第二章------烷--烴..ppt

1、第二章 烷 烴,教材:徐壽昌 主編 高等教育出版社,有機(jī)化學(xué) Organic Chemistry,作業(yè)（P39） 1 (1、3、5、7) 2 (1、3、5、7) 3、 4 (2、4、6) 5、 7、 8（注意：指構(gòu)象異構(gòu)、構(gòu)造異構(gòu)、等同） 9、 10 、 12 (1) 14。,第二章 烷 烴,(1)開鏈烴(鏈烴),又叫脂肪烴. 可分為:烷烴 、烯烴 、二烯烴 、炔烴等 (2)閉鏈烴(環(huán)烴). 又分為:脂環(huán)烴和芳香烴兩類.,第二章 烷烴 (Alkane ),(一) 烴的定義,(二) 烴的分類:,分子中只含有C、H兩種元素的有機(jī)化合物叫 碳?xì)浠衔?簡稱烴.,又叫飽和烴,由于石蠟是烷烴的混合物,故

2、烷烴也稱石蠟烴. 例如:甲烷,乙烷,丙烷,丁烷(正丁烷,異丁烷),戊烷 (正戊烷,異戊烷,新戊烷).,2.1 烷烴的通式,同系列和構(gòu)造異構(gòu),(1)烷烴,名稱 分子式 構(gòu)造式 構(gòu)造式的簡寫式,CH4,CH3CH3,甲烷 CH4,乙烷 C2H6,名稱 分子式 構(gòu)造式 構(gòu)造式的簡寫式,丙烷 C3H8,丁烷 C4H10,戊烷 C5H12,CH3CH2CH3,CH3(CH2)2CH3,CH3(CH2)3CH3,甲基: -Methyl,直鏈烷烴分子中，一個或幾個-CH2-基團(tuán)（亞甲基）連成碳鏈，碳鏈的兩端再連有兩個氫原子，因此直鏈烷烴的通式可寫為: H-(-CH2-)n-H 或： CnH2n+2,(2)烷

3、烴的通式,乙烷可看成甲烷的一個氫原子被甲基-CH3取代； 丙烷可看成乙烷上的一個H被甲基-CH3取代; 丁烷可看成丙烷的一個H被甲基 -CH3 取代：,由于分子式相同,但它們的構(gòu)造不同(分子中各原子相連的方式和次序不同). 又叫構(gòu)造異構(gòu)體。 它們是兩種不同的化合物.物理性質(zhì)一定的差異. 直鏈烴的沸點(diǎn)比帶有支鏈的構(gòu)造異構(gòu)體的高（表2-1）. 如：正丁烷的沸點(diǎn)：- 0.5，熔點(diǎn)：- 138.3， 異丁烷的沸點(diǎn)：- 11.7，熔點(diǎn)：- 159.4，,同分異構(gòu)體,戊烷可看成是正丁烷和異丁烷上的一個 H被甲基-CH3 取代的產(chǎn)物: (正戊烷,異戊烷,新戊烷).,隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴的構(gòu)造異構(gòu)體的數(shù)目

4、也越多.庚烷C7H16有9個構(gòu)造異構(gòu)體,辛烷C8H18有18個. 部分異構(gòu)體的物理性質(zhì)差異見表2-1.,烷烴的通式 CnH2n+2, 直鏈烴的通式可寫為: H-(-CH2-)n-H 同系物在組成上相差一個或多個 CH2,且結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似的一系列化合物稱為同系列.同系列中的各化合物互稱同系物. （表2-1中的化合物都是烷烴同系列中的同系物） 系差同系列相鄰的兩個分子式的差值 CH2 稱為系差.,(3)同系物,伯碳原子(第一碳原子),用“1”表示； 仲碳原子(第二碳原子),用“2”表示； 叔碳原子(第三碳原子),用“3”表示； 季碳原子(第四碳原子),用“4”表示。,(4)烷烴中碳原子的分類:,與

5、伯,仲,叔碳原子相連的H原子,分別稱為 伯,仲,叔H原子,如：,伯碳原子(第一碳原子) 仲碳原子(第二碳原子) 叔碳原子(第三碳原子) 季碳原子,烷烴去掉一個氫原子后的原子團(tuán).常用R-，或(CnH2n+1-)表示,所以烷烴又可用通式RH表示. :對去掉一個直鏈烷烴末端氫原子所得的原 子團(tuán).命名時“正”字常用n-代表. 甲基,乙基; 正丙基CH3CH2CH2-: n-丙基 :去掉一個仲氫原子所得的烷基. 用“sec-”表示. CH3CH2CH- , sec-丁基 CH3,(5)烷基,正烷基,仲烷基,仲丁基,而 CH3CH(CH2) n- (n0) 型的烷基叫異烷基 CH3 用“iso-”表示.

6、iso-異丙基 iso-異戊基 CH3CHCH2CH2- CH3 去掉一個叔氫原子所得的烷基. 用“t-”或“tert-”表示. CH3 叔丁基: CH3-C- t-丁基 CH3,異烷基:,叔烷基:,CH3 CH3-CH2-C- t-戊基 CH3 CH3 CH3-C-CH2- CH3,叔戊基:,新戊基:,烷基（Alkyl）烷烴分子中從形式上消除一個氫的部分，通常用 R- 表示，英文 用 “ yl ” 替代 “ ane ” Methane Methyl CH3- Me Ethane Ethyl CH3CH2- Et n-Propane n-Propyl CH3CH2CH2- n-Pro CH3C

7、H2CH3 isopropyl (CH3)2CH- i-Pro n-Butane n-Butyl CH3CH2CH2CH2- n-Bu CH3CH2CH2CH3 sec-Butyl CH3CH2CHCH3 sec-Bu iso-Butane iso-Butyl (CH3)2CHCH2- i-Bu (CH3)2CHCH3 tert-Butyl (CH3)3C- tert-Bu,部分烷基的英文表示：,Et乙基；Pr丙基；i-Pr異丙基；n-Bu正丁基 t-Bu叔丁基（三級丁基）；Me甲基；Ar芳基 Ph苯基；Ac乙酰基；R烷基,常用基團(tuán)的英文簡寫,最早根據(jù)碳原子數(shù)命名：甲烷,乙烷,丙烷. 支鏈烷（

8、異構(gòu)體） CH3 CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3-C-CH3 CH3 正戊烷 異戊烷 新戊烷,2.2 烷烴的命名,一. 習(xí)慣命名法,H H CH3 CH3-C-CH3 CH3-C-CH2CH3 CH3-C-CH3 CH3 CH3 CH3 異丁烷 異戊烷 新戊烷 三甲基甲烷 二甲基乙基甲烷 四甲基甲烷,二、衍生物命名法,三. 系統(tǒng)命名法(IUPAC),(1) 直鏈烷烴按碳原子數(shù)命名 10以內(nèi)：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(gui) . 10以上：用中文數(shù)字:十一.烷.,把構(gòu)造式中連續(xù)的最長碳鏈-作為母體稱為某烷.若最長碳鏈不止一條,選擇其中含較多支鏈的

9、為主鏈.,最長連續(xù)碳鏈有八個碳原子,該化合物母體的名稱為辛烷,選擇主鏈,(2)帶有支鏈的烷烴,例1：,例2：,六個碳的主鏈上有四個取代基 六個碳的主鏈上有兩個取代基,按最接近取帶基的一端開始將主鏈碳原子用阿拉伯?dāng)?shù)字1,2,3.編號. (使取代基的位次最小),帶有支鏈的烷烴編號:,編號正確 編號不正確,a:把它們在母鏈上的位次作為取代基的前綴，2-甲基. b:有不同取代基時，簡單的放在前面，復(fù)雜的放在后面; c:相同的取代基可以合并，但應(yīng)在基團(tuán)名稱之前寫明位次和數(shù)目，數(shù)目用二，三，四.表示. d:位次數(shù)字之間須用逗號“,”隔開，位次與基名之間需用短線“-”相隔。最后一個基名和母體名稱直接相連。,

10、命名取代基(1):,命名取代基(2):,取代基: 3-甲基 5-乙基,取代基: 2,5-二甲基 3,4-二乙基,CH2CH3 CH3CHCH2CHCH2CH3 3-甲基-5-乙基辛烷 CH2CH2CH3 (注意編號) CH3CH2CH -CHCH2CH3 CH3-CH CHCH3 2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷 CH3 CH3 (注意主鏈),1,1,例1:,例2:,CH3CH-CHCH2CHCH2CH3 CH3 CH3 CH2 CH-CH3 CH3 2,3,7-三甲基-5-乙基辛烷,例3:,2.3 烷烴的結(jié)構(gòu),2.3.1 甲烷的結(jié)構(gòu)和 sp3雜化軌道,甲烷的球棒模型,Stuart模型,sp

11、3雜化軌道,一個s軌道與三個p軌道形成四個sp3雜化軌道,凡是成鍵電子云對鍵軸呈圓柱形對稱的鍵均稱為 鍵.以 鍵相連的兩個原子可以相對旋轉(zhuǎn)而不影響電子云的分布.,鍵,甲烷的四個C-H 鍵,乙烷分子中C-C鍵(C-H鍵用直線表示),2.3.2 其它烷烴的結(jié)構(gòu),乙烷的C- C 鍵,Stuart模型,其他烷烴：據(jù)測定，除乙烷外，烷烴分子的碳鏈并不排布在一條直線上，而是曲折地排布在空間。這是烷烴碳原子的四面體結(jié)溝所決定的。如丁烷的結(jié)構(gòu)：,烷烴分子中各原子之間都以鍵相連接的，所以兩個碳原子可以相對旋轉(zhuǎn)，形成了不同的空間排布。實(shí)際上，在室溫下烷烴（液態(tài)）的各種不同排布方式經(jīng)常不斷地互相轉(zhuǎn)變著。,丁烷的球棒

12、模型,為了方便，只要寫出鋸齒形骨架,用鋸齒形線的角(120)及其端點(diǎn)代表碳原子.不寫出每個碳上所連的氫原子.但其它原子必須寫出.,注意:鍵線式書寫烷烴的分子結(jié)構(gòu):,2.4 烷烴的構(gòu)象,2.4.1 乙烷的構(gòu)象,(1) 球棒模型（一）,乙烷的交叉式構(gòu)象,(1) 球棒模型（二）,乙烷的重疊式構(gòu)象,重疊式、交叉式構(gòu)象比較,(3)紐曼投影式,重疊式構(gòu)象 交叉式構(gòu)象,重疊式構(gòu)象 交叉式構(gòu)象,(2)透視式表示乙烷的構(gòu)象,乙烷分子各種構(gòu)象的能量曲線,12.6kJ/mol,丁烷的結(jié)構(gòu)（模型）,2.4.2丁烷的構(gòu)象,為 主,2.4.2丁烷的構(gòu)象,丁烷C(2)-C(3)鍵旋轉(zhuǎn)引起的各構(gòu)象的能量變化,丁烷C(2)-C

13、(3)鍵旋轉(zhuǎn)引起的各構(gòu)象的能量變化,直鏈烷烴 隨著烷烴相對分子量的增加，分子間的作用力也增加，其沸點(diǎn)也相應(yīng)增高。,2.5 烷烴的物理性質(zhì),(1)沸點(diǎn)（直鏈烷烴）,(1-2)沸點(diǎn)（帶支鏈的烷烴） 同數(shù)碳原子的構(gòu)造異構(gòu)體中支鏈增多，則分子趨向球形，使分子不能像正烷烴那樣接近，分子間作用力也就減弱，所以在較低的溫度下，就可以克服分子間引力而沸騰。,同數(shù)碳原子的構(gòu)造異構(gòu)體中，分子的支鏈越多，則沸點(diǎn)越低。,例如： 正丁烷的沸點(diǎn)：- 0.5 異丁烷的沸點(diǎn)：- 11.7,基本上隨分子量 的增加而增加。 （奇數(shù)和偶數(shù)碳） 烷烴的熔點(diǎn)變化： 是因?yàn)榫w分子 間的作用力不僅 取決于分子的大 小，也取決于他們在晶格

14、中的排列。 例: (正戊烷-129.8 ,異戊烷-159.9 ,新戊烷-16.8 ),(2)熔點(diǎn),直鏈烷烴的熔點(diǎn)與分子中所含碳原子數(shù)目的關(guān)系,分子的對稱性增加，它們在晶格中的排列越緊密，熔點(diǎn)也越高。,(3)相對密度: 隨著相對分子量的增加而有所增加,最后接近0.8左右. 作用力隨著分子質(zhì)量的增加而增加，使分子間的距離相對地減少的緣故。, 當(dāng)溶劑分子之間的吸引力和溶質(zhì)分子之間，以及溶劑分子與溶質(zhì)分子之間的相互吸引力相近時，溶解容易進(jìn)行。,氯化鈉的溶劑比,烷烴不溶于水，而易溶于四氯化碳“結(jié)構(gòu)相似者相溶”,(4)溶解度,烷烴為不活潑有機(jī)物。石油醚（C5C6的烷烴）,汽油，煤油等作為溶劑;凡士林（C1

15、8C34的烷烴）潤滑劑. 燃燒: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O =-881kJ/mol CH3CH3 + 7O2 4CO2 + 6H2O =-1538kJ/mol 高級脂肪酸:RCH2CH2R + O2 RCOOH + RCOOH 條件:催化劑KMnO4,MnO2或脂肪酸錳.120,1.53MPa 其中C10C20的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂. CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3-CH-CH3 20% 80%,AlBr3+HBr,27,2.6 烷烴的化學(xué)性質(zhì),2.6.1 氧化反應(yīng),2.6.2 異構(gòu)化反應(yīng),裂化在高溫下使烷烴分子發(fā)生裂解的過程。 CH3CH2CH2CH3混合物

16、 (較低級的烯，烷，H2) 熱裂化反應(yīng)通常在5MPa及500600下進(jìn)行的裂化反應(yīng)。 催化裂化在催化劑存在下的裂化.碳鏈斷裂的同時伴有異構(gòu)化，環(huán)化，脫氫等反應(yīng)，生成帶有支鏈的烷烴，烯烴和芳香烴等。催化裂化一般在450500 ,常壓下進(jìn)行。能提高汽油的質(zhì)量(高辛烷值，2,2,4-三甲基戊烷為100)。 裂解在更高溫度下（700）進(jìn)行深度裂化，這種以得到更多低級烯烴（乙烯，丙烯，丁烯等）為目的的裂化過程，叫“裂解”。,2.6.3 裂化反應(yīng),CH4 + Cl2 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 (2)其它烷烴的氯代反應(yīng) Cl CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Cl + CH3CHC

17、H3 正丙基氯43% 異丙基氯57% 設(shè):伯氫原子活潑性為1,仲氫原子相對活潑性為x: 57/43=2x/6 x=4,Cl2 光 25,CCl4,2.6.4 取代反應(yīng),(1)甲烷的氯代反應(yīng) (自由基取代),丙烷氯代反應(yīng):,伯,仲,叔氫原子的反應(yīng)活性,CH3 CH3 CH3 CH3CH + Cl2 CH3-C-Cl + CH3-CH CH3 CH3 CH2Cl 叔丁基氯36% 異丁基氯64% 設(shè)y為叔氫原子的相對活潑性 則: 36/64 = y/9 y=5.06,則在室溫下伯,仲,叔氫原子的反應(yīng)活性:1:4:5.,*異丁烷氯代反應(yīng):,產(chǎn)物混合，復(fù)雜，一般不用氯代來制備鹵代烴,補(bǔ)充-高溫下逐漸接近

18、1:1:1.,光 127,CH3 CH3 CH3 CH3-CH CH3 + Br2 CH3-C-Br + CH3-CHCH2Br CH3 99%,(3)烷烴與其它鹵素的取代反應(yīng),仲,叔氫原子的反應(yīng)活性:1:82:1600.溴更具有選擇性.,產(chǎn)物單一，可用溴代來制備鹵代烴,烷烴與碘作用得不到碘代烷.,與氟反應(yīng)劇烈,不易控制,會引起爆炸.,痕量,例題1,例題2,光,光,思考題,寫出下列反應(yīng)的主要產(chǎn)物:,ClCl + 能量 Cl + Cl (氯原子,氯自由基) Cl + HCH3 HCl + CH3 (甲基自由基) CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl . Cl + Cl Cl2 CH3 + C

19、H3 CH3CH3 Cl + CH3 CH3Cl .,2.7 甲烷氯代反應(yīng)歷程,(1)鏈的引發(fā)：,(2)鏈增長(鏈傳遞):,(3)鏈終止:,(1) 反應(yīng)熱反應(yīng)物與產(chǎn)物之間的能量差(H).負(fù)值為放熱.用鍵離解能估算. CH3-H + Cl-Cl CH3-Cl + H-Cl 435 243 349 431 678 780 H=678-780= -102 kI/mol CH3-H + Br-Br CH3-Br + H-Br 435 192 293 366 627 659 H=627-659= -32 kI/mol,2.8 甲烷氯代反應(yīng)過程的能量變化,說明:比較反應(yīng)熱 ,溴代反應(yīng)比氯代反應(yīng)緩慢.,反應(yīng)

20、熱、活化能和過渡態(tài),(1) Cl-Cl 2Cl 243 H= + 243 kI/mol (2) Cl + H-CH3 H-Cl + CH3 435 431 H= + 4 kI/mol (3) CH3 + Cl-Cl CH3-Cl + Cl 243 349 H= -106 kI/mol,活化能-過渡態(tài)與反應(yīng)物之間的能量差是形成過渡態(tài)所必須的最低能量,也是使該反應(yīng)進(jìn)行所需的最低能量,叫活化能.,Cl + H-CH3 H3CHCl H-Cl + CH3 反應(yīng)的能量變化,CH3 + Cl-Cl CH3ClCl CH3-Cl + Cl,H= -106 kI/mol,能量變化,110 kJ/mol,總： Cl +