碳单键外，其它键被氢饱和，即碳原子结合氢原子的数目已其它键被氢饱和，即碳原子结合氢原子的数目已达到饱和状态。达到饱和状态。分类：分类：环状烃环状烃链状烃链状烃饱和烃饱和烃(烷烃烷烃)芳香烃芳香烃脂环烃脂环烃不饱和烃不饱和烃(烯、炔烃烯、炔烃)烷烃概述烷烃概述2烷烃概述烷烃概述3 凡具有一个通式，结构相似，化学性质凡具有一个通式，结构相似，化学性质相似，物理性质随着碳原子数增加而有规律相似，物理性质随着碳原子数增加而有规律性变化的化合物系列。性变化的化合物系列。同系物：同系物：同系列中的各个化合物彼此互称同系物同系列中的各个化合物彼此互称同系物。系差：系差：CHCH2 22-1 烷烃的同系列和异构烷烃的同系列和异构同同 系系 列列（Homologous series）4构构 造：造：指分子中原子间互相连接的次序。指分子中原子间互相连接的次序。构造异构体：构造异构体：分子式相同，因构造不同而形成分子式相同，因构造不同而形成的异构体。的异构体。构型、构型异构构型、构型异构（见（见3.2.23.2.2节）节）构象、构象异构构象、构象异构（见（见2.42.4节）节）2-1 烷烃的同系列和异构烷烃的同系列和异构同同 分分 异异 构构正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷b.p.-0.5 -11.75烷烃的构造异构实质是烷烃的构造异构实质是:书写烷烃同分异构体的步骤书写烷烃同分异构体的步骤(以己烷为例以己烷为例)A A：写出这个烷烃的最长直链式：写出这个烷烃的最长直链式（省略了氢）（省略了氢）碳干异构碳干异构2-1 烷烃的同系列和异构烷烃的同系列和异构构构 造造 异异 构构B B：写出少一个碳原子的直链式作为主链。该碳：写出少一个碳原子的直链式作为主链。该碳原子原子(甲基甲基)当作支链当作支链(取代基取代基),),依次连在各碳原依次连在各碳原子上，就能写出可能的同分异构体的构造式。子上，就能写出可能的同分异构体的构造式。6C C：写出少两个碳原子的直链式作为主链。把两：写出少两个碳原子的直链式作为主链。把两个碳原子当作支链（个碳原子当作支链（2 2个甲基），依次接在各碳个甲基），依次接在各碳原子上；或把两个碳原子当作（乙基），依次原子上；或把两个碳原子当作（乙基），依次接在各碳上。接在各碳上。2-1 烷烃的同系列和异构烷烃的同系列和异构7CnH2n+2 n为碳原子个数为碳原子个数n分子式分子式构造式简式构造式简式 命名命名 乙烷乙烷C2H6CH3CH32 甲烷甲烷CH41CH4C3H8CH3CH2CH33 丙烷丙烷 正丁烷、异丁烷正丁烷、异丁烷C4H1042 正戊烷、异戊烷、新戊烷正戊烷、异戊烷、新戊烷C5H1253659351075154347203663192-1 烷烃的同系列和异构烷烃的同系列和异构8伯碳（伯碳（1）：与一个碳原子相连的碳）：与一个碳原子相连的碳仲碳（仲碳（2）：与两个碳原子相连的碳）：与两个碳原子相连的碳叔碳（叔碳（3）：与三个碳原子相连的碳）：与三个碳原子相连的碳季碳（季碳（4）：与四个碳原子相连的碳：与四个碳原子相连的碳叔氢（叔氢（3）：与叔碳相连的氢原子：与叔碳相连的氢原子仲氢（仲氢（2）：与仲碳相连的氢原子：与仲碳相连的氢原子伯氢（伯氢（1）：与伯碳相连的氢原子：与伯碳相连的氢原子1 2 2 2 1 1 3 2 1 1 1 4 1 1 12-1 烷烃的同系列和异构烷烃的同系列和异构碳氢原子的类型碳氢原子的类型9 按照烃中所含碳原子数称为按照烃中所含碳原子数称为“某烷某烷”：C10及及C10以下用以下用“天干天干”数表示（甲、乙、丙、丁、戊、数表示（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸），己、庚、辛、壬、癸），C10以上就用中文以上就用中文“十一、十一、十二十二”表示。表示。C4H10 C10H22 C11H24 C20H42 丁丁 烷烷 癸癸 烷烷 十一烷十一烷 二十烷二十烷2-2*烷烃的命名烷烃的命名普通命名普通命名(习惯命名法习惯命名法)10新新戊戊烷烷正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷2-2 烷烃的命名烷烃的命名普通命名普通命名(习惯命名法习惯命名法)“正正”表示直链（正构），表示直链（正构），“异异”表示分表示分子中带有一个支链，子中带有一个支链，“新新”表示有两个支链。表示有两个支链。11直链烷烃直链烷烃同习惯命名法，无需加形容词同习惯命名法，无需加形容词“正正”。辛辛 烷烷十一烷十一烷支链烷烃：直链烷烃的支链烷烃：直链烷烃的烷基衍生物烷基衍生物烷烃分子中去掉一个氢原子后剩下的部分，烷烃分子中去掉一个氢原子后剩下的部分，用用R(或或CnH2n+1)表示。表示。2-2 烷烃的命名烷烃的命名系统命名法系统命名法(IUPAC)烷基的命名烷基的命名12甲基甲基乙基乙基正丙基正丙基Me（Methyl）Et（Ethyl）n-Pr（Propyl）2-2 烷烃的命名烷烃的命名烷基的命名烷基的命名异丙基异丙基i-Pr（isopropyl）正丁基正丁基n-Bu（Butyl）13异丁基异丁基仲丁基仲丁基叔丁基叔丁基i-Bu（isobutyl）s-Bu（sec-butyl）t-Bu（tert-butyl）新戊基新戊基 （Neopentyl）14支链烷烃的命名支链烷烃的命名A、选主链：选最长的、取代基最多的碳链作主链。、选主链：选最长的、取代基最多的碳链作主链。B、编号：从离取代基最近的一端编号，并满足、编号：从离取代基最近的一端编号，并满足最最低系列原则低系列原则。2,2,3-2,3,3-2-2 烷烃的命名烷烃的命名系统命名法系统命名法15C、若主链上有几种取代基时，应按若主链上有几种取代基时，应按“次序规次序规则则”(见教材见教材3.3节），较优基团后列出。节），较优基团后列出。不论原子数多少，只要原子序数大，就视不论原子数多少，只要原子序数大，就视为较复杂，若连在主体上的第一原子的原子序为较复杂，若连在主体上的第一原子的原子序数相同，则比较连在第一原子上的第二原子，数相同，则比较连在第一原子上的第二原子，大者较复杂，以此类推，直到比出大小。大者较复杂，以此类推，直到比出大小。甲基甲基 乙基乙基 正丙基正丙基 正丁基正丁基 正戊基正戊基 异戊基异戊基 异丁基异丁基 新戊基新戊基 异丙基异丙基 仲丁基仲丁基 叔丁基叔丁基2-2 烷烃的命名烷烃的命名系统命名法系统命名法16D D、写法、写法位次位次取代基位置取代基位置用用阿阿拉拉伯伯数数字字，数数字字间间用用逗逗号号隔隔开开（半半字字线线）取代基名称取代基名称相相同同的的取取代代基基合合并并起起来来，用用二二、三三 表表示示母体母体123452,2,4三甲基戊烷三甲基戊烷按按主主链链上上碳碳原原子子个个数数称称为为某某烷烷2-2 烷烃的命名烷烃的命名系统命名法系统命名法1712345672,3,5三甲基三甲基4正丙基庚烷正丙基庚烷2-2 烷烃的命名烷烃的命名系统命名法系统命名法2,5二甲基二甲基4异丙基庚烷异丙基庚烷1234567182,6,6三甲基三甲基3乙基辛烷乙基辛烷 123456782,7,8三甲基癸烷三甲基癸烷2-2 烷烃的命名烷烃的命名系统命名法系统命名法19不不论论分分子子中中有有多多少少个个碳碳，一一律律称称为为“甲甲烷烷”，其其它它均均视视为为取取代代基基。取取代代基基的的书书写写次次序序按按“由由小小到到大大”依依次次书书写写，取取代代基基数数目目用用大大写写中中文文“二二、三三”表示，并写在取代基名称前。表示，并写在取代基名称前。四甲基甲烷四甲基甲烷二甲基乙基甲烷二甲基乙基甲烷2-2 烷烃的命名烷烃的命名衍生命名法衍生命名法甲基甲烷甲基甲烷20具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。l 碳原子的四面体概念及分子模型碳原子的四面体概念及分子模型 2-3 烷烃的构型烷烃的构型（Configuration）21激发激发2-3 烷烃的构型烷烃的构型碳原子的碳原子的sp3杂化杂化22键键2-3 烷烃的构型烷烃的构型烷烃分子的形成烷烃分子的形成23l构象：指由于围绕单键构象：指由于围绕单键(键）键）的旋转而产生的的旋转而产生的分子中原子在空间的不同排列方式。分子中原子在空间的不同排列方式。l构象异构体：分子组成相同、构造式相同，构象异构体：分子组成相同、构造式相同，因构象不同而产生的异构体。表示方法有：因构象不同而产生的异构体。表示方法有：透视式透视式(伞形式，锯架式伞形式，锯架式)、纽曼投影式、纽曼投影式伞形式伞形式锯架式锯架式2-4 烷烃的构象烷烃的构象24构象异构体的互相转换不需发生构象异构体的互相转换不需发生共价键的断裂。分子的构象异构共价键的断裂。分子的构象异构体有无数个，无法画出。故采用体有无数个，无法画出。故采用抓两头，抓两头，选中间选中间(选内能最高及最选内能最高及最低的构象低的构象)，从中选几个典型。，从中选几个典型。v 乙烷的构象乙烷的构象扭转角扭转角HCCH2-4 烷烃的构象烷烃的构象纽曼投影式纽曼投影式25=60=0=120=180=240=360=300交交叉叉式式重重叠叠式式2-4 烷烃的构象烷烃的构象乙乙 烷烷26乙烷有无数个构象，最稳定的构象是交叉式。乙烷有无数个构象，最稳定的构象是交叉式。12kj/mol2-4 烷烃的构象烷烃的构象能量曲线图能量曲线图27=0=60=120=180=240=300=360全重叠式全重叠式部分重叠式部分重叠式顺位交叉式顺位交叉式反位交叉式反位交叉式 部分重叠式部分重叠式顺位交叉式顺位交叉式全重叠式全重叠式丁丁 烷烷2815.9kj/mol3.7kj/mol反位交叉式反位交叉式能量曲线图能量曲线图29l 高级烷烃的构象高级烷烃的构象 高级烷烃的构象更为复杂，但主要以高级烷烃的构象更为复杂，但主要以反位反位交叉式交叉式构象的形式存在，其中构象的形式存在，其中CH都处于交叉都处于交叉式，碳链看起来像锯齿。式，碳链看起来像锯齿。最稳定的构象：整个碳链是锯齿状的。最稳定的构象：整个碳链是锯齿状的。30l 物质状态物质状态室温和室温和0.1 MPa下，下，C1C4是气体，是气体，C5C17是液是液体，体，C18 是固体。是固体。l 沸点沸点正构烷烃的沸点是随着分子量的增加而有规律正构烷烃的沸点是随着分子量的增加而有规律升高；在碳原子数相同的烷烃中，支链越多，升高；在碳原子数相同的烷烃中，支链越多，沸点越低。沸点越低。正戊烷：正戊烷：36.1 新戊烷：新戊烷：9.5 2-5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质31共价化合物晶共价化合物晶格中的质点是格中的质点是分子，偶数碳分子，偶数碳的烷烃具有较的烷烃具有较高的对称性高的对称性,使碳链之间的使碳链之间的排列比奇数的排列比奇数的紧密紧密,故分子故分子间的色散力大间的色散力大,熔点高。熔点高。直链烷烃熔点与分子中碳原子数关系直链烷烃熔点与分子中碳原子数关系2-5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质熔熔 点点 正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷 m.p./-129 -159.9 -16.832l 相对密度相对密度 烷烃的相对密度是随相对分子质量增加而烷烃的相对密度是随相对分子质量增加而有所增大，二十烷以下的按近于有所增大，二十烷以下的按近于0.78。解释：解释：相对分子质量增加，分子间引力增大，相对分子质量增加，分子间引力增大，使分子间的距离相应减小，相对密度则增大。使分子间的距离相应减小，相对密度则增大。l 溶解度溶解度 烷烃不溶于水，能溶于某些有机溶剂。烷烃不溶于水，能溶于某些有机溶剂。解释：解释：“相似相溶相似相溶”，结构相似，分子间的引力，结构相似，分子间的引力相似，就能很好地溶解。相似，就能很好地溶解。33烷烃分子中的氢原子被卤素取代的反应。烷烃分子中的氢原子被卤素取代的反应。合成上无价值，重要性在于合成上无价值，重要性在于反应机理反应机理的研究的研究2-6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质卤代反应卤代反应34链引发链引发2-6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质甲烷氯代反应历程甲烷氯代反应历程链增长或链增长或链传递链传递35链终止链终止2-6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质甲烷氯代反应历程甲烷氯代反应历程l具有链引发、链增长、链终止的反应在化具有链引发、链增长、链终止的反应在化学上叫自由基反应（自由基链反应，连锁学上叫自由基反应（自由基链反应，连锁反应）。反应）。说说 明明36链增长反应中链增长反应中的的夺氢过程夺氢过程l 不同卤素的反应活性不同卤素的反应活性氟氟 氯氯 溴溴 碘碘l各种氢的相对反应活性及烷基自由基的稳定各种氢的相对反应活性及烷基自由基的稳定性性(重点重点)l决定反应速度的步骤是决定反应速度的步骤是说说 明明37l各种氢的相对反应活性各种氢的相对反应活性6 6个伯氢所得个伯氢所得 2 2个仲氢所得个仲氢所得仲氢仲氢/伯氢伯氢=仲氢的反应活性是伯氢的仲氢的反应活性是伯氢的4 4倍。倍。43%57%说说 明明38叔氢叔氢/伯氢伯氢=叔氢的反应活性是伯氢的叔氢的反应活性是伯氢的5 5倍。倍。叔叔 氢氢 仲仲 氢氢 伯伯 氢氢？36%64%l各种氢的相对反应活性各种氢的相对反应活性说说 明明39三种氢的三种氢的CH键离解能为：键离解能为：3CH D 389.4 KJ/mol2CH D 397.7 KJ/mol1CH D 410.3 KJ/mol3 R 2 R 1 R CH3H3CH D 439.6 KJ/mol烷基自由基稳定性烷基自由基稳定性依依次次减减弱弱l氢的相对反应活性及烷基自由基的稳定性氢的相对反应活性及烷基自由基的稳定性说说 明明40l 选择性（卤素对取代反应的选择性）选择性（卤素对取代反应的选择性）若反应的选择性大，得到几种可能产物所占比例差别大若反应的选择性大，得到几种可能产物所占比例差别大；若反应的选择性小，得到几种可能产物所占比例差别小若反应的选择性小，得到几种可能产物所占比例差别小。43%57%3%97%仲氢仲氢/伯氢伯氢仲氢仲氢/伯氢伯氢因此溴代具有很高的选择性，在合成上有应用价值。因此溴代具有很高的选择性，在合成上有应用价值。99.5%41l 异构化反应异构化反应2-6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质l 氧化反应氧化反应合成上无意义，但能作燃料。合成上无意义，但能作燃料。H0点燃点燃42l 硝化反应硝化反应2-6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质l 裂化反应裂化反应高温下使烷烃分子发生裂解的过程高温下使烷烃分子发生裂解的过程43主要来源：天然气、石油主要来源：天然气、石油天然气主要成分：甲烷天然气主要成分：甲烷石油组成：主要是烃类石油组成：主要是烃类(烷烃、环烷烃和芳香烃烷烃、环烷烃和芳香烃)人造石油：煤在高温、高压和催化剂存在下，加人造石油：煤在高温、高压和催化剂存在下，加氢气可以得到烃类的复杂混合物。氢气可以得到烃类的复杂混合物。2-7 烷烃的来源及其主要用途烷烃的来源及其主要用途44未来几种新能源：未来几种新能源：波波 能能 海洋波浪能海洋波浪能 达达9090万亿千瓦万亿千瓦可燃冰可燃冰 天然气与水结合在一起的固体化合物，天然气与水结合在一起的固体化合物，外形如水外形如水煤成气煤成气 煤在形成过程中由于温度及压力增加，煤在形成过程中由于温度及压力增加，要释放出可燃气体要释放出可燃气体微生物微生物 发酵制成酒精发酵制成酒精2-7 烷烃的来源及其主要用途烷烃的来源及其主要用途45【本章重点】【本章重点】烷烃的系统命名及烷烃的卤代反应。烷烃的系统命名及烷烃的卤代反应。【必须掌握的内容必须掌握的内容】1.烷烃的习惯命名法、衍生命名法及系统烷烃的习惯命名法、衍生命名法及系统命名法；命名法；【本章难点】【本章难点】烷烃卤代反应机理及烷烃卤代反应机理及烷基自由基的稳定性烷基自由基的稳定性。烷烷 烃烃 小小 结结46【必须掌握的内容必须掌握的内容】2.烷烃的形成、结构及构象异构；烷烃的形成、结构及构象异构；3.烷烃物理性质烷烃物理性质(物态、熔沸点、溶解性物态、熔沸点、溶解性);4.烷烃的化学性质：卤代和氧化烷烃的化学性质：卤代和氧化l各种各种H反应活性及各种烷基自由基的稳反应活性及各种烷基自由基的稳定性比较定性比较l根据卤代产物构造推导烷烃构造。根据卤代产物构造推导烷烃构造。烷烷 烃烃 小小 结结47课课 后后 作作 业业必作题目：必作题目：1、(1)(2)(4)(5)(7)(8)2、(2)(4)(5)(8)5、9、14思考题：思考题：3、114849例例 哪一种或哪几种相对分子质量为哪一种或哪几种相对分子质量为86的烷烃有：的烷烃有：(1)三个一溴代物；三个一溴代物；(2)五个一溴代物。五个一溴代物。解：由题设知，该烷烃分子式为解：由题设知，该烷烃分子式为C6H14步骤：步骤：a)写出所有构造异构体的构造简写式；写出所有构造异构体的构造简写式；b)写出每种构造异构体的一溴代物结构写出每种构造异构体的一溴代物结构答案：答案：（1）和和 （2）烷烃的卤代烷烃的卤代5051烷烃分子的形成烷烃分子的形成52乙烷的重叠式构象乙烷的重叠式构象53l 与分子的极性有关与分子的极性有关 极性越大，分子间力越大，沸点越高极性越大，分子间力越大，沸点越高。l 极性相同，与分子量有关极性相同，与分子量有关 分子量越大，沸点越高。分子量越大，沸点越高。沸点的影响因素沸点的影响因素主要取决于分主要取决于分子间力的大小子间力的大小l极性相同，极性相同，M相近，与分子间接触面积有关相近，与分子间接触面积有关分子间接触面积越大，沸点越高分子间接触面积越大，沸点越高。l分子量相近，与分子间形成氢键数目有关分子量相近，与分子间形成氢键数目有关形成氢键数目越多，沸点越高。形成氢键数目越多，沸点越高。54l 与分子间力有关与分子间力有关分子间力越大，熔点越高。分子间力越大，熔点越高。熔点的影响因素熔点的影响因素l与分子在晶格中的排列状况有关与分子在晶格中的排列状况有关分子对称性越好，排列越整齐，熔点越高。分子对称性越好，排列越整齐，熔点越高。552、孚兹反应（见教材、孚兹反应（见教材P185）1 1、格氏试剂（格氏试剂（Grignard）水解（见教材）水解（见教材P185）八、烷烃的制备八、烷烃的制备只能制备对称的烷只能制备对称的烷烃烃RR，即，即R相同。相同。3 3、烯烃的氢化（见教材、烯烃的氢化（见教材P49P49）56如果支链上还有取代基，取代了的支链名称可放在括号里如果支链上还有取代基，取代了的支链名称可放在括号里或用带撇或用带撇“”的数字表示，如：的数字表示，如：用括号表示：用括号表示：2甲基甲基5,5二二(1,1二甲基丙基二甲基丙基)癸烷癸烷用撇表示：用撇表示：2甲基甲基5,5二二1,1二甲基丙烷癸烷二甲基丙烷癸烷练练 习：习：572-甲基甲基-4-仲丁基仲丁基-4-叔丁基辛烷叔丁基辛烷用撇表示：用撇表示：2-2-甲基甲基-4-1-4-1-甲基丙甲基丙烷烷-4-14-1,1,1,1,1-三甲基甲烷辛烷三甲基甲烷辛烷用括号表示：用括号表示：2-甲基甲基-4-(1-甲基丙基甲基丙基)-4-(1,1,1-三甲基甲基三甲基甲基)辛烷辛烷取代基数目一样多时，以支链位次最低的链为主链取代基数目一样多时，以支链位次最低的链为主链 1 2 3 4 5 6 7 858l 甲烷氯化反应的能线图（甲烷氯化反应的能线图（2.8节）节）在甲烷氯化反应中，决定反应速度的步骤是链在甲烷氯化反应中，决定反应速度的步骤是链增长反应中的第一步：增长反应中的第一步：夺氢过程夺氢过程过渡态过渡态H-102 kJ mol-159 HEact反应进程反应进程 E/(kJ/mol)吸热反应吸热反应链增长反应链增长反应中的第一步中的第一步链增长反应链增长反应中的第二步中的第二步放热反应（放出大量的热）放热反应（放出大量的热）HEact反应进程反应进程E/(kJ/mol)6017 kJ/mol4 kJ/molEa243 kJ/mol61l过渡态过渡态：在能线图的峰顶，无法证实。：在能线图的峰顶，无法证实。l中间体中间体：在能线图的峰谷，实验方法可证实。：在能线图的峰谷，实验方法可证实。l活化能活化能：过渡态与初始态之间的能量差。：过渡态与初始态之间的能量差。l反应热反应热：生成物与反应物之间的能量差。正：生成物与反应物之间的能量差。正值为吸热，负值为放热。值为吸热，负值为放热。2-6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质卤代反应卤代反应62结束结束