在烷烴中的演示文稿ppt課件

1、脂脂肪肪烴烴飽和烴：烷烴飽和烴：烷烴不飽和烴：烯烴、炔烴、二烯烴不飽和烴：烯烴、炔烴、二烯烴脂環(huán)烴：環(huán)烷烴、環(huán)烯烴、環(huán)炔烴脂環(huán)烴：環(huán)烷烴、環(huán)烯烴、環(huán)炔烴有機(jī)化合物有機(jī)化合物烴類(lèi)化合物烴類(lèi)化合物烴的衍生物烴的衍生物脂肪烴脂肪烴芳香烴芳香烴 一、烷烴的命名原則一、烷烴的命名原則 Rules for naming alkanes IUPAC 命名法命名法系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法 常常 用用 命命 名名 法法普通命名法，習(xí)慣命名法普通命名法，習(xí)慣命名法1、烷基、烷基(alkyl)的認(rèn)識(shí)的認(rèn)識(shí)R： CH3 甲基 Methyl （Me） C2H5乙基 Ethyl （Et） CH3-CH2-CH2- 正丙基 n

2、-propyl （n-pr） CH3CH3CH異丙基異丙基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異戊基異戊基(i-pentyl) 2、最低系列原則、最低系列原則 lowest series principle 將主鏈以不同方式編號(hào)，可得不同編號(hào)將主鏈以不同方式編號(hào)，可得不同編號(hào) 系列，順次逐項(xiàng)比較各系列的不同位次，系列，順次逐項(xiàng)比較各系列的不同位次， 最先遇到的取代基位次最小者為最低系列。最先遇到的取代基位次最小者為最低系列。 最低系

3、列最低系列主鏈主鏈(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、烷烴的結(jié)構(gòu)二、烷烴的結(jié)構(gòu) Construction of alkanes 構(gòu)造構(gòu)造 construction構(gòu)造構(gòu)造(constitution )構(gòu)型構(gòu)型( configuration)構(gòu)象構(gòu)象( conformation) 1 1、烷烴分子的形成、烷烴分子的形成 實(shí)驗(yàn)事實(shí)實(shí)驗(yàn)事實(shí)

4、: : 甲烷分子甲烷分子(CH4)(CH4) 一一個(gè)個(gè)碳碳與與四四個(gè)個(gè)氫氫相相連連CH4不是平面分子不是平面分子4個(gè)個(gè)C-H鍵等價(jià)鍵等價(jià)二二氯氯甲甲烷烷只只有有一一種種C C原子原子正四面正四面體體4 4個(gè)個(gè)C-H鍵鍵鍵鍵長(zhǎng)長(zhǎng)相相等等鍵鍵角角均均為為1 10 09 9.5o 甲烷分子的結(jié)構(gòu)甲烷分子的結(jié)構(gòu) 碳原子正四面體構(gòu)型；碳原子正四面體構(gòu)型； +Csp3Hs sp - s3中心碳原子中心碳原子sp3 雜化雜化J.H. van t Hoff 1874y , 1901y 雜雜 化化 軌軌 道道 理理 論論 Hybridized orbital theory ( 1930 L.C.Pauling

5、) 能量相似的原子軌道可進(jìn)行雜能量相似的原子軌道可進(jìn)行雜化，組成能量相近的雜化軌道?；M成能量相近的雜化軌道。 碳原子的碳原子的sp3 雜化雜化 (sp3 Hybrid Orbitals) 基基態(tài)態(tài)2s2p激激發(fā)發(fā)2s2p激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)軌軌道道混混合合sp3p 軌道s軌道sp 雜化軌道31 / 4 S成分成分甲烷分子的形成：甲烷分子的形成： 烷烴分子的形成：烷烴分子的形成： 烷烴分子中所有碳原子均為烷烴分子中所有碳原子均為sp3 雜化；雜化； 2C 以上的烷烴分子中有兩種以上的烷烴分子中有兩種鍵鍵 C-H : sp3- s 110pm C-C : sp3-sp3 154pm 2、烷烴的構(gòu)象異構(gòu)

6、、烷烴的構(gòu)象異構(gòu) Conformational isomerism of alkanes 同分異構(gòu)同分異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)立體異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu) （1構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu) Conformational isomerism 成鍵原子繞單鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的原子或基團(tuán)成鍵原子繞單鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的原子或基團(tuán)在空間的不同排列。在空間的不同排列。 在有單鍵的化合物中，構(gòu)象異構(gòu)體有在有單鍵的化合物中，構(gòu)象異構(gòu)體有 無(wú)數(shù)個(gè)，并在室溫下不斷互相轉(zhuǎn)變。無(wú)數(shù)個(gè)，并在室溫下不斷互相轉(zhuǎn)變。 構(gòu)象異構(gòu)與構(gòu)型異構(gòu)的根本區(qū)別。構(gòu)象異構(gòu)與構(gòu)型異構(gòu)的根本區(qū)別。 （2乙烷的極限構(gòu)象乙烷的極限構(gòu)象 交叉式構(gòu)象：交叉式構(gòu)象

7、： 重疊式構(gòu)象：重疊式構(gòu)象：扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)張張力力. 圖圖163 乙烷構(gòu)象的能量曲線乙烷構(gòu)象的能量曲線 能量最低，最穩(wěn)定能量最低，最穩(wěn)定能量最高，最不穩(wěn)定能量最高，最不穩(wěn)定 （3 3極限構(gòu)象的表示法極限構(gòu)象的表示法 透視式透視式 NewmanNewman投影式投影式 HHHHHH重 疊 式HHHHHH交 叉 式HHHHHH重疊式HHHHHH交叉式練習(xí)：試寫(xiě)出丙烷的極限構(gòu)象練習(xí)：試寫(xiě)出丙烷的極限構(gòu)象HHHHH重疊式CH3HHHHH交叉式CH3HHHHHCH3HHHHHCH3 （4丁烷的極限構(gòu)象丁烷的極限構(gòu)象 思索：思索： 1丁烷的極限構(gòu)象是否只有一種交叉式丁烷的極限構(gòu)象是否只有一種交叉式 和一種重疊式

8、？和一種重疊式？ 2試根據(jù)模型用透視式表示之。試根據(jù)模型用透視式表示之。HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3全重疊式全重疊式部分重疊式部分重疊式對(duì)位交叉式對(duì)位交叉式鄰位交叉式鄰位交叉式 最高最高 最低最低最差最差 最好最好p19. 圖圖164 正丁烷構(gòu)象能量曲線正丁烷構(gòu)象能量曲線能量：能量：穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： （5結(jié)論結(jié)論 a.任何烷烴都有無(wú)數(shù)個(gè)構(gòu)象異構(gòu)體；任何烷烴都有無(wú)數(shù)個(gè)構(gòu)象異構(gòu)體； b.各構(gòu)象異構(gòu)體在室溫下不斷互變，不發(fā)生各構(gòu)象異構(gòu)體在室溫下不斷互變，不發(fā)生 共價(jià)鍵的斷裂，彼此不能分離；共價(jià)鍵的斷裂，彼此不能分離； c.能量最低的構(gòu)象異構(gòu)體在平衡

9、混合物中能量最低的構(gòu)象異構(gòu)體在平衡混合物中 含量最多。含量最多。 三、烷烴的物理性質(zhì)三、烷烴的物理性質(zhì) Physical properties of alkanes 見(jiàn)見(jiàn)p20. 表表161 1、沸點(diǎn)、沸點(diǎn)bp）、相對(duì)密度、折光率）、相對(duì)密度、折光率(nD20) 分子間力分子間力分子量、分子形狀分子量、分子形狀 2、熔點(diǎn)、熔點(diǎn)mp） 晶格能晶格能 分子形狀分子形狀3、溶解度、溶解度“相似相溶相似相溶” 化合物與溶劑結(jié)構(gòu)相似則易溶化合物與溶劑結(jié)構(gòu)相似則易溶 留意：分子量大的有機(jī)物的特殊性留意：分子量大的有機(jī)物的特殊性例：例：CH3CH2OH HOH CH3CH3 C6H6 n-C4H9OH （H

10、OH）溶溶劑劑化化 四、烷烴的化學(xué)性質(zhì)四、烷烴的化學(xué)性質(zhì) Chemical properties of alkanes 惰性物質(zhì)惰性物質(zhì) 烷烴在常溫下不與酸、堿、氧化劑、烷烴在常溫下不與酸、堿、氧化劑、還原劑反應(yīng)，只在高溫、高壓或催化劑還原劑反應(yīng)，只在高溫、高壓或催化劑作用下才能發(fā)生反應(yīng)。作用下才能發(fā)生反應(yīng)。 1、氧化、氧化(Oxidation) 得到氧或失去氫的反應(yīng)。得到氧或失去氫的反應(yīng)。 完全氧化：烷烴完全氧化：烷烴 O2 / 熄滅熄滅 CO2 +H2O+ 熱熱 燃料、能源燃料、能源 部分氧化：烷烴部分氧化：烷烴 +O2/ 催化劑催化劑羧酸、醛酮羧酸、醛酮 提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值石蠟氧化）提高經(jīng)濟(jì)價(jià)

11、值石蠟氧化） 2、異構(gòu)化、異構(gòu)化 p27 3、 裂化裂化 p26 4、取代反應(yīng)、取代反應(yīng) (Substitution) 分子中的原子或基團(tuán)被其他原子或分子中的原子或基團(tuán)被其他原子或 基團(tuán)所代替的反應(yīng)?；鶊F(tuán)所代替的反應(yīng)。 (鹵代、硝化、磺化、水解、氨解鹵代、硝化、磺化、水解、氨解) 取代反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)取代反應(yīng)的發(fā)現(xiàn) 1833 Dumas 烷烴的鹵代烷烴的鹵代 Halogenation of alkanes 烷烴鹵代反應(yīng)的特點(diǎn)烷烴鹵代反應(yīng)的特點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)事實(shí)：實(shí)驗(yàn)事實(shí)：CH4 + Cl2 不同條件下的反應(yīng)情況不同條件下的反應(yīng)情況: 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特殊的反應(yīng)條件：特殊的反應(yīng)條件： 光照光照h）、高溫或催化劑過(guò)氧化物）、高溫或催化劑過(guò)氧化物）CH4+Cl2C+ 4HCl日光爆炸爆炸CH4+Cl2-HClCH3ClCl2CH2Cl2+ HCl漫射光漫射光 （2產(chǎn)物是混合物；產(chǎn)物是混合物； （3分子中不同位置的氫原子被取代的分子中不同位置的氫原子被取代的 活性活性(reactivity)不同；不同； 碳、氫原子的分類(lèi)：碳、氫原子的分類(lèi)： 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) 溴代反應(yīng)活性：溴代反應(yīng)活性：3oH : 2oH : 1oH = 1000 : 100 : 1 （4鹵素的相對(duì)反應(yīng)活性鹵素的相對(duì)反應(yīng)活性 例：甲烷一鹵代反應(yīng)中的焓例：甲烷一鹵代反應(yīng)中的焓Kcal/mol） 反應(yīng)活性：反應(yīng)活性：F2 Cl2 Br2 I2 CH4 + X2CH3X + HXF Cl Br I反反應(yīng)應(yīng)-103 -25 -6 +13丙烷的鹵代：氯代丙烷的鹵代：氯代 1與與2活化能差活化能差4.2kj/mol 溴代溴代 1與與2

14、活化能差活化能差12.5kj/mol 反應(yīng)選擇性反應(yīng)選擇性CH3CH2CH3Cl2CH3CH2CH2Cl + CH3CHClCH345%55%hvBr2CH3CH2CH2Br +CH3CHBrCH33%97%反應(yīng)活性越高，反應(yīng)選擇性就會(huì)越差。反應(yīng)活性越高，反應(yīng)選擇性就會(huì)越差。 五、烷烴的鹵代反應(yīng)歷程五、烷烴的鹵代反應(yīng)歷程 Halogenation mechanism of alkanes 反應(yīng)歷程反應(yīng)歷程(mechanism)： 從分子水平了解反應(yīng)進(jìn)程中的從分子水平了解反應(yīng)進(jìn)程中的 能量變化、能量變化、 中間體形成、中間體形成、反應(yīng)步驟、反應(yīng)步驟、反應(yīng)速率等。反應(yīng)速率等。 1、有機(jī)反應(yīng)的活性中

15、間體、有機(jī)反應(yīng)的活性中間體 碳自由基碳自由基(free-radical) R.:由共價(jià)鍵均裂形成的帶孤電子的體系。由共價(jià)鍵均裂形成的帶孤電子的體系。 碳正離子碳正離子 碳負(fù)離子碳負(fù)離子 電中性；電中性；中心碳為中心碳為 sp2sp2或或 sp3sp3雜化；雜化；一個(gè)未共用電子單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道；一個(gè)未共用電子單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道；價(jià)電子數(shù)價(jià)電子數(shù):7:7 得電子的傾向強(qiáng)。得電子的傾向強(qiáng)。 HHHCH3.CH3CH3CH3(CH3)3C.碳碳自自由由基基結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)特特點(diǎn)點(diǎn) 2、反應(yīng)過(guò)渡態(tài)、反應(yīng)過(guò)渡態(tài) （ Transition State） A - B + CA B CTS.過(guò)渡態(tài)A + B-C反反應(yīng)應(yīng)的

16、的能能量量曲曲線線A-B + CA B C活化能活化能 活化能：發(fā)生反應(yīng)所需的最低能量?；罨埽喊l(fā)生反應(yīng)所需的最低能量。 反應(yīng)進(jìn)程能量反應(yīng)速率決定于反應(yīng)活化能的高低反應(yīng)速率決定于反應(yīng)活化能的高低過(guò)渡態(tài)的能量過(guò)渡態(tài)的能量回想：烷烴鹵代反應(yīng)的特點(diǎn)回想：烷烴鹵代反應(yīng)的特點(diǎn)特 殊反 應(yīng) 條 件產(chǎn) 物混 合 物不 同 氫活 性 不 同鹵素活性？生成自由基，引發(fā)鏈反應(yīng)多步鏈反應(yīng) 3、烷烴的鹵代反應(yīng)歷程、烷烴的鹵代反應(yīng)歷程 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 鏈反應(yīng)鏈反應(yīng)(chain reaction)鏈引發(fā)鏈引發(fā)鏈增長(zhǎng)鏈增長(zhǎng)鏈終止鏈終止反應(yīng)活性中間體與過(guò)渡態(tài)的區(qū)別。反應(yīng)活性中間體與過(guò)渡態(tài)的區(qū)別。速速度度決決定定步步驟驟 烷烴的鹵代是由產(chǎn)生自由基引發(fā)的烷烴的鹵代是由產(chǎn)生自由基引發(fā)的 取代反應(yīng)取代反應(yīng) 自由基取代反應(yīng)自由基取代反應(yīng) Free-Radical Free-Radical SubstitutionSubstitution光化學(xué)反應(yīng)光化學(xué)反應(yīng) 4、鹵代反應(yīng)的取向、鹵代反應(yīng)的取向 CH3CH2CH3CH3CH2CH2C

18、lCH3CHCH325Cl2hCl()()45% ( 6個(gè)相同個(gè)相同1o H)55% (2 個(gè)相同個(gè)相同2o H)64% (9個(gè)相同個(gè)相同1oH)36% (1個(gè)個(gè)3oH)CCCCH3CH3CH3CH3CH3HHCH2ClClCH3CH3CH3（）（）Cl2h 分子中不同位置的分子中不同位置的H 被取代的幾率不同。被取代的幾率不同。 反應(yīng)速率反應(yīng)速率 反應(yīng)活化能過(guò)渡態(tài)能量）反應(yīng)活化能過(guò)渡態(tài)能量） 自由基的能量自由基的能量 自由基能量越低，反應(yīng)越快。自由基能量越低，反應(yīng)越快。 對(duì)應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)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