有机化学第二章 烷烃ppt课件

1、分分类类开开链链环环状状饱饱和和烃烃不不饱饱和和烃烃脂脂环环烃烃（第第五五章章）芳芳香香烃烃（第第七七章章）烷烷烃烃烯烯烃烃和和炔炔烃烃（第第三三、四四章章）来来源源石石油油（主主要要）： C C1 1- -C C6 60 0 开开链链烃烃、芳芳烃烃和和环环烷烷烃烃天天然然气气： 主主要要甲甲烷烷煤煤焦焦油油： 主主要要芳芳烃烃和和杂杂环环化化合合物物CHHHHnH-CH2-HH-(CH2)2-HH-(CH2)3-H.研究个别化合物可了解其他同系物的共性分子式相同，构造不同分子式相同，构造不同-构造异构体这里构造异构体这里是碳干异构体）是碳干异构体）正丁烷(b.p -0.5oC)碳络成直链异丁

2、烷(b.p -10.2oC)碳络有支链CH3CH2CH2CH3CH3CH CH3CH3可由数学方法推算出：可由数学方法推算出： C=10 75 种异构体种异构体 C=20 366319 种异构体种异构体 .C C C C CC C C CCC C CCC正戊烷b.p.36.1oC新戊烷b.p.9.5oC异戊烷b.p.28oCH的分类：的分类： 与一级碳相连的与一级碳相连的 一级氢一级氢 1o 伯氢伯氢余类推余类推 （但无（但无4oH）1o2o1o3o4o例例H3CCCH3CH3CH2CHCH3CH3烷烃分子去掉一个氢原子剩下的一价基烷基(用R-表示）表表1、常见的烷基及其表示法、常见的烷基及其

3、表示法 CH CH3CH3CH2CHCH3CH3CH2CH CH3CH3CCH3CH3CH3CCH3CH3CH3CH2一、普通命名法：一、普通命名法：直链烷烃直链烷烃-正正“n烷烷n = C原子数）原子数） n = 110： 用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示辛、壬、癸表示 n11 ： 用中文数字表示用中文数字表示例如例如 C11H24 十一烷十一烷用正、异、新区别同分异构体，如：用正、异、新区别同分异构体，如：CHH3CCH3正异CH3CH2CCH3H3CCH3CH3CH3CH3CH2CH2CH2戊烷新二、系统命名法二、系统命名法发展历史：发展历史：

4、IUPAC 我国 1892日内瓦国际会议首次拟定 1957修订 1960修订 1979 最后修订 1980补充增订只适用于简单化合物，右边化合物叫？只适用于简单化合物，右边化合物叫？ 必须用系统命名法：必须用系统命名法：CHH3CCH3CH3CHCH3要点：要点：1、选取最长的碳链作主链，称为某烷；支链当作取代基；、选取最长的碳链作主链，称为某烷；支链当作取代基；2、从距离取代基近的一端开始，给主链碳原子编号，、从距离取代基近的一端开始，给主链碳原子编号， 使取代基的位次最小若与两端最近等距位置上有不同使取代基的位次最小若与两端最近等距位置上有不同 取代基，则按顺序规则，从取代基顺序较小的一端

5、编号）取代基，则按顺序规则，从取代基顺序较小的一端编号）CH3CH3CHCH2CH2CH2CH31234563-甲基己烷例123456CHCH2CH2CH2CH3CH3CH3CH3CH2CH2CHCH2789例3、取代基的列出次序：、取代基的列出次序：含有几个不同取代基时，按顺序规则由小到大依次列出；含有几个不同取代基时，按顺序规则由小到大依次列出；(原子优先顺序：原子优先顺序：IBrClSPFONCDH)含有几个相同取代基时，合并列出，取代基数目用二、三、四含有几个相同取代基时，合并列出，取代基数目用二、三、四.等中文数字表示，写在取代基名称前面，其位次用阿拉伯等中文数字表示，写在取代基名称

6、前面，其位次用阿拉伯数字逐个表明，位次之间用数字逐个表明，位次之间用“，”隔开；隔开；CCH3H3CCH3CH3CH3CHCH2CH2CH2CH3123452, 2, 3 -三三甲甲基基戊戊烷烷123456例例CHCH3CH CH2CH3CH32 2- -甲甲基基- -4 4- -乙乙基基己己烷烷4、碳链等长时，应选择取代基较多的链为主链：、碳链等长时，应选择取代基较多的链为主链：5、复杂取代基的编号，从与主链相连的碳原子开始、复杂取代基的编号，从与主链相连的碳原子开始CCCCCCCCCCCCCCCCC1234567891011123C2, 7, 9 -三三甲甲基基- -6 6- -( (2

7、2 - -甲甲基基) )丙丙基基十十一一烷烷例例例例CCCCCCCCC1234562 2- -甲甲级级- -3 3- -乙乙基基己己烷烷而而不不是是 3 3- -异异丙丙基基己己烷烷1969年年 IUPAC放弃了取代基按顺序由小到大列出放弃了取代基按顺序由小到大列出的规定，改为按英文名称第一个字母的次序列出的规定，改为按英文名称第一个字母的次序列出取代基取代基mono, di, tri, tetra, penta, hexa, 及及 n, sec, t 等词头不参加排序；但等词头不参加排序；但iso, neo参加排序）参加排序）中英文命名比较：中英文命名比较：CCCCCCCCCCCCCCC12

8、3456789中中文文名名: :3 3- -甲甲基基- -4 4- -乙乙基基- -5 5- -丙丙基基壬壬烷烷英英文文名名: :4-ethyl-3-methyl-5-propylnonane实验实验现实：现实：1874 Vant Hoff (范霍夫范霍夫) 和和Lebal (勒贝尔勒贝尔 )提出提出碳原子四个价键的碳原子四个价键的四面体结构：四面体结构：CH4+Cl2CH3Cl只只有有一一种种产产物物CH4中中的的四四个个C-H 键键是是等等同同的的1 1. .CH4+Cl2也也只只得得到到一一种种产产物物CH4中中的的四四个个C-H 键键不不在在同同一一平平面面2 2. .CH2Cl2否否

9、则则应应有有两两种种二二氯氯甲甲烷烷产产物物: :CHClClHCClClHH和和CHHHH碳碳原原子子在在正正四四面面体体的的中中心心四四个个价价键键分分别别指指向向正正四四面面体体的的顶顶点点碳原子的外层电子结构：碳原子的外层电子结构： 2S2 2P2，只有只有2个未成对的个未成对的P电子，但碳原子倾向于生成四价化合物电子，但碳原子倾向于生成四价化合物激发后，四个未成对电子都能成键：激发后，四个未成对电子都能成键：多生成2个C-H键 -830kJ/mol富余 -429 kJ/mol但但S轨道与轨道与P轨道不等价，如何解释四个轨道不等价，如何解释四个C-H完全等价的事实？完全等价的事实？2S

10、12P1+ 401kj/mol基态激发2S2Px2Py2Pz1931年年Pauling 提出提出SP3杂化：杂化：量子力学计算表明：量子力学计算表明：SP3杂化轨道比单纯的杂化轨道比单纯的S或或P轨道的成键能力都明显增强轨道的成键能力都明显增强轨道轨道 ： S P SP SP2 SP3成键能力成键能力 1 1.732 1.933 1.991 2+2S2Px2Py2Pz+SP3杂化烷烃中碳原子都成烷烃中碳原子都成SP3杂化，键角杂化，键角109o28,故烷故烷烃中碳链实际上不是直链，而是呈锯齿状：烃中碳链实际上不是直链，而是呈锯齿状：109o28COS= 代代表表轨轨道道中中的的S成成分分）1-

11、 (对对于于SP3COS=41411= -31 = 109o28乙烷中的乙烷中的C-C键，电子云沿键轴方向交叠，这样形成键，电子云沿键轴方向交叠，这样形成的化学键称为的化学键称为键。键。乙烷键具有如下特点：键具有如下特点： 1.电子云沿键轴成圆柱形对称。电子云沿键轴成圆柱形对称。 2.成键原子可沿对称轴成键原子可沿对称轴“自在旋转。自在旋转。 3.电子云集中于两核之间键稳定）电子云集中于两核之间键稳定） 4.电子云可极化性小。电子云可极化性小。乙烷两个碳原子可以绕他们之间的乙烷两个碳原子可以绕他们之间的键自由旋转，两个键自由旋转，两个碳原子上各连接的三个氢原子的相对位置不断变化，由碳原子上各连

12、接的三个氢原子的相对位置不断变化，由此产生的不同空间形象，称为构象。此产生的不同空间形象，称为构象。乙烷的两种代表性构象：乙烷的两种代表性构象：(1).重叠式eclipsed）CCHHHHHHHHHHHHHHHHHH伞伞形形式式锯锯架架式式纽纽曼曼式式229pmH的的范范德德华华半半径径为为1 12 20 0p pm m两两个个H H原原子子间间存存在在斥斥力力(2).交叉式staggered）CCHHHHHHHHH伞形式锯架式纽曼式HHHHHHHHH250pm重叠式和交叉式是乙烷分子构象中的两种极端，还有无重叠式和交叉式是乙烷分子构象中的两种极端，还有无数中间状态。数中间状态。两个两个C原子

13、沿原子沿C-C键旋转键旋转360o全过程的能量变化曲线：全过程的能量变化曲线：a.“自在旋转有 12.1kJ/mol 能垒, 分子常温热运动 的动能83.6kJ/molb.产生能垒的原因：范德华斥力产生的扭转张力c.不是人为想象，而是实际存在，低温NMR，X-衍射都 已证实构象异构体的存在。d.交叉式远比重叠式稳定25oC下，160 ：1）二、丁烷的构象：二、丁烷的构象：一、结构特点与反应性：一、结构特点与反应性：只含只含C、HCHCC键键能能键键能能3 30 08 8- - -4 43 35 5kJ/mol347kJ/mol键键很很强强不不易易破破裂裂 无无极极性性或或弱弱极极性性不不受受外

14、外来来带带电电粒粒子子的的影影响响缺缺乏乏反反应应的的薄薄弱弱环环节节有有很很强强的的化化学学稳稳定定性性，不不与与强强酸酸、强强碱碱、常常用用的的氧氧化化剂剂、当当有有足足够够的的能能量量均均裂裂成成自自由由基基还还原原剂剂作作用用, ,（光光、热热）二、烷烃的主要化学反应二、烷烃的主要化学反应1、氧化：、氧化：(1)、完全燃烧、完全燃烧:CnH2n+2+O2CO2+H2O+Q( 50.2kJ/g )（2）、控制条件，部分氧化，制备有用化工原料：）、控制条件，部分氧化，制备有用化工原料：CH4+O2NO600oCHCHO+H2OCH4+1/2O2CO+H2(合合成成气气）R RC CH H2

15、 2C CH H2 2R R + +2 2O O2 2RCOOH+RCOOH (制制皂皂）例例锰锰盐盐120-150oC2.热裂：C16H34C8H18 + C8H16C4H10CH3CHCH2 + CH4CH3CH3 + CH2CH2CH3CHCHCH3 + H2煤煤油油汽汽油油重重油油深深加加工工提提高高汽汽油油产产率率重重要要化化工工原原料料3.卤代反应：C CH H4 4C Cl l2 2C Cl l2 2C Cl l2 2C Cl l2 2H HC Cl lH HC Cl lH HC Cl lCH3ClCHCl3CH2Cl2CCl4+控控制制反反应应条条件件，可可使使其其中中之之一一

16、成成为为主主产产物物C CH H4 4C Cl l2 2H HC Cl lH HC Cl lCH3ClCCl4+4 40 00 0- - -4 45 50 0oC101:例例如如：C CH H4 4C Cl l2 2+4 40 00 0oC0.2631三、甲烷氯代反应的历程三、甲烷氯代反应的历程1.实验事实： C CH H4 4C Cl l2 2+2 25 50 0oC暗暗处处暗暗处处室室温温光光照照（1 1）、反反应应被被光光、热热促促进进：（2 2）、反反应应一一旦旦开开始始，就就以以很很快快速速度度进进行行（3 3）、氧氧气气对对此此反反应应有有抑抑制制作作用用游游离离基基反反应应历历程

17、程二、反应步骤：二、反应步骤：C Cl l2 2C Cl l2 2C Cl l2 2CH3CH3ClCH3CH3ClClCl2Cl(1)光光或或热热(2)+ CH4+ HCl(3)+CH3Cl重重复复（2 2）、（3 3）直直至至最最后后(4)(5)CH3CH3(6)链链的的引引发发链链的的增增长长链链的的终终止止CH3CH3ClCl四、卤代反应的相对活性：四、卤代反应的相对活性：活性顺序活性顺序: F2 Cl2 Br2 I2 各步反应的键能和反应热各步反应的键能和反应热(kj/mol)：X = FClBrIX X2 2X X2 2CH3.CH3.X.X.2X(1)(2)+ CH4+ HX(3

18、)+CH3XH=+155+232+188+150-129+4+67+138-293-109-105-84代代表表速速度度决决定定步步骤骤F代过于激烈，I代难于进行，因此卤代主要是氯代或溴代X = FClBrI.CH3.X(2)+ CH4+ HXH =-129+4+67+138EA =4+17+67+138有有效效碰碰撞撞1 1/ /4 40 01 1/ /1 10 07 71 1/ /1 10 01 12 2四、卤代反应的取向四、卤代反应的取向1.实验事实：实验事实：氯代氯代:CH3CHCH3CH3CHCH2ClCH3CCH3ClCl2光光，2 25 5oC+64%36%3oH 活活性性1oH 活活性性64% / 936%= 5CH3CH3CH3CH3CH2CH3CH3CCH2ClCH3CHCH3ClCl2光光，2 25 5oC+45%55%2oH 活活性性1oH 活活性性45% / 355%= 3.8CH4+ C2H6Cl2CH3Cl+C2H5Cl1400光光，2 25 5oC氯代反应活性次序扣除几率因子的差别为：氯代反应活性次序扣除