第2章 烷烃精.ppt

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1、第2章 烷烃第1页，本讲稿共66页第二章第二章 烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃(Alkane and Cycloalkanes)I.I.烷烃烷烃烃烃(hydrocarbon):(hydrocarbon):仅由仅由C,HC,H烷烷烃烃（AlkaneAlkane）：碳碳碳碳间间均均为为单单键键相相连连,其其余余价价键键全全与与氢氢相相连。连。,故烷烃含氢最高故烷烃含氢最高,烯烃（烯烃（Alkene)Alkene)：碳碳间有双键相连：碳碳间有双键相连,其余价键与氢连其余价键与氢连 炔烃炔烃(Alkyne)(Alkyne)：碳碳间有叁键相连：碳碳间有叁键相连,其余价键与氢连其余价键与氢连 环烷烃（环烷烃（C

2、ycloalkaneCycloalkane）芳香烃（芳香烃（AromaticalkaneAromaticalkane）卤代烃（卤代烃（Alkyl halidesAlkyl halides）第2页，本讲稿共66页饱和烃饱和烃(Saturated hydrocarbon)：H:C 达到最高值达到最高值不饱和烃不饱和烃(Unsaturated hydrocarbon)第3页，本讲稿共66页不饱和度不饱和度分子结构中达到饱和所缺的一价元素的分子结构中达到饱和所缺的一价元素的“对对”数数若分子中只含一、二、三、四价元素，则不饱若分子中只含一、二、三、四价元素，则不饱和度计算如下：和度计算如下：（22n4

3、n3n1)/2n4，n3，n1分别表示四价元素、三价元素、一价分别表示四价元素、三价元素、一价元素的个数元素的个数作用：根据分子式判断结构中可能含有的作用：根据分子式判断结构中可能含有的Pai键或键或环的数目。环的数目。第4页，本讲稿共66页一、一、同系列（同系列（Homologous series）（一）、同系列和同系物（一）、同系列和同系物(homlog)通通式式CnH2n+2具具有有相相同同分分子子通通式式，组组成成上上相相差差CHCH2 2及其倍数的一系列化合物，称同系列。及其倍数的一系列化合物，称同系列。methylene同系列中各化合物间互称同系物。同系列中各化合物间互称同系物。第

4、5页，本讲稿共66页同系物特性同系物特性同系物具有相似的化学性质，物理性质也同系物具有相似的化学性质，物理性质也随着碳链的增长而表现出有规律的变化。随着碳链的增长而表现出有规律的变化。同系物化（同系物化（Homologation）第6页，本讲稿共66页（二）（二）构造异构构造异构(Constitutive Isomerization)正戊烷 异戊烷 新戊烷Bp 36.1 28 9.5 n-pentane iso-pentane neo-pentane第7页，本讲稿共66页同分异构现象同分异构现象(isomerism)(isomerism)是指分子式相是指分子式相同，因分子中各原子间的排列次序和

5、方同，因分子中各原子间的排列次序和方式不同或空间位置不同，而产生一些不式不同或空间位置不同，而产生一些不同化合物的现象。同化合物的现象。第8页，本讲稿共66页(三）碳原子的分类伯碳（Primary carbon）：一级碳，1只与一个碳相连的碳原子仲碳（Secondary carbon）：二级碳，2叔碳（Tertiary carbon）：三级碳，3季碳（Quaternary carbon）：四级碳，4第9页，本讲稿共66页第10页，本讲稿共66页二、命名二、命名(Nomenclature)(一）普通命名法 正戊烷 异戊烷 新戊烷 n-pentane iso-pentane neo-pentane

6、第11页，本讲稿共66页（一）系统命名法（一）系统命名法1.1.直链烷烃：直链烷烃：直链烷烃称正（直链烷烃称正（n-）某烷，一般略去。）某烷，一般略去。1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 甲甲 乙乙 丙丙 丁丁 戊戊methane ethane propane butane pentane methane ethane propane butane pentane 6 7 8 9 10 11 6 7 8 9 10 11 已已 庚庚 辛辛 壬壬 癸癸 十一十一Hexane heptane octane nonane decane undecaneHexane heptane octane n

7、onane decane undecane英文：碳原子数的词头英文：碳原子数的词头+ane+ane第12页，本讲稿共66页2.2.含支链的烷烃：含支链的烷烃：支链（支链（Side chain)Side chain)主链（主链（Main chain)Main chain)支链作为取代基（支链作为取代基（Substituting groupSubstituting group）第13页，本讲稿共66页甲基甲基(Me)Methyl丙基丙基(n n-pr)-pr)异丙基异丙基(iso-pr)乙基乙基(Et)Ethyl常用烷基（Alkyl）：第14页，本讲稿共66页（二（二)系统命名法系统命名法(以以I

8、UPAC NomenclatureIUPAC Nomenclature为借鉴为借鉴)系统命名法是根据国际纯粹和应用化学联合会系统命名法是根据国际纯粹和应用化学联合会（IUPACIUPAC）命名原则，并结合我国的文字特点而制定的）命名原则，并结合我国的文字特点而制定的有机有机化学命名原则化学命名原则烷烃系统命名法的要点：烷烃系统命名法的要点：直链烷烃：与普通命名法相似。直链烷烃：与普通命名法相似。支链烷烃：支链烷烃：“长长”、“多多”、“低低”。即选择最长的碳链作为主链，使主链上有尽可能多的即选择最长的碳链作为主链，使主链上有尽可能多的取代基，取代基的位次最低，即最低系列原则。取代基，取代基的位

9、次最低，即最低系列原则。第15页，本讲稿共66页(1)(1)选主链：选最长链，使取代基最多、最简化。选主链：选最长链，使取代基最多、最简化。(2)(2)为链原子编号，使取代基编号位次最小为链原子编号，使取代基编号位次最小(3)(3)书写中优先排列基团次序，优先者靠近母体书写中优先排列基团次序，优先者靠近母体 2 2，4-4-二甲基己烷二甲基己烷 2,4-dimethylhexane2,4-dimethylhexane取代基取代基+母体母体第16页，本讲稿共66页2,4-二甲基己烷 2,4-dimethylhexane命名书写中常见错误：命名书写中常见错误：2-2-二甲基己烷、二甲基己烷、2 2

10、，4-4-甲基己烷、甲基己烷、2 2，4-24-2甲基己烷、甲基己烷、2 2，4 4二甲基己烷二甲基己烷注意区别：注意区别：“已已”和和“己己”第17页，本讲稿共66页在等距离处遇到取代基，则比较第二个取代在等距离处遇到取代基，则比较第二个取代基的位置。例如：基的位置。例如：2 2，3 3，5-5-三甲基己烷（三甲基己烷（2,3,5-2,3,5-trimethylhexanetrimethylhexane）第18页，本讲稿共66页含复杂支链的烷烃含复杂支链的烷烃第19页，本讲稿共66页练习：命名练习：命名第20页，本讲稿共66页第21页，本讲稿共66页三、结构（Structure）第22页，本

11、讲稿共66页 甲烷的分子模型甲烷的分子模型甲烷的立体构造式甲烷的立体构造式（透视式）（透视式）虚线虚线表示伸向纸平面后方表示伸向纸平面后方实线实线表示在纸平面前上表示在纸平面前上楔线楔线表示伸向纸平面前方表示伸向纸平面前方甲烷凯库勒模型甲烷凯库勒模型甲烷斯陶特模型甲烷斯陶特模型甲烷模型甲烷模型凯库勒模型凯库勒模型斯陶特模型斯陶特模型第23页，本讲稿共66页键键性性质质的的特特点点：成成键键原原子子可可沿沿键键轴轴“自自由由”转转动动；键键的的稳稳定定性性高高。键键的的极极化化度度小。小。第24页，本讲稿共66页（一）乙烷的构象（一）乙烷的构象 表示方法：表示方法：锯架式锯架式(sawhorse

12、 formula)(sawhorse formula)：重叠式重叠式 交叉式交叉式 第25页，本讲稿共66页纽曼纽曼(Newman)(Newman)投影式投影式：重叠式重叠式 交叉式交叉式eclipsed conformerstaggered conformer第26页，本讲稿共66页四四、构构象象（Conformation）围围绕绕碳碳碳碳键键旋旋转转而而使使分分子子中中原原子子或基团在空间的不同排列方式。或基团在空间的不同排列方式。p43 图图2-2 （一）乙烷的构象（无数种）（一）乙烷的构象（无数种）两种极端情况：两种极端情况：第27页，本讲稿共66页 在在交交叉叉式式中中，两两个个碳碳

13、原原子子上上的的氢氢原原子子间间的的距距离离最最远远，相相互互之之间间的的作作用用力力最最小小，内内能能最最低，这种构象叫低，这种构象叫优势构象。优势构象。第28页，本讲稿共66页在重叠式中，两个碳上的氢两两相对，距在重叠式中，两个碳上的氢两两相对，距离最近，相互作用力最大，因而内能最高，离最近，相互作用力最大，因而内能最高，是不稳定的构象。是不稳定的构象。第29页，本讲稿共66页交叉式和重叠式是乙烷的两种极端构象，交叉式和重叠式是乙烷的两种极端构象，其它构象介于这两种构象之间。其它构象介于这两种构象之间。第30页，本讲稿共66页第31页，本讲稿共66页（二）丁烷的构象全重叠式 邻位交叉式 部

14、分重叠式 对位交叉式第32页，本讲稿共66页第33页，本讲稿共66页第34页，本讲稿共66页气态和液态（温度足够高时）构象可转化。气态和液态（温度足够高时）构象可转化。固固态态时时烷烷烃烃以以锯锯齿齿壮壮全全交交叉叉式式相相互互紧紧密密堆堆积积在在一一起。起。全部对位交叉式全部对位交叉式 第35页，本讲稿共66页五、物理性质本书中指物态、沸点、熔点、密度、溶本书中指物态、沸点、熔点、密度、溶解度及光谱性质等。解度及光谱性质等。熔点、沸点等物理性质取决于结构及分熔点、沸点等物理性质取决于结构及分子间作用力。子间作用力。第36页，本讲稿共66页 （一）分子间作用力（一）分子间作用力 1.1.偶极偶

15、极-偶极相互作用（极性分子）偶极相互作用（极性分子）2.2.范德华力范德华力静电力静电力诱导力诱导力色散力色散力 瞬间偶极、电子运动造成瞬间偶极、电子运动造成正负电荷中心暂时不重合，具正负电荷中心暂时不重合，具加和性，分子越大、作用越强。加和性，分子越大、作用越强。对极性分子才能产生对极性分子才能产生3.氢键第37页，本讲稿共66页（一）物态（一）物态 (state)(state)常常温温常常压压下下，甲甲烷烷至至丁丁烷烷是是气气体体，戊戊烷烷至十七烷是液体，十八烷以上是固体。至十七烷是液体，十八烷以上是固体。（二）沸点（二）沸点（boiling pointboiling point）正正烷烷

16、烃烃的的沸沸点点随随碳碳数数增增多多而而规规律律性性的的升升高高。在在同同碳碳数数的的烷烷烃烃异异构构体体中中，支支链链越越多多，沸点就降低越多。沸点就降低越多。主要决定因素：分子间引力的大小。主要决定因素：分子间引力的大小。第38页，本讲稿共66页第39页，本讲稿共66页（三）熔点（三）熔点（melting pointmelting point）正正烷烷烃烃的的熔熔点点随随碳碳数数增增多多而而升升高高，而而变变化化不不如如沸沸点点有有规规则则。取取代代基基对对称称性性较较好好的的烷烷烃烃比比直直链链烷烷烃烃高高。含含偶偶数数碳碳原原子子的的正正烷烃熔点比含奇数碳的正烷烃高。烷烃熔点比含奇数碳

17、的正烷烃高。原原因因：对对称称性性较较好好，晶晶格格排排列列越越紧紧密密，分分子间作用力增大。子间作用力增大。鉴定物质的方法：鉴定物质的方法：第40页，本讲稿共66页第41页，本讲稿共66页戊烷异构体的沸点和熔点戊烷异构体的沸点和熔点 正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新新戊烷戊烷沸点沸点/36 28 9.5/36 28 9.5熔点熔点/-130 -160 -17/-130 -160 -17第42页，本讲稿共66页（四）密度（四）密度（densitydensity）分分子子间间作作用用力力弱弱、密密度度小小，随随分分子子量量增增大大密密度有所上升。度有所上升。（五）溶解度（五）溶解度(solubil

18、ity)(solubility)“相似相溶相似相溶”,不溶于水，低极性的苯和四氯不溶于水，低极性的苯和四氯化碳等。化碳等。第43页，本讲稿共66页六、化学性质六、化学性质分分子子为为非非极极性性键键，不不易易解解离离断断裂裂，化化学学性性质质较较稳稳定定。通通常常情况下与强酸、强碱、氧化剂、还原剂等都不发生反应。情况下与强酸、强碱、氧化剂、还原剂等都不发生反应。（一）氧化和燃烧（一）氧化和燃烧在强氧化剂和加热条件下在强氧化剂和加热条件下部分氧化：部分氧化：完全氧化：生成完全氧化：生成CO2和和H2O支支链链燃燃烧烧热热小小，稳稳定定（讨讨论论P50图图2-11），支支链链越越多多越越稳稳定定

19、第44页，本讲稿共66页 （二）热裂反应（二）热裂反应加加热热至至600。C可可生生成成复复杂杂产产物物，通通过过游游离离基基（free radical）进行。）进行。加热均裂加热均裂C-CC-C：347.4KJ/mol 347.4KJ/mol C-H C-H：414.4KJ/mol 414.4KJ/mol 第45页，本讲稿共66页（三）卤代反应（自由基反应）（三）卤代反应（自由基反应）Halogenation 第46页，本讲稿共66页（四）反应机理（四）反应机理（reaction mechanism）反应机理（反应历程）：对某个化学反应逐步变反应机理（反应历程）：对某个化学反应逐步变化过程的

20、详化过程的详 细描述。细描述。化学键的断裂和形成化学键的断裂和形成：反应物（：反应物（reactant）产物（产物（product）化学反应热力学：化学反应热力学：Thermodynamics能量变化反应的可能性能量变化反应的可能性化学反应动力学：化学反应动力学：Kinetics反应速率反应快慢反应速率反应快慢第47页，本讲稿共66页化学反应机理是在综合实验事实后提出的理论假设现有的公认的反应机理符合目前已观察的事实，但并不能说明已经到了最终的证实。分子振动碰撞的时间标度在10-1210-14秒，难以通过光谱手段直接监测。哥德巴赫猜想第48页，本讲稿共66页甲烷氯代的实验事实室温无光不反应，加

21、热或光照启动反应，后面放热，提示需启动能量最有效的光是蓝色光，氯气又能强烈吸收蓝光。提示氯气吸收蓝光被激活光激发的反应几乎是定量收率（100%），提示众多产物分子的生成与一个光子有关，如何解释？第49页，本讲稿共66页1 自由基链锁反应自由基链锁反应(free radical chain reaction)自由基游离基自由基游离基单质或化合物单质或化合物 均裂均裂 产生的具有能量的原子产生的具有能量的原子或带有未成对电子的基团。或带有未成对电子的基团。第50页，本讲稿共66页链的引发链的引发(Chain initiation)与单质相比，自由基是否稳定？第51页，本讲稿共66页链增长（链增长（

22、Chain Propagation）：）：第52页，本讲稿共66页第53页，本讲稿共66页链的终止链的终止(Chain termination)第54页，本讲稿共66页自由基反应特点自由基反应特点自由基是活泼中间体，一旦引发，一环自由基是活泼中间体，一旦引发，一环扣一环地进行下去。扣一环地进行下去。光照或加热催化光照或加热催化 自由基抑制剂自由基抑制剂如：氧抑制甲烷的卤代。如：氧抑制甲烷的卤代。自由基引发剂自由基引发剂如：如：ROOOOR进一步佐证自由基链锁反应理论进一步佐证自由基链锁反应理论第55页，本讲稿共66页2、甲基自由基的结构甲基自由基的结构甲基是甲基是sp3杂化，自由基是杂化，自由

23、基是sp2杂化，如何变化？杂化，如何变化？第56页，本讲稿共66页第57页，本讲稿共66页（六）过渡态（六）过渡态 过渡态理论过渡态理论认为：反应认为：反应中共价键中共价键的的断裂断裂和和生成生成必须通过必须通过分分子间的碰撞子间的碰撞就能使反应完成，除了有一个适当的位置和方就能使反应完成，除了有一个适当的位置和方向外，向外，中间中间还要形成一个还要形成一个过渡状态。过渡状态。反应物反应物 过渡态过渡态 产物产物E使反应物达到使反应物达到过渡态过渡态所需的能量即为所需的能量即为活化能活化能（E）。活化能。活化能是是过过渡态渡态与与反应物反应物的的内能差。内能差。例如反应：例如反应：A +B-C

24、 A-B +CA +B-C A B C A-B +C 过渡态过渡态第58页，本讲稿共66页2、过渡态（、过渡态（transition state，Ts)活化能（活化能（Activation energy，Ea）过渡态：过渡态：旧键已削弱新键开始形成的状态。旧键已削弱新键开始形成的状态。活化能：活化能：为使反应发生，由分子碰撞提供的最低能量为使反应发生，由分子碰撞提供的最低能量第59页，本讲稿共66页反应进程中体系能量的变化反应进程中体系能量的变化 决定反应速率的是活决定反应速率的是活化能（化能（E），是能垒高度，而），是能垒高度，而不是反应物与产物两个能谷的不是反应物与产物两个能谷的高度差高度

25、差H。反应活化能反应活化能体系中放体系中放出反应热出反应热 即使反应是放热的，但反应即使反应是放热的，但反应仍需要有一定的活化能才能发生。仍需要有一定的活化能才能发生。注意，活化能（注意，活化能（E）与反应热（）与反应热（H）之间没有直接联系。）之间没有直接联系。E:反应物反应物过渡态，由实验测得。过渡态，由实验测得。H:反应物反应物生成物，由反应中键能的改变近似地计算得。生成物，由反应中键能的改变近似地计算得。第60页，本讲稿共66页哪一步是决定反应速度的一步？第61页，本讲稿共66页烷基自由基的稳定性烷基自由基的稳定性CH3-H CH3CH2-H (CH3)2CH-H (CH3)3C-H435.4 410.3 397.4 380.9 烷基自由基的相对稳定性：烷基自由基的相对稳定性：321 CH3第62页，本讲稿共66页 自由基的稳定性与构型自由基的稳定性与构型第63页，本讲稿共66页本课重点碳原子分类系统命名法：alkyl，main chain,side chain,sequence rule乙烷、丁烷的构象：重叠式、交叉式第64页，本讲稿共66页丁烷的构象会画Newman投影式重叠式：能量低，优势构象?交叉式：能量高，不稳定?第65页，本讲稿共66页反应机理的概念自由基反应的历程自由基稳定性：叔碳仲碳伯碳甲基自由基自由基的sp2杂化第66页，本讲稿共66页