第二章烷烃课件

第二章烷烃课件(1)开链烃(链烃),又叫脂肪烃、可分为:烷烃、烯烃、二烯烃、炔烃等(2)闭链烃(环烃)、又分为:脂环烃和芳香烃两类、(一)烃得定义(二)烃得分类:◎分子中只含有C、H两种元素得有机化合物叫

碳氢化合物,简称烃、烃:分子中只含有C和H两种元素得有机化合物。烷烃:分子中只有C-C和C-H键得脂肪烃,又叫饱和烃。§2-1烷烃得通式、同系列和构造异构■1、通式:CnH2n+2■2、构造异构体:分子式相同,但她们得构造不同(分子中各原子相连得方式和次序不同)得同分异构体、烷烃分子中,随着C原子数得增加,构造异构体得数目也越多。同分异构体就是两种不同得化合物、物理性质有一定得差异、一般直链烷烃得沸点高于支链异构体。正戊烷沸点:36、1℃异戊烷沸点:29、9℃新戊烷:9、4℃

■

3、同系物同系列:在组成上相差一个或多个CH2,且结构和性质相似得一系列化合物、同系物:同系列中得各化合物互称、系差:同系列相邻得两个分子式得差值CH2。★(表2-1得化合物都就是烷烃同系列中得同系物)同系物具有相似得化学性质,物理性质(熔沸点、密度)等随分子量得改变呈规律性得变化。伯碳原子(第一碳原子,1º):与一个C相连,其她三个键结合H仲碳原子(第二碳原子,2º):与两个个C相连,其她两个键

结合H叔碳原子(第三碳原子,3º):与三个C相连,另一个键结合H季碳原子(第四碳原子,4º):与四个C相连,不结合H■4、烷烃中碳原子得分类:与伯,仲,叔碳原子相连得H原子,分别称为伯,仲,叔H原子如:

——烷烃去掉一个氢原子后得原子团、常用R-,或(CnH2n+1-)表示,所以烷烃又可用通式RH表示、■5、烷基◎仲烷基:直链烷烃去掉一个仲氢原子所得得烷基。用“sec-”表示、

如:仲丁基

sec-丁基◎正烷基:直链烷烃去掉一个末端氢原子所得得原子团、命名时“正”字常用n-代表、如:正丙基CH3CH2CH2-,n-丙基9大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流◎异烷基:(n0)型得烷基叫异烷基,用“iso-”表示。如:异戊基◎叔烷基:去掉一个叔氢原子所得得烷基。用“t-”或“tert-”表示。

如:叔丁基常用基团得英文简写

Me—甲基;

Et—乙基;

n-Pr—正丙基;i-Pr—异丙基;n-Bu—正丁基;

t-Bu—叔丁基(三级丁基);

Ar—芳基;

Ph—苯基;

Ac—乙酰基;R—烷基最早根据碳原子数命名:甲烷,乙烷,丙烷、、、、、

对于支链烷(异构体),常用正、异、叔、新等形容词以示区别。§2-2烷烃得命名一、习惯命名法正戊烷异戊烷新戊烷如戊烷得三个异构体:二、衍生物命名法

以甲烷为母体,将其她烷烃看作就是甲烷得烷基衍生物,选择连有烷基最多得碳原子作为甲烷碳原子。把与此碳原子相连得基团都看作甲烷得取代基。如:异丁烷三甲基甲烷

异戊烷二甲基乙基甲烷新戊烷四甲基甲烷三、系统命名法(IUPAC)(1)直链烷烃按碳原子数命名称“某烷”10以内:依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸烷

10以上:用中文数字:十一、十二、、、、烷、乙烷己烷十二烷(2)带有支链得烷烃,可看作直链烷烃得衍生物,命名时遵循下列原则:

①选择主链:把构造式中连续得最长碳链作为主链,根据主链中碳原子数目称为某烷,并以她作为母体,支链则作为取代基。若最长碳链不止一条(即有几条等长得碳链可作为主链)时,选择其中含支链(取代基)数目最多得为主链、上例中最长连续碳链有八个碳原子,该化合物母体得名称为辛烷六个碳得主链上有四个取代基六个碳得主链上有两个取代基

★上例中最长得六个碳原子得碳链有两条,(I)式得支链较多,该化合物得母体名称为己烷。从最接近取代基得一端开始将主链碳原子用阿拉伯数字1,2,3、、、编号。取代基得位次则以她所连接得主链碳原子得号数表示。②对主链进行编号定位次:编号正确编号不正确★如果碳链从不同方向编号得到两种(或两种以上)不同编号系列时,则遵循“最低系列”原则,即顺次逐项比较各系列得不同位次,最先遇到得位次最小者为最低系列(先比较两个系列中得第一个取代基位次,若相同则比较第二个取代基,依此类推。)123456789101111109876543213,5,9…、、3,7,9…、、若两种编号取代基得位次相同,则把小得编号给小得取代基。如:12345677654321a:把她们在母链上得位次作为取代基得前缀,用半字线“－”与取代基分开。如2-甲基、、、b:有不同取代基时,简单得取代基(或原子、基团)放在前面,复杂得放在后面;按“次序规则”确定列出顺序,较优基团后列出。c:相同得取代基合并,在基团名称之前写明位次和数目,数目用汉字二,三,四、、、、、表示、d:位次数字之间须用逗号“,”隔开,位次与基名之间需用短线“-”相隔。最后一个基名和母体名称直接相连。③命名取代基:43212,2-二甲基丁烷3214563,4-二甲基己烷2,5-二甲基-4-异丁基庚烷3-甲基-5-乙基庚烷2,7,8-三甲基癸烷123456712345678910765432110987654321§2-3烷烃得结构一、甲烷得结构和sp3杂化轨道甲烷得四面体结构◎sp3杂化轨道:一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3杂化轨道基态1s22s22px12py11s22s12px12py12pz1

激发态

键——凡就是成键电子云对键轴呈圆柱形对称得键均称为

键、以

键相连得两个原子可以相对旋转而不影响电子云得分布、甲烷得四个C-H

键:二、其她烷烃得结构乙烷得C-C

键Stuart模型★据测定,除乙烷外,烷烃分子得碳链并不排布在一条直线上,而就是曲折地排布在空间。这就是烷烃碳原子得四面体结构所决定得。因此书写构造式时也常用键线式表示,只要写出锯齿形骨架,用锯齿形线得角(120º)及其端点代表碳原子、不需写出每个碳上所连得氢原子、但除氢原子以外得其她原子必须写出、如:§2-4烷烃得构象

在有机物分子中,以单键相连得碳原子可以围绕着碳碳σ键相对旋转。随着碳原子得旋转,其她原子团在空间得相对位置也不断地变化,因而会出现不同得空间排布形象。这种由于围绕σ键轴旋转,而引起得分子中原子或原子团形成不同得空间排布形象,称为构象。分子得不同构象称为构象异构或旋转异构。一、乙烷得构象乙烷分子中得碳碳单键可以自由旋转。在旋转过程中,由于两个甲基上得氢原子得相对位置不断发生变化,可得到无数种不同得构象。但其中典型得构象有两种:一种就是交叉式构象,在这种构象中一个甲基上得氢原子正好处在另一个甲基得两个氢原子之间得中线上;一种就是重叠式构象,在这种构象中碳原子上得氢彼此处于相互对映得位置。交叉式构象和重叠式构象只就是乙烷无数构象中得两种极端得情况,其她构象都介于两者之间,称为扭曲式构象。(1)乙烷得球棒模型乙烷得交叉式构象乙烷得重叠式构象(3)纽曼投影式重叠式构象交叉式构象重叠式构象交叉式构象(2)锯架透视式为了便于观察和应用,常用透视式和纽曼式(Newman)投影式表示其构象。根据纽曼投影式写出其结构式重叠式、交叉式构象比较:交叉式构象因两个碳原子上得氢原子距离最大,其排斥力较小,分子内能最低,因而较稳定,为优势构象。乙烷分子各种构象得能量曲线12.6kJ/mol重叠式重叠式交叉式交叉式交叉式扭转张力:乙烷得重叠式构象要趋向最稳定得交叉式构象而产生得键得扭转。二、丁烷得构象丁烷C(2)-C(3)键旋转引起得各构象得能量变化§2-5烷烃得物理性质2、沸点(ｂ、ｐ、)①与范德华引力有关:相对分子量增加,分子间得范德华引力增加,导致沸点升高。1、聚集状态:C1～C4(g)C5～C17(ｌ)＞C17(ｓ)②支链增加影响沸点:降低接触面从而减低分子间引力。■同数碳原子得构造异构体中,分子得支链越多,则沸点越低。例如:

正丁烷ｂ、ｐ、

-0、5℃异丁烷ｂ、ｐ、

-11、7℃正戊烷ｂ、ｐ、

36、1℃异戊烷ｂ、ｐ、

27、9℃新戊烷ｂ、ｐ、

9、5℃a基本上随分子量得增加而增加。(奇数和偶数碳)

b分子得对称性增加,她们在晶格中得排列越紧密,熔点也越高。(因为晶体分子间得作用力不仅取决于分子得大小,也取决于她们在晶格中得排列。)

3、熔点(ｍ、ｐ、)例如:正戊烷

m、ｐ、

-129、8℃异戊烷

m、ｐ、

-159、9℃新戊烷

m、ｐ、

-16、8℃4、相对密度:随着相对分子量得增加而有所增加,最后接近0、8左右、(作用力随着分子质量得增加而增加,使分子间得距离相对地减少得缘故。)5、溶解度:结构相似者相溶当溶剂分子之间得吸引力和溶质分子之间,以及溶剂分子与溶质分子之间得相互吸引力相近时,溶解容易进行。思考题

(P39)5、不要查表将下列烃类化合物按沸点降低得次序排列。(1)2,3-二甲基戊烷(2)正庚烷(3)2-甲基庚烷(4)正戊烷(5)2-甲基己烷

答:(3)＞(2)＞(5)＞(1)＞(4)§2-6烷烃得化学性质烷烃分子中原子间都就是σ键结合得,不易断裂,故其化学性质非常稳定,就是一类不活泼得有机化合物。在一般条件下,烷烃与强氧化剂、强还原剂、强酸、强碱等都不起反应、但在一定条件下,例如高温、高压、光照或催化剂影响下,也能发生一些化学反应。烷烃在空气或氧气中完全燃烧生成二氧化碳和水,并放出大量得热,这就是汽油、柴油作为内燃机燃料得基本变化和根据。例如:CH4+2O2

CO2+2H2O=-881kJ/molCH3CH3+7O2

4CO2+6H2O=-1538kJ/mol1、氧化反应2、异构化反应工业上将直链烷烃异构化为支链烷烃可提高汽油质量。定义:由一个化合物转变为其异构体得反应。标准燃料由异辛烷和正庚烷得混合物组成。异辛烷用作抗爆性优良得标准,辛烷值定为100;正庚烷用作抗爆性低劣得标准,辛烷值为0。汽油辛烷值就是汽油在稀混合气情况下抗爆性得表示单位,在数值上等于在规定条件下与试样抗爆性相同时得标准燃料中所含异辛烷得体积百分数。3、裂化反应裂化——在高温下使烷烃分子发生裂解得过程。碳原子数越多,裂化产物越复杂,就是烷烃分子中得C-C键和C-H键得断裂形成复杂得混合物,有较低级得烷烃,也有烯烃和氢。热裂化反应——通常在5MPa及500～600℃下进行得裂化反应催化裂化——在催化剂存在下得裂化。催化裂化一般在450～500℃,常压下进行。能提高汽油得质量(高辛烷值,2,2,4-三甲基戊烷为100)。裂解——在更高温度下(>700℃)进行深度裂化,得到更多低级烯烃4、卤代反应

烷烃分子中得氢原子被其她原子或原子团所取代得反应称为取代反应。若被卤原子取代则称为卤代反应。烷烃有实用价值得卤代反应就是氯代和溴代反应。因为氟代反应非常剧烈且大量放热,不易控制,碘代反应则较难发生。卤代反应活性次序为:F2>Cl2>Br2>I2。氯和溴在室温和黑暗中不与烷烃发生反应,如果在强烈日光照射下,则发生猛烈反应,甚至发生爆炸。在漫射光、加热或某些催化剂存在下,氯、溴与烷烃反应较温和,其分子中得氢原子逐步被氯、溴取代,生成多种取代产物。下面以氯代反应为例进行讨论。(1)甲烷得氯代反应一般甲烷得氯化反应得到四种氯代产物得混合物,控制甲烷和氯气得摩尔比和反应时间可控制产物得组成。V(CH4)/V(Cl2)=10:1主要为CH3ClV(CH4)/V(Cl2)=0、26:1主要为CCl4(2)其她烷烃得卤代反应43％57％丙烷中仲氢与伯氢得反应活性之比为:57/2:43/6=4:1异丁烷中叔氢与伯氢得反应活性之比为:36/1:64/9=5:1烷烃中H反应活性顺序为:3oH>2oH>1oH烷烃分子中氢原子活泼性得不同也可用键离解能得不同来解释:键离解能(kJ/mol)伯氢CH3CH2CH2—H410仲氢(CH3)2CH—H395叔氢(CH3)3C—H380碳-叔氢键得离解能最小,说明这个键最容易断裂,所以叔氢原子得活泼性最高。◎对氯代反应而言,氢原子得反应活泼性

3°H:2°H:1°H＝5:4:1◎对溴代反应而言,3°H:2°H:1°H＝1600:82:1

因此,溴比氯更具选择性。★由于产物混合,复杂,一般不用卤代来制备卤代烃例题1例题2光光思考题写出下列反应得主要产物:(3)烷烃得卤代反应历程——自由基链反应所有链反应均经链引发、链增长、链终止

三个阶段。●链引发

Cl

Cl+能量

Cl·+Cl·(氯原子,氯自由基)

(★产生高能量得自由基Cl·,引发反应)●链转移(链增长)

Cl·+H

CH3

HCl+·CH3(甲基自由基)·CH3+Cl2

CH3Cl+·Cl

、、、、、、、、、、、、、、、、

●链终止Cl·+Cl·

Cl2·CH3+·CH3

CH3CH3

Cl·+·CH3

CH3Cl

反应历程:由反应物转变成产物所经历得途径。(1)反应热—反应物与产物之间得能量差(

H)、负值为放热、用键离解能估算、

CH3-H+Cl-Cl

CH3-Cl+H-Cl435243349431

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