第二章 飽和脂肪烴(烷烴)上課

1、第二章 飽和脂肪烴(2學(xué)時),掌握烷烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象及系統(tǒng)命名方法； 掌握烷烴的結(jié)構(gòu)及雜化軌道理論； 掌握烷烴的性質(zhì)， 了解烷烴的來源及用途。 作業(yè)：P27：2.2（只進(jìn)行系統(tǒng)命名）P28:2.8 2.9， P30：2.15，2.16,目的要求：,第二章 烷 烴,2-1 同系列和同分異構(gòu),2-2 烷烴的命名法,2-3 烷烴的分子結(jié)構(gòu),2-4 烷烴的性質(zhì),2-5 鹵代反應(yīng)歷程,2-6 自然界的烷烴,在組成上僅含有碳與氫兩元素的化合物叫碳?xì)浠衔镆卜Q為烴(hydrocarbon)。,脂肪烴分子中只含有C-C單鍵(single bond)和C-H 鍵的叫做烷烴Alkanes 。,第二章 烷 烴(al

2、kane),一、同系列(homologous series),在烷烴的一系列化合物中，其分子組成中所含的碳原子和氫原子在數(shù)量上存在著一定的關(guān)系，即每增加一個C 原子，就相應(yīng)地增加二個H 原子。,烷烴通式：CnH2n+2,這些結(jié)構(gòu)上相似而組成上相鄰的兩個烷烴的組成都是相差CH2。CH2 叫做同系列差。,2-1烷烴的同系列和同分異構(gòu)體現(xiàn)象,具有同一個通式，組成上相差只是CH2或其整數(shù)倍的一系列化合物叫做同系列homologous 。,同系物homolog具有相似的化學(xué)性質(zhì)，其物理性質(zhì)（例如沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、相對密度、溶解度等）一般是隨著相對分子質(zhì)量的改變而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。,二、同分異構(gòu)現(xiàn)象,分子式相同

3、的不同化合物叫做同分異構(gòu)體（簡稱異構(gòu)體）。 這種現(xiàn)象叫做同分異構(gòu)現(xiàn)象。構(gòu)造異構(gòu)和立體異構(gòu).構(gòu)造異構(gòu):分子中各原子相連的方式和次序不同而產(chǎn)生.,從丁烷開始出現(xiàn)同分異構(gòu)體,H,H,異構(gòu)體數(shù)目 如 戊烷 C5H12 3 己烷 C6H14 5 壬烷 C9H20 35,一個已知分子式的烷烴究竟有多少個異構(gòu)體？,同分異構(gòu)現(xiàn)象是有機(jī)化合物中存在的普遍現(xiàn)象。隨著化合物分子中所含碳原子數(shù)目的增加，同分異構(gòu)體的數(shù)目也越多。,化合物的構(gòu)造式不僅能代表化合物分子的組成，而且能反映出分子中的成鍵順序。因此，常用構(gòu)造式來表示有機(jī)化合物。,2020/7/5,1-丙醇 環(huán)戊烷,短線式 縮簡式 鍵線式,脂肪族化合物常用縮簡式、

4、環(huán)狀化合物常用鍵線式！,與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子分別稱為伯、仲、叔氫原子。不同類型的氫原子在同一反應(yīng)中的反應(yīng)性能是有一定差別。,2,3,4,三、伯、仲、叔和季碳原子,碳鏈中的碳原子按照它們所連結(jié)的碳原子數(shù)目可分為四類：,一、普通命名法,“天干”甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。 十一碳以上用漢字?jǐn)?shù)字表示：,一般按烷烴所含碳原子數(shù)目來命名，碳原子在十以內(nèi)用“天干”表示，稱“某烷”。,如：C6H14 C8H18 C12H26,己烷,辛烷,十二烷,區(qū)別異構(gòu)體用“正”、“異”、“新”。,將直鏈烷烴叫“正”,2-2 烷烴的命名法,二、系統(tǒng)命名法,系統(tǒng)命名法是采用國際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（簡

5、稱IUPAC）的命名原則，結(jié)合我國文字的特點(diǎn)，制定了中文系統(tǒng)命名法（1960年）。,1. 烷基alkyl,烷烴分子中去掉一個氫原子后，剩下的原子團(tuán)叫烷基。烷基是一價基，通式為CnH2n+1，常用R-代表烷基。,烷基的名稱由相應(yīng)的烷烴而得。,異戊烷,正戊烷,新戊烷,常見的烷基名稱,2. 直鏈烷烴的命名,與普通命名法基本相同，但不用“正”字。具有110個碳原子數(shù)的烷烴采用我國古代記數(shù)的“天干”。10個碳以上的烷烴則用漢字?jǐn)?shù)字表明。,如：CH3CH2CH2CH2CH3,3、支鏈烷烴的命名,把它看作是直鏈烷烴取代衍生物, 選取主鏈選擇最長的碳鏈為主鏈。支鏈當(dāng)作取代基。, 編號從靠近支鏈的一端開始，編號

6、時應(yīng)盡可能使取代 基具有最低編號。,步 驟,（如上例）,1 2 3 4 5 6 7 8,當(dāng)幾種可能的編號方向時，應(yīng)當(dāng)選定使取代基具有“最低系列”的那種編號（即順次逐項(xiàng)比較各系列的不同位次，最先遇到位次最小者定為最低系列）。,兩端一樣長時，從小取代基一端開始編號。,1 2 3 4 5 6 7,7 6 5 4 3 2 1,1 2 3 4 5 6 7,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,2, 7, 8-三甲基癸烷（不叫3,4,9-三甲基癸烷）,3-甲基-5-乙基庚烷, “先小后大，同基合并”,（如前例）,烴基大小的次序（按“對映異構(gòu)中的次序規(guī)則”決定）:,甲基乙基丙基丁基戊基己基異戊基異丁基異

7、丙基,2, 3-二甲基-3-乙基己烷,1 2 3 4 5 6,有不同取代基時，把小取代基名稱寫在 前面，大取代基寫在后面。相同取代基 合并起來，取代基數(shù)目用二、三、 等表示。, 有多種等長的最長碳鏈可供選擇時，應(yīng)選擇取代基最多 的碳鏈為主鏈。,2, 5-二甲基-3,4-二乙基己烷,2, 3, 5-三甲基-4-丙基庚烷,不是2, 3-二甲基-4-仲丁基庚烷,2020/7/5,2-3 烷烴的分子結(jié)構(gòu),一、碳原子的SP3雜化軌道、鍵,1. 碳原子的sp3雜化軌道,碳原子在基態(tài)時電子構(gòu)型：1S2、2S2、2p2,鍵長：0.109nm 鍵角：109.5,4個SP3雜化軌道,2、甲烷的分子模型,甲烷的正四

8、面體構(gòu)型,甲烷凱庫勒模型,甲烷斯特模型,原子軌道以頭碰頭的方式進(jìn)行重疊交蓋所形成的共價鍵稱為鍵。,3. 鍵的形成,其特點(diǎn)是：在鍵軸方向上進(jìn)行最大程度的重疊，形成的 價鍵比較穩(wěn)定，以鍵相連的二個原子可以 鍵為軸做相對旋轉(zhuǎn)。,原子軌道以“頭碰頭”的方式重迭交蓋形成鍵,鍵以鍵軸為對稱 軸的鍵。成鍵 時軌道的交蓋 程度較大。鍵 比較牢固。,處于鍵的電子叫電子。,乙烷分子結(jié)構(gòu)雖然是四面體，但不是正四面體，鍵角也不是109. 5而是接近109. 5。,實(shí)驗(yàn)證明，氣態(tài)或液態(tài)的含多個碳原子的烷烴，由于鍵的自由旋轉(zhuǎn)，能形成多種曲折形式。,如正戊烷的碳鏈可以有幾種代表形式：,1. 乙烷的構(gòu)象,二、烷烴的構(gòu)象,構(gòu)象

9、繞碳碳鍵旋轉(zhuǎn)而使分子中原子或基團(tuán)產(chǎn)生不同排列方式。,2. 丁烷的構(gòu)象,一、物理性質(zhì),烷烴是無色物質(zhì)，具有一定的氣味。直鏈烷烴的物理性質(zhì)，例如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、相對密度等，隨著分子中碳原子數(shù)（或相對分子質(zhì)量）的增大，而呈規(guī)律性的變化。,1. 物理狀態(tài),C1C4氣態(tài) C5C16液態(tài) (見表2-1) C17以上固態(tài),2. 沸點(diǎn)（b.P.）,2-4 烷烴的性質(zhì), 同數(shù)碳烷烴，直鏈比支鏈沸點(diǎn)高。,2020/7/5,3、熔點(diǎn)（m.P.）,一般含碳原子數(shù)相同的烷烴的熔點(diǎn)是隨著分子的對稱性增加而升高的，分子越對稱，它們在晶格中排列越緊密，分子之間的范德華作用力也越強(qiáng)，故熔點(diǎn)越高。,5. 水溶性,烷烴幾乎不溶于水，但

10、易溶于有機(jī)溶劑。,結(jié)構(gòu)相似或極性大小相近的化合物可以彼此互溶，這就是“相似相溶”的經(jīng)驗(yàn)溶解規(guī)律。,4. 相對密度（D）,相對密度與分子引力有關(guān)，分子間引力增大，分子間 的距離相應(yīng)減少，故相對密度就增大。,烷烴的穩(wěn)定性不是絕對的，在一定條件下（如光、高溫或催化劑的影響下）也可以發(fā)生某些反應(yīng)。,二、化學(xué)性質(zhì),在常溫下烷烴的化學(xué)性質(zhì)很不活潑，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑和還原劑等都不起作用。, 部分氧化（選擇性氧化）,1. 氧化反應(yīng), 燃燒,2. 裂化反應(yīng),烷烴在高溫下分子中的C-C 鍵與C-H 鍵間易發(fā)生斷裂而生成分子量較小的烷烴與烯烴，這稱為烷烴的裂化。這個反應(yīng)在石油化工生產(chǎn)中極為重要。,CH3-CH

11、=CH2 + H2,CH2=CH2 + CH4,3. 鹵代反應(yīng),烷烴分子中的氫原子被鹵素所取代的反應(yīng)稱為鹵代反應(yīng)。烴與鹵素在室溫和黑暗中并不發(fā)生反應(yīng)，但在強(qiáng)烈日光照射下，則發(fā)生猛烈反應(yīng)。,在漫射光、加熱或某些催化劑作用下，能夠進(jìn)行可以控制的鹵代反應(yīng)。,其它烷烴的鹵代,碳鏈較長的烷烴進(jìn)行氯化時，可以取代不同的氫原子得到不同的氯化烴。,在室溫下，叔、仲、伯氫原子被氯原子奪取的相對速率為5 : 4 : 1。,鹵素對烷烴進(jìn)行鹵代的相對活性：F2 Cl2 Br2 I2,烷烴的溴代反應(yīng)的選擇性比氯代要好。,2020/7/5,反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所經(jīng)過的途徑或過程叫做反應(yīng)歷程或反應(yīng)機(jī)理reaction mech

12、anism。,反應(yīng)機(jī)理是在綜合實(shí)驗(yàn)事實(shí)后提出的理論假說。如果一個假說能完滿地解釋觀察到的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，同時根據(jù)這個假說所作的推斷被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，它與其它有關(guān)反應(yīng)的機(jī)理又沒有矛盾，這個假說則稱為反應(yīng)機(jī)理。,2-5 鹵代反應(yīng)歷程,通過反應(yīng)歷程可以告訴我們：,反應(yīng)分幾步進(jìn)行； 反應(yīng)的中心在哪里； 分子內(nèi)部如何調(diào)整。（包括鍵的變形、電子云分布 情況、鍵的破裂與形成等）,氯與甲烷反應(yīng)有如下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：,一、甲烷的鹵代反應(yīng)歷程,（）,為了解釋這些現(xiàn)象，化學(xué)家對氯與甲烷反應(yīng)過程提出了如下的歷程：,1、鏈的引發(fā)：,2、鏈的增長（傳遞）：,3、鏈的終止：,. 進(jìn)而生成CHCl3 、CCl4等,另外，反應(yīng)

13、中不應(yīng)有氧存在，因?yàn)檠跻缀陀坞x基反應(yīng)生成過氧游離基，使鏈增長不能進(jìn)行。因此常把氧叫做游離基阻止劑。,過渡態(tài)理論認(rèn)為：反應(yīng)中共價鍵的斷裂和生成必須通過分子間的碰撞就能使反應(yīng)完成，除了有一個適當(dāng)?shù)奈恢煤头较蛲?，中間還要形成一個過渡狀態(tài)。,使反應(yīng)物達(dá)到過渡態(tài)所需的能量即為活化能（E）?；罨苁沁^渡態(tài)與反應(yīng)物的內(nèi)能差。,二、過渡態(tài)、活化能和位能曲線,反應(yīng)進(jìn)程中體系能量的變化,決定反應(yīng)速率的是活化能（E），是能壘高度，而不是反應(yīng)物與產(chǎn)物兩個能谷的高度差H。,注意，活化能（E）與反應(yīng)熱（H）之間沒有直接聯(lián)系。 E : 反應(yīng)物過渡態(tài)，由實(shí)驗(yàn)測得。 H : 反應(yīng)物生成物，由反應(yīng)中鍵能的改變近似地計(jì)算得。,即使反應(yīng)是放熱的，但反應(yīng)仍需要有一定的活化能才能發(fā)生。,甲烷氯代生成一氯甲烷的兩步主要反應(yīng)，其反應(yīng)熱（ H）與所需活化能量值測得如下：,鹵素發(fā)生取代反應(yīng)的難易順序是： F2 Cl2 Br2 I2,三、鹵素對烷烴的反應(yīng)活性,四、游離基的穩(wěn)定性,一般講，越穩(wěn)定的游離基越容易生成，其反應(yīng)速率也越快，這是一個非常有用的通則?？梢哉J(rèn)為，在許多有游離基生成的反應(yīng)中，游離基的穩(wěn)定性支配著反應(yīng)的取向和活性。,烷烴的天然來源主要是石油和天然