第二章-烷烃学习.pptx

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1、(1)开链烃(链烃),又叫脂肪烃.可分为:烷烃、烯烃、二烯烃、炔烃等(2)闭链烃(环烃).又分为:脂环烃和芳香烃两类.2.1 绪论(一)烃的定义(二)烃的分类:分子中只含有分子中只含有C、H两种元素的有机化合物叫两种元素的有机化合物叫 碳氢化合物碳氢化合物,简称烃简称烃.第1页/共52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 (1)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

2、：（三）烷烃的通式,同系列和构造异构第2页/共52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.物理性质有一定的差异.直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高（P17，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，（2）同分异构体第3页/共52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4页/共52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

3、物理性质差异见表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5页/共52页伯碳原子(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。(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

4、,仲,叔H原子如：第6页/共52页 伯碳原子(第一碳原子)仲碳原子(第二碳原子)叔碳原子(第三碳原子)季碳原子第7页/共52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8页/共52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

5、CH3CHCH2CH2-CH3 去掉一个叔氢原子所得的烷基.用“t-”或“tert-”表示.CH3叔丁基:CH3-C-t-丁基 CH3异烷基:叔烷基:第9页/共52页 CH3 CH3-CH2-C-t-戊基 CH3 CH3 CH3-C-CH2-CH3 叔戊基:新戊基:第10页/共52页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）；Me甲基；Ar芳基Ph苯基；Ac乙酰基；R烷基常用基团的英文简写常用基团的英文简写第11页/共52页直链烷烃（基）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.2.2 烷烃的命名(I

6、UPAC系统命名）烷烃烷烃烷基烷基缩写缩写CH3-H 甲烷甲烷CH3-甲基甲基 Me-CH3CH2-H 乙烷乙烷 CH3CH2-乙基乙基Et-CH3CH2CH2-H 丙烷丙烷 CH3CH2CH2-丙基丙基 Pr-CH3CH2CH2CH2-H 丁烷丁烷CH3CH2CH2CH2-丁基丁基 Bu-第12页/共52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.最长连续碳链最长连续碳链有八个碳原子有八个碳原子,该化合物母体的名称为辛烷该化合物母体的名称为辛烷（1）选择主链）选择主链 支链烷烃命名法例1：第13页/共52页例2：六个碳的主链上有四个取代基六

7、个碳的主链上有四个取代基 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14页/共52页（2）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)AB第15页/共52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;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。（3）命名取代基:第16页/共52页例：取代基取代基:3-甲基甲基 5-乙基乙基取代基取代基:2,

8、5-二甲基二甲基 3,4-二乙基二乙基第17页/共52页 CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH3 CH2CH2CH3CH3CH2CH-CHCH2CH3 CH3-CH CHCH3 CH3 CH3 11例1:例2:3-甲基-5-乙基辛烷2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷第18页/共52页 CH3CH-CHCH2CHCH2CH3 CH3 CH3 CH2 CH-CH3 CH31例3:2,3,7-三甲基-5-乙基辛烷第19页/共52页2.3 烷烃的结构和构象 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20页/共52页乙烷分子中乙烷分子中C-C 键键(C-H 键用直线表示键用直

9、线表示)乙烷的C-C 键Stuart模型模型第21页/共52页其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在一条直线上，而是布在一条直线上，而是曲折曲折地排布在空间。这是烷烃碳地排布在空间。这是烷烃碳原子的四面体结沟所决定的。如原子的四面体结沟所决定的。如丁烷丁烷的结构：的结构：烷烷烃烃分分子子中中各各原原子子之之间间都都以以键键相相连连接接的的，所所以以两两个个碳碳原原子子可可以以相相对对旋旋转转，形形成成了了不不同同的的空空间间排排布布。实实际际上上，在在室室温温下下烷烃（液态）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。烷烃（液态）的各种

10、不同排布方式经常不断地互相转变着。第22页/共52页为了方便，只要写出锯齿形骨架,用锯齿形线的角角(120)及其端点端点注意:键线式键线式书写烷烃的分子结构:第23页/共52页2.3.3 碳碳单键的自由旋转、构象、扭转张力烷烃的构象（一）乙烷的构象(1)球棒模型（一）乙烷的交叉式构象乙烷的交叉式构象第24页/共52页(1)球棒模型（二）乙烷的重叠式构象乙烷的重叠式构象重叠式、交叉式构象比较重叠式、交叉式构象比较第25页/共52页(3)纽曼投影式纽曼投影式重叠式构象重叠式构象 交叉式构象交叉式构象 重叠式构象重叠式构象 交叉式构象交叉式构象(2)透视式表示乙烷的构象第26页/共52页乙烷分子各种

11、构象的能量曲线乙烷分子各种构象的能量曲线12.6kJ/mol重叠式重叠式交叉式交叉式交叉式第27页/共52页丁烷的结构（模型）2.3.5丁烷的构象第28页/共52页为为主主第29页/共52页丁烷C(2)-C(3)键旋转引起的各构象的能量变化第30页/共52页直直链链烷烷烃烃 随随着着烷烷烃烃相相对对分分子子量量的的增增加加，分分子子间间的作用力也增加，其沸点也相应增高。的作用力也增加，其沸点也相应增高。2.4 烷烃的物理性质(1)沸点（直链烷烃）第31页/共52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

12、以在较低的温度下，就可以克服分子间引力而沸腾。同同数数碳碳原原子子的的构构造造异异构构体体中中，分分子子的的支支链链越越多多，则则沸点越低沸点越低。例如：例如：正丁烷的沸点：正丁烷的沸点：-0.5 异异丁烷的沸点：丁烷的沸点：-11.7第32页/共52页 基本上随分子量基本上随分子量 的增加而增加。的增加而增加。（奇数和偶数碳）（奇数和偶数碳）烷烃的熔点变化：烷烃的熔点变化：是因为晶体分子是因为晶体分子 间的作用力不仅间的作用力不仅 取决于分子的大取决于分子的大 小，也取决于他们在晶格中的排列。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

13、新戊烷-16.8)(2)熔点直链烷烃的熔点与分子中所含直链烷烃的熔点与分子中所含碳原子数目的关系碳原子数目的关系 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33页/共52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34页/共52页 当溶剂分子之间的吸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。氯化钠的溶剂比氯化钠的溶剂比 烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳“结构相似者相溶结构相似者相溶”(4)溶解度第35页/共52页烷

14、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:CH4+2O2 CO2+2H2O =-881kJ/mol CH3CH3+7O2 4CO2+6H2O=-1538kJ/mol高级脂肪酸:RCH2CH2R+O2 RCOOH+RCOOH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.2.5 烷烃的化学性质2.5.1 烷烃的燃烧：氧化反应第36页/共52页裂化裂化在高温下使烷烃分子发生裂解的过程。CH3CH2CH2CH3混合物(较低级的烯，烷，H2)热热裂裂化化反反应

15、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”。2.5.2 烷烃的热解：裂解第37页/共52页 CH4+Cl2 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4(2)其它烷烃的氯代反应 Cl CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Cl +CH3CHCH3 正丙基

16、氯43%异丙基氯57%设:伯氢原子活泼性为1,仲氢原子相对活泼性为x:57/43=2x/6 x=4Cl2 光光25,CCl42.5.3 烷烃的卤化(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38页/共52页 CH3 CH3 CH3CH3CH +Cl2 CH3-C-Cl +CH3-CH CH3 CH3 CH2Cl 叔丁基氯36%异丁基氯64%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:

17、1:1.第39页/共52页光光127 CH3 CH3 CH3CH3-CH CH3+Br2 CH3-C-Br +CH3-CHCH2Br CH3 99%(3)烷烃与其它卤素的取代反应仲,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.痕量第40页/共52页例题例题1例题例题2光光光光 写出下列反应的主要产物写出下列反应的主要产物:第41页/共52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

18、 CH3+CH3 CH3CH3 Cl+CH3 CH3Cl .（2）甲烷氯代反应历程(1)链的引发：(2)链增长(链传递):(3)链终止:第42页/共52页(1)反应热反应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.CH3-H+Cl-Cl CH3-Cl+H-Cl 435 243 349 431 678 780 H=678-780=-102 kI/mol CH3-H+Br-Br CH3-Br+H-Br 435 192 293 366 627 659 H=627-659=-32 kI/mol（3）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、活化能和

19、过渡态第43页/共52页(1)Cl-Cl 2Cl 243 H=+243 kI/mol(2)Cl+H-CH3 H-Cl+CH3 435 431 H=+4 kI/mol(3)CH3+Cl-Cl CH3-Cl+Cl 243 349 H=-106 kI/mol活活化化能能-过过渡渡态态与与反反应应物物之之间间的的能能量量差差是是形形成成过过渡渡态态所所必必须须的最低能量的最低能量,也是使该反应进行所需的最低能量也是使该反应进行所需的最低能量,叫活化能叫活化能.第44页/共52页Cl+H-CH3 H3CHCl H-Cl+CH3 反应的能量变化反应的能量变化第45页/共52页CH3+Cl-Cl CH3Cl

20、Cl CH3-Cl+Cl H=-106 kI/mol能量变化能量变化110 kJ/mol第46页/共52页 X2 2X (光或热)X+RH HX+R R+X2 RX+X .X +X X2 R+X RX R +R R-R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48页/共52页 氯自由基可以分别夺取伯,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:(1)CH3-H CH3 +H D=435kJ/mol(2)CH3CH2CH2-HCH3CH2CH2 +H D=410kJ/mol(3)CH3-C

21、H-H CH3-CH +H D=395kJ/mol CH3 CH3 CH3 CH3(4)CH3-C-H CH3-C +H D=380kJ/mol CH3 CH3 从丙烷开始,一氯代产物就不止一种。第49页/共52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50页/共52页(1)石油(分馏产物);(2)天然气 干天然气-甲烷86%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)甲烷冰.2.10 烷烃的天然来源第51页/共52页感谢您的观看！第52页/共52页