汪小兰有机化学第四版2.pptx

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1、 A 烷烃 烷烃的通式、结构和命名 烷烃的物理性质、化学性质 自由基取代反应历程 B 自然界的烷烃-石油和天然气 第1页/共50页 烃：碳氢化合物,仅含C、H 烃的衍生物：烃分子中氢被其它原子或基团所取代。烃 开链烃（脂肪烃）环状烃饱和烃(烷烃)不饱和烃脂环烃芳香烃烯烃炔烃二烯烃环烷烃环烯烃单环芳烃稠环芳烃烷烃：开链的饱和烃。环烷烃：闭链的饱和烃。第2页/共50页2-1 烷烃的同系列、通式和同分异构现象一、烷烃的同系列、通式 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12烷烃的通式：CnH2n+2 同系列：通式相同，结构、性质相似，组成上相差一个或多个 CH2 的一系列化合物。同系列中的化

2、合物互为同系物。系列差：CH2第3页/共50页CH4：CH4C2H6：CH3CH3C3H8：CH3CH2CH3 二、同分异构现象C6H14：碳链异构C4H10：CH3CH2 CH2 CH3 C5H12：第4页/共50页三、烷烃中碳原子和氢原子的类型伯碳原子，第一碳原子：1。伯氢原子，第一氢原子仲碳原子，第二碳原子：2。仲氢原子，第二氢原子叔碳原子，第三碳原子：3。叔氢原子，第三氢原子季碳原子，第四碳原子：4。CH3CH2CHCH3CH3CCH3CH3CH3CH31。1。1。2。3。4。1。第5页/共50页2-2 烷烃的命名一.普通命名法（习惯命名法）1.根据烷烃中碳原子的数目称为“某烷”。甲、

3、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一烷2.区分异构体。用“正、异、新等”区别。例：C5H12 戊烷正戊烷异戊烷新戊烷第6页/共50页 二、系统命名法（IUPAC命名法）直链烷烃：根据碳原子数称为“某烷”。甲、乙、丁烷（普通命名法：正丁烷）支链烷烃：1.选择主链：最长、支链最多的碳链。称“某烷”。甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二，2.编号：从最靠近支链的一端开始。使取代基位次最小。3.命名：先写取代基(标出取代基的位置)，再写某烷。2-甲基戊烷第7页/共50页2，2，4-三甲基戊烷2,4,7-三甲基辛烷第8页/共50页2，3，5-三甲基-4-丙基庚烷3-甲基-5-乙基庚烷第

4、9页/共50页“优先”基团顺序：a.把与主链碳直接相连的原子按原子序数大小排列，原子序数大的优先。例：-I-Br -Cl -CH3 -Hb.如果直接相连的原子相同，则比较第二个原子，依次类推。例：-CH(CH3)2 -CH2CH2CH3-CH2CH3-CH3 次序规则：“优先”基团在后第10页/共50页-CH=CH2:-C(CH3)3:-CH(CH3)2:优先基团顺序：-C(CH3)3 -CH=CH2 -CH(CH3)2 c.双键和叁键分别作为两个和三个单键处理。例：比较大小:-C(CH3 3)3、-CH=CH2、-CH(CH3)2第11页/共50页 烷基 通式：CnH2n+1 ，R-。CH3

5、-甲基 C2H5-乙基 CH3CH2CH2-丙基异丙基CH3CH2CH2CH2-丁基仲丁基异丁基叔丁基新戊基第12页/共50页 2-3 烷烃的结构一、甲烷的构型、sp3杂化、键构型：具有一定结构的分子中各原子在空间的排列情况。结构（构造）：分子中各原子的连接顺序和连接方式。CHHHH甲烷的正四面体结构甲烷：CH4 正四面体结构C-H 键长：109pm H-C-H 键角：109.5第13页/共50页C:1S22S22P22p2 s激发2p2ssp3杂化sp3基态激发态每个sp3杂化轨道具有1/4s成分和3/4p成分。杂化：不同类型的轨道相互作用而形成新轨道的过程。第14页/共50页C-H 键葫芦

6、形第15页/共50页乙烷:CH3-CH3C-C 键第16页/共50页键：价电子云具有轴对称的共价键。单键是键，可以自由旋转。C-H键(SP3-S)-+C-C键(SP3-SP3)第17页/共50页 球棒模型 比例模型 凯库勒(Kekl)模型 斯陶特(Stuart)模型分子模型：第18页/共50页其它烷烃的结构：成锯齿型键线式第19页/共50页第20页/共50页 二、烷烃的构象同一构型的化合物，由于单键的旋转而产生分子中原子在空间不同的排列形式，称为构象。乙烷的构象：CH3-CH3第21页/共50页楔型式 纽曼(Newman)投影式第22页/共50页透视式第23页/共50页 乙烷的典型构象有两种：

7、交叉式 重叠式 透视式 纽曼投影式第24页/共50页 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25页/共50页乙烷分子的能量曲线交叉式最稳定为优势构象 由此可见，交叉式构象的能量较低，故较为稳定。丁烷的构象 丁烷绕 C2C3键 旋转的典型构象有四种：第26页/共50页第27页/共50页 丁烷分子不同构象的能量曲线如下图所示：由此可见：丁烷四种典型构象能量的高低顺序是：全重叠式 部分重叠式 邻位交叉式 对位交叉式第28页/共50页几个概念：构型是固定的，而构象一般是瞬间的。构型的变化须破坏化学键，而构象的变化则不会发

8、生键的断裂。3）构象（conformation）：一定构型的分子中，由于单键的旋转而导致原子和基团在空间的不同排布。2）构型（configuration）：一定构造的分子中，原子和基团在空间的排布；1）构造（constitution）：分子中原子间的连接方式和次序；第29页/共50页2-4 烷烃的物理性质 有机化合物的物理性质包括：化合物的状态、熔点、沸点、密度、折光率和溶解度等称为物理常数。烷烃为非极性分子，分子间作用力是色散力，随分子量的增大而增大，随分子间距离的增大而迅速减小。烷烃同系列中，m.p，b.p，d 都随分子量增加而增加，即随碳数增加而增加。第30页/共50页 一、物质状态（2

9、5，一个大气压下）C1C4烷烃：气体 C5C16正烷烃：液体 C17以上：固体二、密度直链烷烃的密度随分子量的增加而增大，最后趋向于最大值0.78。三、溶解度烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有机溶剂。如苯、氯仿、四氯化碳、其它烷烃。第31页/共50页 四、沸点 正烷烃的沸点随着分子量的增加而增高。烷烃异构体中，支链愈多，沸点愈低。b.p()：36.1 28 9.5m.p()：-129.7 -159.9 -16.6正 烷 烃 的 沸 点 曲 线 碳 原 子 数 目 沸点（）第32页/共50页不要查表将下列烃类化合物按沸点降低的次序排列。（1）3,3-二甲基戊烷 （2）正庚烷 （3）2-甲基

10、庚烷 （4）正戊烷 （5）2-甲基己烷 答:(3)(2)(5)(1)(4)第33页/共50页正 烷 烃 的 熔 点 曲 线 碳 原 子 数 目 熔点（）五、熔点 正烷烃的熔点随着分子量的增加而增高。分子结构的对称性越大，熔点也越高。第34页/共50页一、卤代反应烷烃分子中的氢原子被其他原子或基团所取代的反应。卤代反应：被卤素取代的反应。也称卤化反应。CH4 :Cl2=10:1 温度：400450 主要产物：一氯甲烷CH4 :Cl2=0.263:1 温度：400 主要产物：四氯化碳CH4+Cl2 CH3Cl+HCl 光CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl 光CH2Cl2+Cl2 CHCl3+

11、HCl 光CHCl3+Cl2 CCl4+HCl 光2-5 烷烃的化学性质第35页/共50页 二、烷烃的卤代反应历程：（以CH4 Cl2反应为例）C1+Cl C12CH3+CH3 CH3CH3CH3+C1 CH3C1链终止C1+CH4 CH3+HC1(决定反应速率)CH3+Cl2 CH3C1+C1C1+CH3Cl CH2C1+HC1CH2C1+C12 CH2C12+C1 链增长 链引发Cl ：Cl 2Clh(250400）第36页/共50页图 Cl+HCH3 CH3Cl+Cl 能量变化 甲烷氯代反应过程的能量变化 活化能活化能(activating energy)：过渡态与反应物之间的能量差。第

12、一步 Ea=+16.7kJ/mol第二步 Ea=+8.3kJ/mol 活化能越小，反应速率越快；活化能越大，反应速率越慢。反应速率最慢的一步 速度控制步骤第37页/共50页 三、卤代反应取代的位置与自由基的稳定性：仲氢：伯氢=57/2：43/6=4：1叔氢：伯氢=36/1：64/9=5：1叔氢：仲氢：伯氢=5：4：1氢的相对活性:叔氢仲氢伯氢43%57%Cl2光，2536%64%Cl2光，25第38页/共50页 用自由基（游离基)的稳定性来解释：（自由基碳原子连接的取代基越多越稳定）第39页/共50页卤素的活性与选择性 卤素的活性：F Cl Br I氯化试剂活性高，溴化试剂活性低。卤代反应的选

13、择性：溴大于氯（Br Cl)概率因素、H原子的反应活性、X原子的反应活性。影响卤代产物异构体相对产率的主要因素：第40页/共50页烷烃卤代反应的相对活性与烷基自由基的稳定性a.烷烃卤代的相对活性：3C-H 2C-H 1C-H 原因：不同C-H键的离解能不同,键的离解能愈小，则自游基愈容易生成，反应也就易进行。b.自由基的稳定性：3R 2R 1R CH3 原因：同上，即愈容易生成的自由基愈稳定。CH3HCH3CH2H(CH3)2CHH(CH3)3CH键离解能/kj.m397.5435410380.7sp2杂化第41页/共50页 二、氧化和燃烧1.燃烧完全氧化CnH2n+2+O2 CO2+H2O+

14、热量燃 烧2.部分氧化工业上常用高级烷烃通过氧化反应来制备高级脂肪醇和脂肪酸RCH3 RCH2OH+RCHO+RCOOH锰盐，O2部分氧化MnO2，O2110+第42页/共50页氧化、还原的概念有机分子中加入氧或脱去氢，氧化。有机分子中加入氢或脱去氧，还原。有机分子中加入N、X等，氧化；反之，还原。烷烃醇醛（酮）羧酸烷烃烯烃，氧化烷烃卤代烃，氧化第43页/共50页 三.裂化反应 在高温（4001000）及无氧条件下使烷烃分子发生键断裂的反应叫裂化反应。50023MPaC16H34 C8H18+C8H16C8H18 C4H10+C4H8裂 化脱氢 CH4+C3H6C4H10 C2H6+C2H4

15、C4H8 +H2500第44页/共50页 热裂化：在5MPa，500600进行的裂化反应。催化裂化：在450500、常压及催化剂存在下进行的裂化。石油工业利用裂化反应来提高汽油（C6C9）的产量和质量。(原油分馏只能得到10-20%的汽油,且质量不好)裂解：石油馏分在700以上进行的深度裂化。目的：获取基本化工原料。如：乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、乙炔等。第45页/共50页2-8 天然气和石油烷烃的天然来源一、天然气：存在于地下岩石储集层中以烃类为主的混合气体的统称。干气：甲烷：8699%（体积）常温加压不易液化。湿气：甲烷（4060%），乙烷、丙烷、丁烷等及少量H2S、N2、He等气体。常温加

16、压可部分液化。第46页/共50页二、石油 存在于地下的一种液态、气态或固态的复杂烃类化合物，主要是烷烃，也有芳香烃和环烷烃。石油是由古地质年代有机物质（主要是单细胞植物，如蓝-绿海藻类；单细胞动物，如有孔虫类）沉积后，经过长期物理、化学变化而生成。原油是一种深褐色或暗绿色液体。C：8387%；H：1114%；O、S、N：67%。第47页/共50页石油各馏分的组成和用途状态状态名称名称主要成分主要成分 分馏温度分馏温度()用途用途气态气态石油气石油气C1420燃料，化工原料燃料，化工原料液液态态石油醚石油醚C562060溶剂，化工原料溶剂，化工原料C676090C7890120汽油汽油C51240200溶剂，燃料溶剂，燃料 煤油煤油C1116170270燃料，工业洗涤剂燃料，工业洗涤剂柴油柴油C1518250400柴油机燃料柴油机燃料润滑油润滑油C1620300润滑机器，防锈润滑机器，防锈固固态态凡士林凡士林C1822350370防锈，药物软膏防锈，药物软膏石蜡石蜡C2534400蜡烛，蜡纸蜡烛，蜡纸沥青沥青C3040400铺路，绝缘材料铺路，绝缘材料第48页/共50页第二章作业：3，9，12，15，16第49页/共50页感谢您的观看！第50页/共50页