在烷烃中的演示文稿ppt课件

1、脂脂肪肪烃烃饱和烃：烷烃饱和烃：烷烃不饱和烃：烯烃、炔烃、二烯烃不饱和烃：烯烃、炔烃、二烯烃脂环烃：环烷烃、环烯烃、环炔烃脂环烃：环烷烃、环烯烃、环炔烃有机化合物有机化合物烃类化合物烃类化合物烃的衍生物烃的衍生物脂肪烃脂肪烃芳香烃芳香烃 一、烷烃的命名原则一、烷烃的命名原则 Rules for naming alkanes IUPAC 命名法命名法系统命名法系统命名法 常常 用用 命命 名名 法法普通命名法，习惯命名法普通命名法，习惯命名法1、烷基、烷基(alkyl)的认识的认识R： CH3 甲基 Methyl （Me） C2H5乙基 Ethyl （Et） CH3-CH2-CH2- 正丙基 n

2、-propyl （n-pr） CH3CH3CH异丙基异丙基ipr)C H3C H3C H3C叔丁基叔丁基t- Bu）CH3CH3CH2CH仲丁基仲丁基sec-Bu）CH3CH3CH3CCH2 -新戊基新戊基(neo-pentyl)CH3CH3CHCH2CH2异戊基异戊基(i-pentyl) 2、最低系列原则、最低系列原则 lowest series principle 将主链以不同方式编号，可得不同编号将主链以不同方式编号，可得不同编号 系列，顺次逐项比较各系列的不同位次，系列，顺次逐项比较各系列的不同位次， 最先遇到的取代基位次最小者为最低系列。最先遇到的取代基位次最小者为最低系列。 最低系

3、列最低系列主链主链(Main-chain) 例：例：CH3CH-CH-CH2CH3ClCH33甲基甲基2氯戊烷氯戊烷CH3CH-CH-CH2CHCH3CH3CH3CH32，3，5三甲基己烷三甲基己烷 2，3，3-三甲基三甲基-4-乙基乙基-5-（1，2-二甲基丙基壬烷二甲基丙基壬烷 1234567891 2 3 二、烷烃的结构二、烷烃的结构 Construction of alkanes 构造构造 construction构造构造(constitution )构型构型( configuration)构象构象( conformation) 1 1、烷烃分子的形成、烷烃分子的形成 实验事实实验事实

4、: : 甲烷分子甲烷分子(CH4)(CH4) 一一个个碳碳与与四四个个氢氢相相连连CH4不是平面分子不是平面分子4个个C-H键等价键等价二二氯氯甲甲烷烷只只有有一一种种C C原子原子正四面正四面体体4 4个个C-H键键键键长长相相等等键键角角均均为为1 10 09 9.5o 甲烷分子的结构甲烷分子的结构 碳原子正四面体构型；碳原子正四面体构型； +Csp3Hs sp - s3中心碳原子中心碳原子sp3 杂化杂化J.H. van t Hoff 1874y , 1901y 杂杂 化化 轨轨 道道 理理 论论 Hybridized orbital theory ( 1930 L.C.Pauling

5、) 能量相似的原子轨道可进行杂能量相似的原子轨道可进行杂化，组成能量相近的杂化轨道。化，组成能量相近的杂化轨道。 碳原子的碳原子的sp3 杂化杂化 (sp3 Hybrid Orbitals) 基基态态2s2p激激发发2s2p激激发发态态轨轨道道混混合合sp3p 轨道s轨道sp 杂化轨道31 / 4 S成分成分甲烷分子的形成：甲烷分子的形成： 烷烃分子的形成：烷烃分子的形成： 烷烃分子中所有碳原子均为烷烃分子中所有碳原子均为sp3 杂化；杂化； 2C 以上的烷烃分子中有两种以上的烷烃分子中有两种键键 C-H : sp3- s 110pm C-C : sp3-sp3 154pm 2、烷烃的构象异构

6、、烷烃的构象异构 Conformational isomerism of alkanes 同分异构同分异构构造异构构造异构立体异构立体异构构型异构构型异构构象异构构象异构 （1构象异构构象异构 Conformational isomerism 成键原子绕单键旋转产生的原子或基团成键原子绕单键旋转产生的原子或基团在空间的不同排列。在空间的不同排列。 在有单键的化合物中，构象异构体有在有单键的化合物中，构象异构体有 无数个，并在室温下不断互相转变。无数个，并在室温下不断互相转变。 构象异构与构型异构的根本区别。构象异构与构型异构的根本区别。 （2乙烷的极限构象乙烷的极限构象 交叉式构象：交叉式构象

7、： 重叠式构象：重叠式构象：扭扭转转张张力力. 图图163 乙烷构象的能量曲线乙烷构象的能量曲线 能量最低，最稳定能量最低，最稳定能量最高，最不稳定能量最高，最不稳定 （3 3极限构象的表示法极限构象的表示法 透视式透视式 NewmanNewman投影式投影式 HHHHHH重 叠 式HHHHHH交 叉 式HHHHHH重叠式HHHHHH交叉式练习：试写出丙烷的极限构象练习：试写出丙烷的极限构象HHHHH重叠式CH3HHHHH交叉式CH3HHHHHCH3HHHHHCH3 （4丁烷的极限构象丁烷的极限构象 思索：思索： 1丁烷的极限构象是否只有一种交叉式丁烷的极限构象是否只有一种交叉式 和一种重叠式

8、？和一种重叠式？ 2试根据模型用透视式表示之。试根据模型用透视式表示之。HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3全重叠式全重叠式部分重叠式部分重叠式对位交叉式对位交叉式邻位交叉式邻位交叉式 最高最高 最低最低最差最差 最好最好p19. 图图164 正丁烷构象能量曲线正丁烷构象能量曲线能量：能量：稳定性：稳定性： （5结论结论 a.任何烷烃都有无数个构象异构体；任何烷烃都有无数个构象异构体； b.各构象异构体在室温下不断互变，不发生各构象异构体在室温下不断互变，不发生 共价键的断裂，彼此不能分离；共价键的断裂，彼此不能分离； c.能量最低的构象异构体在平衡

9、混合物中能量最低的构象异构体在平衡混合物中 含量最多。含量最多。 三、烷烃的物理性质三、烷烃的物理性质 Physical properties of alkanes 见见p20. 表表161 1、沸点、沸点bp）、相对密度、折光率）、相对密度、折光率(nD20) 分子间力分子间力分子量、分子形状分子量、分子形状 2、熔点、熔点mp） 晶格能晶格能 分子形状分子形状3、溶解度、溶解度“相似相溶相似相溶” 化合物与溶剂结构相似则易溶化合物与溶剂结构相似则易溶 留意：分子量大的有机物的特殊性留意：分子量大的有机物的特殊性例：例：CH3CH2OH HOH CH3CH3 C6H6 n-C4H9OH （H

10、OH）溶溶剂剂化化 四、烷烃的化学性质四、烷烃的化学性质 Chemical properties of alkanes 惰性物质惰性物质 烷烃在常温下不与酸、碱、氧化剂、烷烃在常温下不与酸、碱、氧化剂、还原剂反应，只在高温、高压或催化剂还原剂反应，只在高温、高压或催化剂作用下才能发生反应。作用下才能发生反应。 1、氧化、氧化(Oxidation) 得到氧或失去氢的反应。得到氧或失去氢的反应。 完全氧化：烷烃完全氧化：烷烃 O2 / 熄灭熄灭 CO2 +H2O+ 热热 燃料、能源燃料、能源 部分氧化：烷烃部分氧化：烷烃 +O2/ 催化剂催化剂羧酸、醛酮羧酸、醛酮 提高经济价值石蜡氧化）提高经济价

11、值石蜡氧化） 2、异构化、异构化 p27 3、 裂化裂化 p26 4、取代反应、取代反应 (Substitution) 分子中的原子或基团被其他原子或分子中的原子或基团被其他原子或 基团所代替的反应。基团所代替的反应。 (卤代、硝化、磺化、水解、氨解卤代、硝化、磺化、水解、氨解) 取代反应的发现取代反应的发现 1833 Dumas 烷烃的卤代烷烃的卤代 Halogenation of alkanes 烷烃卤代反应的特点烷烃卤代反应的特点 实验事实：实验事实：CH4 + Cl2 不同条件下的反应情况不同条件下的反应情况: 黑暗中混合；黑暗中混合； Cl2/ h,混合；混合； Cl2/ h，放置，

12、混合；，放置，混合； CH4 / h，混合，混合 （1特殊的反应条件：特殊的反应条件： 光照光照h）、高温或催化剂过氧化物）、高温或催化剂过氧化物）CH4+Cl2C+ 4HCl日光爆炸爆炸CH4+Cl2-HClCH3ClCl2CH2Cl2+ HCl漫射光漫射光 （2产物是混合物；产物是混合物； （3分子中不同位置的氢原子被取代的分子中不同位置的氢原子被取代的 活性活性(reactivity)不同；不同； 碳、氢原子的分类：碳、氢原子的分类： CH3 CH2 CH CH3CH31o2o3o伯仲叔CH3 C CH3CH3CH31o4o季CH3CH2CH3Br2CH3CH2CH2Br +CH3CHB

13、rCH33%97%hv(1o)(2o)CH3- C -CH3Br2hCH3HCH3- C -CH3CH3BrCH3- C -CH2BrCH3H+99%0(3o) 溴代反应活性：溴代反应活性：3oH : 2oH : 1oH = 1000 : 100 : 1 （4卤素的相对反应活性卤素的相对反应活性 例：甲烷一卤代反应中的焓例：甲烷一卤代反应中的焓Kcal/mol） 反应活性：反应活性：F2 Cl2 Br2 I2 CH4 + X2CH3X + HXF Cl Br I反反应应-103 -25 -6 +13丙烷的卤代：氯代丙烷的卤代：氯代 1与与2活化能差活化能差4.2kj/mol 溴代溴代 1与与2

14、活化能差活化能差12.5kj/mol 反应选择性反应选择性CH3CH2CH3Cl2CH3CH2CH2Cl + CH3CHClCH345%55%hvBr2CH3CH2CH2Br +CH3CHBrCH33%97%反应活性越高，反应选择性就会越差。反应活性越高，反应选择性就会越差。 五、烷烃的卤代反应历程五、烷烃的卤代反应历程 Halogenation mechanism of alkanes 反应历程反应历程(mechanism)： 从分子水平了解反应进程中的从分子水平了解反应进程中的 能量变化、能量变化、 中间体形成、中间体形成、反应步骤、反应步骤、反应速率等。反应速率等。 1、有机反应的活性中

15、间体、有机反应的活性中间体 碳自由基碳自由基(free-radical) R.:由共价键均裂形成的带孤电子的体系。由共价键均裂形成的带孤电子的体系。 碳正离子碳正离子 碳负离子碳负离子 电中性；电中性；中心碳为中心碳为 sp2sp2或或 sp3sp3杂化；杂化；一个未共用电子单独占据一个轨道；一个未共用电子单独占据一个轨道；价电子数价电子数:7:7 得电子的倾向强。得电子的倾向强。 HHHCH3.CH3CH3CH3(CH3)3C.碳碳自自由由基基结结构构特特点点 2、反应过渡态、反应过渡态 （ Transition State） A - B + CA B CTS.过渡态A + B-C反反应应的

16、的能能量量曲曲线线A-B + CA B C活化能活化能 活化能：发生反应所需的最低能量。活化能：发生反应所需的最低能量。 反应进程能量反应速率决定于反应活化能的高低反应速率决定于反应活化能的高低过渡态的能量过渡态的能量回想：烷烃卤代反应的特点回想：烷烃卤代反应的特点特 殊反 应 条 件产 物混 合 物不 同 氢活 性 不 同卤素活性？生成自由基，引发链反应多步链反应 3、烷烃的卤代反应历程、烷烃的卤代反应历程 例：光照下例：光照下 CH4 + Cl2 CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3+CCl4 hv Cl:Cl 2Cl. CH4 + Cl. .CH3 + HCl .CH3 + Cl

17、2 CH3Cl + Cl. Cl. + Cl. Cl2 .CH3 + .CH3 CH3CH3 .CH3 + Cl. CH3Cl 链反应链反应(chain reaction)链引发链引发链增长链增长链终止链终止反应活性中间体与过渡态的区别。反应活性中间体与过渡态的区别。速速度度决决定定步步骤骤 烷烃的卤代是由产生自由基引发的烷烃的卤代是由产生自由基引发的 取代反应取代反应 自由基取代反应自由基取代反应 Free-Radical Free-Radical SubstitutionSubstitution光化学反应光化学反应 4、卤代反应的取向、卤代反应的取向 CH3CH2CH3CH3CH2CH2C

18、lCH3CHCH325Cl2hCl()()45% ( 6个相同个相同1o H)55% (2 个相同个相同2o H)64% (9个相同个相同1oH)36% (1个个3oH)CCCCH3CH3CH3CH3CH3HHCH2ClClCH3CH3CH3（）（）Cl2h 分子中不同位置的分子中不同位置的H 被取代的几率不同。被取代的几率不同。 反应速率反应速率 反应活化能过渡态能量）反应活化能过渡态能量） 自由基的能量自由基的能量 自由基能量越低，反应越快。自由基能量越低，反应越快。 对应产物的产率高 CH3 H : . CH3 + H. CH3CH3 : -1oH . CH 2CH3 伯伯1o自由基自由基CH3CH2CH3: -2oH (CH3)2CH. 仲仲2o自由基自由基CH(CH3)3 : -3oH .C(CH3)3 叔叔3o自由基自由基