【教学课件】第二章烷烃alkane.ppt

第二章第二章 烷烃烷烃 alkane alkane定义：只含碳和氢两种元素的化合物称为烃定义：只含碳和氢两种元素的化合物称为烃烷烃分子中碳原子以单键互相连接，其余的价烷烃分子中碳原子以单键互相连接，其余的价完全与氢原子相连，为饱和烃。完全与氢原子相连，为饱和烃。第一节第一节 烷烃的同系列和异构烷烃的同系列和异构一、烷烃同系列一、烷烃同系列 CnH2n+2 相差相差CH2的的n倍倍 凡具有同一个通式，结构相似，化学性质凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，物理性质则随着碳原子数目的增加而也相似，物理性质则随着碳原子数目的增加而有规律地变化的化合物系列，称为同系列。同有规律地变化的化合物系列，称为同系列。同系列中的化合物互称为同系物。相邻的同系物系列中的化合物互称为同系物。相邻的同系物在组成上相差在组成上相差CH2，这个，这个CH2称为系列差。称为系列差。伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子 伯、仲、叔氢原子伯、仲、叔氢原子 二、烷烃的异构二、烷烃的异构 同分异构体同分异构体分子式相同，而构造不同的异构体称为构造异构体分子式相同，而构造不同的异构体称为构造异构体分子式相同，而构造不同的异构体称为构造异构体分子式相同，而构造不同的异构体称为构造异构体己烷的异构体己烷的异构体己烷的异构体己烷的异构体 (也叫同分异构体也叫同分异构体也叫同分异构体也叫同分异构体)烷烃构造异构体的数目：烷烃构造异构体的数目：碳原子数碳原子数异构体数异构体数碳原子数碳原子数异构体数异构体数12345611123578910152091835754347366319三、烷烃的结构三、烷烃的结构HCH 109HCH 109o o28Csp28Csp3 3 杂化杂化 C-H C-H键长键长110pm(1.10)110pm(1.10)C-CC-C键长键长 154pm(1.54)C-C-C 154pm(1.54)C-C-C键角键角 111 111113113o o 第二节第二节 烷烃的命名烷烃的命名普通命名法和普通命名法和 IUPAC命名法命名法一、直链烷烃一、直链烷烃二、支链烷烃二、支链烷烃1，选择分子中最长碳链为主链，选择分子中最长碳链为主链(取代基最多取代基最多)2，把支链当作取代基，把支链当作取代基3，主链原子编号，主链原子编号4，取代基系数相加最小，取代基系数相加最小 2,3,5-三甲基三甲基-4-(1-丙基丙基)庚庚烷烷1，选择分子中最长碳链，选择分子中最长碳链为主链为主链(取代基最多取代基最多)2，把支链当作取代基，把支链当作取代基3，主链原子编号，主链原子编号4，取代基系数相加最小，取代基系数相加最小 第三节第三节 烷烃的构象烷烃的构象由于单键的旋转，使连接在碳上的原子或原子团在空由于单键的旋转，使连接在碳上的原子或原子团在空间的排布位置随之发生变化，所以构造式相同的化间的排布位置随之发生变化，所以构造式相同的化合物可能有许多构象。它们之间互为构象异构体。合物可能有许多构象。它们之间互为构象异构体。一、乙烷的构象一、乙烷的构象 球棍模型球棍模型透视法透视法 重叠式重叠式 交叉式交叉式纽曼投影式纽曼投影式 扭转角扭转角(两面角两面角)乙烷重叠式乙烷重叠式 0o、120o、240o交叉式交叉式 60o、180o、300o位能与扭转角的关系：位能与扭转角的关系：能量差别主要由原子团能量差别主要由原子团 相互作用引起相互作用引起 二、丁烷的构象二、丁烷的构象室温下主要以全交叉和顺交叉构象存在室温下主要以全交叉和顺交叉构象存在 三、高级烷烃的构象三、高级烷烃的构象 第四节第四节 烷烃的物理性质烷烃的物理性质有机化合物的物理性质包括化合物的状态、有机化合物的物理性质包括化合物的状态、熔点、沸点、比重、折光率、溶解度、旋熔点、沸点、比重、折光率、溶解度、旋光度，这些物理常数通常是用物理方法测光度，这些物理常数通常是用物理方法测定出来的，可以从化学和物理手册中查出定出来的，可以从化学和物理手册中查出来。来。烷烃的状态：常温常压下，烷烃的状态：常温常压下，C1-C4气体、气体、C5-C16液体、液体、C17以上是固体以上是固体沸点沸点:分子间作用力较小的室温下为气体，较分子间作用力较小的室温下为气体，较大的为固体，中等的为液体。直链烷烃的大的为固体，中等的为液体。直链烷烃的沸点随分子量的增加而有规律的升高。沸点随分子量的增加而有规律的升高。瞬时偶极或诱导偶极之间的作用力叫色散力或范瞬时偶极或诱导偶极之间的作用力叫色散力或范德华力，为非极性分子的主要分子间作用力。德华力，为非极性分子的主要分子间作用力。瞬时偶极的产生和相互作用瞬时偶极的产生和相互作用支链烷烃比相同分子量的直链烷烃沸点低。支链烷烃比相同分子量的直链烷烃沸点低。熔点：熔点：偶数碳和奇数碳偶数碳和奇数碳可分成两条熔点曲线：可分成两条熔点曲线：在晶体中，分子间的在晶体中，分子间的作用力不仅取决于分子作用力不仅取决于分子的大小，而且取决于的大小，而且取决于晶体中碳链的空间排布晶体中碳链的空间排布情况。排列紧密情况。排列紧密(分子分子间的色散力大间的色散力大)熔点就高。熔点就高。与沸点规律相似，与沸点规律相似，但有例外，如球形分子但有例外，如球形分子 比重：比重：正烷烃的比重是随着碳原子的数目增加逐渐正烷烃的比重是随着碳原子的数目增加逐渐有所增大，二十烷以下的接近有所增大，二十烷以下的接近0.78。这也与。这也与分子间引力有关，分子间引力增大，分子分子间引力有关，分子间引力增大，分子间的距离相应减小，比重则增大。间的距离相应减小，比重则增大。溶解度：溶解度：烷烃不溶于水，能溶于某些有机溶剂，尤其烷烃不溶于水，能溶于某些有机溶剂，尤其是烃类中。是烃类中。相似相溶相似相溶，结构相似，分子，结构相似，分子间的引力相似，就能很好溶解。间的引力相似，就能很好溶解。第五节第五节 烷烃的反应烷烃的反应一、烷烃的燃烧一、烷烃的燃烧燃烧热燃烧热=-Hc=-(H产物物-H 原料原料)H是化合物在是化合物在标准状准状态下的下的焓含同数碳原子的含同数碳原子的烷烃异构体中，直异构体中，直链烷烃比支比支链烷烃的的燃燃烧热大，大，说明支明支链烷烃比直比直链烷烃稳定定书上上p28图表，异构体燃表，异构体燃烧热比比较和一些和一些烷烃的燃的燃烧热生成生成热：4C(石墨石墨)5H2(气气)n-C4H10(气气)H=H产物物-H 原料原料=Hf(g)=-125.66kj/mol 书上上p29 二、烷烃的热解二、烷烃的热解在高温及没有氧气的条件下发生键断裂的反应在高温及没有氧气的条件下发生键断裂的反应 称为热称为热(裂裂)解反应。解反应。(另外还有催化裂解等）另外还有催化裂解等）自由基均裂反应自由基均裂反应键离解能键离解能(键裂解能键裂解能)DH 共价键裂解生成原子或自由基的反应焓变共价键裂解生成原子或自由基的反应焓变(p30)烷基自由基：烷基自由基：根据键离解能及自由基生成热根据键离解能及自由基生成热(书上书上p31)，烷基自由基的稳定性次序为烷基自由基的稳定性次序为 叔叔仲仲伯伯CH3 C接近接近 sp2杂化杂化第六节第六节 烷烃的卤化烷烃的卤化一、甲烷的氯化一、甲烷的氯化 还有氯乙烷等还有氯乙烷等 甲烷的氯代反应，有下列诸事实：甲烷的氯代反应，有下列诸事实：甲烷与氯在室温和暗处不起反应；甲烷与氯在室温和暗处不起反应；在暗处，若温度高于在暗处，若温度高于250oC时，反应会立即发生；时，反应会立即发生；室温时，紫外光照射下，反应也会发生；室温时，紫外光照射下，反应也会发生；当反应由光引发时，每吸收一个光子可以得到许多当反应由光引发时，每吸收一个光子可以得到许多个（几千个）氯甲烷分子；个（几千个）氯甲烷分子；即使用很纯的甲烷反应，也会得到相当量的氯乙烷即使用很纯的甲烷反应，也会得到相当量的氯乙烷有少量氧的存在会使反应推迟一段时间，这段时间有少量氧的存在会使反应推迟一段时间，这段时间过后，反应正常进行。这段推迟时间与氧的量有关过后，反应正常进行。这段推迟时间与氧的量有关 甲烷氯化的反应机理：甲烷氯化的反应机理：链引发链引发 自由基链反应、直链反应自由基链反应、直链反应 过渡态理论过渡态理论过渡态理论过渡态理论化学反应可以认为是从化学反应可以认为是从反应物到产物逐渐过反应物到产物逐渐过渡的一个连续过程。渡的一个连续过程。在这个连续过程中，在这个连续过程中，必须经过一种过渡态，必须经过一种过渡态，即反应物与产物结构即反应物与产物结构之间的中间状态之间的中间状态过渡态的位能相当于过渡态的位能相当于过渡态的位能相当于过渡态的位能相当于位能曲线的顶峰，是位能曲线的顶峰，是位能曲线的顶峰，是位能曲线的顶峰，是发生反应所需克服的发生反应所需克服的发生反应所需克服的发生反应所需克服的能垒。能垒。能垒。能垒。sp3杂化杂化 过渡态过渡态 sp2杂化杂化 H反反应热 活化能、能活化能、能垒、过渡渡态、反反应活性中活性中间体。体。H 二、其它烷烃的氯化二、其它烷烃的氯化 控制反应条件可使一氯代产物为主控制反应条件可使一氯代产物为主(如高温如高温)伯氢伯氢:仲氢仲氢6:23:175:25 实际实际43%:57%伯氢与仲氢的相对反应活性伯氢与仲氢的相对反应活性43/6:57/21:4 (书上书上p31)，相对活性相对活性 伯：仲：叔伯：仲：叔1：4：5 叔叔仲仲伯伯烷烃烷烃的的氯氯代不易控制得到代不易控制得到单单一一产产物，除非：物，除非：三、三、烷烃烷烃的氟化和溴化的氟化和溴化 (吸吸热热反反应应)溴化反应选择性高溴化反应选择性高溴化反应活性溴化反应活性 第七节第七节 烷烃的来源和用途烷烃的来源和用途一、烷烃的来源一、烷烃的来源(主要是石油和天然气主要是石油和天然气)二、二、烷烃的制备烷烃的制备烷烃的制备烷烃的制备1，偶联反应，偶联反应Wurtz(武慈武慈)合成法：合成法：卤代烷与二烷基铜锂的偶联卤代烷与二烷基铜锂的偶联:格氏（格氏（格氏（格氏（V.GrignardV.Grignard）试剂法）试剂法）试剂法）试剂法柯尔伯法（柯尔伯法（柯尔伯法（柯尔伯法（KolbeKolbe）H.Kolbe H.Kolbe2 2，还原反应，还原反应，还原反应，还原反应烯烃的氢化烯烃的氢化卤代烷的还原卤代烷的还原:格氏格氏(Grignard)试剂的水解试剂的水解 用金属和酸还原用金属和酸还原 二、烷烃的用途燃料、化工原料等（自学）二、烷烃的用途燃料、化工原料等（自学）作业：作业：以班为单位，下周二之前，交到以班为单位，下周二之前，交到讲台上。讲台上。（要求用质地较好的（要求用质地较好的A4或或16开单张纸书写）开单张纸书写）