有机化学 第2章.ppt

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1、1/28/2023Email地址：时间：18-1魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军第2章 烷烃2.烷烃的异构4.烷烃的命名1.烷烃的定义3、碳、氢的类型18-25.烷烃的构象6.烷烃的物理性质及其规律7、烷烃的化学性质魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军只含C、H的化合物叫碳氢化合物碳氢化合物，简称烃。C只以-键相连的烃叫烷烃（饱和烃）烷烃的通式为：或或 H (CH2)n HCnH2n+21.烷烃的定义18-3魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军分子中原子相互连接的方式和次序叫2.1 2.1 同分异构同分异构分子式相同，而结构相异的化合物。如：CH3CH2-OH CH3-O-CH32.2 2.2 结构异

2、构（构造异构）结构异构（构造异构）在同分异构体中，由于个原子的不同连接次序而引起的异构叫构造异构。2.2.烷烃的异构烷烃的异构构造(Constitution)或结构(Strructure)18-4魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军一般异构有下列内容：异 构 构造异构（原子连接次序不同）立体异构（原子空间延伸方向不同）构型异构构象异构对映（旋光）异构18-5魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军3、碳、氢的类型在烃分子中的碳原子按照与其它碳原子相连的数目分为：伯碳（白色）仲碳（黄色）叔碳（粉红）季碳（红色）分别记为1o、2o、3o、4o相应的与这些碳原子相连的氢也分别称为：CH3CH3-H2-H-H2-

3、H2-CH3CCCCCH3CH3C伯氢、仲氢、叔氢。18-6魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军烷烃异构体的数目随C的增加而迅速增加。C的数目 1 2 3 4 5 10 20异构体数目 1 1 1 2 3 75 366319 4.1 习惯命名法（俗名或普通命名）因而命名成为重要内容，有下列几种方法：4.2 衍生命名法4.3 系统命名法4.4.烷烃的命名烷烃的命名18-7魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军4.1 习惯命名法以甲、乙、丙等表示碳原子的数目，后面加一“烷”字。此方法简洁明快，但只适用于简单的或个别化合物。CH3CH2CH2CH3CH3正戊烷新戊烷异戊烷正丁烷异丁烷CH3CHCH3CH3CH

4、2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH318-8魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军4.2 衍生命名法以甲烷为母体，其它为取代基。此方法适用于结构复杂的化合物。C-CH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3甲基乙基叔丁基苯基甲烷18-9魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军4.3 系统命名法这是我国于1979年在IUPAC的基础上，根据我国文字特点制定的系统命名规则。4.3.1 直链烷烃的命名4.3.2 支链烷烃的命名4.3.3 取代基（侧链）的命名18-10魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军4.3.1 直链烷烃的命名1）10个C以下的烷烃用甲、乙、丙.壬、癸等 10

5、大天干表示。如庚烷。2）10个C以上的烷烃用十一、十二、等汉字表示。如十四烷辛烷壬烷 十八烷18-11魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军4.3.2、支链烷烃的命名1）选最长的碳链为主链，作为母体，命名为“某”烷。如果最长碳链有不止一种，则选取代基最多的一条为主链。C-C-C-C-C-C-CC-C-C-C-C-C-C最终命名为癸烷C-C-C-C-C-C-C-C-C-CC-C-C-C-C-C-CC2）将主链从最靠近取代基的一端用1、2、3.编号，C-C-C-C-C-C-C-C-C-CC-CC1235781018-12魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军 如果两端距取代基一样远近时，选取代基位次和最小的一

6、种方式。C-C-C-C-C-C-C-C-C-CC-C1 2 3 46810CC3）命名时将取代基的位次和名称写在主链名称之前，取代基的位次和名称之间用“-”隔开，取代基之间也要用“，”隔开。C-C-C-C-C-C-C-C-C-CC-CC12357810癸烷2-甲基-8-乙基18-13魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军4）相同取代基可以合并，位次仍要用阿拉伯数字表示，相互之间要用“，”隔开，并在名称前用汉字表明取代基的数目。C-C-C-C-C-C-C-C-C-CC-C1 246810CCC癸烷3，3，8-三三甲基-4-乙基5)不同的取代基在命名时，简单的在前、复杂的在后。C-C-C-C-C-C-C

7、-C-C-CC-C1 246810C癸烷-3-乙基6-甲基18-14魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军如根据上述规则命名下列化合物：2，5-二甲基二甲基-3-乙基-4-丙基庚烷庚烷CH3-CH2-CHCH-CH2-CH2-CH3CH-CH2-CH3CH3-CHCH3CH3CH-CH2-CH3CHCHCH3CH18-15魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军 CH3 CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3-C-CH3 CH3 CH3 结构异构它们的通式都是：CnH2n+218-16魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军4.3.3 取代基（侧链）的命名复杂的取代基要用上述规则将其命名。简单的

8、取代基有专用名称。CH3CH2CH2CH2CH3正丁基仲丁基异丁基叔丁基CH3CH2CHCH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3n-丁基s-丁基i-丁基t-丁基18-17魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军CH3CH2CH2正丙基CH3CH3CH异丙基CH3CH=CH丙烯基CH2CH=CH2烯丙基18-18魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军 由于-键的自由旋转，引起分子中各原子在空间不同的排布方式，叫构象异构（Conformation)5.1、乙烷的构象5.2、丁烷的构象5.烷烃的构象16-3魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军1、乙烷的构象16-4魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军说 明：纽曼投影

9、式表达比较方便，因而经常使用。乙烷的重叠式和交叉式的位垒相差12KJ/mol,分子在室温下的热运动就可以翻转此位垒，因而分子不能确定在某种状态下。16-6魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军 2、丁烷的构象丁烷的构象在室温下主要以反叉式和顺叉式存在。前者为63%、后者为37%。一般的直链烷烃以锯齿状存在。16-7魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军在室温和一个大气压下1-4个C的直链烷烃为气体，如沼气、液化气。5-17个C的直链烷烃为液体，如汽油、柴油、机油。18个C以上的直链烷烃为固体，如石蜡。6.烷烃的物理性质及其规律16-10魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军1、沸 点结构极性分子量范德华力分子间

10、力 影响沸点的主要因素因而1）分子量增大，沸点升高。2）分子的极性越大，沸点越高。3）同碳原子数的异构体中，支链越多沸点越低。16-11魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军2、熔 点结构极性分子量范德华力分子间力 影响熔点的主要因素分子的对称性（规整性）因而1）分子量增大，分子的极性越大，熔点升高。2）分子的对称性与越大，熔点越高。3）偶数c比相邻奇数c的熔点升高幅度大，因而随着c数的增加熔点成锯齿状，且这种差距随着c数的增加而缩小。16-12魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军例如：CH3CH2CH2CH2CH3 CH3 CH3CHCH2CH3 CH3-C-CH3 CH3 CH3 7.5沸点36.1

11、27.9-16.8熔点-129.8-159.9 烷烃的熔、沸点规则具有普遍意义，对其他类型的有机化合物也基本适应16-14魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军3、烷烃的比重 烷烃的比重都小于1，随着分子量的增加，最后接近于0.8左右。4、溶解性 烷烃几乎不溶于水，而溶于CCI4、乙醚等有机溶剂。符合相似相溶规则。16-16魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军12345678碳原子数熔点16-13魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军纽曼投影式的正确表达：HHHHHH重叠式重叠式HHHHHH交叉式交叉式16-5魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军直链烷烃的稳定结构：CCCCCCHHHHHHHH HH HH HHC

12、CCC16-9魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军正丁烷各种构象的稳定性比较：006001200180024003000360016-8魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军试判断下列化合物熔、沸点的高低：CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CHCH2CH3 CH3 CH3-CH-CH-CH3 CH3 CH3 熔 点沸 点 CH3-C-CH2-CH3 CH3 CH3 68.763.358.049.7-95-118-128-10016-15魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军7.1 烷烃的氧化反应7.2 烷烃的异构化反应7.3 烷烃的裂化反应7.4 烷烃的取代反应（卤代反应）7.5 烷烃的卤代反

13、应的历程烷烃全部由C-H、C-C的键组成，性质比较稳定，在通常状态下不与强酸、强碱、强氧化剂反应。但在高温、高压、光照、催化剂等的作用下，仍能发生反应。7、烷烃的化学性质：、烷烃的化学性质：18-2魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军(3n+1)2氧化分为:部分氧化 全部氧化（燃烧）4C+5H2+O2正丁烷正丁烷HfHc异丁烷异丁烷能量4CO2+5H2O反应为：CnH2n+2+O2=nCO2+(n+1）H2O7.1.烷烃的氧化反应18-3魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军 1)直链烷烃每增加一个CH2，燃烧热平均增加659KJ。2）在同碳原子异构体中，支链越多，生成热越大（燃烧热越小），烷烃就越稳定

14、.说说 明明18-4魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军7.7.2 2、异构化反应、异构化反应CH3 CH3CHCH3 由一个化合物转变为其异构体的反应叫异构化反应AlBr3，HBr，27 异构化反应使烷烃的支化度提高，稳定性增加。此反应经常用于提高汽油的品质（即辛烷值）。20%CH3CH2CH2CH3 80%18-5魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军 使烷烃分子发生裂解的过程叫裂化，可分为：热 裂 化 5MPa,500-600，产物为轻油催化裂化 常压，450-500，产物为优质轻油、乙烯、丙烯、丁烯等，视催化剂而定。裂 解 温度大于700，产物为乙烯、丙烯等。裂化使重油变为轻油，且提高了油的品质

15、，是石油工业的 重要反应。7.3.烷烃的烷烃的裂化反应裂化反应18-6魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军裂化反应是一个复杂过程，产物也很复杂。但不外是烷烃分子中的C-C键，C-H建的断裂。裂化反应中键是均裂，产生自由基中间体，反应如下：HCH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CHCH3CH3CH3CH2CH2CH3CH2H2CH4CH3CH3CH3CH2CH3C6H14C8H18CH2=CH218-7魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军尽管键断裂没有确定的地方，但总是较弱的键断裂是主要的。一般规律是：1）自由基的稳定性：叔仲伯甲基2）C-H键能的大小：伯仲叔中间体越稳定，反应

16、越快C-H键能越小，反应活性越高18-8魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军RCH3CH2CH2CH2CH3CH2CHCH3CH3-C CH3CH3 Hf (KJ/mol)67.037.754.4EaCH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH2CHCH3中间体越稳定，活化能越小，反应就越快，产物越多中间体越稳定，活化能越小，反应就越快，产物越多。能能量量反应进程反应进程烷基自由基的稳定性烷基自由基的稳定性18-9魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军C-H的键能的键能R-HCH3-HCH3CH2CH3CHCH3CH2=CHCH2HHCH3CCH3CH3HH439.6397.7389.43

17、60.1410.7 键能键能(KJ/mol)可见H的活泼性为：烯丙基氢 叔氢 仲氢 伯氢 键能越小，越不稳定，反应的活泼性越高。18-10魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军7.4、取代反应（卤代反应）烷烃中的H被其它元素取代的反应叫取代反应。被卤素取代的反应叫卤代（或卤化）反应，被Cl取代的反应叫氯代（化）反应。（1）甲烷的氯代反应（2）其它烷烃的氯代反应（3）烷烃的氟代、溴代、碘代18-11魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军（1）甲烷的氯代反应反应如下反应如下：强烈光照C +HCl此反应迅猛或爆炸此反应迅猛或爆炸CH4+Cl2漫反射CH3Cl+HClCH2Cl2+HClCHCl3+HClCCl4

18、+HCl由于甲烷氯化后使C-H活化，因而产物是混合物，但通过控制配比使某种产物为主要产物。18-12魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军氯代甲烷中的氯代甲烷中的C-H键能键能键 型CH3-H CH2Cl-H CHCl2-H CCl3-H 439.6 422.2 414.2 400.8 键 能（KJ/mol)可见随着氯代的增加，C-H键能减小，反应活性提高。18-13魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军（2 2）其它烷烃的氯代反应）其它烷烃的氯代反应其它烷烃由于H的类型不同，使氯化反应更复杂。hV,CCl4CH3CH2CH3+Cl2ClCH3CH2CH2+CH3CHCH3Cl43%57%CH3CHCH3

19、+Cl2CH3hV,CCl4CH3CHCH2CH3ClCl+CH3-C-CH3CH336%64%由此反应进一步说明H的活泼性为叔仲伯18-14魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军影响反应的主要因素：X-X(卤素）的键能越小，键越易断裂，越易反应。X-X的键能顺序：Cl2 Br2 F2 I2X的共价半径顺序：I Br Cl F结果反应活性为：F2爆炸 Cl2 Br2 I2不反应（3）烷烃的氟代、溴代、碘代X的半径越小(C-X键能越大），越容易上去，越易反应。18-15魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军烷烃的卤代反应的历程是自由基取代机理，以甲烷的氯化为例：(1)链引发hor Cl2 2Cl(2)链传递CH4+Cl CH3+HClCH3+Cl2 CH3Cl+Cl总反应CH4+Cl2 CH3Cl+HCl7.5.烷烃的卤代反应的历程烷烃的卤代反应的历程18-17魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军(3)链终止CH3+Cl CH3-ClCH2 Cl +Cl CH2Cl 2Cl +Cl Cl2 链终止的过程就是自由基熄灭的过程，是一个复杂的过程。上述终止叫偶合终止，还有歧化终止、转移终止等多种途径。18-18魏能俊 有机化学主讲教师：曹瑞军如：CH4 +X2 CH3X+HXX:F Cl Br IHf:-427 -103.4 -31 54 18-16