第二章烷烃课件.ppt

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1、第二章烷烃第1页，此课件共64页哦1.熟悉简单烷烃的普通命名法和较复杂烷烃的系统命 名法，能够准确的写出较复杂烷烃的构造式或名称。2.理解“构象”概念，能够认识和书写简单烃类构象的 透视式和纽曼式，能够比较简单构象式的能量差别。3.掌握烷烃取代反应历程及游离基稳定规律。教学目的教学重点1.烷烃的系统命名2.烷烃的化学性质教学难点1.烷烃的构象2.烷烃的自由基取代历程第2页，此课件共64页哦(1)开链烃开链烃(链烃链烃),又叫脂肪烃又叫脂肪烃.可分为可分为:烷烃烷烃、烯烃、烯烃、二烯烃、二烯烃、炔烃等、炔烃等(2)闭链烃闭链烃(环烃环烃).又分为又分为:脂环烃和芳香烃两类脂环烃和芳香烃两类.(一

2、)烃的定义(二)烃的分类:分子中只含有C、H两种元素的有机化合物叫 碳氢化合物,简称烃.第3页，此课件共64页哦烃：烃：分子中只含有分子中只含有C和和H两种元素的有机化合物。两种元素的有机化合物。烷烃烷烃：分子中只有：分子中只有C-C和和C-H键的脂肪烃键的脂肪烃,又叫又叫饱和烃饱和烃。2-1 烷烃的通式、同系列和构造异构1.通式：通式：CnH2n+22.构造异构体构造异构体：分子式相同：分子式相同,但它们的构造不同但它们的构造不同(分子中各分子中各原子相连的方式和次序不同原子相连的方式和次序不同)的同分异构体的同分异构体.H3CH2CH2C CH3H3CHC CH3CH3烷烃分子中，随着C原

3、子数的增加，构造异构体的数目也越多。第4页，此课件共64页哦36.129.99.4 第5页，此课件共64页哦 同系物同系列：在组成上相差一个或多个 CH2,且结构和性质 相似的一系列化合物.同系物：同系列中的各化合物互称.系 差：同系列相邻的两个分子式的差值 CH2。(表2-1的化合物都是烷烃同系列中的同系物)同系物具有相似的化学性质，物理性质(熔沸点、密度)等随分子量的改变呈规律性的变化。第6页，此课件共64页哦 伯碳原子伯碳原子(第一碳原子第一碳原子,1):与一个与一个C相连，其它三个键相连，其它三个键 结合结合H 仲碳原子仲碳原子(第二碳原子第二碳原子,2):与两个个与两个个C相连，其它

4、两个键相连，其它两个键 结合结合H叔碳原子叔碳原子(第三碳原子第三碳原子,3):与三个与三个C相连，另一个键结合相连，另一个键结合H 季碳原子季碳原子(第四碳原子第四碳原子,4):与四个与四个C相连，不结合相连，不结合H4.烷烃中碳原子的分类:第7页，此课件共64页哦与伯,仲,叔碳原子相连的H原子,分别称为伯,仲,叔H原子如：第8页，此课件共64页哦 烷烃去掉一个氢原子后的原子团烷烃去掉一个氢原子后的原子团.常用常用R-，或或(CnH2n+1-)表示表示,所以烷烃又可用通式所以烷烃又可用通式RH表示表示.5.烷基CH3CH2CHCH3仲烷基仲烷基:直链烷烃去掉一个仲氢原子所得的烷基。用直链烷烃

5、去掉一个仲氢原子所得的烷基。用“sec-”表示表示.如：仲丁基如：仲丁基 sec-丁基丁基 正烷基正烷基:直链烷烃去掉一个末端氢原子所得的原子团直链烷烃去掉一个末端氢原子所得的原子团.命命 名名时时“正正”字常用字常用n-代表代表.如：正丙基如：正丙基CH3CH2CH2-，n-丙基丙基第9页，此课件共64页哦异烷基异烷基：(n 0)型的烷基叫型的烷基叫异烷基，用异烷基，用“iso-”表示。表示。如：异戊基如：异戊基 CH3CH(CH2)nCH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CCH3CH3叔烷基叔烷基：去掉一个叔氢原子所得的烷基。：去掉一个叔氢原子所得的烷基。用用“t-”或或“tert-”表

6、示。表示。如：叔丁基如：叔丁基第10页，此课件共64页哦常用基团的英文简写 Me甲基;Et乙基；n-Pr正丙基；i-Pr异丙基；n-Bu正丁基;t-Bu叔丁基（三级丁基）；Ar芳基;Ph苯基；Ac乙酰基；R烷基第11页，此课件共64页哦最早根据碳原子数命名：甲烷最早根据碳原子数命名：甲烷,乙烷乙烷,丙烷丙烷.对于对于支链烷（异构体）支链烷（异构体）,常用正、异、叔、新等形容词常用正、异、叔、新等形容词 以示区以示区别。别。2-2 烷烃的命名一.习惯命名法正戊烷异戊烷新戊烷CH3CH2CH2CH2CH3CH3CCH2CH3HCH3CH3CCH3CH3CH3如戊烷的三个异构体：第12页，此课件共6

7、4页哦衍生物命名法以甲烷为母体，将其它烷烃看作是甲烷的烷基衍生物，选择连有烷基最多的碳原子作为甲烷碳原子。把与此碳原子相连的基团都看作甲烷的取代基。如：CH3CCH2CH3HCH3CH3CCH3CH3CH3CH3CCH3HCH3异丁烷 三甲基甲烷 异戊烷二甲基乙基甲烷 新戊烷四甲基甲烷第13页，此课件共64页哦系统命名法(IUPAC)(1)直链烷烃按碳原子数命名称“某烷”10以内：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸烷 10以上：用中文数字:十一、十二.烷.CH3CH3CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)10CH3乙烷己烷十二烷第14页，此课件共64页哦(2)带有支链的烷烃，可看作直链烷烃的衍

8、生物，命名时遵循下列原则：选择主链连续的最长碳链支链则作为取代基支链（取代基）数目最多第15页，此课件共64页哦上例中最长连续碳链有八个碳原子,该化合物母体的名称为辛烷六个碳的主链上有四个取代基 六个碳的主链上有两个取代基上例中最长的六个碳原子的碳链有两条，（I）式的支链较多，该化合物的母体名称为己烷。第16页，此课件共64页哦从最接近取代基的一端开始将主链碳原子用阿拉伯数字从最接近取代基的一端开始将主链碳原子用阿拉伯数字1,2,3.编号。编号。取代基的位次则以它所连接的主链碳原子的号数表示。取代基的位次则以它所连接的主链碳原子的号数表示。对主链进行编号定位次:编号正确 编号不正确第17页，此

9、课件共64页哦遵循“最低系列”原则第18页，此课件共64页哦H3CH2CHCCH3H2CHCCH(CH3)2H2CH2CH2CHCCH2CH3H2CCH31 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1111 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 3,5,9.3,7,9.若两种编号取代基的位次相同，则把小的编号给小的取代基。如：CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH3CH2CH31 2 3 4 5 6 77 6 5 4 3 2 1第19页，此课件共64页哦a:把它们在母链上的位次作为取代基的前缀，用半字线把它们在母链上的位次作为取代基的前缀，用半字线“”与取与取 代基分开。如代基分开。如2

10、-甲基甲基.b:有不同取代基时，简单的取代基（或原子、基团）放在前面，有不同取代基时，简单的取代基（或原子、基团）放在前面，复杂的放在后面复杂的放在后面;按按“次序规则次序规则”确定列出顺序确定列出顺序,较优基团后列出。较优基团后列出。c:相相同的取代基合并，在基团名称之前写明位次和数目，数目用同的取代基合并，在基团名称之前写明位次和数目，数目用 汉字汉字二，二，三，四三，四.表示表示.d:位次数字之间须用逗号位次数字之间须用逗号“,”隔开，位次与基名之间需用短线隔开，位次与基名之间需用短线“-”相隔。最后一个基名和母体名称直接相连。相隔。最后一个基名和母体名称直接相连。命名取代基:第20页，

11、此课件共64页哦H3CH2CCCH3CH3CH34 3 2 12,2-二甲基丁烷H3CHCHCCH3CH2CH3H2CCH33 2 1 4 5 6 3,4-二甲基己烷第21页，此课件共64页哦2,5-二甲基-4-异丁基庚烷CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH3CH2CH3CH3CHCH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH3CH3CH3CH33-甲基-5-乙基庚烷2,7,8-三甲基癸烷CH3CH2CHCH3CHCHCH3CH3CH2CH2CHCH3CH3765432 15671 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 7 8 9 107 6 5 4 3 2 110 9 8 7 6

12、5 4 3 2 1第22页，此课件共64页哦第23页，此课件共64页哦2-3 烷烃的结构一、甲烷的结构和sp3杂化轨道甲烷的四面体结构第24页，此课件共64页哦sp3杂化轨道:一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3杂化轨道基态 1s22s22px12py11s22s12px12py12pz1 激发态第25页，此课件共64页哦键凡是成键电子云对键轴呈圆柱形对称的键均称为 键.以 键相连的两个原子可以相对旋转而不影响电子云的分布.甲烷的四个C-H 键:第26页，此课件共64页哦二.其它烷烃的结构乙烷的C-C 键Stuart模型据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在一条直线上，而是曲折地排布在空间

13、。这是烷烃碳原子的四面体结构所决定的。第27页，此课件共64页哦键线式角端点第28页，此课件共64页哦2-4 烷烃的构象烷烃的构象在有机物分子中，以单键相连的碳原子可以围绕着碳碳在有机物分子中，以单键相连的碳原子可以围绕着碳碳键相对旋转。随着碳原子的旋转，其他原子团在空间的键相对旋转。随着碳原子的旋转，其他原子团在空间的相对位置也不断地变化，因而会出现不同的空间排布形相对位置也不断地变化，因而会出现不同的空间排布形象。这种由于围绕象。这种由于围绕键轴旋转，而引起的分子中原子或原键轴旋转，而引起的分子中原子或原子团形成不同的空间排布形象，称为子团形成不同的空间排布形象，称为构象构象。分子的不同构

14、象称为分子的不同构象称为构象异构构象异构或或旋转异构旋转异构。第29页，此课件共64页哦一一.乙烷的构象乙烷的构象乙烷分子中的碳碳单键可以自由旋转。在旋转过程乙烷分子中的碳碳单键可以自由旋转。在旋转过程中，由于两个甲基上的氢原子的相对位置不断发生变化中，由于两个甲基上的氢原子的相对位置不断发生变化，可得到无数种不同的构象。，可得到无数种不同的构象。但其中典型的构象有两种：一种是但其中典型的构象有两种：一种是交叉式构象交叉式构象，在这种构，在这种构象中一个甲基上的氢原子正好处在另一个甲基的两个氢原子之象中一个甲基上的氢原子正好处在另一个甲基的两个氢原子之间的中线上；一种是间的中线上；一种是重叠式

15、构象重叠式构象，在这种构象中碳原子上，在这种构象中碳原子上的氢彼此处于相互对映的位置。的氢彼此处于相互对映的位置。交叉式构象和重叠式构象只是乙烷无数构象中的两种极端交叉式构象和重叠式构象只是乙烷无数构象中的两种极端的情况，其它构象都介于两者之间，称为扭曲式构象。的情况，其它构象都介于两者之间，称为扭曲式构象。第30页，此课件共64页哦(1)乙烷的球棒模型乙烷的交叉式构象乙烷的重叠式构象第31页，此课件共64页哦(3)纽曼投影式重叠式构象 交叉式构象 重叠式构象 交叉式构象(2)锯架透视式为了便于观察和应用，常用透视式和纽曼式（Newman)投影式表示其构象。第32页，此课件共64页哦CH3HH

16、CH3HHCH3HHCH2CH3HH根据纽曼投影式写出其结构式CCHH3CHHCH3HCCHH3CH2CHHCH3H第33页，此课件共64页哦重叠式、交叉式构象比较：重叠式、交叉式构象比较：交叉式构象因两个碳原子上的氢原子距离最大，其排斥力较小，分子内能最低，因而较稳定，为优势构象。第34页，此课件共64页哦乙烷分子各种构象的能量曲线12.6kJ/mol重叠式重叠式交叉式交叉式交叉式扭转张力：乙烷的重叠式构象要趋向最稳定的交叉式构象 而产生的键的扭转。第35页，此课件共64页哦二.丁烷的构象第36页，此课件共64页哦丁烷C(2)-C(3)键旋转引起的各构象的能量变化第37页，此课件共64页哦2

17、-5 烷烃的物理性质2.沸点（.）与范德华引力有关:相对分子量增加，分子间的范德华引力增 加，导致沸点升高。1.聚集状态：C1C4（g）C5C17 （）C17（）支链增加影响沸点：降低接触面从而减低分子间引力。支链增加影响沸点：降低接触面从而减低分子间引力。第38页，此课件共64页哦同数碳原子的构造异构体中，分子的支链越多，则沸点越低。例如：正丁烷.-0.5 异丁烷.-11.7正戊烷.36.1异戊烷.27.9新戊烷.9.5第39页，此课件共64页哦 a 基本上随分子量的增加而增加。（奇数和偶数碳）b 分子的对称性增加，它们在晶格中的排列越紧密，熔 点也越高。（因为晶体分子间的作用力不仅取决于分

18、子的大小，也取决于他们在晶格中的排列。）3.熔点（.）例如：正戊烷m.-129.8 异戊烷m.-159.9 新戊烷m.-16.8 第40页，此课件共64页哦4.相对密度相对密度:随着相对分子量的增加而有所增加随着相对分子量的增加而有所增加,最后接近最后接近0.8左右左右.（作用力随着分子质量的增加而增加，使分子间的距离相作用力随着分子质量的增加而增加，使分子间的距离相对地减少的缘故。）对地减少的缘故。）5.溶解度溶解度：结构相似者相溶：结构相似者相溶当溶剂分子之间的吸引力和溶质分子之间，以及溶当溶剂分子之间的吸引力和溶质分子之间，以及溶剂分子与溶质分子之间的相互吸引力相近时，溶解容易剂分子与溶

19、质分子之间的相互吸引力相近时，溶解容易进行。进行。第41页，此课件共64页哦 (P39)5.不要查表将下列烃类化合物按沸点降低的次序排列。（1）2,3-二甲基戊烷 （2）正庚烷 （3）2-甲基庚烷 （4）正戊烷 （5）2-甲基己烷 答:(3)(2)(5)(1)(4)第42页，此课件共64页哦2-6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质烷烃分子中原子间都是烷烃分子中原子间都是 键结合的键结合的,不易断裂，故其化学不易断裂，故其化学性质非常稳定，是一类不活泼的有机化合物。性质非常稳定，是一类不活泼的有机化合物。在一般条件下，烷烃与强氧化剂、强还原剂、强酸、强碱在一般条件下，烷烃与强氧化剂、强还原剂、强酸、

20、强碱等都不起反应等都不起反应.但在一定条件下，例如高温、高压、光照或催化剂但在一定条件下，例如高温、高压、光照或催化剂影响下，也能发生一些化学反应。影响下，也能发生一些化学反应。第43页，此课件共64页哦烷烃在空气或氧气中完全燃烧生成二氧化碳和水，并放出烷烃在空气或氧气中完全燃烧生成二氧化碳和水，并放出大量的热，这是汽油、柴油作为内燃机燃料的基本变化和根据。大量的热，这是汽油、柴油作为内燃机燃料的基本变化和根据。例如例如：CH4+2O2 CO2+2H2O =-881kJ/molCH3CH3+7O2 4CO2+6H2O=-1538kJ/mol1.氧化反应RCH2CH2RO2,120OC锰盐，1.

21、5-3MPaRCOOHRCOOH第44页，此课件共64页哦2.异构化反应工业上将直链烷烃异构化为支链烷烃可提高汽油质量。CH3CH2CH2CH3AlBr3,HBr27oCCHCH3CH3H3C定义：由一个化合物转变为其异构体的反应。标准燃料由异辛烷和正庚烷的混合物组成。异辛烷用作抗爆性优良的标准，辛烷值定为100；正庚烷用作抗爆性低劣的标准，辛烷值为0。汽油辛烷值是汽油在稀混合气情况下抗爆性的表示单位，在数值上等于在规定条件下与试样抗爆性相同时的标准燃料中所含异辛烷的体积百分数。第45页，此课件共64页哦3.裂化反应裂化在高温下使烷烃分子发生裂解的过程。碳原子数越多，裂化产物越复杂，是烷烃分子

22、中的C-C键和C-H键的断裂形成复杂的混合物，有较低级的烷烃，也有烯烃和氢。CH3CH2CH2CH3CH4CH3CH=CH2CH2=CH2CH3CH3H2CH3CH2CH=CH2第46页，此课件共64页哦热裂化反应热裂化反应通常在通常在5MPa及及500600下进行的裂化反下进行的裂化反应应催化裂化催化裂化在催化剂存在下的裂化。催化裂化一般在在催化剂存在下的裂化。催化裂化一般在450500 ,常压下进行。能提高汽油的质量常压下进行。能提高汽油的质量(高辛烷值，高辛烷值，2,2,4-三甲基戊烷为三甲基戊烷为100)。裂解裂解在更高温度下（在更高温度下（700）进行深度裂化，得到更）进行深度裂化，

23、得到更多低级烯烃多低级烯烃第47页，此课件共64页哦4.卤代反应 烷烃分子中的氢原子被其它原子或原子团所取代的反应称为取代反应。若被卤原子取代则称为卤代反应。烷烃有实用价值的卤代反应是氯代和溴代反应。因为氟代反应非常剧烈且大量放热，不易控制，碘代反应则较难发生。卤代反应活性次序为：F2Cl2Br2I2。第48页，此课件共64页哦 氯和溴在室温和黑暗中不与烷烃发生反应，如果在强烈日光照射下，则发生猛烈反应，甚至发生爆炸。CH4Cl2强烈日光4HClC热量 在漫射光、加热或某些催化剂存在下，氯、溴与烷烃反应较温和，其分子中的氢原子逐步被氯、溴取代，生成多种取代产物。下面以氯代反应为例进行讨论。第4

24、9页，此课件共64页哦（1）甲烷的氯代反应）甲烷的氯代反应CH4Cl2CH3ClClHCl2CH2Cl2ClHCH3ClCHCl3CCl4+400或h，25400或h，25一般甲烷的氯化反应得到四种氯代产物的混合物，控制甲烷和氯气的摩尔比和反应时间可控制产物的组成。V(CH4)/V(Cl2)=10:1 主要为CH3ClV(CH4)/V(Cl2)=0.26:1 主要为CCl4第50页，此课件共64页哦（2）其他烷烃的卤代反应CH3CH2CH3Cl2CH3CH2CH2ClCH3CHCH3ClCCl4+光250C43 57CHCH3H3CCH3Cl2CCH3H3CCH3ClCHCH3H3CCH2Cl

25、36%64%丙烷中仲氢与伯氢的反应活性之比为:57/2:43/6=4:1异丁烷中叔氢与伯氢的反应活性之比为:36/1:64/9=5:1烷烃中H反应活性顺序为：3oH 2oH 1oH第51页，此课件共64页哦烷烃分子中氢原子活泼性的不同也可用键离解能的不同来解释：键离解能(kJ/mol)伯氢 CH3CH2CH2H 410仲氢 (CH3)2CHH 395叔氢 (CH3)3CH 380碳-叔氢键的离解能最小，说明这个键最容易断裂，所以叔氢原子的活泼性最高。第52页，此课件共64页哦对氯代反应而言，氢原子的反应活泼性 3H:2H:1H 5:4:1对溴代反应而言，3H:2H:1H 1600:82:1 因

26、此,溴比氯更具选择性。由于产物混合，复杂，一般不用卤代来制备卤代烃CHCH3H3CCH3Br2hv,127oCCCH3H3CCH3BrCHCH2BrH3CCH399%第53页，此课件共64页哦例题1例题2CH3CH2CH3Br2光CH3CHCH3BrCH3Br2光CH3Br 写出下列反应的主要产物:第54页，此课件共64页哦第55页，此课件共64页哦（3）烷烃的卤代反应历程自由基链反应所有链反应均经链引发、链增长、链终止 三个阶段。链引发 ClCl+能量 Cl+Cl(氯原子,氯自由基)（产生高能量的自由基Cl,引发反应）链转移（链增长）Cl+HCH3 HCl+CH3 (甲基自由基)CH3+Cl

27、2 CH3Cl+Cl .链终止 Cl+Cl Cl2 CH3+CH3 CH3CH3 Cl+CH3 CH3Cl 反应历程：由反应物转变成产物所经历的途径。第56页，此课件共64页哦第57页，此课件共64页哦(1)反应热反应热反应物与产物之间的能量差反应物与产物之间的能量差(H).负值为负值为 放热放热.用键离解能估算用键离解能估算.CH3-H+Cl-Cl CH3-Cl+H-Cl 435 243 349 431 678 780 H=678-780=-102 kI/mol CH3-H+Br-Br CH3-Br+H-Br 435 192 293 366 627 659 H=627-659=-32 kI/

28、mol说明:比较反应热,溴代反应比氯代反应缓慢.（4）.甲烷氯代反应过程的能量变化 第58页，此课件共64页哦(1)Cl-Cl 2Cl 243 H=+243 kI/mol(2)Cl+H-CH3 H-Cl+CH3 435 431 H=+4 kI/mol(3)CH3+Cl-Cl CH3-Cl+Cl 243 349 H=-106 kI/mol活化能-过渡态与反应物之间的能量差是形成过渡态所必须的最低能量,也是使该反应进行所需的最低能量。第59页，此课件共64页哦Cl+H-CH3 H3CHCl H-Cl+CH3 反应的能量变化第60页，此课件共64页哦CH3+Cl-Cl CH3ClCl CH3-Cl+

29、ClH=-106 kI/mol能量变化110 kJ/mol第61页，此课件共64页哦图 Cl+H-CH3 CH3-Cl+Cl 能量变化第62页，此课件共64页哦(5)一般烷烃的卤代反应历程(1)链的引发：(2)链增长(链传递):(3)链终止:X2 2X (光或热)X+RH HX+R R+X2 RX+X.X +X X2R+X RX R +R R-R第63页，此课件共64页哦 从各键的离解能来看从各键的离解能来看:形成各烷基自由基所需的能量形成各烷基自由基所需的能量:(1)CH3-H CH3 +H D=435kJ/mol(2)CH3CH2CH2-HCH3CH2CH2 +H D=410kJ/mol(3)(CH3)2-CH-H CH3-CH +H D=395kJ/mol(4)(CH3)3-C-H CH3-C +H D=380kJ/mol 从丙烷开始,一氯代产物就不止一种。氯自由基可以分别夺取伯,仲,叔氢原子形成伯,仲,叔烷基自由基,进一步可生成不同的一氯代产物.第64页，此课件共64页哦