第3章 烷烃和环烷烃.ppt

《第3章 烷烃和环烷烃.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章 烷烃和环烷烃.ppt（42页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1第第3章章 烷烃烷烃和和环烷烃环烷烃21 1 烷烃的通式和同系列烷烃的通式和同系列2 2 烷烃和环烷烃的来源烷烃和环烷烃的来源 3 3 烷烃的物理性质烷烃的物理性质 4 4 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 5 5 环烷烃的性质环烷烃的性质 重点重点第第3 3章章 烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃33 3、1 1 烷烃的通式、同系列烷烃的通式、同系列2 2、同系列、同系列 1 1、通式：、通式：结构相似结构相似,具有同一通式，组成上只相差一个或几个具有同一通式，组成上只相差一个或几个CHCH2 2的一系列化合物。的一系列化合物。同系列中相邻两分子式的差值同系列中相邻两分子式的差值CHCH2 2 系差系差

2、。第第3 3章章 烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃C Cn nH H2n+22n+2 或以或以 RH RH 表示表示4C3H6 C4H8 C5H10 单环环烷烃的结构通式：单环环烷烃的结构通式：CnH2n同系列中各化合物同系列中各化合物同系物之间的关系：同系物之间的关系：(1)(1)有相似的化学性质有相似的化学性质(2)(2)物理性质随碳原子数目的增大而有规律地变化物理性质随碳原子数目的增大而有规律地变化3 3、1 1 烷烃的通式、同系列烷烃的通式、同系列53 3、2 2 烷烃的物理性质烷烃的物理性质1 1、状态、状态(常温常压下常温常压下)C1C4C5C17C18气体气体;液体液体固体固体(又称又称

3、 石蜡石蜡)主要包括：状态、沸点、熔点、比重、溶解度。主要包括：状态、沸点、熔点、比重、溶解度。2 2、沸点、沸点(bpbp)影响烷烃影响烷烃沸点的因素：范德华力沸点的因素：范德华力，bpbp 范德华力大小：范德华力大小：与分子中原子的极性大小和数目有关。与分子中原子的极性大小和数目有关。只在近距离内才能有效的作用。只在近距离内才能有效的作用。6a)a)正构烷烃随正构烷烃随C C数增加数增加bpbp升高升高C C数数增多增多,分子间相互接触的面积增大，分子间相互接触的面积增大，分子间力增大。分子间力增大。变化规律变化规律:注意：注意：但但CC，bpbp 增加的幅度逐渐减小。增加的幅度逐渐减小。

4、b)b)异构体中，异构体中，支链越多支链越多,沸点越低沸点越低3 3、2 2 烷烃的物理性质烷烃的物理性质原因：原因：（见（见P62P62页）页）7bp36.127.99.5CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3CHCH3 3-CH-CH-CH-CH2 2-CH-CH3 3CHCH3 3l lCHCH3 3 CH CH3 3-C-CH-C-CH3 3 l lCHCH3 3l l-129.7-159.9-16.6mp支链增多支链增多,分子趋于球形，分子间力变弱。分子趋于球形，分子间力变弱。原因：原因：3 3、2 2 烷烃的物理性质烷烃的物理性质83 3、熔点、熔点

5、(mp)(mp)影响烷烃影响烷烃熔点的因素也是范德华力。熔点的因素也是范德华力。因因固体分子间范德华力大小不仅取决于分子中原固体分子间范德华力大小不仅取决于分子中原子的极性子的极性大小和数目大小和数目，也取决于它们在，也取决于它们在晶体中的排列晶体中的排列状况状况。正构烷烃，随正构烷烃，随C C数增加数增加,mp,mp升高升高 (甲甲,乙乙,丙丙烷除外烷除外)。变化规律：变化规律：以熔点以熔点碳原子数作图，折线：碳原子数作图，折线：3 3、2 2 烷烃的物理性质烷烃的物理性质所以，熔点即受所以，熔点即受分子大小分子大小的影响又受的影响又受晶体状况晶体状况的影响的影响9 将偶数碳、奇数碳烷烃将偶

6、数碳、奇数碳烷烃熔点分别连接，得两熔点分别连接，得两条平滑曲线。条平滑曲线。偶数碳居上。偶数碳居上。3 3、2 2 烷烃的物理性质烷烃的物理性质10由此可见：含由此可见：含偶数偶数C C，m.pm.p的的多；多；含含奇数奇数C C，m.pm.p的的少。少。从而形成了从而形成了“偶上奇下偶上奇下”两条曲线。两条曲线。解释解释：在晶体中，分子间作用力不仅取决于分子本在晶体中，分子间作用力不仅取决于分子本身，还与晶体中晶格排列的身，还与晶体中晶格排列的对称性对称性有关。有关。含偶数碳原子的含偶数碳原子的碳链具有较好的对称性，晶碳链具有较好的对称性，晶格排列紧密。格排列紧密。442 2 烷烃的物理性质

7、烷烃的物理性质113 3、比重、溶解度、比重、溶解度均小于均小于1 1。MM，d d 0.80.8异构体中，异构体中，d d(正构）正构）d d(异构）异构）不易溶于水及其它极性溶剂不易溶于水及其它极性溶剂,能溶于弱极性和非极性有机溶剂中能溶于弱极性和非极性有机溶剂中.3 3、2 2 烷烃的物理性质烷烃的物理性质从分子间的作用力角度解释。从分子间的作用力角度解释。为什么？为什么？123 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质一、取代反应一、取代反应1、氯代反应、氯代反应1)甲烷的氯代甲烷的氯代CH4+Cl2 光照光照或或350-400 CH3Cl+HCl (bp:-24 )CH3Cl+Cl2

8、hvCH2Cl2+HCl (bp:40 )或或350-400 CH2Cl2+Cl2hv或或350-400CHCl3+HCl （bp:61C）hvCHCl3+Cl2CCl4+HCl （bp:77）或或350-400通常得到混合物通常得到混合物RHRH中中H H被被X X、NONO2 2、SOSO3 3H H等取代。等取代。取代反应、氧化、裂化和异构化取代反应、氧化、裂化和异构化13若控制条件则若控制条件则:CH4:Cl2=0.263:110:1CCl4CH3Cl3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质14hv25C64%hv25C设设1 1H H活性为活性为1 1，2 2H H活性为活性为

9、丙烷中：丙烷中：则：则：61/2=61/2=即即 1 1H H与与2 2H H活性比为活性比为1414，同理可得同理可得 3 3H H的活性为的活性为1 1H H的的 倍倍 .2 2）其他烷烃的氯代）其他烷烃的氯代(CH3)2CHCl CH2CH2CH2Cl CH3CH2CH3+Cl257%43%(CH3)3CCl (CH3)2CHCH2Cl(CH3)3CH+Cl236%43/5743/57=4.0=4.03 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质515思考思考:1):1)结论：结论：（1 1）室温下，叔、仲、伯氢氯代的速率之比是：）室温下，叔、仲、伯氢氯代的速率之比是：（2 2）烷烃中各类

10、）烷烃中各类H H的活性有如下的规律：的活性有如下的规律：3H 2H 1H 甲烷甲烷H5：4：1?CH3-CH-CH2-CH3+Cl2CH3l 2)2)哪种饱和烃一氯代时可得一种产物？哪种饱和烃一氯代时可得一种产物？3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质一取代产物一取代产物的异构体？的异构体？16反应机理：反应机理：(反应历程反应历程)2 2 氯代反应机理氯代反应机理研究反应机理目的：研究反应机理目的：化学反应所经历的途径或过程。化学反应所经历的途径或过程。搞清楚各步反应的中间体搞清楚各步反应的中间体 和过渡态。和过渡态。3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质?17实验事实实验事实

11、：CHCH4 4、ClCl2 2混合物在黑暗中长期保存，混合物在黑暗中长期保存，不反应。不反应。CHCH4 4经光照后与经光照后与ClCl2 2混合，混合，也不反应。也不反应。ClCl2 2经光照后，迅速在黑暗中与经光照后，迅速在黑暗中与CHCH4 4 混合，反应立混合，反应立即发生。即发生。实验事实告诉我们：实验事实告诉我们：烷烃的卤代反应是从烷烃的卤代反应是从ClCl2 2的光照开始的。的光照开始的。3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质取代反应机理：链引发取代反应机理：链引发、链增长链增长、链终止链终止三阶段。(链传递)183 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质2 2 氯代反

12、应机理氯代反应机理链引发链引发：链链终终止止：Cl:ClCl:Cl ClCl+ClCl hhClCl +CH+CH3 3:H H CHCH3 3 +H H:ClCl 链增长链增长：CHCH3 3 +ClCl:ClCl CH CH3 3:ClCl +ClCl CHCH3 3:Cl+Cl+ClCl CH CH2 2:ClCl2 2 +H H:ClCl 链增长与链终止同时进行产物复杂链增长与链终止同时进行产物复杂CHCH2 2:ClCl2 2+ClCl CH CH :ClCl3 3 +H H:ClCl 链增长与链终止同时进行产物复杂链增长与链终止同时进行产物复杂ClCl+ClCl Cl Cl2 2

13、CHCH3 3+ClCl CHCH3 3:ClClCHCH3 3+CH+CH3 3 CHCH3 3:CHCH3 3活泼质点消失活泼质点消失原有的活泼质点消失原有的活泼质点消失新的活泼质点生成。新的活泼质点生成。生成活泼质点生成活泼质点19ClCl2Cl-242.7kj/molCC 2 2C -347-347 kj/molCH C C+H+H-439 439 kj/mol3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质为什么烷烃的卤代反应是从为什么烷烃的卤代反应是从ClCl2 2的光照开始的。的光照开始的。20 一个自由基一个自由基能使链增长反应重复能使链增长反应重复5,0005,000次，次，一一

14、个光量子个光量子可以引发两个可以引发两个自由基，故可使链增长反自由基，故可使链增长反应重复应重复10,00010,000次。次。3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质C l2一个光量子一个光量子2C l自由基的反应速率？自由基的反应速率？QuestionQuestion21引发自由基的条件：引发自由基的条件：光照光照、自由基引发剂、自由基引发剂、加热加热CHCH4 4+Cl+Cl CHCH3 3+HCl+HCl CHCH3 3+Cl+Cl2 2 CHCH3 3Cl+ClCl+Cl 3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质说明什么？说明什么？四点四点223.3.自由基的结构与稳定性自由

15、基的结构与稳定性这就是说：由这就是说：由CHCH4 4转化为转化为CHCH3 3ClCl的的过程中过程中碳原子的杂化方式也碳原子的杂化方式也发生了变化。发生了变化。3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质？23自由基自由基产生于产生于键的键的均裂均裂取决于取决于键的离解能键的离解能相应的相应的H H的活性越大的活性越大C CH H离解能越小离解能越小相应的自由基易于生成相应的自由基易于生成自由基的稳定性越大自由基的稳定性越大3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质键的键的均裂均裂难易难易自由基的稳定性自由基的稳定性24自由基的稳定顺序自由基的稳定顺序:3 R 2 R 1 R CH3 越

16、稳定的自由基越易生成越稳定的自由基越易生成,相应的产物产率越高。相应的产物产率越高。435.4397.7412381KJ/molKJ/molCH3-HCH3CH2CH2-H(CH3)2CH-H(CH3)3 C-H可见可见:三类三类H的活性的活性 3 H 2 H 1 H甲烷甲烷H 自由基的稳定性超共轭解释见自由基的稳定性超共轭解释见P69P69离解能离解能3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 请同学回答请同学回答?25 原 因：超共轭效应反应活性：自由基越稳定，反应机会越多，反应活性越高。由活性中间体的结构和稳定性可推测过渡态的 稳定性，从而判断反应的活性。常见的活性中间体：自由基、碳正

17、离子、碳负离子。从自由基的结构和稳定性分析活性从自由基的结构和稳定性分析活性26思考题思考题思考题思考题:356 CH2=CH-CH2-H问问:甲苯、丙烯和丙烷相应的自由基的稳定性如何甲苯、丙烯和丙烷相应的自由基的稳定性如何?离解能离解能KjKj/mol/mol364 为什么？为什么？3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质H HCH2-CH-CH2-H412 271.1.烷烃的通式和同系列烷烃的通式和同系列2.2.烷烃的物理性质烷烃的物理性质3.3.烷烃的化学性质烷烃的化学性质:取代反应、氧化、裂化和异构化取代反应、氧化、裂化和异构化卤代反应：特点、氢的活性卤代反应：特点、氢的活性反应机

18、理：反应机理：卤代反应条件？卤代反应条件？经历那几个过程？经历那几个过程？反应过程的中间体是什么？反应过程的中间体是什么？取代反应的碳原子轨道是怎样变化的？取代反应的碳原子轨道是怎样变化的？回回 忆忆 原因？原因？取代反应取代反应共轭效应共轭效应自由基的结构自由基的结构284 4 其它卤素的卤代反应其它卤素的卤代反应3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质F F ClCl Br I Br I (1 1)X X2 2 X X(2 2)+C CH H 4 4H HX X+C CH H 3 3(3 3)C CH H 3 3+X X2 2C CH H 3 3 X X+X XF F C Cl l B

19、 Br r I I+1 18 88 8.3 3+2 24 42 2.7 7+1 19 92 2.5 5+1 15 50 0.6 6难难易易-1 13 30 0.0 0-1 10 07 7.0 0+4 4.0 0+7 71 1.0 0+1 13 38 8.0 0-2 29 97 7.0 0-1 10 00 0.0 0-8 84 4.0 0H H-4 42 27 7.0 0-1 10 03 3.0 0-2 29 9.0 0+5 54 4.0 0最最 易易易易难难关关键键步步骤骤结结 论论:反反应应活活性性2X2X结论：反应活性结论：反应活性F F2 2 Cl Cl2 2 Br Br2 2 I I2

20、 229卤代反应的选择性及活性卤代反应的选择性及活性化合物的反应活性：化合物的反应活性：不仅取决于它的结构，不仅取决于它的结构，还与试剂的性质有关。还与试剂的性质有关。解释？解释？30一、烷烃的取代一、烷烃的取代1 1、烷烃取代反应的特点、烷烃取代反应的特点2 2、烷烃取代反应的机理、烷烃取代反应的机理3 3、自由基的结构与稳定性、自由基的结构与稳定性4 4、卤素的卤代反应活性剂选择性、卤素的卤代反应活性剂选择性3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质归纳归纳31 高级烷烃（高级烷烃（C C20202525）在在120120150150以以锰盐锰盐做催化剂时，做催化剂时，被空气氧化成高级脂

21、肪酸被空气氧化成高级脂肪酸1 1）、完全氧化：）、完全氧化：RH+ORH+O2 2COCO2 2+H+H2 2O+O+热量热量2 2）、部分氧化）、部分氧化:CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3+O+O2 2醋酸钴醋酸钴160,3MPa160,3MPaCHCH3 3COOHCOOHH H2 2O O 产产率率50%50%二、烷烃的氧化、裂化和异构化二、烷烃的氧化、裂化和异构化1 1 烷烃的氧化烷烃的氧化3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质32CH3-CH2-CH2-CH3CH2CH2CH=CH2+H2CH3-CH=CH2+CH4CH2=CH2+CH3-CH35005

22、00 例:裂化和裂解产物非常复杂，因烷烃分子中的任何一个C-C,C-H 键都有可能断裂：键能 346 413 KJ/mol2 2 烷烃裂解反应烷烃裂解反应烷烃在无氧、高温（450）下分裂成较小分子烃的反应裂化或裂解。3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质333.3.烷烃异构化：一个异构体转化为另一个异构体烷烃异构化：一个异构体转化为另一个异构体 。辛烷值：衡量汽油抗爆性能的标准。若汽油抗爆性相当于80%异辛烷、20%正庚烷的混合物，则该汽油辛烷值为80。正构烷烃带支链烷烃,可提高汽油辛烷值改善油品质量.3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质34三、三、三、三、脂环烃的性质脂环烃的性

23、质脂环烃的性质脂环烃的性质1、物理性质：、物理性质：mp,bp,d都比同碳数的直链烃高。都比同碳数的直链烃高。2、环烷烃化学性质：、环烷烃化学性质：（1 1）取代取代取代取代五、六元环五、六元环五、六元环五、六元环自由基自由基自由基自由基反应历程反应历程反应历程反应历程+Cl2+HCl+Br2+HBr光照光照或或3003003 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质35（小环烷烃不稳定易开环）（小环烷烃不稳定易开环）A.A.加氢：加氢：加加氢氢越越来来越越难难（2 2）加成）加成三、四元环的特殊反应三、四元环的特殊反应+H2C-C-C-C-CPtPt300300+H2C-C-CNiNi808

24、0+H2C-C-C-CNiNi200200+H2不反应不反应PtPt3003003 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质36（2）加成）加成三、四、五元环的特殊反应三、四、五元环的特殊反应使使Br2/CCl4棕红色褪去，用以鉴定环丙烷及环丁烷。棕红色褪去，用以鉴定环丙烷及环丁烷。B.加卤素：加卤素：+Br2Br-C-C-C-Br常温常温CClCCl4 4+Br2Br-C-C-C-C-BrCClCCl4 4+Br2日光日光BrBr3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质CClCCl4 4溴溴溴溴水褪色水褪色水褪色水褪色37C.加卤化氢：加卤化氢：3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性

25、质HBr常温常温+HBrH-C-C-C-C-Br383 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 带有取代基的环烷烃加成带有取代基的环烷烃加成HXHX或或BrBr2 2时，环的断裂是在时，环的断裂是在取代基最多与最少的两个环碳原子之间取代基最多与最少的两个环碳原子之间,且且H H加到加到含含H H多多的的碳上。遵从马氏规则。碳上。遵从马氏规则。+HBrCH3-CH-C-CH3CH3CH3Br lllHBr39（3 3）氧化氧化氧化氧化 室温下室温下,环烷烃环烷烃即使较活泼的即使较活泼的 ,也也不能不能被被KMnOKMnO4 4溶液等氧化剂溶液等氧化剂氧化氧化。如何鉴别：如何鉴别：只有在加热或有

26、催化剂的情况下才能发生氧化反应。3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质40+O2(air)环烷酸钴环烷酸钴1401801-1.25MPa+合成锦纶-66的单体60%HNO390-1201.5MPaCH2-CH2-COOHCH2-CH2-COOHl三、四元环易发生加成，类似烯烃，比较活泼，最三、四元环易发生加成，类似烯烃，比较活泼，最不稳定。五元、六元环易发生取代，类似烷烃，不不稳定。五元、六元环易发生取代，类似烷烃，不活泼，较稳定活泼，较稳定。总之：总之：3 3、3 3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质41第第3 3章作章作 业业P 74：4.1；4.3 ；4.4(1)；4.5；4.6(2)；4.7(1)(2)(3)(4)(6)(7)(8)；4.842