高校化工-有机化学-课件-Org_Ch02烷烃

1、1第二章作业（第二章作业（P39P39） 1 (11 (1、3 3、5 5、7)7)2 (12 (1、3 3、5 5、7)7)3 3、4 (24 (2、4 4、6)6)5 5、7 7、8 8（注意：注意：指构象异构、构造异构、等同）指构象异构、构造异构、等同）9 9、10 10 、12 (1)12 (1)1414。23本章重点内容：本章重点内容：1. IUPAC命名法命名法2. 烷烃的构象烷烃的构象3. 烷烃的游离基取代反应，包括选择性、机理和能量变化烷烃的游离基取代反应，包括选择性、机理和能量变化； 分之中只有分之中只有C、H两种元素的有机化合物叫做烃两种元素的有机化合物叫做烃(hydroc

2、arbon)； 烃可分为开链烃和闭链烃烃可分为开链烃和闭链烃(环烃环烃)。4烷烃烷烃又叫又叫饱和烃饱和烃，由于石蜡是烷烃的混合物，故烷烃也称，由于石蜡是烷烃的混合物，故烷烃也称石蜡烃石蜡烃。例如例如：甲烷，乙烷，丙烷，丁烷：甲烷，乙烷，丙烷，丁烷(正丁烷，异丁烷正丁烷，异丁烷)，戊烷，戊烷 (正正戊烷，异戊烷，新戊烷戊烷，异戊烷，新戊烷). (见下页见下页)2.1 烷烃的通式、同系列和构造异构烷烃的通式、同系列和构造异构5CH4C2H6HCHHHHCCHHHHHCH4CH3CH3分子 式结构式结构 简式C4H10HCCHHCHHHHCHHHCH3CH2CH2CH3结构最简式CH3(CH2)2C

3、H36NameCondensed Structuremethane（甲烷）（甲烷）CH4ethane（乙烷）（乙烷）CH3CH3propane（丙烷）（丙烷）CH3CH2CH3butane（丁烷）（丁烷）CH3(CH2)2CH3pentaneCH3(CH2)3CH3hexaneCH3(CH2)4CH3heptaneCH3(CH2)5CH3octaneCH3(CH2)6CH3nonaneCH3(CH2)7CH3decaneCH3(CH2)8CH3undecaneCH3(CH2)9CH3dodecaneCH3(CH2)10CH3甲基甲基: methyl7烷烃的通式烷烃的通式直链烷烃分子中，一个或几

4、个直链烷烃分子中，一个或几个-CH2-基团（基团（亚甲亚甲基基）连成碳链，碳链的两端再连有两个氢原子，因此直链烷烃）连成碳链，碳链的两端再连有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为的通式可写为: H-(-CH2-)n-H 或：或： CnH2n+2乙烷乙烷可看成甲烷的一个氢原子被甲基可看成甲烷的一个氢原子被甲基-CH3取代；取代；丙烷丙烷可看成乙烷上的一个可看成乙烷上的一个H被甲基被甲基-CH3取代取代;丁烷丁烷可看成丙烷的一个可看成丙烷的一个H被甲基被甲基 -CH3 取代：取代：8戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个 -H被甲基被甲基 -CH3 取代取代的产物的产

5、物: (正戊烷正戊烷,异戊烷异戊烷,新戊烷新戊烷).9 分子式相同，但构造分子式相同，但构造 (分子中各原子相连的方式和次序分子中各原子相连的方式和次序)不不同而产生的异构现象叫构造异构现象。同而产生的异构现象叫构造异构现象。 构造异构体是构造异构体是不同不同的化合物的化合物。性质具有一定的差异。性质具有一定的差异。 如：正丁烷的沸点：如：正丁烷的沸点：- 0.5，熔点：，熔点：- 138.3， 异异丁烷的沸点：丁烷的沸点：- 11.7，熔点：，熔点：- 159.4， 随着碳原子数的增加随着碳原子数的增加,烷烃的构造异构体的数目也越多，烷烃的构造异构体的数目也越多，而且增加越来越迅速。而且增加

6、越来越迅速。C7H16有有9个构造异构体，个构造异构体，C8H18有有18个个，C12H26有有366319个。个。10同系物同系物 烷烃的通式烷烃的通式 CnH2n+2, 直链烃直链烃的通式可写为的通式可写为: H-(-CH2-)n-H同系物同系物在组成上相差一个或多个在组成上相差一个或多个 CH2，且结构和性质相似，且结构和性质相似的一系列化合物称为同系列。同系列中的各化合物互称同系的一系列化合物称为同系列。同系列中的各化合物互称同系物。物。 （表表2-1中的化合物都是烷烃同系列中的同系物中的化合物都是烷烃同系列中的同系物）系差系差同系列相邻的两个分子式的同系列相邻的两个分子式的差值差值C

7、H2称为系差。称为系差。(?)11烷烃中碳原子的分类烷烃中碳原子的分类一级碳原子一级碳原子(伯碳原子伯碳原子)，用，用“1”表示；表示；二级碳原子二级碳原子 (仲碳原子仲碳原子)，用，用“2”表示；表示；三级碳原子三级碳原子 (叔碳原子叔碳原子)，用，用“3”表示；表示；四级碳原子四级碳原子 (季碳原子季碳原子)，用，用“4”表示。表示。12烷烃中碳原子的分类英文表示烷烃中碳原子的分类英文表示primarysecondarytertiaryquaternary13 烷烃去掉一个氢原子后的原子团被称为烷基。常用烷烃去掉一个氢原子后的原子团被称为烷基。常用R-，或或(CnH2n+1-)表示，表示，

8、所以烷烃又可用通式所以烷烃又可用通式RH表示。表示。 对去掉一个直链烷烃末端氢原子所得的原子团，命名时对去掉一个直链烷烃末端氢原子所得的原子团，命名时“正正”字常用字常用n-代表。代表。属于简单取代基的烷基：甲基，乙基以及下列烷烃衍生的烷属于简单取代基的烷基：甲基，乙基以及下列烷烃衍生的烷基基，对简单取代基的结构和名称要清晰记忆对简单取代基的结构和名称要清晰记忆。对于丙烷：对于丙烷： CH3CHCH3异 丙 基 ， iso-丙 基CH3CH2CH2丙 基 ， 正 丙 基 ， n-丙 基CH3CHCH3(CH2)n异烷基n=0所有的正烷基和所有的正烷基和异烷基都是简单异烷基都是简单取代基取代基1

9、4对于丁烷：CH3CH2CH2CH2丁基 ，一级丁基，正丁 基，n-丁 基CH3CH2CHCH3二级 丁基，仲丁基，sec-丁基CH3CHCH2CH3异 丁 基 ， iso-丁 基对 于 异 丁 烷CH3CHCH3CH3CH3CCH3CH3三 级 丁 基 ， 叔 丁 基 ， tert-丁 基 ， t-丁 基15CH3CCH3CH3CH2新戊基，neo-戊基CH3CH2CCH3CH3叔戊基，t-戊 基CH3CH2CH2CH2CH2戊基，正戊基，n-戊基16Me甲基；甲基； Et乙基；乙基；Pr丙基；丙基；Bu丁基丁基Ar芳基；芳基；Ph苯基；苯基；Ac乙酰基；乙酰基；R烷基烷基常用基团的英文简写

10、常用基团的英文简写17 2.2 烷烃的命名烷烃的命名一、习惯命名法一、习惯命名法 烷烃烷烃碳原子总数决定烷烃名称的碳原子数，使用正、异、碳原子总数决定烷烃名称的碳原子数，使用正、异、新等区分异构体，显然具有局限性。新等区分异构体，显然具有局限性。CH3CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CCH3CH3CH3正戊烷异戊烷新戊 烷18二、衍生物命名法二、衍生物命名法 以甲烷为母体。分子大时取代基命名就很复杂，因此也以甲烷为母体。分子大时取代基命名就很复杂，因此也具有局限性。具有局限性。CH3CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CCH3CH3CH3二 乙基

11、甲烷二甲基乙基甲烷四甲 基甲烷19二、脂肪族有机化合物的二、脂肪族有机化合物的IUPAC命名法命名法准备知识准备知识-次序规则：次序规则：1.1.单原子基团：原子序；中子数；单原子基团：原子序；中子数； 例：例：Cl HCl H；3 3H H 2 2H H 1 1H H2.2.多原子基团：首先比较第一个原子，如果相同则比较第二个，余此类推。多原子基团：首先比较第一个原子，如果相同则比较第二个，余此类推。 例：例：-CH-CH2 2CHCH3 3 -CH -CH3 33.3.含有重键的基团必须将重键展开，然后按第含有重键的基团必须将重键展开，然后按第2 2条比较。条比较。CCHCCHCCCCCH

12、OCHOOC注意：展出的原子不能再次展开注意：展出的原子不能再次展开20IUPAC命名法又称系统命名法。制定与命名法又称系统命名法。制定与1892年，最后修订于年，最后修订于1993年。中文年。中文版是版是1960年制定，年制定，1980年根据年根据1979年英文版进行了修订。年英文版进行了修订。 特点是特点是主链碳原子数决定化合物母体名称的碳原子数主链碳原子数决定化合物母体名称的碳原子数。对开链化合物。对开链化合物应用得很好。应用得很好。 碳数表示：碳数表示：10及以内依次使用天干；及以内依次使用天干；11及以上使用数字十一、十及以上使用数字十一、十二二 应用中要注意与英文的命名的应用中要注

13、意与英文的命名的差别差别。包括以下步骤：包括以下步骤：注意：本命名法中所说的注意：本命名法中所说的“大大”、“小小”在本学院均以次序规则为准。在本学院均以次序规则为准。21(一一)选母体官能团并确定母体：选母体官能团并确定母体： 当官能团不止一个时，按下列次序选择母体：当官能团不止一个时，按下列次序选择母体：-COOH，-SO3H，-COOR，-COX，-CONH2，-CN，-CHO，C=O，-OH(醇醇)，-OH(酚酚)，-SH，-NH2，-OR，-SR。( (二二) )选主链：选主链： 有官能团时，主链必须包含母体官能团或与母体官能团直接相连；有官能团时，主链必须包含母体官能团或与母体官能

14、团直接相连； (1)(1)最长规则；最长规则； (2)(2)在在(1)(1)条的基础上的最多规则；条的基础上的最多规则；22( (三三) )编号编号 (1)(1)母体官能团的最低序列原则；母体官能团的最低序列原则； (2)(2)取代基的最低序列原则；取代基的最低序列原则； (3)(3)”小小”取代基优先获得较小的编号；取代基优先获得较小的编号； (4)(4)编号和最小原则；编号和最小原则； 上述编号规则上述编号规则有优先考虑有优先考虑，只有前边的规则无法确定化合物的编号时，只有前边的规则无法确定化合物的编号时才考虑后面的规则。才考虑后面的规则。23( (四四) )写出名称：写出名称：(1)(1

15、)名称的写法：按名称的写法：按构型、取代基、母体构型、取代基、母体的顺序。的顺序。 有如下注意事项，无优先级之分。有如下注意事项，无优先级之分。(2)(2)构型的写法：构型的写法： 如果从表达式中能看出构型，则必须写出构型；如果从表达式中能看出构型，则必须写出构型；如果分子只有一个位置需要构型表述，则只需写出构型，构型不必如果分子只有一个位置需要构型表述，则只需写出构型，构型不必标出位置，也不必写括号；标出位置，也不必写括号； 如果不止一个位置需要写出构型，则既要标出位置也要写括号，不如果不止一个位置需要写出构型，则既要标出位置也要写括号，不同位置的构型必须用逗号分割。同位置的构型必须用逗号分

16、割。24(3)(3)取代基的写法：取代基的写法：无论编号如何，总是先写无论编号如何，总是先写“小小”取代基，后写取代基，后写“大大”取代基；取代基；相同取代基必须合并写出；相同取代基必须合并写出；对于每一个取代基都要指出编号；对于每一个取代基都要指出编号； (4)(4)母体的写法：母体的写法：有些情况下母体编号可以省略，有些情况下母体编号必须省略；有些情况下母体编号可以省略，有些情况下母体编号必须省略；如果一个化合物的名称中涉及两种或两种以上的母体名称，则第一个如果一个化合物的名称中涉及两种或两种以上的母体名称，则第一个母体名称出现时母体名称出现时即即指出主链的碳数，以后则指出主链的碳数，以后

17、则不再不再指出；换句话说，一个化指出；换句话说，一个化合物中只能指出一次主链碳数。合物中只能指出一次主链碳数。252.3 烷烃的结构烷烃的结构2.3.1 甲烷的结构甲烷的结构109.5o正四面体型键长0.110nm键角109o28Stuart模型模型262.3.2 其它烷烃的结构其它烷烃的结构乙 烷的结构丙烷的结构0.154nm0.110nm27丁烷的结构丁烷的结构28键线式：键线式： 对于每一条线段，如末端不标基团，则标示碳，并用对于每一条线段，如末端不标基团，则标示碳，并用H原子饱和所缺原子饱和所缺的价键。的价键。292.3 烷烃的构象烷烃的构象2.4.1 乙烷的构象乙烷的构象乙烷的重叠式

18、构象乙烷的重叠式构象30乙烷的交叉式构象乙烷的交叉式构象重叠式、交叉式构象比较重叠式、交叉式构象比较31(3)纽曼投影式纽曼投影式(2)锯架式表示乙烷的构象锯架式表示乙烷的构象32乙烷分子各种构象的能量曲线乙烷分子各种构象的能量曲线12.6kJ/mol重叠式重叠式交叉式交叉式交叉式33丁烷的结构（模型）丁烷的结构（模型）2.4.2丁烷的构象丁烷的构象342.4.2丁烷的构象丁烷的构象(续续)为为主主35丁烷丁烷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36 室温下，分子热运动即可越过构象转变的能垒，所以单键是可以自由室温下，分子热运动即可越过构象转变的能垒，所以

19、单键是可以自由旋转的。旋转的。372.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质(C5C18为液体为液体)(1)(1)沸点沸点: :沸点大小取决于分子间的作用力沸点大小取决于分子间的作用力 烷烃沸点的特点烷烃沸点的特点（a a）沸点一般很低（非极性，只有色散力）。）沸点一般很低（非极性，只有色散力）。（b）随相对分子质量增大而增大。）随相对分子质量增大而增大。（c）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。38烷烃熔点的特点烷烃熔点的特点 (a) 随相对分子质量增大而增大；随相对分子质量增大而增大； (b) 偶数碳烷烃比奇数碳烷烃的偶数碳烷烃比奇数碳烷烃的熔点升高值熔点升高值

20、 大大(如右图如右图)；(c) 相对分子质量相同的烷烃，叉相对分子质量相同的烷烃，叉链增多，熔点下降；链增多，熔点下降；(d) 高度对称的异构体熔点特高。高度对称的异构体熔点特高。奇数碳奇数碳偶数碳偶数碳(2) (2) 熔点：取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。熔点：取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。39(3)相对密度相对密度: 随着相对分子量的增加而有所增加，最后接近随着相对分子量的增加而有所增加，最后接近0.8左右。左右。 作用力随着分子质量的增加而增加，使分子间的距离相对地减少作用力随着分子质量的增加而增加，使分子间的距离相对地减少的缘故。的缘故。40(4)溶解度溶解度 当溶剂

21、分子之间的吸引力和溶质分子之间，以及溶剂分子与溶质分子之当溶剂分子之间的吸引力和溶质分子之间，以及溶剂分子与溶质分子之间的相互吸引力相近时，溶解容易进行。间的相互吸引力相近时，溶解容易进行。氯化钠的溶剂比氯化钠的溶剂比 烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳“结构相似者相溶结构相似者相溶”412.6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 总的来说不活泼。室温下不与强酸、强碱、强氧化剂反应。一定条件总的来说不活泼。室温下不与强酸、强碱、强氧化剂反应。一定条件下也能发生一些化学反应。下也能发生一些化学反应。2.6.1 氧化反应氧化反应完全氧化完全氧化: CH4 + 2O2 CO2 +

22、 2H2O =-881kJ/mol CH3CH3 + 7O2 4CO2 + 6H2O =-1538kJ/mol不完全氧化：不完全氧化：其中其中C10C20的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂.RCH2CH2R锰 盐 ， 1.53MPaO2， 120oCRCOOH + RCOOH其中其中C10C20的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂.422.6.2 异构化反应：异构化反应：用于提高汽油的商品质量。用于提高汽油的商品质量。CH3CH2CH2CH320%AlBr3, HBr, 27oCCH3CHCH3CH380%432.6.3 裂化反应裂化反应CH4

23、+CH3CHCH2CH2CH2+CH3CH3H2+CH3CHCH2CH3CH2CH2CH3 可以提高汽油的产量。可以提高汽油的产量。 要了解热裂化、催化裂化的概念及条件。要了解热裂化、催化裂化的概念及条件。 要了解裂解的概念及条件。要了解裂解的概念及条件。442.6.4 取代反应取代反应(1)甲烷的氯代反应甲烷的氯代反应注 意反应条件：CH4 + Cl2强烈日光HCl + C + 热量CH4 + Cl2CH3Cl + HCl漫射光CH3Cl + Cl2漫射光CH2Cl2 + HCl漫 射 光CH2Cl2 + Cl2CHCl3 + HCl漫射 光CHCl3 + Cl2CCl4 + HCl1 1

24、该反应一般只适宜工业生产该反应一般只适宜工业生产而不适宜实验室制备。而不适宜实验室制备。2 2 该反应不适宜制备二氯甲烷该反应不适宜制备二氯甲烷和三氯甲烷。和三氯甲烷。3 CH3 CH4 4、C C2 2H H6 6、 C(CH3 3)4 4和无取和无取代基的环烷烃的一氯化物可以代基的环烷烃的一氯化物可以通过控制物料比进行。通过控制物料比进行。45(2)其它烷烃的氯代反应其它烷烃的氯代反应乙烷一氯代没有异构体，但二氯代是有异构体的：CH3CH2Cl + Cl2CH3CHCl2 + ClCH2CH2Cl光进一步氯代会更复杂，略，见教材。CH3CH2CH3CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH

25、3Cl光43%57%yx6223571:4:yx46H的活性：的活性：3oH 2oH 1oH CH3-H离解能离解能(kJ/mol)一级氢一级氢(伯氢伯氢)CH3CH2CH2-H410二级氢二级氢(仲氢仲氢)(CH3)2CH-H395三级氢三级氢(叔氢叔氢)(CH3)3C-H380CH3CHCH3CH3+ Cl2光CH3CCH3CH3Cl + CH3CHCH3CH2Cl36%64%yx9164361:5:yx47(3)烷烃与其它卤素的取代反应烷烃与其它卤素的取代反应3oH2oH1oH V : V : V = 1 : 82 : 1600CH3CH2CH3 + Br2127 oChvCH3CHCH2Br + CH3CHCH3Br3%97%CH3