烷烃有机化学课件

第二章烷烃只含有碳碳（C-C）单键和碳氢（C-H）单键1碳氢化合物——由碳和氢两种元素形成的有机化合物的总称，又称烃（hydrocarbon）烃芳香烃脂肪烃烷烃炔烃烯烃22.1烷烃的通式和构造异构甲烷(CH4)CH4

乙烷(C2H6) CH3CH3丙烷(C3H8)CH3CH2CH3Bp:-160℃Bp:-89℃Bp:-42℃3构造异构体——分子内原子的排列顺序不同所产生的异构体正丁烷CH3CH2CH2CH3

异丁烷(CH3)3CHBp:-0.4℃Bp:-10.2℃思考：C6H14共有几种同分异构体？请写出其构造式5共5种解答6表2.1烷烃异构体的数目CH4 1 C8H18 18C2H6 1 C9H20 35C3H8 1 C10H22 75C4H10 2 C15H32 4,347C5H12 3 C20H42 366,319C6H14 5 C40H82 62,491,178,805,831C7H16 9 7烷基——烷烃分子中从形式上消除一个氢的部分，通常用R-

表示

甲基

CH3-

乙基CH3CH2-注意烷烃分子和烷基中碳级别的不同9前缀：正(n)异(i)仲(s)叔(t)新(neo)(normal)(iso-)(second)(tert-)缩写：甲基（Me），乙基（Et），丙基（Pr），丁基（Bu），戊基（amyl），己基（hex）10亚烷基：烷烃分子中从形式上去掉两个H生成的基团次烷基：烷烃分子中从形式上去掉三个H生成的基团亚甲基亚乙基亚异丙基1,2-亚乙基1,3-亚丙基次甲基次乙基11习惯命名法的局限己烷异己烷新己烷??13系统命名法（IUPACRules

）1.选主链：选最长碳链作主链,并以此链为母体烷烃.若遇多个等长碳链,则取代基多的为主链。14表2-2直链烷烃的系统命名碳数名称结构1甲烷CH42乙烷CH3CH33丙烷CH3CH2CH34丁烷CH3CH2CH2CH35戊烷CH3(CH2)3CH36己烷CH3(CH2)4CH37庚烷CH3(CH2)5CH38辛烷CH3(CH2)6CH39壬烷CH3(CH2)7CH310癸烷CH3(CH2)8CH311十一烷CH3(CH2)9CH315顺序规则①

单原子取代基,按原子序数大小排列.原子序数大,顺序大；原子序数小,顺序小；同位素中质量高的,顺序大。②多原子基团第一个原子相同,则依次比较与其相连的其它原子。17③含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。次序大的基团称较优基团。183.命名：按基团次序规则，较小的基团列在前。5-丙基-4-异丙基壬烷123456789197-甲基-3,3,6-三乙基癸烷2-甲基-5-异丙基辛烷214.含复杂支链烷烃的命名支链上连有取代基,则从和主链相连的碳原子开始将支链碳原子依次编号,并将支链上取代基位号、名称连同支链名写在括号内。2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷222.3甲烷的结构碳原子轨道的sp3杂化正西面体键角=109.5°键长=110pm232s2p一个电子受激发从2s轨道跃迁至2p轨道sp3轨道杂化252s2p2p2ssp3轨道杂化26sp3轨道杂化29sp3轨道杂化杂化四个sp3轨道一个sp3轨道30甲烷中的C—H键ssp3+–CH—C形成键H+–CH+σ键的的形成及其特性3132乙烷的结构33碳碳单键的旋转也需要克服一定的能量，从而产生了构象的概念乙烷（Ethane）的构象构象：由于围绕键旋转而产生的分子种原子或基团在空间的不同排列。2.4烷烃的构象34重叠式35重叠式构象乙烷36交叉式构象乙烷37乙烷交叉式构象38乙烷交叉式构象的表示法Newman投影式透视式HHHHHHHHHHHH39HHHHHHHHHHHH180°反式交叉式构象反式交叉式构象两个键夹角为180°40HHHHHHHHHHHH60°邻位交叉关系邻位交叉式构象两个键夹角为60°.410°60°120°180°240°300°360°12kJ/mol42乙烷交叉式构象比重叠式构象能量低12kJ/mol.由交叉式构象转变为重叠式构象需要克服扭转能.是由电子对之间的斥力（扭转张力）所引起的.扭转张力43丁烷（Butane）的构象44正丁烷异丁烷4546丁烷的构象，把C1和C4作甲基，然后C2-C3键旋转，其不同的构象可用纽曼式表示如下：φ=0º,360º

φ=60°

φ=120°

φ=180°

φ=240°

φ=300°全重叠式

顺交叉式

部分重叠式

反交叉式

部分重叠式

顺交叉式顺叠±sp顺错+sc反错+ac反叠±ap反错-ac顺错-sc

ABCDEF47.直链烷烃的构象正己烷直链烷烃最稳定的构象是所有原子都处于对位交叉式482.5烷烃的物理性质沸点BoilingPoints：与分子间的vanderWaals

力有关49随碳原子数目增加而升高原子数目越多，电子越多，产生诱导偶极的几率会增加庚烷bp98℃辛烷bp125℃壬烷bp150℃50支链越多，沸点越低空间位阻大辛烷:bp125℃2-甲基庚烷:bp118℃2,2,3,3-四甲基丁烷:bp107℃51熔点分子结构对称性越好，其熔点越高。因此偶数碳的直链烷烃高于奇数碳的直链烷烃，甲烷高于丙烷，新戊烷高于戊烷。

525354溶解度烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂密度烷烃的密度均小于1（0.424-0.780）552.6烷烃的化学性质化学性质取决于分子的结构。C-C、C-Hσ键。键能较大，极性较小，烷烃稳定。高温、光照等条件下烷烃具有反应活性。

1.卤代反应甲烷卤代反应\甲烷卤代.gif1)氯代56

氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生自由基：产生甲基自由基：链增长②产生新的氯自由基：链引发①链增长③

2）反应机理：自由基取代反应

整个反应经历三个阶段：链引发、链增长、链终止。此自由基反应也称链锁反应或链反应。57氯甲基自由基的形成：链增长④氯甲基自由基再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：链增长⑤......自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：链终止58[讨论题]

1）将氯气用光照射后在黑暗中放置一段时间再与甲烷混合，会发生氯代反应吗？2）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？3）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？

593)活化能与反应速率活化能(activatingenergy)：过渡态与反应物之间的能量差。反应进程E/kJ•mol-H0=+4kJmol-1Eact

=+16Jmol-1CH4+Cl·CH3Cl+Cl·[CH3…H…Cl]‡[CH3…Cl…Cl]‡CH3·+HCl+Cl2H0=–106Jmol-1Eact

=+8.3Jmol-160在甲烷氯代的多步反应中,哪一步是控制反应速率的？?反应速率最慢的一步——速度控制步骤——活化能越小，反应速率越快；活化能越大，反应速率越慢第一步Ea=+16.7kJ/mol第二步Ea=+8.3kJ/mol614）卤代反应的取向与自由基稳定性1oH与2oH被取代的概率为:62氢的相对反应活性：1oH:2oH=(45/6):(55/2)=1:3.81oH与3oH氢被取代的概率为:9:1氢的相对反应活性：1oH:3oH=(64/9):(36/1)=1:5CH3CH2CH3

+

Cl2

CH3CH2CH2Cl

+

CH3CHCH3丙烷氯丙烷45%2-氯丙烷(55%)Cl6263自由基的稳定性仲自由基,2o自由基伯自由基,1o自由基H0=+395kJmol-1H0=+410kJmol-1CH3CHCH3•CH3CH2CH3CH3CH2CH2•643o>2o>1o>methyl相对稳定性:更不稳定更稳定65

5)卤素的活性与选择性卤素的活性：F>Cl>Br>I氯化试剂活性高，溴化试剂活性低。卤代反应的选择性：I>

Br>Cl>

F)影响卤代产物异构体相对产率的主要因素：概率因素、H原子的反应活性、X原子的反应活性66

1.将下列戊基自由基按稳定性排列成序，并简单说明理由：CH3CHCH(CH3)2.aCH2CH2CH(CH3)2.bCH3CH2C(CH3)2.c2.如果烷烃中的伯氢、仲氢和叔氢被氯代时的活性比是1:3.8:5,计算2-甲基丁烷被一氯代时的产物的相对比及各产物的百分比。练习c>a>b1伯氢：1ⅹ6=64伯氢：1ⅹ3=3仲氢：3.8ⅹ2=7.6叔氢：5ⅹ1=567产物相对比:1伯:4伯:仲:叔=6:3:7.6:5683.某烷烃A，分子式为C6H14

，氯代时可以得到两种一氯代产物。试推测烷烃A的结构。4.所有分子式为C5H12或C8H18的烷烃中，那些结构的烷烃只能得到一种一氯代产物？692.氧化反应

在空气中燃烧：在催化剂下可以使℃烷烃部分氧化，生成醇、醛、酸等703裂化反应：没有氧气的条件下进行的分解反应热裂化：无催化剂，500~700℃催化裂化：

450~500℃常用催化剂Al2(SiO3)3裂解：深度裂化>700℃，获得低级烯烃，如：C2H4，C3H6,丁二烯、乙炔等714异构化反应：催化重整2,2,4-Trimethylpentane(辛烷值）Octane722.6烷烃的