第02章烷烃ppt课件

1、第二章第二章 烷烷 烃烃(Alkanes)(Alkanes)内容要点内容要点1.1.烷烃的构造和同分异构景象烷烃的构造和同分异构景象 2.2.烷烃的命名烷烃的命名 3.3.烷烃的物理性质烷烃的物理性质 4.4.烷烃的化学性质烷烃的化学性质 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 卤代反响的历程自在基的稳定性卤代反响的历程自在基的稳定性难点：烷烃的构象难点：烷烃的构象 2.1 烷烃的同系列及同分异构景象烷烃的同系列及同分异构景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。

2、 烃 (hydrocarbon)开链烃闭链烃（脂环烃）脂肪烃（aliphatic hydrocarbon）：烷、烯、炔芳香烃 （aromatic hydrocarbon）结构脂肪烃分子中的一切碳原子都以单键彼此衔接，其他的价键完全为氢脂肪烃分子中的一切碳原子都以单键彼此衔接，其他的价键完全为氢原子饱和的称为烷烃原子饱和的称为烷烃alkane ，也叫饱和烃，也叫饱和烃 。烷烃分子中的烷烃分子中的C原子以原子以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 2sp3 C2sp3)和和(C 2sp3 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

3、)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2.1.1 烷基烷基 烷烃分子从方式上消除一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。烷烃分子从方式上消除一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。 2.1.2 烷烃的同系列烷烃的同系列 同系列同系列(Homologous Series)：分子间构造类似，具有通式，组成上：分子间构造类似，具有通式，组成上彼此只相差一个彼此只相差一个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

4、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 乙烷乙烷 CH3CH2CH3 丙烷丙烷 CH3CH2CH2CH3 丁烷丁烷烷烃的通式烷烃的通式: CnH(2n+2)2.1.3 同分异构景象同分异构景象 构造构造( Constitution )：分子中原子相互衔接的方式和次序。：分子中原子相互衔接的方式和次序。同分异构体同分异构体( Isomers )：分子式一样但构造不同的化合物。：分子式一样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： CCCCHHHHHHHHHHCCCHHH

5、HHHCHHHH丁烷异丁烷同分异构立体异构构象异构：构型异构：单键旋转或环翻转而造成原子在空间的不同排列方式构型也是指一定构造的分子中原子在空间的不同排列，但不同构型间转化要经过断键和再成键过程构造异构顺反异构光学异构碳架异构：如丁烷、异丁烷官能团位置异构：如丁醇、2-丁醇官能团异构：如乙醇、二甲醚（又含互变异构：如酮式、烯醇式）2.1.4 烷烃构造式的书写方法烷烃构造式的书写方法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、一切原子排成最长链；、一切原子排成最长链；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

6、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，最后排除反复。、依次减少碳原子作为取代基，最后排除反复。例如，己烷：例如，己烷： 2.1.6 烷烃的构象烷烃的构象 (conformation) 由于单键的旋转产生的分子在空间的不同陈列方式叫做构象。由于单键的旋转产生的分子在空间的不同陈列方式叫做构象。 构型相构型相对稳定，构象瞬息万变。对稳定，构象瞬息万变。 例例1 1：乙烷的构象：乙烷的构象CH3-CH3CH3-CH31.1.计算机显示的球棒模型：计算机显示的球棒模型： 2. 透视式锯架式和楔方式：透视式锯架式和楔方式： 锯架式是与键轴成锯架式是与键轴成450角看到的情形。角看

7、到的情形。HHHHHHHHHHHH旋转(2n + 1)180 0重叠式交叉式HHHHHHHHHHHH旋转(2n + 1)180 0楔方式是与键轴成楔方式是与键轴成900角看到的情形。角看到的情形。 3. 纽曼投影式：纽曼投影式： 画一个圆圈表示离眼睛较远的碳原子，圆圈上三等份圆周的短线表画一个圆圈表示离眼睛较远的碳原子，圆圈上三等份圆周的短线表示这个碳原子上的三根示这个碳原子上的三根键；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伸线表示圆心表示离光源较近的碳原子，由圆心到圆周三等份的延伸线表示这个碳上的三根这个碳上的三根键。键。 如以能量为纵坐标，如以能量为纵坐标，CC键的旋转角度

8、为横坐标，随着乙烷碳碳单键的旋转角度为横坐标，随着乙烷碳碳单键旋转角度的改动而作图，它的能量变化应如以下图所示。键旋转角度的改动而作图，它的能量变化应如以下图所示。 从一个交叉式构象经过碳碳从一个交叉式构象经过碳碳单键旋转到另一个交叉式构象，单键旋转到另一个交叉式构象，中间必需经过能量比交叉式高中间必需经过能量比交叉式高 12.6 kJmol 的重叠式构象的重叠式构象 能量最低的构象最稳定，最稳定的构象称为优势构象。能量最低的构象最稳定，最稳定的构象称为优势构象。 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

9、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(3)键轴的延伸线上察看，并画出键轴的延伸线上察看，并画出C(2)C(3)键轴旋键轴旋转所构成的几种最典型构象的纽曼投影式，如以下图示。转所构成的几种最典型构象的纽曼投影式，如以下图示。丁烷构象的能量变化见以下图：丁烷构象的能量变化见以下图： 丁烷丁烷C(2)C(3)C(2)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 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“烷字构成直链烷烃称号。烷字构成直链烷烃称号。天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、

10、辛、壬、癸；天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸； 十以上十以上用中文序号表示。如：甲烷，十二烷等。用中文序号表示。如：甲烷，十二烷等。 2. 2. 用正、异、新等词区分碳架异构体：用正、异、新等词区分碳架异构体：1) 1) 正正(n-)(n-)：直链烃：直链烃：CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3，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甲基，如：从链端起第二个碳原子上带一个甲基，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： 根据碳原子所连的其他碳原子的个数

11、多少，将碳原子分为四类：根据碳原子所连的其他碳原子的个数多少，将碳原子分为四类： 伯碳原子一级碳原子，伯碳原子一级碳原子，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，2： 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，3： 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，4： 与其他四个碳原子相连。与其他四个碳原子相连。相应地，氢原子分为伯、仲、叔氢原子。相应地，氢原子分为伯、仲、叔氢原子。相应地，可得到伯、仲、叔碳正离子相应地，可得到伯、仲、叔碳正离子(carbenium

12、ion): 2.2.2 系统命名法系统命名法1892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，叫做日内瓦命名法。做日内瓦命名法。后由国际纯粹和运用化学结合会后由国际纯粹和运用化学结合会IUPAC作了几次修订，简称为作了几次修订，简称为IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)命命名法。名法。 我国参考这个命名法的原那么结合汉字的特点制定了我国的系统命名我国参考这个命名法的原那么结合汉字的特点制定了我国的系统命名法法1960。1980年进展增补和修订，公布了年

13、进展增补和修订，公布了。 在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名法是根本一样的，在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名法是根本一样的，仅不写上仅不写上正正字。字。 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。 支链作取代基，从最接近取代基的一端开场编号。用支链作取代基，从最接近取代基的一端开场编号。用1 1，2 2，3 3，对主链编号，使取代基的编号依次最小。对主链编号，使取代基的编号依次最小

14、。 CCCCCCCCCCCCCCCCCC12CCCCCCCCCCCC12345678CCCCCCCCCCCC1234567834CCCCCC3.3.书写排序。书写排序。 2 甲基戊烷取代基编号短线取代基名称母体名称2methyl pentaneCCCCCC12345留意：数字和称号间用留意：数字和称号间用“衔接，中间无间隔。衔接，中间无间隔。4. 支链上的取代基还需编号时，从衔接碳开场编号。例如：支链上的取代基还需编号时，从衔接碳开场编号。例如： CCCCCCCCCCCCCCCC1234567891233 - 乙基 - 5 - 1, 2 - 二甲基丙基壬烷或3 - 乙基 - 5 - （1, 2

15、 - 二甲基丙基）壬烷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与字母顺序陈列等代表取代基个数的词头不参与字母顺序陈列iso, neo 参与字参与字母顺序陈列。母顺序陈列。 5. 假设有几个一样的取代基，把它们合并起来，取代基的数目用二、三、假设有几个一样的取代基，把它们合并起来，取代基的数目用二、三、四四等表示，写在取代基的前面，其位次必需逐个注明，位次的数字等表示，写在取代基的前面，其位次必需逐个注明，位次的数字之间要用之间要用，隔开。隔开。 2, 2 - 二甲基 - 3-

16、 乙基庚烷3 - ethyl - 2, 2 - dimethylheptaneCCCCCCCCCCC1234567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。 各取代基的中心原子按原子序数由大到小陈列，大者为优先基团；各取代基的中心原子按原子序数由大到小陈列，大者为优先基团；同位素那么质量大的为优先基团；孤对电子排在最后。同位素那么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 :孤对电子孤对电子 假设两个取代基中心原子一样，那么比较与其直接相连的几个原子，假设两个取代基中心原子一样，那么比较与其直

17、接相连的几个原子，原子序号大者优先；假设还是一样，那么依次类比其它原子。原子序号大者优先；假设还是一样，那么依次类比其它原子。例如：例如：CH2Cl CHF2 CH2F 4.中文命名的次序规那么中文命名的次序规那么sequene rule ：优先基团靠后：优先基团靠后次序规那么次序规那么 ：为表达有机化合物分子构造的某些立体化学关系而确定的有关取代为表达有机化合物分子构造的某些立体化学关系而确定的有关取代基的陈列次序。基的陈列次序。次序规那么主要内容：次序规那么主要内容：含有双链和叁键的基团那么相当于连有二或三个组成双或叁键的原子。含有双链和叁键的基团那么相当于连有二或三个组成双或叁键的原子。

18、 例如：例如：CCH C(CH3)3 CH=CH2 CH(CH3)2 CH2CH2CH3 CH2CH3 CH3 CCCCCCCCCCCCCCCCCC1234561234563 - 甲基 - 4 - 乙基己烷3 - ethyl - 4 - methylhexane实例：实例：1 3 5 7 9 11练习：练习：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25和和 0.1 MPa下，下， C1C4的直链烷烃是气体；的直链烷烃是气体； C5C17的直链烷烃是液体；的直链烷烃是液体；C18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

19、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添加而有所添加，最后接近于烷烃的相对密度也随着相对分子质量的添加而有所添加，最后接近于0.8左右。左右。相对密度的添加是由于作用力随着相对分子质量的添加而增大，因此相对密度的添加是由于作用力随着相对分子质量的添加而增大，因此使分子间的间隔相对地减小的缘故。使分子间的间隔相对地减小的缘故。 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目的关系 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

20、温、高压、光照或催化剂的影响下，也能发生一些化学反响。温、高压、光照或催化剂的影响下，也能发生一些化学反响。 1 1 烷烃的氧化反响烷烃的氧化反响 1 1在空气中熄灭：在空气中熄灭： 2 2在催化剂下可以使烷烃部分氧化，生成在催化剂下可以使烷烃部分氧化，生成 醇、醛、酸等醇、醛、酸等 2 2 烷烃的异构化反响烷烃的异构化反响 由一个化合物转变为其异构体的反响叫做异构化反响。由一个化合物转变为其异构体的反响叫做异构化反响。例如：例如：炼油工业上往往利用烷烃的异构化反响，使石油馏分中的直链烷烃异炼油工业上往往利用烷烃的异构化反响，使石油馏分中的直链烷烃异构化为支链烷烃以提高汽油的质量。构化为支链烷

21、烃以提高汽油的质量。 CH3CH2CH2CH3AlBr3, HBr, 27 0CCCH3CH3CH3H高温下使烷烃分子发生裂解的过程称为裂化。高温下使烷烃分子发生裂解的过程称为裂化。反响条件不同时产物也不一样。例如：反响条件不同时产物也不一样。例如： 3 烷烃的裂化反响烷烃的裂化反响CH3CH2CH2CH3CH4 + CH3CHCH2CH2CH2 + CH3CH3H2 + CH3CH2CHCH2通常在通常在 5 MPa 及及 500600温度下进展的裂化反响称为热裂化反响温度下进展的裂化反响称为热裂化反响在催化剂存在下的裂化叫做催化裂化。在催化剂存在下的裂化叫做催化裂化。4 4 烷烃的取代反响

22、烷烃的取代反响 烷烃分子中的氢原子被其他原子或原子团所取代的反响叫做取代反烷烃分子中的氢原子被其他原子或原子团所取代的反响叫做取代反响。响。被卤素取代的反响叫做卤代反响，也称为卤化反响。被卤素取代的反响叫做卤代反响，也称为卤化反响。1氯代反响：氯代反响： 甲烷的氯代反响较难停留在一氯代甲烷阶段甲烷的氯代反响较难停留在一氯代甲烷阶段2 2烷烃与其他卤素的取代反响烷烃与其他卤素的取代反响 光、热、催化剂条件下，烷烃能与溴进展溴代反响，但反响比较缓慢。光、热、催化剂条件下，烷烃能与溴进展溴代反响，但反响比较缓慢。溴与烷烃反响其反响活性比氯小，但溴更具有选择性；溴与烷烃反响其反响活性比氯小，但溴更具有

23、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： 烷烃与氟反响猛烈，与碘作用不能得到碘代烷。烷烃与氟反响猛烈，与碘作用不能得到碘代烷。a a 氯代氯代3 3伯、仲、叔氢原子的反响活性伯、仲、叔氢原子的反响活性 仲氢和伯氢的相对活性为：仲氢和伯氢的相对活性为： 仲氢仲氢/伯氢伯氢=57/2/43/6= 4：1。CH3CH2CH3+Cl225 oC, CCl4光CH3CH2CH2ClCH3CHCH3Cl正丙基氯 43异丙基氯 57+仲氢和伯氢个数比：仲氢和伯氢个数比：3：1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

24、=36.1/1/64/9=5.1/1实际结果阐明：叔、仲、伯氢在室温时的相对活性位实际结果阐明：叔、仲、伯氢在室温时的相对活性位5：4：1。烷烃中氢原子的反响活泼性次序是：叔氢仲氢伯氢。烷烃中氢原子的反响活泼性次序是：叔氢仲氢伯氢。烷烃的氯代在室温下有选择性。选择性就是产物有多有少据此，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，可以预测某一烷烃在室温一氯代产物中异构体的得率。可以预测某一烷烃在室温一氯代产物中异构体的得率。溴代反响也遵照反响活性：叔氢仲氢伯氢，相对活性为溴代反响也遵照反响活性：叔氢仲氢伯氢，相对活性为1600：82：1。溴的选择性比氯强：由于氯原子较活泼，又有才干

25、夺取烷烃中的各种溴的选择性比氯强：由于氯原子较活泼，又有才干夺取烷烃中的各种氢原子而成为氢原子而成为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 反响机理是化学反响所阅历的途径或过程，亦称反响历程。反响机理是化学反响所阅历的途径或过程，亦称反响历程。2.5 卤代反响历程卤代反响历程 ( Reaction Mechanism ) 1 甲烷的氯代反响历程自在基链反响甲烷的氯代反响历程自在基链反响 第一步第一步 引发：氯分子均裂为两个氯原子。引发：氯分子均裂为两个氯原子。第二步第二步 链增长：氢原子从甲烷中分别出来，并与氯原子结合。链增长：氢原子从甲烷中分别出来，并与氯原子结合。 甲基自在基与氯分子反响：第三步链终止：第三步链终止：甲基自在基与氯原子结合：甲基自在基与氯原子结合： 两个甲基自在基的结合：两个甲基自在基的结合： 两个氯原子的结合：两个氯原子的结合： 和甲烷卤代反响历程一样，普通烷