有机化学课件饱和烃.ppt

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1、第二章 饱和烃(烷烃)Alkanes第二章第二章烷烃烷烃2.1烷烃的通式和构造异构烷烃的通式和构造异构2.1.1烷烃的通式烷烃的通式烷烃的通式为：烷烃的通式为：CnH2n+2 2.1.2同系列和系差同系列和系差同同系系列列：烷烷烃烃中中具具有有同同一一个个通通式式，结结构构相相似似，化化学学性性质质相相似似，物物理理性质随着碳原子数的增加而有规律地变化的化合物，称为同系列。性质随着碳原子数的增加而有规律地变化的化合物，称为同系列。同系物同系物：同系列中的化合物互称为同系物。：同系列中的化合物互称为同系物。系差：同系列中相邻两个化合物在组成上的差别。烷烃系差为系差：同系列中相邻两个化合物在组成上

2、的差别。烷烃系差为CH22.1.3烷烃的同分异构烷烃的同分异构从丁烷开始：从丁烷开始：正丁烷正丁烷 CH CH3CHCH2CHCH2CHCH3 异丁烷异丁烷 CH CH3CH(CHCH(CH3)2同分异构体的推导：同分异构体的推导：写出最长链：写出最长链：写出少一个碳原子的直链，把一个碳当支链，找出可能的异构体写出少一个碳原子的直链，把一个碳当支链，找出可能的异构体写出少二个碳原子的直链，把二个碳当两个支链，或一个支链，写出少二个碳原子的直链，把二个碳当两个支链，或一个支链，找出可能的异构体。找出可能的异构体。同分同分异构异构：分子式相同，结构不同。是不同的化合物。：分子式相同，结构不同。是不

3、同的化合物。构造构造异构异构：分子式相同，分子内原子原子间相互连接的顺序不同，：分子式相同，分子内原子原子间相互连接的顺序不同，即分子的构造不同。即分子的构造不同。碳架碳架异构异构：分子式相同，碳的骨架不同。：分子式相同，碳的骨架不同。2.2烷烃的命名烷烃的命名2.2.1伯、仲、叔和季碳原子伯、仲、叔和季碳原子 伯伯碳碳原原子子：一一级级碳碳原原子子,1,与与一一个个碳碳原原子子(三三个个氢氢原原子子)相相连连的的碳碳原原子。子。仲碳原子仲碳原子:二级碳原子二级碳原子,2,与二个碳原子与二个碳原子(二个氢原子二个氢原子)相连的碳原相连的碳原子子叔叔碳碳原原子子：三三级级碳碳原原子子,3,与与三

4、三个个碳碳原原子子(一一个个氢氢原原子子)相相连连的的碳碳原原子。子。季碳原子季碳原子：四级碳原子，：四级碳原子，4，与四个碳原子相连的碳原子。，与四个碳原子相连的碳原子。分别与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称为伯、仲、叔氢原子。分别与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称为伯、仲、叔氢原子。aCH3bCH2bCH2bCH2aCH3aCH3bCH2cCHaCH3aCH3CH3aCH3dCaCH3CH3戊烷（正戊烷）戊烷（正戊烷）2-甲基丁烷（异戊烷）甲基丁烷（异戊烷）2，2-二甲基丙烷（新戊烷）二甲基丙烷（新戊烷）a:一级（一级（1 1）(伯伯)碳原子碳原子b:二级（二级（2 2）(仲仲)碳原子碳原子c

5、:三级（三级（3 3）(叔叔)碳原子碳原子d:四级（四级（4 4）(季季)碳原子碳原子伯氢、仲氢、叔氢伯氢、仲氢、叔氢2.2.2烷基的概念烷基的概念烷烷基基：烷烷烃烃中中，去去掉掉一一个个氢氢原原子子后后剩剩余余的的基基团团。用用“-”来来表表示示，如如(1)(1)某基：甲基某基：甲基 CH CH3 3-Me-；乙基乙基 CH CH3 3CHCH2 2-Et-；丙基丙基 CH CH3 3CHCH2 2CHCH2 2-n-Pr-；丁基丁基 CH CH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2-n-Bu-(2)异某基异某基:异丙基异丙基(CH3)2CH-i-Pr-；异丁基异丁基(CH3)2C

6、HCH2-i-Bu-3)3)仲某基仲某基:CH3仲丁基仲丁基:CH3CH2CH-s-Bu-CH3(4)(4)叔某基叔某基:叔丁基叔丁基:(CH3)3C-t-Bu-;叔戊基叔戊基:CH3CH2CCH3CH3(5)新某基新某基:新戊基新戊基:CH3CCH2CH32.2.3普通命名法普通命名法按按碳碳原原子子的的数数目目称称：甲甲,乙乙,丙丙,丁丁,戊戊,己己,庚庚,辛辛,壬壬,癸癸烷烷,十十一一烷烷,十二烷十二烷直链的称为正某烷，正丁烷：直链的称为正某烷，正丁烷：CH3CH2CH2CH3碳链一端带有两个甲基的称为异某烷，异丁烷碳链一端带有两个甲基的称为异某烷，异丁烷:(CH3)2CH2CH3 有季

7、碳原子的称新某烷，新戊烷：有季碳原子的称新某烷，新戊烷：(CH(CH3)3CCHCCH2CHCH3石石油油工工业业上上，“#”表表示示辛辛烷烷值值，异异辛辛烷烷(辛辛烷烷值值定定为为100)不不属属于于习习惯命名，是商品名或俗名：惯命名，是商品名或俗名：衍生物命名法衍生物命名法:次序规则：次序规则：(CH(CH3 3)3 3C-CHC-CH3 3CHCH2 2(CH(CH3 3)CH-(CH)CH-(CH3 3)2 2CH-(CHCH-(CH3 3)2 2CHCHCHCH2 2-CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2-CH-CH3 3CHCH2 2CHCH2 2-CH-CH3

8、 3CHCH2 2-CH-CH3 3-把甲烷作为母体，把其它烷烃看作是甲烷的烷基取代衍生物。把甲烷作为母体，把其它烷烃看作是甲烷的烷基取代衍生物。二甲基乙基甲烷二甲基乙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷甲基乙基异丁基叔丁基甲烷甲基乙基异丁基叔丁基甲烷2.2.5系统命名法系统命名法 IUPAC命名法命名法,InternationalUnionofPureandAppliedChemistry1.1.选取含碳原子最多支链数目最多的碳链为主链；当最长碳链有选取含碳原子最多支链数目最多的碳链为主链；当最长碳链有多种时，选支链最多者为主链：多种时，选支链最多者为主链：2.2.主链碳原子的位次

9、编号主链碳原子的位次编号：(1).离取代基最近的一端开始编号，离取代基最近的一端开始编号，最低系列原则最低系列原则：碳链以不同方向编号时，若有多种可能系列，则需顺次逐项比较各碳链以不同方向编号时，若有多种可能系列，则需顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者为系列的不同位次，最先遇到的位次最小者为最低系列最低系列。1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 2 3 4 5 6 7 8 99 8 7 6 5 4 3 2 110 9 8 7 6 5 4 3 2 1(2).若支链中又带支链，用带撇的数字表示支链中支链的位置：若支链中又带支链，用带撇的数字表示支链中支链的位置：9 8 7 6

10、 5 4 3 2 11233甲基甲基5(1，2二甲基丙基二甲基丙基)壬烷壬烷3.3.写出名称：写出名称：(1).取代基的取代基的名称写在烷烃前，用其所连碳原子的编号注明位置；名称写在烷烃前，用其所连碳原子的编号注明位置；(2).相同取代基合并，用二、三、四表明数目，其位置须逐个注明；相同取代基合并，用二、三、四表明数目，其位置须逐个注明；(3).数字与汉字间用数字与汉字间用“”隔开，数字间用隔开，数字间用“，”分开分开；(3).特别注意：特别注意：“某基某基”和和“某烷某烷”之间不能用之间不能用“”隔开。隔开。2.3烷烃的结构烷烃的结构2.3.1 2.3.1 碳原子的电子跃迁碳原子的电子跃迁基

11、态基态激发态激发态2.3.2 2.3.2 碳原子轨道的碳原子轨道的spsp3 3杂化杂化 一个一个s s轨道和三个轨道和三个p p轨道杂化后，形成四个完全相等的杂化轨道，轨道杂化后，形成四个完全相等的杂化轨道，这种轨道称为这种轨道称为sp3sp3杂化轨道。杂化轨道。a a 杂化轨道有更强的方向性；杂化轨道有更强的方向性；b b 四个四个SPSP3 3杂化轨道完全等值；杂化轨道完全等值；c c 四个键尽可能远离；四个键尽可能远离；d d每两个杂化轨道之间的夹角都是每两个杂化轨道之间的夹角都是109109 28282.3.3甲烷的正四面体结构甲烷的正四面体结构键长：键长：0.110nm键角：键角：

12、109 28 球棒模型：球棒模型：spsp3 3 轨道和甲烷分子的形成轨道和甲烷分子的形成-键键2.3.4烷烃分子的模型和表示方法烷烃分子的模型和表示方法键线表示法：键线表示法：己烷己烷 2-甲基戊烷甲基戊烷楔形式楔形式：乙烷乙烷（3)3)模型：模型：Kekule(Kekule(凯库勒凯库勒)模型：球和棍棒，表示原子和键；模型：球和棍棒，表示原子和键；Stuart Stuart（斯陶特（斯陶特)模型：原子半径和键长的比例；模型：原子半径和键长的比例；乙烷的构象乙烷的构象1.1.透视式透视式：交叉式交叉式重叠式重叠式两种构象能量差：两种构象能量差：12.6KJ/mol;12.6KJ/mol;绝对

13、绝对0K0K左右，分子均以交叉式构象左右，分子均以交叉式构象存在；常温时，两种构象以极快的速度相互转化；构象不可分离。存在；常温时，两种构象以极快的速度相互转化；构象不可分离。乙烷分子的位能曲线图见乙烷分子的位能曲线图见P23P23图图2-2-82.2.纽曼投影式：纽曼投影式：2.3.6丁烷的构象丁烷的构象 全重叠式全重叠式邻位交叉式邻位交叉式部分重叠式部分重叠式对位交叉式对位交叉式部分重叠式部分重叠式邻位交叉式邻位交叉式能量高低：全重叠式能量高低：全重叠式 部分重叠式部分重叠式 邻位交叉式邻位交叉式 对位交叉式对位交叉式旋转时能量的变化见旋转时能量的变化见P24图图2-9 2.4烷烃的物理性

14、质烷烃的物理性质沸点的规律沸点的规律1 4个碳气体；个碳气体；51616个碳液体；个碳液体；1717个碳以上固体由色散力决定：个碳以上固体由色散力决定：随碳原子数增加而升高；随碳原子数增加而升高；正烷烃的沸点高于它的异构体正烷烃的沸点高于它的异构体。随着分子。随着分子量的增加，相对分子质量增加的相对百分比越来越小，所以对沸点量的增加，相对分子质量增加的相对百分比越来越小，所以对沸点的影响渐渐变小。分子间的距离越近，引力越大。的影响渐渐变小。分子间的距离越近，引力越大。熔点的规律熔点的规律分分子子间间引引力力及及分分子子的的对对称称性性决决定定（排排列列紧紧密密）：随随碳碳原原子子数数增增加加而

15、而升升高高；偶偶数数烷烷烃烃的的熔熔点点比比奇奇数数的的升升高高的的更更多多；对对称称性性好好的的新新戊戊烷的熔点（烷的熔点（-16.6-16.6 C C）高于异戊烷）高于异戊烷(-159.9(-159.9 C)C)和戊烷和戊烷(-129.7(-129.7 C)C)2.4.3相对密度的规律相对密度的规律分子间引力决定分子间引力决定:随碳原子数增加而增大随碳原子数增加而增大,接近接近0.780.78溶解性规律溶解性规律不溶于水，易溶于有机溶剂，尤其是烃类中，不溶于水，易溶于有机溶剂，尤其是烃类中，相似相溶的规律。相似相溶的规律。2.4.5同分异构体的物理性质规律：同分异构体的物理性质规律：同分异

16、构体中，同分异构体中，沸点：支链越多，沸点越低。沸点：支链越多，沸点越低。熔点：支链越多，熔点越高。熔点：支链越多，熔点越高。2.5烷烃的化学性质烷烃的化学性质 烷烃没有官能团，和其他各类有机物相比，化学性质最稳定。烷烃没有官能团，和其他各类有机物相比，化学性质最稳定。不易发生化学反应不易发生化学反应;不易发生异裂反应不易发生异裂反应。但在高温，光照或催化剂作用下，但在高温，光照或催化剂作用下，烷烃分子中的烷烃分子中的C-HC-H可以均裂，发可以均裂，发生自由基反应生自由基反应。2.5.1取代反应取代反应烷烃分子中的氢原子被氯原子取代的反应。烷烃分子中的氢原子被氯原子取代的反应。1.卤卤化化反

17、反应应：在在光光照照射射下下，或或高高温温下下，烷烷烃烃分分子子中中的的氢氢原原子子能能逐逐步被氯取代，得到不同的产物。如甲烷在步被氯取代，得到不同的产物。如甲烷在350400oC时：时：CH4+Cl2CH3Cl(一氯甲烷一氯甲烷)+HCl；CH3Cl+Cl2CH2Cl2(二氯甲烷二氯甲烷)+HCl；CH2Cl2+Cl2CHCl3(三氯甲烷三氯甲烷)+HCl；CHCl3+Cl2CCl4(四氯化碳四氯化碳)+HCl。反反应应有有时时很很剧剧烈烈，控控制制不不好好会会爆爆炸炸。甲甲烷烷过过量量(10:1)时时，主主要要得到一氯甲烷；甲烷与氯气体积比得到一氯甲烷；甲烷与氯气体积比0.26:1时，主要

18、得到四氯化碳。时，主要得到四氯化碳。卤化反应的相对活性：卤化反应的相对活性：F2Cl2Br2I2 2卤化的反应机理卤化的反应机理反应物转变产物所经过途径叫做反应机理或反应历程。反应物转变产物所经过途径叫做反应机理或反应历程。3.卤化反应的取向与自由基的稳定性卤化反应的取向与自由基的稳定性：丙烷丙烷45%55%仲氢：伯氢仲氢：伯氢=55/2：45/64：1异丁烷异丁烷63%37%叔氢：伯氢叔氢：伯氢=37/1：63/95：1总结：总结：烷烃中，氢原子的活性顺序为：烷烃中，氢原子的活性顺序为：叔氢原子叔氢原子仲氢原子仲氢原子伯氢原子伯氢原子氯化时，叔氢：仲氢：伯氢氯化时，叔氢：仲氢：伯氢=5：4：

19、1原因：叔原因：叔CH键解离能较小，易断裂，被键解离能较小，易断裂，被Cl.夺取夺取自由基的稳定性顺序：自由基的稳定性顺序：(CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH3溴的活性比氯小，溴原子取代烷烃分子中溴的活性比氯小，溴原子取代烷烃分子中活性较大活性较大的氢原子，比取代活性较小的氢原子容易得多。的氢原子，比取代活性较小的氢原子容易得多。溴化时，叔氢：仲氢：伯氢溴化时，叔氢：仲氢：伯氢=1600：82：14.反应活性与选择性反应活性与选择性同样说明，烷烃卤化时，卤原子的选择性是：同样说明，烷烃卤化时，卤原子的选择性是：IBrClF2.5.2氧化反应氧化反应1.1.燃烧生成燃烧生成COCO2

20、 2和水：和水：高温和足够的空气中燃烧，完全氧化，生成高温和足够的空气中燃烧，完全氧化，生成COCO2 2和水，大量放热：和水，大量放热：CHCH4 4+2O+2O2 2 CO CO2 2+2H+2H2 2O+O+热能热能C C3 3H H8 8+5O+5O2 2 3CO 3CO2 2+4H+4H2 2O+O+热能热能 C Cn nH H2n+22n+2+(3n+1)/2 O+(3n+1)/2 O2 2 n CO n CO2 2+(n+1)H+(n+1)H2 2O+O+热能热能低级烷烃的蒸气和空气混合至一定比例，遇火爆炸，如煤矿中瓦斯低级烷烃的蒸气和空气混合至一定比例，遇火爆炸，如煤矿中瓦斯爆

21、炸。甲烷的爆炸极限是爆炸。甲烷的爆炸极限是5.53%14%5.53%14%；在这比例外，只燃烧不爆炸。；在这比例外，只燃烧不爆炸。2.2.在催化剂存在下可发生部分氧化在催化剂存在下可发生部分氧化,合成了乙酸合成了乙酸,高级脂肪酸等产品。高级脂肪酸等产品。甲烷在催化剂的存在下，可发生氧化生成甲醛、甲醇等化合物：甲烷在催化剂的存在下，可发生氧化生成甲醛、甲醇等化合物：2.5.3异构化反应异构化反应从化合物的一种异构体转变成另一种异构体的反应。从化合物的一种异构体转变成另一种异构体的反应。直链烷烃异构体为带支链的烷烃可以提高汽油的辛烷值，同时，直链烷烃异构体为带支链的烷烃可以提高汽油的辛烷值，同时，

22、因异构化产生叔碳原子而增加了化学反应的活性。因异构化产生叔碳原子而增加了化学反应的活性。2.5.4裂化、裂解和脱氢裂化、裂解和脱氢裂裂化化反反应应:隔隔绝绝氧氧气气,高高温温下下,化化合合物物发发生生键键断断裂裂的的反反应应。一一般般生生成成分子量更小的烷，烯和氢气。催化裂化，又叫催化重整。分子量更小的烷，烯和氢气。催化裂化，又叫催化重整。高温裂化，又叫高温裂解，一般高于高温裂化，又叫高温裂解，一般高于750oC石油化工：汽油，辛烷值，石油化工：汽油，辛烷值，2,2,4三甲基戊烷值为三甲基戊烷值为100，正庚烷为正庚烷为01 2 3 4 5 6 7 8 9 101 2 3 4 5 6 7 8 99 8 7 6 5 4 3 2 110 9 8 7 6 5 4 3 2 12，7二甲基二甲基8乙基癸烷乙基癸烷2，3，8三甲基三甲基6乙基壬烷乙基壬烷