烷烃修改学习.pptx

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1、 又叫饱和烃,由于石蜡是烷烃的混合物,故烷烃也称石蜡烃.例如:甲烷,乙烷,丙烷,丁烷(正丁烷,异丁烷),戊烷(正戊烷,异戊烷,新戊烷).2.1 烷烃的通式,同系列和构造异构(1)烷烃名称 分子式 构造式 球棒模型甲烷 CH4乙烷 C2H6MethaneEthane第1页/共66页丙烷 CH3CH2CH3丁烷 CH3(CH2)2CH3PropaneButane名称 结构简式 构造式 球棒模型第2页/共66页NameCondensed StructurePentane (戊烷戊烷)CH3(CH2)3CH3Hexane (己烷己烷)CH3(CH2)4CH3Heptane (庚烷庚烷)CH3(CH2)

2、5CH3Octane (辛烷辛烷)CH3(CH2)6CH3Nonane (壬烷壬烷)CH3(CH2)7CH3Decane (癸烷癸烷)CH3(CH2)8CH3Undecane (十一烷十一烷)CH3(CH2)9CH3Dodecane (十二烷十二烷)CH3(CH2)10CH3第3页/共66页 直链烷烃分子中，一个或几个-CH2-基团（亚甲基）连成碳链，碳链的两端再连有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为:H (CH2)n H 或：CnH2n+2 (2)烷烃的通式 乙烷可看成甲烷的一个氢原子被甲基-CH3取代；丙烷可看成乙烷上的一个H被甲基-CH3取代;丁烷可看成丙烷的一个H被甲基-CH3 取代

3、：丙烷丙烷正丁烷正丁烷 异丁烷异丁烷第4页/共66页 由于分子式相同,但它们的构造不同(分子中各原子相连的方式和次序不同).又叫构造异构体。它们是两种不同的化合物.物理性质一定的差异.直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高（表2-1）.如：正丁烷的沸点：-0.5，熔点：-138.3，异丁烷的沸点：-11.7，熔点：-159.4，同分异构体第5页/共66页戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个 H被甲基-CH3 取代的产物:(正戊烷,异戊烷,新戊烷).第6页/共66页随着碳原子数的增加,烷烃的构造异构体的数目也越多.庚烷C7H16有9个构造异构体,辛烷C8H18有18个.部分异构体的物理性质差异见表

4、2-1.烷烃的通式 CnH2n+2,直链烃的通式可写为:H-(-CH2-)n-H同同系系物物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称为同系列.同系列中的各化合物互称同系物.（表表2-1中的化合物都是烷烃同系列中的同系物中的化合物都是烷烃同系列中的同系物）系差系差同系列相邻的两个分子式的差值 CH2 称为系差.(3)同系物第7页/共66页(4)烷烃中碳原子的分类:与伯,仲,叔碳原子相连的H原子,分别称为 伯,仲,叔H原子如：伯碳原子(第一碳原子),用“1”表示；仲碳原子(第二碳原子),用“2”表示；叔碳原子(第三碳原子),用“3”表示；季碳原子(第四碳原子),用“4”表示

5、。第8页/共66页第9页/共66页第10页/共66页 烷烃去掉一个氢原子后的原子团.常用R-，或(CnH2n+1-)表示,所以烷烃又可用通式RH表示.:对去掉一个直链烷烃末端氢原子所得的原 子团.命名时“正”字常用n-代表.甲基,乙基;正丙基CH3CH2CH2-:n-丙基 :去掉一个仲氢原子所得的烷基.用“sec-”表示.CH3CH2CH-,sec-丁基 CH3(5)烷基正烷基仲烷基仲丁基第11页/共66页 而 CH3CH(CH2)n-(n 0)型的烷基叫异烷基 CH3 用“iso-”表示.iso-异丙基iso-异戊基 CH3CHCH2CH2-CH3 去掉一个叔氢原子所得的烷基.用“t-”或“

6、tert-”表示.CH3叔丁基:CH3-C-t-丁基 CH3异烷基:叔烷基:第12页/共66页 CH3 CH3-CH2-C-t-戊基 CH3 CH3 CH3-C-CH2-CH3 叔戊基:新戊基:neopentyl第13页/共66页 部分烷基的英文表示：烷基（Alkyl）烷烃分子中从形式上消除一个氢的部分，通常用 R-表示，英文 用“yl”替代“ane”l甲基 Methyl CH3-Mel乙基 Ethyl CH3CH2-Etl正丙基 n-Propyl CH3CH2CH2-n-Pr l异丙基 isopropyl (CH3)2CH-i-Prl正丁基 n-Butyl CH3CH2CH2CH2-n-Bu

7、l仲丁基 sec-Butyl CH3CH2CHCH3 sec-Bul异丁基 iso-Butyl (CH3)2CHCH2-i-Bu l叔丁基 tert-Butyl (CH3)3C-tert-Bu第14页/共66页Me甲基；Et乙基；Pr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烷基常用基团的英文简写第15页/共66页最早根据碳原子数命名：甲烷,乙烷,丙烷.支链烷（异构体）CH3 CH3CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3-C-CH3 CH3 正戊烷 异戊烷 新戊烷2.2 烷烃的命名一.习惯命名法第16页/共66页

8、 H H CH3 CH3-C-CH3 CH3-C-CH2CH3 CH3-C-CH3 CH3 CH3 CH3 异丁烷 异戊烷 新戊烷 三甲基甲烷 二甲基乙基甲烷 四甲基甲烷 二、衍生物命名法三.系统命名法(IUPAC)(1)直链烷烃按碳原子数命名 10以内：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(gui).10以上：用中文数字:十一.烷.第17页/共66页 把构造式中连续的最长碳链-作为母体称为某烷.若最长碳链不止一条,选择其中含较多支链的为主链.最长连续碳链有八个碳原子,该化合物母体的名称为辛烷选择主链选择主链(2)带有支链的烷烃例1：第18页/共66页例2：六个碳的主链上有四个取代基六个碳的主链上

9、有四个取代基 六个碳的主链上有两个取代基六个碳的主链上有两个取代基第19页/共66页按最接近取带基的一端开始将主链碳原子用阿拉伯数字1,2,3.编号.(使取代基的位次最小)带有支链的烷烃编号:编号正确编号正确 编号不正确编号不正确第20页/共66页a:把它们在母链上的位次作为取代基的前缀，2-甲基.b:有不同取代基时，简单的放在前面,复杂的放在后面;注意：英文名称则以取代基的首字母A、B、C为次序.c:相同的取代基可以合并，但应在基团名称之前写明位次和数目，数目用二，三，四.表示.d:位次数字之间须用逗号“,”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。命名取代基:

10、第21页/共66页 CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH3 CH2CH2CH3CH3CH2CH-CHCH2CH3 CH3-CH CHCH3 CH3 CH311例1:例2:取代基取代基:3-甲基甲基 5-乙基乙基取代基取代基:2,5-二甲基二甲基 3,4-二乙基二乙基2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷3,4-diethyl-2,5-dimethylhexane(注意主链注意主链)(注意编号注意编号)3-甲基-5-乙基辛烷5-ethyl-3-methyloctane第22页/共66页 CH3CH-CHCH2CHCH2CH3 CH3 CH3 CH2 CH-CH3 CH3 2,3,7-三甲基-5

11、-乙基辛烷 5-ethyl-2,3,7-trimethyloctane1例3:第23页/共66页基团大小的排序原则：第24页/共66页第25页/共66页第26页/共66页2.3 烷烃的结构2.3.1 甲烷的结构和 sp3杂化轨道甲烷的球棒模型甲烷的球棒模型Stuart模型模型第27页/共66页sp3杂化轨道一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3杂化轨道第28页/共66页 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.键键甲烷的四个C-H 键第29页/共66页乙烷分子中C-C 键(C-H 键用直线表示)2.3.2 其它烷烃的结构乙烷的C-C

12、键Stuart模型模型第30页/共66页其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在一条直线上，而是曲折曲折地排布在空间。这是烷烃碳原子的四面体结构所决定的。如丁烷丁烷的结构：烷烃分子中各原子之间都以键键相连接的，所以两个碳原子可以相对旋转，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下烷烃（液态）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。第31页/共66页为了方便，只要写出锯齿形骨架,用锯齿形线的角角(120)及其端端点点代表碳原子.不写出每个碳上所连的氢原子.但其它原子必须写出.注意:键线式键线式书写烷烃的分子结构:第32页/共66页2.4烷烃的构象 2.4.1乙烷的构象 乙烷分子中两个甲基

13、围绕碳碳键旋转时，其氢原子在空间的相对位置将不断改变，形成无数个不同的空间排列方式，这种通过单键旋转单键旋转而引起不同的排列方式叫构构象象，它们互为构象异构体构象异构体或称旋转异构体旋转异构体。表示方法如下：第33页/共66页重叠式 交叉式锯架式伞 式钮曼式第34页/共66页第35页/共66页第36页/共66页在重叠式中两个碳上氢原子间距为229pm(小于两个氢原子的半经之和240pm)相互间排斥，能量高。在交叉式中，两个氢原子的间距为250pm，交叉式能量最低，两者能差约为12KJ/mol，能量图如下：第37页/共66页为主2.4.2丁烷的构象第38页/共66页丁烷C(2)-C(3)键旋转引

14、起的各构象的能量变化第39页/共66页 取代乙烷衍生物的构象 例：1,2-二溴乙烷(对 位交叉式构象约占84)乙二醇(分子内氢键,主要为邻位交叉式构 象)第40页/共66页直直链链烷烷烃烃 随着烷烃相对分子量的增加，分子间的作用力也增加，其沸点也相应增高。2.5 烷烃的物理性质(1)沸点（直链烷烃）第41页/共66页(1-2)沸点（带支链的烷烃）同数碳原子的构造异构体中支链增多，则分子趋向球形，使分子不能像正烷烃那样接近，分子间作用力也就减弱，所以在较低的温度下，就可以克服分子间引力而沸腾。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：正丁烷的沸点：-0.5 异丁烷的沸点：-11

15、.7第42页/共66页 基本上随分子量 的增加而增加。（奇数和偶数碳）烷烃的熔点变化：是因为晶体分子 间的作用力不仅 取决于分子的大 小，也取决于他们在晶格中的排列。例例:(正戊烷正戊烷-129.8 ,异戊烷异戊烷-159.9,新戊烷新戊烷-16.8)(2)熔点直链烷烃的熔点与分子中所含碳原子数目的关直链烷烃的熔点与分子中所含碳原子数目的关系系 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。第43页/共66页(3)相相对对密密度度:随着相对分子量的增加而有所增加,最后接近0.8左右.作用力随着分子质量的增加而增加，使分子间的距离相对地减少的缘故。第44页/共66页 当溶剂分子之间的吸

16、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，溶解容易进行。氯化钠的溶剂比 烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳“结构相似者相溶”(4)溶解度第45页/共66页第46页/共66页第47页/共66页 烷烃为不活泼有机物。石油醚石油醚（C5C6的烷烃）,汽油，煤油等作为溶剂;凡士林凡士林（C18C34的烷烃）润滑剂.燃烧:高级脂肪酸:条件:催化剂KMnO4,MnO2或脂肪酸锰.120,1.53MPa其中C10C20的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂.2.6 烷烃的化学性质2.6.1 氧化反应2.6.2 异构化反应第48页/共66页裂化裂化在高温下使烷烃分子发生裂解的过程。CH3CH2CH

17、2CH3混合物(较低级的烯，烷，H2)热热裂裂化化反反应应通常在5MPa及500600下进行的裂化反应。催催化化裂裂化化在催化剂存在下的裂化.碳链断裂的同时伴有异构化，环化，脱氢等反应，生成带有支链的烷烃，烯烃和芳香烃等。催化裂化一般在450500 ,常压下进行。能提高汽油的质量(高辛烷值，2,2,4-三甲基戊烷为100)。裂裂解解在更高温度下（700）进行深度裂化，这种以得到更多低级烯烃（乙烯，丙烯，丁烯等）为目的的裂化过程，叫“裂解”。2.6.3 裂化反应第49页/共66页 CH4+Cl2 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4(2)其它烷烃的氯代反应 设:伯氢原子活泼性为1,仲氢

18、原子相对活泼性为x:57/43=2x/6 x=42.6.4 取代反应(1)甲烷的氯代反应(自由基取代)丙烷氯代反应:伯,仲,叔氢原子的反应活性第50页/共66页设y为叔氢原子的相对活泼性则:36/64=y/9 y=5.06则在则在室温下室温下伯伯,仲仲,叔氢原子的反应活性叔氢原子的反应活性:1:4:5.*异丁烷氯代反应:产物混合，复杂，一般不用氯代来制备卤代烃补充-高温下逐渐接近1:1:1.第51页/共66页 (3)烷烃与其它卤素的取代反应伯,仲,叔氢原子的反应活性:1:82:1600.溴更具有选择性.产物单一，可用溴代来制备卤代烃 烷烃与碘作用得不到碘代烷.与氟反应剧烈,不易控制,会引起爆炸

19、.痕量第52页/共66页例题1例题2光光 写出下列反应的主要产物:思考:如果是发生氯代反应产物如何?第53页/共66页 Cl Cl+能量 Cl+Cl(氯原子,氯自由基)Cl+H CH3 HCl+CH3 (甲基自由基)CH3+Cl2 CH3Cl+Cl .Cl+Cl Cl2 CH3+CH3 CH3CH3 Cl+CH3 CH3Cl .2.7 甲烷氯代反应历程(1)链的引发：(2)链增长(链传递):(3)链终止:氯代混合物第54页/共66页(1)反反应应热热反应物与产物之间的能量差(H).负值为放热.用键离解能估算.2.8 甲烷氯代反应过程的能量变化 说明:比较反应热,溴代反应比氯代反应缓慢.反应热、

20、活化能和过渡态第55页/共66页活活化化能能-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,叫活化能.过渡态第56页/共66页Cl+H-CH3 H3CHCl H-Cl+CH3 反应的能量变化第57页/共66页CH3+Cl-Cl CH3ClCl CH3-Cl+Cl H=-106 kJ/mol能量变化110 kJ/mol第58页/共66页 X2 2X (光或热)X+RH HX+R R+X2 RX+X .X +X X2 R+X RX R +R R-R2.9 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:第60页/共66页 氯自由

21、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.从各键的离解能来看:形成各烷基自由基所需的能量:从丙烷开始,一氯代产物就不止一种。第61页/共66页从各键的离解能来看:形成各烷基自由基所需的能量:CH3 1 R(伯烷基自由基)2 R 3 R 3 R 2 R 1 R CH3 -越稳定的自由基越易生成.(即氢被夺取的容易程度)3 H 2 H 1 H烷基自由基的稳定次序:伯,仲,叔氢原子活泼性第62页/共66页(1)石油(分馏产物);2.10 烷烃的天然来源C1C4C16C18C7C9 C10C15 C11C16第63页/共66页(2)天然气 干天然气-甲烷86

22、%99%(体积)湿天然气-甲烷60%70%,还含有一定的乙烷,丙烷,丁烷等气体.(3)油田气-低级烷烃,如甲烷,乙烷,丙烷,丁烷和戊烷等;(4)煤层气,沼气甲烷等;(5)“可燃冰”是一种天然气水合物，是外形像冰的白色固体，含丰富的甲烷，被认为可以代替煤炭、石油、核能等清洁能源。但由于“可燃冰”大多分布于深海海底及陆地永久冻土层，开发成本很高。第64页/共66页1烷烃的系统命名及同分异构现象；不同烷基的结构；2烷烃的结构与物理性质如熔点、沸点、溶解度等之间的关系；3烷烃的构象：透视式和纽曼投影式的写法及各构象之间的能量关系；4烷烃卤化的自由基反应机理及各类自由基的相对稳定性。反应机理：1 1）链的引发；）链的引发；2 2）链的增长；）链的增长；3 3）链的终止）链的终止注：较复杂的烷烃被卤代时，各种不同的氢被取代，从而生成不同的产物，有三种因素决定产物的相对比例：1）概率因素；2）氢原子的活泼性；3）卤素的活泼性：氯的活泼性较大，但选择性较差，对3，2，1类型氢的活泼性为5：4：1，受概率影响较大；溴的活泼性较小，但选择性较强，对3，2，1 类型氢的活泼性为1600：82：1。本章重点与难点本章重点与难点第65页/共66页感谢您的观看！第66页/共66页