有机化学徐寿昌第二烷烃.pptx

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1、 开链烃(链烃)，又叫脂肪烃。包括：烷烃、烯烃、二烯烃、炔烃等。闭链烃(环烃).包括：脂环烃和芳香烃两类。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，简称烃碳氢化合物，简称烃(hydrocarbon)。2.0 前言(一)烃的定义(二)烃的分类第1页/共60页(1)烷烃：分子中除C-C单键相连外，其它价键都被氢原子所饱和的碳氢化合物，也叫饱和烃。根据含C原子数目依次叫甲烷,乙烷,丙烷,丁烷.名称 分子式 构造式 构造简式CH4CH3CH3甲烷 CH4乙烷 C2H6丙烷 C3H8CH3CH2CH3丁烷 C4H10CH3(CH2)2CH32.1 烷烃的通式

2、,同系列和构造异构第2页/共60页(2)烷烃的通式 直链烷烃分子中，n个-CH2-基团（亚亚甲甲基基）连成碳链，碳链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 (3)烷烃的构造异构 构造异构:分子式相同,但分子中各原子相连的方式和次序不同的化合物,互称为构造异构体。CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 CH3例如：碳架异构第3页/共60页 烷烃分子从丁烷开始出现构造异构.构造异构体之间是不同的化合物,物理性质及化学性质不同.乙烷可看成甲烷上的一个H被甲基-CH3取代.丙烷可看成乙烷上的一个H被甲基-CH3取代.丁烷可看成丙烷上的一个H被甲

3、基-CH3 取代：第4页/共60页 戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个H被-CH3取代的产物:(正戊烷、异戊烷、新戊烷互为同分异构体).随着碳原子数的增加,烷烃的构造异构体的数目也越多.第5页/共60页 烷烃的通式 CnH2n+2,直链烷烃的通式可写为: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同系系列列.同系列中的各化合物互称同系物同系物.系差系差同系列相邻的两个分子的差值 CH2 称为系差.（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）(4)同系物与系差第6页/共60页伯碳原子(第一碳原子)

4、,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。例1：(5)烷烃中碳原子及氢原子的分类 其中，与伯、仲、叔碳原子相连的H原子分别称为伯、仲、叔H原子第7页/共60页伯碳原子(第一碳原子；primary)仲碳原子(第二碳原子；secondary)叔碳原子(第三碳原子；tertiary)季碳原子(quaternary)例2:英文表示:第8页/共60页 烷基：烷烃去掉一个氢原子后的原子团.用R-，或CnH2n+1-表示 因此，烷烃也可用通式RH表示.伯烷基:直链烷烃去掉一个末端氢原子后的原子团.用“正”或n-代表.甲基

5、(CH3-);乙基(CH3CH2-);正丙基(CH3CH2CH2-)仲烷基:烷烃去掉一个仲氢原子所得的烷基.用“仲”或sec-表示.(6)烷基的命名仲丁基 sec-丁基第9页/共60页叔烷基：烷烃去掉一个叔氢原子所得的烷基.用“叔”或“t-”表示.叔丁基 t-丁基叔戊基 t-戊基异烷基：（n0）型的烷基。用“异”或“iso-”表示。异丙基异丁基异戊基新戊基：伯、仲、叔系列正、异、新系列第10页/共60页 Me甲基；Methane Ar芳基 Et乙基；Ethane Ph苯基 Pr丙基；Propane Ac乙酰基 i-Pr异丙基；R烷基 n-Bu正丁基 Butane t-Bu叔丁基（三级丁基）常用

6、烷基等基团的英文简写：normal正;isomer异;primary伯;secondary仲;tertiary叔 写出下列基团的结构式:a.正丁基 b.异丁基 c.仲丁基 d.叔丁基第11页/共60页 直链烷烃:根据碳原子数命名：甲烷,乙烷,丙烷.支链烷烃:（异构体）2.2 烷烃的命名一.习惯命名法正戊烷 异戊烷 新戊烷正丁烷异丁烷第12页/共60页 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 (1)直链烷烃按碳原子数命名 10以内：用天干：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸.10以

7、上：用中文数字：十一.烷.二、衍生物命名法(烷烃可看成甲烷的衍生物)三.系统命名法(IUPAC)第13页/共60页 第一步选择主链:把构造式中连连续续的的最最长长碳碳链链作为母体,以最长碳链的碳原子数目称为某烷;若最长碳链不止一条,选择其中含较多支链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例1:(2)带有支链的烷烃的系统命名 第14页/共60页六个碳的主链上有四个取代基六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例2:正确主链不正确第15页/共60页 从最最接接近近取取代代基基的一端开始将主链碳原子用阿拉伯数字1,2,3.编号.

8、(使取代基的位次最小)编号正确编号正确 编号不正确编号不正确第二步-给带有支链的烷烃编号:第16页/共60页第一个取代基位置相同时，从结构简单的取代基开始编号(次序规则）：CH3CH2CHCH2CHCH2CH3 CH3 CH2CH3 3-3-甲基甲基-5-5-乙基庚烷乙基庚烷多取代基时，编号时应使取代基位次加和值最小（最低系列原则）：CH3CHCH2CHCH2CH2CHCH3 CH3 CH3 CH3 2,4,7-2,4,7-三甲基辛烷三甲基辛烷11第17页/共60页a:用阿拉伯数字在取代基名称前标明位次:2-甲基.b:有不同取代基时，按次序规则，简单的放在前面，复杂的放在后面.c:相同的取代基

9、合并.取代基数目用二，三.表示;位次数字之间用逗号“,”隔开;位次与基名之间用 短线“-”相隔;最后一个基名和母体名称直接相连。第三步-命名取代基第18页/共60页取代基取代基:3-甲基甲基 5-乙基乙基取代基取代基:2,5-二甲基二甲基 3,4-二乙基二乙基取代基位次取代基名称取代基数目例如:第19页/共60页例1:CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH3 3-甲基-5-乙基辛烷 CH2CH2CH3 (注意编号注意编号)例2:CH3CH2CH-CHCH2CH3 CH3-CH CHCH3 2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷 CH3 CH3 (注意主链注意主链)11第20页/共60页 CH3

10、CH-CHCH2CHCH2CH3 CH3 CH3 CH2 CH-CH3 CH3 请同学们给出下面烷烃的系统名称.2,3-二甲基-5-异丁基庚烷 (不是最长碳链,取代基不是最多)2,3-二甲基-5-乙基-7-甲基辛烷 (取代基未合并)2,6,7-三甲基-4-乙基辛烷 (取代基位次和不是最小)5-乙基-2,3,7-三甲基辛烷 (不符合次序规则)2-甲基-4-乙基-6-异丙基辛烷 (不是最长碳链,取代基不是最多)2,3,7-3甲基-5-乙基辛烷 (合并取代基未用汉字二,三,四等标示)2,3,7-三甲基-5-乙基辛烷 (正确的名称)第21页/共60页sp3杂化轨道球棒模型球棒模型Stuart模型模型2

11、.3 烷烃的结构第22页/共60页sp3杂化轨道一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3杂化轨道不对称性第23页/共60页 成键电子云围绕键轴呈圆柱形对称分布的键均称为 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;键结合牢固.甲烷的四个C-H 键及 键的特点:键第24页/共60页乙烷分子中乙烷分子中C-CC-C 键键(C-HC-H 键用直线表示键用直线表示)乙烷的C-C 键：Stuart模型模型球棒模型乙烷的结构6个C-H 键1个C-C 键第25页/共60页经测定，除乙烷外，其它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

12、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围绕键键轴相对旋转，形成了不同的空间排布。在室温下烷烃（液态）的各种不同排布方式在不断地互相转变。球棒模型第26页/共60页 键线式:只写出锯齿形骨架,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.但除碳原子外的其它原子(团)必须写出.烷烃分子结构的书写：键线式键线式(构造式与构造简式):键线式构造简式系统名称第27页/共60页(1)球棒模型 乙烷的交叉式构象(球棒模型一)2.4 烷烃的构象 构象的概念:分子通过单键的旋转而引起分子中各原子在空间相对位置不同(即排列方式不同)的现象.第28页/共6

13、0页乙烷的重叠式构象(球棒模型二):重叠式、交叉式构象比较重叠式、交叉式构象比较氢原子间距不同第29页/共60页(3)纽曼投影式（从键轴延长线观察）重叠式构象 交叉式构象 重叠式构象 交叉式构象(2)透视式（从斜侧面观察）构象的表示法第30页/共60页构造、构型与构象的区别 构造（constitution）：组成分子的各原子间的连接顺序；构型（configuration）：一定构造的分子中，原子和基团在空间的排布；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。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生键

14、的断裂。第31页/共60页乙烷分子各种构象的能量曲线：交叉式稳定12.6kJ/mol重叠式重叠式交叉式交叉式交叉式第32页/共60页丁烷的结构（模型）键线式Stuart模型构造式第33页/共60页丁烷的构象（看成乙烷的两个端氢被甲基取代）第34页/共60页丁烷C(2)-C(3)键旋转引起的各构象的能量变化第35页/共60页丁烷C(2)-C(3)键旋转引起的各构象的能量变化对位交叉式最稳定；全重叠式最不稳定第36页/共60页2.5 烷烃的物理性质(1)沸点（直链烷烃）直链烷烃 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。分子间的作用力【氢键和van der waals力（

15、偶极-偶极作用、色散力）】影响物质的沸点、熔点及溶解度等物理性质。第37页/共60页支链烷烃：同碳数同碳数烷烃的构造异构体中，分子 的支链越多，则沸点越低。同数碳原子的构造异构体中支链增多，则单分子趋向球形，使分子间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。例如：正丁烷的沸点：-0.5 异丁烷的沸点：-11.7第38页/共60页 烷烃的熔点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：分子的对称性对称性增加，它们在晶格中的排列越紧密，熔点也越高。(正戊烷正

16、戊烷-129.8 ；异戊烷；异戊烷-159.9；新戊烷；新戊烷-16.8)直链烷烃的熔点与分子中所含碳原子数目的关系直链烷烃的熔点与分子中所含碳原子数目的关系(2)熔点第39页/共60页(3)相对密度相对密度:随着相对分子量的增加而有所增加,最后接近0.8左右.分子间的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。(4)溶解度溶解度:烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳等有机溶剂结构相似者相溶(相似相溶原理：烃基与官能团).正丁醇（CH3CH2CH2CH2OH)的沸点（117.3）比其同分异构体-乙醚(CH3CH2OCH2CH3)的沸点（34.5）高很多，但它们在水中的溶解度几乎相

17、同(8g/100mL).为什么？（兰州大学试题）第40页/共60页 烷烃为不活泼有机物。在空气中燃烧,放热:CH4+2O2 CO2+2H2O =-881kJ/mol CH3CH3+7O2 4CO2+6H2O =-1538kJ/mol CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3-CH-CH3 20%80%AlBr3+HBr,272.6 烷烃的化学性质放热第41页/共60页裂化裂化高温下烷烃分子发生裂解产生小分子的过程.CH3CH2CH2CH3混合物(较低级的烯，烷，H2)热裂化反应热裂化反应在5MPa及500600下进行的裂化反应.催化裂化催化裂化在催化剂存在下的裂化.碳链断裂的同时 伴有异构化，

18、环化，脱氢等反应，生成 含支链的烷烃，烯烃和芳香烃等。裂解裂解在更高温度下（700）进行深度裂化得到 更多低级烯烃（乙烯，丙烯，丁烯等）。炼油厂（石化公司）的主体工作第42页/共60页 CH4+Cl2 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4(2)其它烷烃的氯代反应 Cl CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Cl +CH3CHCH3 正丙基氯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25,CCl4丙烷氯代反应:伯,仲,叔氢原子的反应活性(1)甲烷的氯代反应(自由基取代)第43页/共60页 CH3 CH3 CH3CH3CH

19、+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为叔氢原子的反应活性为1:4:5.异丁烷氯代反应:烷烃氯化产物复杂，一般不用氯代来制备卤代烃.第44页/共60页光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

20、应剧烈,不易控制,会引起爆炸.痕量第45页/共60页光光为什么以下反应得到如下的主要产物？例题1例题2Why?第46页/共60页 Cl Cl+能量 Cl+Cl(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 .链的引发：链增长:链终止:2.7 甲烷氯代反应历程（自由基反应）第47页/共60页反应热反应热反应物与产物之间的能量差(H)。H为负值表示放热。用键离解能估算。CH3-H+Cl-Cl CH3-Cl+H-Cl 435 243 349 431 678 780 H=678-

21、780=-102 kI/mol CH3-H+Br-Br CH3-Br+H-Br 435 192 293 366 627 659 H=627-659=-32 kI/mol说明:比较反应热,溴代反应比氯代反应慢.反应热、活化能和过渡态2.8 甲烷氯代反应过程的能量变化第48页/共60页 链引发：Cl-Cl 2Cl 243 H=+243 kJ/mol 链增长：Cl+H-CH3 H-Cl+CH3 435 431 H=+4 kJ/mol E活化=17 kJ/mol CH3+Cl-Cl CH3-Cl+Cl 243 349 H=-106 kJ/mol E活 化=4 kJ/mol活化能-过渡态与反应物之间的能

22、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：只有能量较高的反应物粒子发生有效碰撞 （形成过渡态）时，才能克服粒子间的范德华 斥力发生反应.第49页/共60页本步反应的能量变化过渡态过渡态 H=4 kI/mol；吸热步骤-速度慢第50页/共60页CH3+Cl-Cl CH3ClCl CH3-Cl+Cl H=-106 kI/mol能量变化110 kJ/mol放热步骤-速度较快第51页/共60页 X2 2X (光或热)X+RH HX+R R+X2 RX+X .X +X X2 R+X RX R +R R-R链引发：链增长:链终止:2.9 一般烷烃的卤代反应历程

23、第53页/共60页 从丙烷开始，一氯代产物就不止一种，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:CH3-H CH3 +H D=435kJ/mol CH3CH2CH2-H CH3CH2CH2 +H D=410kJ/mol CH3-CH-H CH3-CH +H D=395kJ/mol CH3 CH3 CH3 CH3 CH3-C-H CH3-C +H D=380kJ/mol CH3 CH3 2.10 烷基自由基的稳定性第54页/共60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 2

24、 R 3 R 伯烷基自由基伯烷基自由基 仲烷基自由基仲烷基自由基 叔烷基自由基叔烷基自由基 3 R 2 R 1 R CH3 -越稳定的自由基越易生成（需要能量低）.(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:Page 40:exercise 14?第55页/共60页石油炼制产品组成及组份用途表产品组份沸程用途 产品组份沸程用途石油气石油气C1-C4350制药制药涂料涂料溶剂油溶剂油C9-C11150200溶剂溶剂石蜡石蜡C20-C24日化日化航空航空煤油煤油C10-C15145245燃料燃料重油重油锅炉锅炉燃料燃料煤煤 油油C11-C161603

25、10燃料燃料沥青沥青材料材料2.11 烷烃的天然来源与应用(1)石油(分馏产物，包括烷烃、环烷烃和少量芳烃）第56页/共60页(2)天然气 干天然气-甲烷86%99%(体积)湿天然气-60%70%甲烷及少量其它低级烷烃。(3)油田气-低级烷烃，如甲、乙、丙、丁、戊烷等;(4)煤层气，沼气-甲烷等;(5)甲 烷 冰【可 燃 冰；甲 烷 气 水 包 合 物（Methane clathrate）】21世纪是海洋的世纪。迄今为止已探明的海底“可燃冰”储量相当于全球传统化石能源（煤、石油、天然气、油页岩等）储量的两倍以上。科学家估计，海底“可燃冰”的储量至少够人类使用1000年。第57页/共60页应用实

26、例2：N-十二烷基吡咯烷酮 1.名称：N-十二烷基吡咯烷酮2.分子式：C16H31NO CAS 2687-96-93.结构式：4.性状：无色透明液体5.用途：高效、安全、无毒皮肤渗透剂、促进剂，表面活性剂、有机合成溶剂。用于医药、兽药、农药、化妆品等。-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3利用长链烷基的亲脂性第58页/共60页本章小结烷烃的通式CnH2n+2,烷基的结构及表示法.同分异构,构造异构,立体异构的区别及联系.烷烃的命名(习惯命名法、系统命名法).烷烃的结构(甲烷的四面体构型;乙烷及丁烷的构象;透视式与投影式)烷烃的化学性质(氧化,异构化,裂解,卤代).过渡态理论(活化能与反应热);自由基取代反应历程(链引发、链增长、链终止);烷基自由基的稳定性与伯仲叔氢的反应活性.第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页