第02章烷烃精选文档.ppt

《第02章烷烃精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第02章烷烃精选文档.ppt（45页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第02章烷烃1本讲稿第一页，共四十五页 重点：烷烃系统命名法（包括英文命名及基的命名）重点：烷烃系统命名法（包括英文命名及基的命名）卤代反应的历程（自由基的稳定性）卤代反应的历程（自由基的稳定性）难点：烷烃的构象难点：烷烃的构象 2本讲稿第二页，共四十五页2.1 烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物叫做碳氢化合物，简称分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物叫做碳氢化合物，简称烃烃。3本讲稿第三页，共四十五页分子中只有分子中只有C-C或或C-H键键的烃称为的烃称为烷烃烷烃（alkane），又叫饱和烃，又叫饱和烃。烷烃分子中的烷烃分子中的C原子

2、以原子以sp3 杂化，所以烷烃中只存在两种键：杂化，所以烷烃中只存在两种键：(C 2sp(C 2sp3 3 C2sp C2sp3 3)和和(C 2sp(C 2sp3 3 H1s)H1s)键键 烷烃的分子式都符合通式烷烃的分子式都符合通式CnH(2n+2)直链烷烃：烷烃分子中碳架没有支链直链烷烃：烷烃分子中碳架没有支链 支链烷烃：烷烃分子中碳架有支链支链烷烃：烷烃分子中碳架有支链 CH3CH2CH2CH3 丁烷丁烷4本讲稿第四页，共四十五页根据碳原子所连的其他碳原子的个数多少，碳原子可分为四类：根据碳原子所连的其他碳原子的个数多少，碳原子可分为四类：伯碳原子（一级碳原子，伯碳原子（一级碳原子，1

3、1）：）：与其他一个碳原子相连；与其他一个碳原子相连；仲碳原子（二级碳原子，仲碳原子（二级碳原子，22）：）：与其他两个碳原子相连；与其他两个碳原子相连；叔碳原子（三级碳原子，叔碳原子（三级碳原子，33）：）：与其他三个碳原子相连；与其他三个碳原子相连；季碳原子（四级碳原子，季碳原子（四级碳原子，44）：）：与其他四个碳原子相连。与其他四个碳原子相连。相应地，氢原子分为相应地，氢原子分为伯、仲、叔伯、仲、叔氢原子。氢原子。相相应应地，可得到伯、仲、叔碳正离子地，可得到伯、仲、叔碳正离子(carbenium ioncarbenium ion):):5本讲稿第五页，共四十五页2.1.1 烷基烷基

4、烷烃分子从形式上消除一（多）个氢原子而剩下的原子团称为烷基（烷烃分子从形式上消除一（多）个氢原子而剩下的原子团称为烷基（P18P18）。）。6本讲稿第六页，共四十五页2.1.2 烷烃的同系列烷烃的同系列 同系列同系列(Homologous Series)：分子间结构相似，具有通式，组成上彼此只：分子间结构相似，具有通式，组成上彼此只相差一个相差一个CH2或其整数倍的一系列化合物称之为同系列。或其整数倍的一系列化合物称之为同系列。同系物同系物(Homolog)：同系列中的各个化合物彼此互称为同系物。：同系列中的各个化合物彼此互称为同系物。烷烃的同系列：烷烃的同系列：CH4 甲烷甲烷 CH3CH3

5、 乙烷乙烷 CH3CH2CH3 丙烷丙烷 CH3CH2CH2CH3 丁烷丁烷7本讲稿第七页，共四十五页2.1.3 同分异构现象同分异构现象 构造构造(Constitution)：分子中原子相互连接的方式和次序。：分子中原子相互连接的方式和次序。同分异构体同分异构体(Isomers)：分子式相同但构造不同的化合物。：分子式相同但构造不同的化合物。同分异构体可以分为两大类：同分异构体可以分为两大类：8本讲稿第八页，共四十五页2.1.4 烷烃构造式的书写方法烷烃构造式的书写方法a.蛛网式蛛网式b.结构简式结构简式c.键线式：每个端点和折角分别代表一个键线式：每个端点和折角分别代表一个碳原子碳原子9本

6、讲稿第九页，共四十五页2.1.5 烷烃同分异构体书写方法烷烃同分异构体书写方法 a a、所有原子排成最长链；、所有原子排成最长链；b b、减少一个碳原子作为甲基；、减少一个碳原子作为甲基；c c、减少两个碳原子作为两个甲基或乙基；、减少两个碳原子作为两个甲基或乙基；d d、依次减少碳原子作为取代基，最后排除重复。、依次减少碳原子作为取代基，最后排除重复。例如，己烷：例如，己烷：10本讲稿第十页，共四十五页2.1.6 2.1.6 烷烃的构象烷烃的构象(conformation)(conformation)由于单键的旋转产生的分子在空间的不同排列方式叫做构象。由于单键的旋转产生的分子在空间的不同排

7、列方式叫做构象。构型相对稳定，构型相对稳定，构象瞬息万变。构象瞬息万变。例例1 1：乙烷的构象（：乙烷的构象（CHCH3 3-CH-CH3 3）1.1.计算机显示的球棒模型：计算机显示的球棒模型：11本讲稿第十一页，共四十五页2.透视式（锯架式和楔形式）：透视式（锯架式和楔形式）：锯架式锯架式是与键轴成是与键轴成45450 0角看到的情形。角看到的情形。楔形式楔形式是与键轴成是与键轴成900角看到的情形。角看到的情形。12本讲稿第十二页，共四十五页3.3.纽曼投影式：纽曼投影式：画画一一个个圆圆圈圈表表示示离离眼眼睛睛较较远远的的碳碳原原子子，圆圆圈圈上上三三等等份份圆圆周周的的短短线线表表示

8、示这这个个碳碳原原子上的三根子上的三根键；键；圆心表示离光源较近的碳原子，由圆心到圆周三等份的延长线表示这个碳上圆心表示离光源较近的碳原子，由圆心到圆周三等份的延长线表示这个碳上的三根的三根键。键。13本讲稿第十三页，共四十五页如以能量为纵坐标，如以能量为纵坐标，C CCC键的旋转角度为横坐标，随着乙烷碳碳单键旋转角度键的旋转角度为横坐标，随着乙烷碳碳单键旋转角度的改变而作图，它的能量变化应如下图所示。的改变而作图，它的能量变化应如下图所示。从一个交叉式构象通过碳从一个交叉式构象通过碳碳单键旋转到另一个交叉式碳单键旋转到另一个交叉式构象，中间必须经过能量比构象，中间必须经过能量比交叉式高交叉式

9、高 12.6 kJ 12.6 kJmol mol 的的重叠式构象重叠式构象 能量最低的构象最稳定，最稳定的构象称为能量最低的构象最稳定，最稳定的构象称为优势构象优势构象。14本讲稿第十四页，共四十五页例例2 2：丁烷的构象：丁烷的构象纽曼投影式来表示：纽曼投影式来表示：把丁烷看作是乙烷分子中每个碳上的一个氢原子被甲基取代而得，把丁烷看作是乙烷分子中每个碳上的一个氢原子被甲基取代而得，然后从然后从 C(2)C(2)C(3)C(3)键轴的延长线上观察，并画出键轴的延长线上观察，并画出C(2)C(2)C(3)C(3)键轴旋转所形成键轴旋转所形成的几种最典型构象的纽曼投影式，如下图示。的几种最典型构象

10、的纽曼投影式，如下图示。15本讲稿第十五页，共四十五页丁烷构象的能量变化见下图：丁烷构象的能量变化见下图：丁烷丁烷C(2)C(2)C(3)C(3)键旋转引起的各构象的能量变化键旋转引起的各构象的能量变化 16本讲稿第十六页，共四十五页2.2 2.2 烷烃的命名烷烃的命名 2.2.1普通命名法：普通命名法：1.1.碳原子数加碳原子数加“烷烷”字构成直链烷烃名称。字构成直链烷烃名称。天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；十以上用中文序号十以上用中文序号表示。如：甲烷，十二烷等。表示。如：甲烷，十二烷等。2.2.用正、异、新等词区分碳架异构体：用

11、正、异、新等词区分碳架异构体：1)1)正正(n-)(n-)：直链烃：直链烃：CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3，（正）戊烷，（正）戊烷2)2)异异(iso-)(iso-)：从链端起第二个碳原子上带一个支链甲基，如：从链端起第二个碳原子上带一个支链甲基，如：3)新新(neo-)：从链端起第二个碳原子上带两个甲基，如：从链端起第二个碳原子上带两个甲基，如：17本讲稿第十七页，共四十五页2.2.2 2.2.2 系统命名法系统命名法18921892年日内瓦国际化学会议，制定了系统的有机化合物的命名法，叫做日内瓦年日内瓦国际化学会议，制定了系统的有机化合物的命名法，叫

12、做日内瓦命名法。命名法。后由国际纯粹和应用化学联合会（后由国际纯粹和应用化学联合会（IUPACIUPAC）作了几次修订，简称为）作了几次修订，简称为IUPACIUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)命名法。命名法。我国参考这个命名法的原则结合汉字的特点制定了我国的系统命名法我国参考这个命名法的原则结合汉字的特点制定了我国的系统命名法（19601960）。）。19801980年进行增补和修订，公布了年进行增补和修订，公布了有机化学命名原则有机化学命名原则。在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名法是基本相同的，仅不写上在

13、系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名法是基本相同的，仅不写上 正正 字。字。18本讲稿第十八页，共四十五页支链烷烃的命名法的步骤：支链烷烃的命名法的步骤：1.1.主链（母体）选择。主链（母体）选择。（1 1）选一个含碳原子数最多的碳链作为主链。）选一个含碳原子数最多的碳链作为主链。（2 2）链等长，多取代为主）链等长，多取代为主 2.2.主链编号。主链编号。支支链链作取代基，从最接近取代基的一端开始作取代基，从最接近取代基的一端开始编编号。用号。用1 1，2 2，3 3，对对主主链编链编号，号，使使取代基的编号依次最小取代基的编号依次最小。19本讲稿第十九页，共四十五页3.3.书写排序。

14、书写排序。注意：数字和名称间用注意：数字和名称间用“”连接，中间无间隔。连接，中间无间隔。20本讲稿第二十页，共四十五页4.支链上的取代基还需编号时，从连接碳开始编号。例如：支链上的取代基还需编号时，从连接碳开始编号。例如：自己练习自己练习21本讲稿第二十一页，共四十五页6.英文命名按字母表先后顺序排取代基。但英文命名按字母表先后顺序排取代基。但n,sec,tert,di,tri,tetra等代表取代基个数的词头不参加字母顺序排列（等代表取代基个数的词头不参加字母顺序排列（iso,neo 参加字母参加字母顺序排列）。顺序排列）。5.相同取代基合并起来，数目用二、三、四相同取代基合并起来，数目用

15、二、三、四等表示，写在取代基的前面，等表示，写在取代基的前面，其位次必须逐个依次注明，位次的数字之间要用其位次必须逐个依次注明，位次的数字之间要用，隔开。隔开。22本讲稿第二十二页，共四十五页次序规则次序规则：为表达有机化合物分子结构的某些立体化学关系而确定的有关取代基的排为表达有机化合物分子结构的某些立体化学关系而确定的有关取代基的排列次序。列次序。各取代基的中心原子按各取代基的中心原子按原子序数原子序数由大到小排列，大者为由大到小排列，大者为优先基团优先基团；同位素；同位素则质量大的为优先基团；孤对电子排在最后。则质量大的为优先基团；孤对电子排在最后。例如：例如：Cl O C D H :（

16、孤对电子）（孤对电子）若两个取代基中心原子相同，则比较与其直接相连的几个原子，若两个取代基中心原子相同，则比较与其直接相连的几个原子，原子序号大者优原子序号大者优先先；若还是相同，则依次类比其它原子。；若还是相同，则依次类比其它原子。例如：例如：CH2Cl CHF2 CH2F 7.7.中文命名的次序规则（中文命名的次序规则（sequence rule sequence rule）：优先基团靠后：优先基团靠后次序规则主要内容：次序规则主要内容：23本讲稿第二十三页，共四十五页含有双键和叁键的基团则相当于连有二或三个组成双或叁键的原子。含有双键和叁键的基团则相当于连有二或三个组成双或叁键的原子。例

17、如：例如：CCH C(CH3)3 CH=CH2 CH(CH3)2 CH2CH2CH3 CH2CH3 CH3 练习练习24本讲稿第二十四页，共四十五页命名实例：命名实例：练习：练习：中文给小取代基较小编号；英文给字母在前面的取代基较小编号。中文给小取代基较小编号；英文给字母在前面的取代基较小编号。25本讲稿第二十五页，共四十五页练习：练习：答案答案26本讲稿第二十六页，共四十五页2.3 2.3 烷烃的物理性质（烷烃的物理性质（P27P27）在室温（在室温（2525）和）和 0.1 MPa 0.1 MPa下，下，C C1 1C C4 4的的直链直链烷烃是气体；烷烃是气体；C C5 5C C1717

18、的直链烷烃是液的直链烷烃是液体；体；C C1818以上的直链烷烃是固体。以上的直链烷烃是固体。沸点沸点 直链烷烃的沸点图直链烷烃的沸点图 27本讲稿第二十七页，共四十五页相对密度相对密度烷烃的相对密度也随着相对分子质量的增加而有所增加，最后接近于烷烃的相对密度也随着相对分子质量的增加而有所增加，最后接近于0.80.8左右。左右。相对密度的增加是由于作用力随着相对分子质量的增加而增大，因而使分子间的距离相对地减相对密度的增加是由于作用力随着相对分子质量的增加而增大，因而使分子间的距离相对地减小的缘故。小的缘故。熔点熔点 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

19、目的关系 28本讲稿第二十八页，共四十五页2.4 2.4 烷烃的化学性质烷烃的化学性质烷烃不活泼。在室温下与强酸、强碱、强氧化剂等都不起作用，但高温、高压、光烷烃不活泼。在室温下与强酸、强碱、强氧化剂等都不起作用，但高温、高压、光照或催化剂的影响下，也能发生一些化学反应。照或催化剂的影响下，也能发生一些化学反应。1 1 烷烃的氧化反应烷烃的氧化反应 （1）在空气中燃烧：）在空气中燃烧：（2）在催化剂下可以使烷烃部分氧化，生成醇、醛、酸等）在催化剂下可以使烷烃部分氧化，生成醇、醛、酸等 29本讲稿第二十九页，共四十五页2 2 烷烃的异构化反应烷烃的异构化反应 由一个化合物转变为其异构体的反应叫做

20、由一个化合物转变为其异构体的反应叫做异构化反应异构化反应。例如：例如：炼炼油工油工业业上往往利用上往往利用烷烃烷烃的异构化反的异构化反应应，使石油，使石油馏馏分中的直分中的直链烷烃链烷烃异构化异构化为为支支链烷烃链烷烃以提高汽油的以提高汽油的质质量。量。30本讲稿第三十页，共四十五页高温下使高温下使烷烃烷烃分子分子发发生裂解的生裂解的过过程称程称为为裂化裂化。反反应应条件不同条件不同时产时产物也不相同。例如：物也不相同。例如：3 3 烷烃的裂化反应烷烃的裂化反应通常在通常在 5 MPa 5 MPa 及及 500 500600600温度下温度下进进行的裂化反行的裂化反应应称称为为热裂化反应热裂化

21、反应在催化在催化剂剂存在下的裂化叫做存在下的裂化叫做催化裂化催化裂化。31本讲稿第三十一页，共四十五页4 4 烷烃的取代反应烷烃的取代反应 烷烃分子中的氢原子被其他原子或原子团所取代的反应叫做取代反应。烷烃分子中的氢原子被其他原子或原子团所取代的反应叫做取代反应。被卤素取代的反应叫做卤代反应，也称为卤化反应。被卤素取代的反应叫做卤代反应，也称为卤化反应。（1 1）氯氯代反代反应应：甲烷的氯代反应较难停留在一氯代甲烷阶段甲烷的氯代反应较难停留在一氯代甲烷阶段32本讲稿第三十二页，共四十五页（2）烷烃与其他卤素的取代反应）烷烃与其他卤素的取代反应 光、热、催化剂条件下，烷烃能与溴进行溴代反应，但反

22、应比较缓慢。光、热、催化剂条件下，烷烃能与溴进行溴代反应，但反应比较缓慢。溴与烷烃反应其反应活性比氯小，但溴更具有选择性；溴与烷烃反应其反应活性比氯小，但溴更具有选择性；溴总是尽量取代烷烃分子中的叔氢原子或仲氢原子。例如：溴总是尽量取代烷烃分子中的叔氢原子或仲氢原子。例如：烷烃与氟反应剧烈，与碘作用不能得到碘代烷。烷烃与氟反应剧烈，与碘作用不能得到碘代烷。33本讲稿第三十三页，共四十五页a a 氯代氯代（3 3）伯、仲、叔氢原子的反应活性）伯、仲、叔氢原子的反应活性 伯伯氢和仲氢的相对活性为：氢和仲氢的相对活性为：伯氢伯氢/仲氢仲氢=（43/6）/（57/2）=1：4 伯氢和仲氢个数比：伯氢和

23、仲氢个数比：3：175 25 34本讲稿第三十四页，共四十五页叔氢与伯氢的相对活性：叔氢叔氢与伯氢的相对活性：叔氢/伯氢伯氢=（36/1）/（64/9）=（5.1/1）实践结果表明实践结果表明：叔、仲、伯氢在室温时的相对活性为叔、仲、伯氢在室温时的相对活性为 5：4：1。烷烃中氢原子的反应活泼性次序是：叔氢仲氢伯氢。烷烃中氢原子的反应活泼性次序是：叔氢仲氢伯氢。烷烃的氯代在室温下有选择性烷烃的氯代在室温下有选择性。（选择性就是产物有多有少）据此，可以预。（选择性就是产物有多有少）据此，可以预测某一烷烃在室温一氯代产物中异构体的得率。测某一烷烃在室温一氯代产物中异构体的得率。35本讲稿第三十五页

24、，共四十五页溴代反应也遵循反应活性：叔氢仲氢伯氢，相对活性为溴代反应也遵循反应活性：叔氢仲氢伯氢，相对活性为16001600：8282：1 1。溴的选择性比氯强溴的选择性比氯强：因为氯原子较活泼，又有能力夺取烷烃中的各种氢原子而成为：因为氯原子较活泼，又有能力夺取烷烃中的各种氢原子而成为HCl。溴原子不活泼，绝大部分只能夺取较活泼的氢。溴原子不活泼，绝大部分只能夺取较活泼的氢。b b 溴代溴代 36本讲稿第三十六页，共四十五页反应机理是化学反应所经历的途径或过程，亦称反应历程。反应机理是化学反应所经历的途径或过程，亦称反应历程。2.5 卤代反应历程卤代反应历程(Reaction Mechani

25、sm)1 甲烷的氯代反应历程（自由基链反应甲烷的氯代反应历程（自由基链反应）第一步第一步 引发：引发：氯分子均裂为两个氯原子。氯分子均裂为两个氯原子。第二步第二步 链增长：氢原子从甲烷中分离出来，并与氯原子结合。链增长：氢原子从甲烷中分离出来，并与氯原子结合。37本讲稿第三十七页，共四十五页甲基自由基与氯分子反应：甲基自由基与氯分子反应：第三步链终止：第三步链终止：甲基自由基与氯原子结合：甲基自由基与氯原子结合：两个甲基自由基的结合：两个甲基自由基的结合：两个氯原子的结合：两个氯原子的结合：38本讲稿第三十八页，共四十五页和甲烷卤代反应历程一样，一般烷烃的卤代反应都是自由基取代反应。可以用下面

26、和甲烷卤代反应历程一样，一般烷烃的卤代反应都是自由基取代反应。可以用下面的式子表示。的式子表示。2 2 一般烷烃的卤代反应历程一般烷烃的卤代反应历程 39本讲稿第三十九页，共四十五页3 3 自由基的结构和稳定性自由基的结构和稳定性 自由基的自由基的sp2杂化结构：杂化结构：40本讲稿第四十页，共四十五页以以sp3杂化形成棱锥形构型杂化形成棱锥形构型 中心碳原子以中心碳原子以sp2杂化形成平面构型：杂化形成平面构型：简单烷基自由基的构型接近于平面简单烷基自由基的构型接近于平面烯丙基自由基、苄基自由基及环己基自由基为平面构型烯丙基自由基、苄基自由基及环己基自由基为平面构型 桥头碳自由基及三氯甲基自

27、由基则为棱锥构型桥头碳自由基及三氯甲基自由基则为棱锥构型41本讲稿第四十一页，共四十五页烷烃的烷烃的C-HC-H键的离解性比较：键的离解性比较：自由基稳定性次序：自由基稳定性次序：(CH(CH3 3)3 3C C(CH(CH3 3)2 2CHCH CH CH3 3CHCH2 2 CH CH3 3 自由基的稳定性：自由基的稳定性：卤代反应被取代位置的氢原子被卤代次序：卤代反应被取代位置的氢原子被卤代次序：3 H 2 H 1 H离解能离解能愈小，愈小，C-H键易断裂，游离基易生成。氢原子越易被夺去，活泼性越键易断裂，游离基易生成。氢原子越易被夺去，活泼性越强，生成的游离基越稳定。强，生成的游离基越

28、稳定。42本讲稿第四十二页，共四十五页过渡态：化学反应必须经过一种反应物与产物结构之间的中间状态。过渡态：化学反应必须经过一种反应物与产物结构之间的中间状态。4 4 过渡态理论过渡态理论 能线图：过渡态（能线图：过渡态（T.S.)，活化能，活化能(Ea)，反应热（，反应热（H）中间体，中间体，决速步骤决速步骤43本讲稿第四十三页，共四十五页CH4+ClCH3Cl+ClCH3HClCH3ClClCH3 HClCl2E/kJmol-反应进程反应进程自由基与甲烷反应的能线图自由基与甲烷反应的能线图44本讲稿第四十四页，共四十五页作业：作业：P39:1P39:1、4 4、5 5；P40:7P40:7、8 8、1111、1414。2.6 2.6 烷烃的天然来源烷烃的天然来源(自学自学)45本讲稿第四十五页，共四十五页