有机化学02第二章饱和烃(烷烃).ppt

第二章 饱和烃（烷烃） 目的要求： 掌握烷烃的同分异构现象 及系统命名方法； 掌握烷烃的结构及杂化轨 道理论； 掌握烷烃的性质， 了解烷烃的来源及用途。 1 只有碳氢两种元素的原子组成的化合物叫碳氢化合物只有碳氢两种元素的原子组成的化合物叫碳氢化合物, ,简简 称烃。烃是化学人造字：碳中之火加氢中之称烃。烃是化学人造字：碳中之火加氢中之 组合而成。组合而成。 烃为碳氢的谐音烃为碳氢的谐音) )。 烃是最基本的有机化合物烃是最基本的有机化合物, ,习惯上把它们看成是有机化合习惯上把它们看成是有机化合 物的母体。物的母体。 火 + = 烃 在烷烃分子中在烷烃分子中, ,碳原子与氢原子的结合已达到了最高限碳原子与氢原子的结合已达到了最高限 度度, ,不能再增加了不能再增加了, ,故烷烃又叫饱和烃。故烷烃又叫饱和烃。 前前 言言 2 烃的分类：烃的分类： 3 2.1 同系列与同分异构同系列与同分异构 一、一、 烷烃的同系列烷烃的同系列 烷烃是碳氢化合物烷烃是碳氢化合物, ,我们以我们以H-HH-H为起点，依次插入为起点，依次插入CH2CH2 可以导出所有的烷烃：可以导出所有的烷烃： l l 同系列：具有相同的通式，结构相似，同系列：具有相同的通式，结构相似，组成上相差组成上相差CH2CH2 及其整数倍，及其整数倍，化学性质也相似，物理性质随碳数的增加有化学性质也相似，物理性质随碳数的增加有 规律地变化的化合物系列。组成上的差叫同系差规律地变化的化合物系列。组成上的差叫同系差 l l 烷烃的通式烷烃的通式: C: C n nH H 2n+22n+2 l l 同系物：同系列中的各化合物互为同系物。同系物：同系列中的各化合物互为同系物。 甲烷甲烷乙烷乙烷 丙烷丙烷 4 同系列的提出为我们学习有机化学提供了方便，对于同系列的提出为我们学习有机化学提供了方便，对于 同一类化合物，我们只要研究其中几个典型代表就可推同一类化合物，我们只要研究其中几个典型代表就可推 知其他化合物的性质。知其他化合物的性质。 二、烷烃的同分异构构造异构现象二、烷烃的同分异构构造异构现象 l l 同分异构（构造异构）：是指分子式相同，分子中的同分异构（构造异构）：是指分子式相同，分子中的 原子的成键顺序或连接顺序不同。原子的成键顺序或连接顺序不同。 l l 构造：指分子中原子互相连接的方式和次序。构造：指分子中原子互相连接的方式和次序。 顺反异构 对映异构 5 对于烷烃的构造异构，实质上是碳架异构，即分子式相对于烷烃的构造异构，实质上是碳架异构，即分子式相 同，碳架不同。同，碳架不同。 C C-C-C-C-C C-C-C-C C-C-C C C 戊烷（正戊烷）戊烷（正戊烷） 2 2- -甲基丁烷（异戊烷） 甲基丁烷（异戊烷） 2,22,2- -二甲基丙烷二甲基丙烷( (新戊烷新戊烷) ) FF碳原子、氢原子的分类碳原子、氢原子的分类 ： 1 1o o C 2C 2 o o C 3C 3 o o C 4C 4 o oC C 1 1o o H 2H 2 o o H 3H 3 o oH H 一级一级 二级二级 三级三级 四级四级 伯伯 仲仲 叔叔 季季 6 一、普通命名法一、普通命名法 2.2 烷烃的命名烷烃的命名 1. 1.直链的烷烃（没有支链）叫做直链的烷烃（没有支链）叫做“ “正某烷正某烷” ” 1-101-10个碳的烷烃用甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛个碳的烷烃用甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛 、壬、癸表示，、壬、癸表示，1010以后用大写数字表示，十一、十二以后用大写数字表示，十一、十二 、。 2. 2. 含支链的烷烃含支链的烷烃 为区别异构体，用为区别异构体，用“ “正正( (normal,normal,n n-)” (-)” (直链直链) )、“ “异异( (iso,iso,i i-)”-)” ( (一末端有两个甲基一末端有两个甲基) )、“ “新新(neo)”(neo)”(季碳季碳) )等词头表示。等词头表示。 CHCH 3 3 -CH-CH 2 2 -CH-CH 2 2 -CH-CH 2 2 -CH-CH 2 2 -CH-CH 3 3 CHCH 3 3 -C-CH-C-CH 2 2 -CH-CH 3 3 CHCH 3 3 CHCH 3 3 CHCH 3 3 -C-CH-C-CH 2 2 -CH-CH 2 2 -CH-CH 3 3 CHCH 3 3 正己烷正己烷 异己烷异己烷 新己烷新己烷 7 烷基烷基 1. 1.烷基的命名烷基的命名 烷基词头：烷基词头： 正正 n (normal), n (normal), 仲仲 s (second),s (second), 异异 i (i (isoiso) , ) , 叔叔 t (t (tertiotertio) , ) , 新新 neo(neo)neo(neo)。 烷烃烷烃去掉一个去掉一个HH生成的一价原子团叫烷基生成的一价原子团叫烷基R,CR,C n nH H 2n+12n+1 去掉两个去掉两个HH生成的二价原子团叫亚某基生成的二价原子团叫亚某基 去掉三个去掉三个HH生成的三价原子团叫次某基生成的三价原子团叫次某基 亚甲基亚甲基 亚乙基亚乙基 次甲基次甲基 8 注意异丁基与仲丁基的区别注意异丁基与仲丁基的区别 注意叔戊基与新戊基的区别注意叔戊基与新戊基的区别 9 二、二、 系统命名法系统命名法 说明：说明：IUPACIUPAC命名法与系统命名法并不等同。命名法与系统命名法并不等同。 IUPACIUPAC命名法命名法: :是国际纯粹与应用化学联合会是国际纯粹与应用化学联合会(International (International Union of Pure and Applied Chemistry,Union of Pure and Applied Chemistry,简称简称IUPAC)IUPAC)制定的命法。制定的命法。 系统命名法系统命名法: :是中国化学会是中国化学会( (CCSCCS：Chinese chemical society)Chinese chemical society) 根据根据IUPACIUPAC的命名原则，结合我国文字特点所制定的命名的命名原则，结合我国文字特点所制定的命名 法。法。 在系统命名法中：在系统命名法中： 1. 1.直链烷烃的命名与普通命名法相同直链烷烃的命名与普通命名法相同, ,前面不需要前面不需要“ “正字正字” ”。 2. 2.支链烷烃的命名分支链烷烃的命名分“ “三步曲三步曲( (选主链选主链, ,编号编号, ,命名命名) )” ”，命名遵，命名遵 循循“ “最长、最近、最多、最小最长、最近、最多、最小” ”和和“ “次序次序规则规则” ”。 具体步骤如下：具体步骤如下： 10 “ “三步曲三步曲” ”： 选主链选主链: :选择最长碳链作为主链，其它侧链作为取基。选择最长碳链作为主链，其它侧链作为取基。 如果主链一样长，选含支链最多的为主链。如果主链一样长，选含支链最多的为主链。 11 编号编号: :从最靠近取代基的一端起依次给主链碳原子编号。从最靠近取代基的一端起依次给主链碳原子编号。 4 4甲基甲基3 3乙基庚烷乙基庚烷 最低系列法：当取代基相同且取代基编号相同时最低系列法：当取代基相同且取代基编号相同时, ,使使 取代基编号的和最小。取代基编号的和最小。 因因2+3+52+3+5小于小于2+4+52+4+5，故取，故取 黑色方向编号为主链。黑色方向编号为主链。 2,3,52,3,5三甲基己烷三甲基己烷 12 当取代基不同且取代基离端基等距时，编号遵守当取代基不同且取代基离端基等距时，编号遵守“ “次序次序 规则规则” ”，以，以“ “较小较小” ”基团的基端开始编号。（先小后大）。基团的基端开始编号。（先小后大）。 2 2甲基甲基5 5氯己烷氯己烷 次序规则次序规则 (1)(1) 原子序数小的为原子序数小的为” ”较小较小” ”基团基团 IBrPONCH, IBrPONCH, 同位数同位数 DHDH (2)(2) 如第一个原子相同如第一个原子相同, , 比较与第一个原子相连的其它原比较与第一个原子相连的其它原 子原子序数。子原子序数。 0.24nm 0.250nm 0.24nm 无范氏张力无范氏张力 0.229nm 重叠式 重叠式 乙烷的优势构象是交叉式。乙烷的优势构象是交叉式。 扭转能：使构象之间转化所需要的能量。扭转能：使构象之间转化所需要的能量。 26 乙烷的构象势能图乙烷的构象势能图 27 l l 纽曼纽曼( (投影投影) )式的写法式的写法 2.2.丁烷的构象丁烷的构象 丁烷有四种构象丁烷有四种构象: :全重迭式全重迭式 , , 部分重迭式部分重迭式 , , 邻位交叉式邻位交叉式, , 全交叉式全交叉式 28 60度 60度 60度 60度 60度 60度 全交叉式全交叉式 部分重迭式部分重迭式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重迭式部分重迭式 邻位交叉式邻位交叉式 全重迭式全重迭式 29 2 2 丁烷各种构象的内能变化丁烷各种构象的内能变化 30 相对能量：相对能量： 全重迭式全重迭式 部分重迭式部分重迭式 邻位交叉式全交叉式邻位交叉式全交叉式 （顺迭式）（顺迭式） （反错式）（反错式） （顺错式）（顺错式） （反迭式）（反迭式） 极少极少 极少极少 32% 68% 32% 68% C H3 CH3 H H H H C H3 CH3H H H H C H3 H H H H H3C 顺顺 迭迭 式式顺顺 错 错 式式 （ 1） 、（ 2） 、 全重迭式全重迭式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重迭式部分重迭式全交叉式全交叉式 31 物理性质包括： 外 观：状态、颜色、气味、味道。 物理常数:熔点（m.p.）、沸点（b.p.）、 密度（d ）、 折光率（nD）、 比旋光度 偶极矩（ ） 溶解度等 2、根据物理性质来分离提纯化合物 1、用来鉴别化合物或判别化合物的纯度 一、研究物理性质的意义 2.52.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质 32 二、烷烃的物理性质二、烷烃的物理性质 1 1、熔点（、熔点（m.pm.p） 分子熔点的高低取决于分子间的作用力和晶格堆积的密分子熔点的高低取决于分子间的作用力和晶格堆积的密 集度集度. .烷烃分子之间只有极弱的色散力。烷烃分子之间只有极弱的色散力。 (1) (1) 随分子量的增大而升高。随分子量的增大而升高。( (C C 1 1 -C-C 4 4 不规则不规则) )。 (2)(2) 分子量相同时分子量相同时, ,分子的对称性越好分子的对称性越好, ,m.pm.p越高。越高。 2 2、沸点（、沸点（ b.pb.p ） 、烷烃为非极性分子烷烃为非极性分子, ,一般一般b.pb.p都较低都较低 、随分子量的增大而升高随分子量的增大而升高 、分子量相同时分子量相同时, ,支链越多支链越多, ,b.pb.p越低越低 33 正、异、新、戊烷熔点、沸点的比较：正、异、新、戊烷熔点、沸点的比较： b.pb.p/ / ： 36 28 9.536 28 9.5 m.pm.p/ / ：-130 -160 -17-130 -160 -17 34 3 3、密度：、密度： 小于小于1 1。 在在0.4660.8120.4660.812之间。之间。 4 4、偶极矩、偶极矩: :分子之间只有极弱的色散力分子之间只有极弱的色散力, ,分子没有极性或分子没有极性或 仅有极弱的极性仅有极弱的极性. .正烷烃的偶极矩都等于零正烷烃的偶极矩都等于零(= 0)(= 0)。 5 5、溶解度、溶解度: :不溶于水易溶于非极性溶剂不溶于水易溶于非极性溶剂, ,如苯、四氯化碳如苯、四氯化碳 等。等。 2.62.6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 烷烃的结构特点与反应活性：烷烃的结构特点与反应活性： 1 1、烷烃分子中的键强度大，键能高不易断裂。烷烃分子中的键强度大，键能高不易断裂。 C C C H C C C H 345.6 415.5 345.6 415.5 （KJ/molKJ/mol） 2 2、烷烃分子中电子云密度分布均匀，因而不易接受富电、烷烃分子中电子云密度分布均匀，因而不易接受富电 子或缺电子试剂的进攻。子或缺电子试剂的进攻。 35 故：烷烃化学性质不活泼，室温下与强故：烷烃化学性质不活泼，室温下与强 酸、强碱、酸、强碱、 强氧化剂、强还原剂不发生反应。强氧化剂、强还原剂不发生反应。 但烷烃在高温或光照下能够进行反应。但烷烃在高温或光照下能够进行反应。 1 1氯代反应氯代反应( (连锁反应或链式反应连锁反应或链式反应) ) 产物是各种氯代甲烷的混合物产物是各种氯代甲烷的混合物 氟代反应太剧烈，以爆炸式进行，难以控制，碘原子不氟代反应太剧烈，以爆炸式进行，难以控制，碘原子不 活泼使取代反应难以发生，活泼使取代反应难以发生， 故烷烃的卤代反应通常是指故烷烃的卤代反应通常是指 氯代和溴代反应。氯代和溴代反应。 反应活性：反应活性：F F ClCl Br I Br I 36 甲烷氯化机理甲烷氯化机理- -自由基机理自由基机理 链引发链引发 + . Cl Cl h 或 Cl .Cl +242.4kJmol-1 链增长链增长 Cl + CH4 HCl + CH3 . . +4.2kJmol-1 Cl+CH3.+ Cl2CH3Cl . -108.7kJmol-1 链终止链终止 +CH3. . ClCH3Cl CH3.+ . CH3CH3CH3 特征特征: : i. i. 在光照、加热或催化剂存在的条件下进行在光照、加热或催化剂存在的条件下进行; ; ii.ii. 有自由基中间体生成（均裂反应）有自由基中间体生成（均裂反应）; ; iii.iii. 如有氧或一些能捕捉自由基的杂质存在，反如有氧或一些能捕捉自由基的杂质存在，反 应有一个诱导期，诱导期长短与这些杂质的应有一个诱导期，诱导期长短与这些杂质的 多少有关。（阻抑剂）多少有关。（阻抑剂） 37 l l 甲烷氯代反应过程势能变化图甲烷氯代反应过程势能变化图 38 l l 其它烷烃的卤代反应其它烷烃的卤代反应 l 中间体自由基稳定性中间体自由基稳定性 自由基：具有单个未成对电子的原子或基团叫自由基。自由基：具有单个未成对电子的原子或基团叫自由基。 卤代反应是通过自由基活性中间体进行的卤代反应是通过自由基活性中间体进行的, ,反应的活性取反应的活性取 决于相应的烷基自由基是否容易