有機(jī)化學(xué)第2章 烷烴.ppt

1、1,一、烷烴的同系列和異構(gòu) 二、烷烴的命名 三、烷烴的結(jié)構(gòu) 四、烷烴的構(gòu)象 五、烷烴的物理性質(zhì) 六、烷烴的化學(xué)性質(zhì) 七、烷烴的來(lái)源及其主要用途,第二章 烷 烴 (Alkane),2,烴是指分子中只含有碳和氫兩種元素的化合物。,烷烴指具有通式為CnH2n+2的碳?xì)浠衔铩?烷烴是一類(lèi)飽和烴，分子中除碳碳單鍵外，其它鍵被氫飽和，即碳原子結(jié)合氫原子的數(shù)目已達(dá)到飽和狀態(tài)。,分類(lèi)：,飽和烴(烷烴),芳香烴,脂環(huán)烴,不飽和烴(烯、炔烴),烷烴概述,3,烷烴概述,4,凡具有一個(gè)通式，結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)隨著碳原子數(shù)增加而有規(guī)律性變化的化合物系列。 同系物： 同系列中的各個(gè)化合物彼此互稱同系物。

2、系差：CH2,2-1 烷烴的同系列和異構(gòu),同 系 列 （Homologous series）,5,構(gòu) 造： 指分子中原子間互相連接的次序。 構(gòu)造異構(gòu)體：分子式相同，因構(gòu)造不同而形成的異構(gòu)體。 構(gòu)型、構(gòu)型異構(gòu)（見(jiàn)3.2.2節(jié)） 構(gòu)象、構(gòu)象異構(gòu)（見(jiàn)2.4節(jié)）,2-1 烷烴的同系列和異構(gòu),同 分 異 構(gòu),正丁烷,異丁烷,b.p. -0.5 -11.7,6,烷烴的構(gòu)造異構(gòu)實(shí)質(zhì)是:,書(shū)寫(xiě)烷烴同分異構(gòu)體的步驟(以己烷為例) A：寫(xiě)出這個(gè)烷烴的最長(zhǎng)直鏈?zhǔn)?（省略了氫）,碳干異構(gòu),2-1 烷烴的同系列和異構(gòu),構(gòu) 造 異 構(gòu),B：寫(xiě)出少一個(gè)碳原子的直鏈?zhǔn)阶鳛橹麈?。該碳原?甲基)當(dāng)作支鏈(取代基),依次連在各碳

3、原子上，就能寫(xiě)出可能的同分異構(gòu)體的構(gòu)造式。,7,C：寫(xiě)出少兩個(gè)碳原子的直鏈?zhǔn)阶鳛橹麈?。把兩個(gè)碳原子當(dāng)作支鏈（2個(gè)甲基），依次接在各碳原子上；或把兩個(gè)碳原子當(dāng)作（乙基），依次接在各碳上。,2-1 烷烴的同系列和異構(gòu),8,CnH2n+2 n為碳原子個(gè)數(shù),2-1 烷烴的同系列和異構(gòu),9,伯碳（1）：與一個(gè)碳原子相連的碳,仲碳（2）：與兩個(gè)碳原子相連的碳,叔碳（3）：與三個(gè)碳原子相連的碳,季碳（4） ：與四個(gè)碳原子相連的碳,叔氫（3） ：與叔碳相連的氫原子,仲氫（2） ：與仲碳相連的氫原子,伯氫（1） ：與伯碳相連的氫原子,1 2 2 2 1,1 3 2 1,1,1 4 1,1,1,2-1 烷烴的同系

4、列和異構(gòu),碳?xì)湓拥念?lèi)型,10,按照烴中所含碳原子數(shù)稱為“某烷”：C10及C10以下用“天干”數(shù)表示（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸），C10以上就用中文“十一、十二”表示。 C4H10 C10H22 C11H24 C20H42 丁 烷 癸 烷 十一烷 二十烷,2-2* 烷烴的命名,普通命名(習(xí)慣命名法),11,新戊烷,正丁烷,異丁烷,2-2 烷烴的命名,普通命名(習(xí)慣命名法),“正”表示直鏈（正構(gòu)），“異”表示分子中帶有一個(gè)支鏈，“新”表示有兩個(gè)支鏈。,12,直鏈烷烴,同習(xí)慣命名法，無(wú)需加形容詞“正”。,辛 烷,十一烷,支鏈烷烴：直鏈烷烴的烷基衍生物,烷烴分子中去掉一個(gè)氫原子后剩下的

5、部分，用R (或CnH2n+1 )表示。,2-2 烷烴的命名,系統(tǒng)命名法(IUPAC),烷基的命名,13,甲基,乙基,正丙基,Me（Methyl）,Et（Ethyl）,n-Pr（Propyl）,2-2 烷烴的命名,烷基的命名,異丙基,i-Pr （isopropyl）,正丁基,n-Bu （Butyl）,14,異丁基,仲丁基,叔丁基,i-Bu （isobutyl）,s-Bu （sec-butyl ）,t-Bu （tert-butyl ）,新戊基 （Neopentyl）,15,支鏈烷烴的命名,A、選主鏈：選最長(zhǎng)的、取代基最多的碳鏈作主鏈。,B、編號(hào)：從離取代基最近的一端編號(hào)，并滿足最低系列原則。,2

6、,2,3-,2,3,3-,2-2 烷烴的命名,系統(tǒng)命名法,16,C、 若主鏈上有幾種取代基時(shí)，應(yīng)按“次序規(guī)則”(見(jiàn)教材3.3節(jié)），較優(yōu)基團(tuán)后列出。,不論原子數(shù)多少，只要原子序數(shù)大，就視為較復(fù)雜，若連在主體上的第一原子的原子序數(shù)相同，則比較連在第一原子上的第二原子，大者較復(fù)雜，以此類(lèi)推，直到比出大小。,甲基 乙基 正丙基 正丁基 正戊基 異戊基 異丁基 新戊基 異丙基 仲丁基 叔丁基,2-2 烷烴的命名,系統(tǒng)命名法,17,D、寫(xiě)法,位次,取代基位置,用阿拉伯?dāng)?shù)字，數(shù)字間用逗號(hào)隔開(kāi),（半字線）,取代基名稱,相同的取代基合并起來(lái)，用二、三 表示,母體,1,2,3,4,5,2,2,4三甲基戊烷,按 主

7、 鏈 上 碳 原 子 個(gè) 數(shù) 稱 為 某 烷,2-2 烷烴的命名,系統(tǒng)命名法,18,1,2,3,4,5,6,7,2,3,5三甲基4正丙基庚烷,2-2 烷烴的命名,系統(tǒng)命名法,2,5二甲基4異丙基庚烷,1,2,3,4,5,6,7,19,2,6,6三甲基3乙基辛烷,1,2,3,4,5,6,7,8,2,7,8三甲基癸烷,2-2 烷烴的命名,系統(tǒng)命名法,20,不論分子中有多少個(gè)碳，一律稱為“甲烷”，其它均視為取代基。取代基的書(shū)寫(xiě)次序按“由小到大”依次書(shū)寫(xiě)，取代基數(shù)目用大寫(xiě)中文“二、三”表示，并寫(xiě)在取代基名稱前。,四甲基甲烷,二甲基乙基甲烷,2-2 烷烴的命名,衍生命名法,甲基甲烷,21,具有一定構(gòu)造的

8、分子中原子在空間的排列狀況。 碳原子的四面體概念及分子模型,2-3 烷烴的構(gòu)型（Configuration）,22,激發(fā),2-3 烷烴的構(gòu)型,碳原子的sp3雜化,23,鍵,鍵,2-3 烷烴的構(gòu)型,烷烴分子的形成,24,構(gòu)象：指由于圍繞單鍵(鍵）的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子在空間的不同排列方式。,構(gòu)象異構(gòu)體：分子組成相同、構(gòu)造式相同，因構(gòu)象不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體。表示方法有：透視式(傘形式，鋸架式) 、紐曼投影式,傘形式,鋸架式,2-4 烷烴的構(gòu)象,25,構(gòu)象異構(gòu)體的互相轉(zhuǎn)換不需發(fā)生共價(jià)鍵的斷裂。分子的構(gòu)象異構(gòu)體有無(wú)數(shù)個(gè)，無(wú)法畫(huà)出。故采用抓兩頭， 選中間(選內(nèi)能最高及最低的構(gòu)象)，從中選幾個(gè)典型。,乙烷

9、的構(gòu)象,扭轉(zhuǎn)角,2-4 烷烴的構(gòu)象,紐曼投影式,26,=60,=0,=120,=180,=240,=360,=300,交叉式,重疊式,2-4 烷烴的構(gòu)象,乙 烷,27,乙烷有無(wú)數(shù)個(gè)構(gòu)象，最穩(wěn)定的構(gòu)象是交叉式。,2-4 烷烴的構(gòu)象,能量曲線圖,28, =0, =60, =120, =180, =240, =300, =360,全重疊式,部分重疊式,順位交叉式,反位交叉式,部分重疊式,順位交叉式,全重疊式,丁 烷,29,反位交叉式,能量曲線圖,30,高級(jí)烷烴的構(gòu)象,高級(jí)烷烴的構(gòu)象更為復(fù)雜，但主要以反位交叉式構(gòu)象的形式存在，其中CH都處于交叉式，碳鏈看起來(lái)像鋸齒。 最穩(wěn)定的構(gòu)象：整個(gè)碳鏈?zhǔn)卿忼X狀的。

10、,31,物質(zhì)狀態(tài) 室溫和0.1 MPa下，C1C4是氣體，C5C17是液體，C18 是固體。 沸點(diǎn) 正構(gòu)烷烴的沸點(diǎn)是隨著分子量的增加而有規(guī)律升高；在碳原子數(shù)相同的烷烴中，支鏈越多，沸點(diǎn)越低。 正戊烷：36.1 新戊烷：9.5 ,2-5 烷烴的物理性質(zhì),32,共價(jià)化合物晶格中的質(zhì)點(diǎn)是分子，偶數(shù)碳的烷烴具有較高的對(duì)稱性,使碳鏈之間的排列比奇數(shù)的緊密,故分子間的色散力大,熔點(diǎn)高。,直鏈烷烴熔點(diǎn)與分子中碳原子數(shù)關(guān)系,2-5 烷烴的物理性質(zhì),熔 點(diǎn),正戊烷 異戊烷 新戊烷 m.p./ -129 -159.9 -16.8,33,相對(duì)密度 烷烴的相對(duì)密度是隨相對(duì)分子質(zhì)量增加而有所增大，二十烷以下的按近于0.

11、78。 解釋：相對(duì)分子質(zhì)量增加，分子間引力增大，使分子間的距離相應(yīng)減小，相對(duì)密度則增大。 溶解度 烷烴不溶于水，能溶于某些有機(jī)溶劑。 解釋：“相似相溶”，結(jié)構(gòu)相似，分子間的引力相似，就能很好地溶解。,34,烷烴分子中的氫原子被鹵素取代的反應(yīng)。,合成上無(wú)價(jià)值，重要性在于反應(yīng)機(jī)理的研究,2-6 烷烴的化學(xué)性質(zhì),鹵代反應(yīng),35,鏈引發(fā),2-6 烷烴的化學(xué)性質(zhì),甲烷氯代反應(yīng)歷程,鏈增長(zhǎng)或 鏈傳遞,36,2-6 烷烴的化學(xué)性質(zhì),甲烷氯代反應(yīng)歷程,具有鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止的反應(yīng)在化學(xué)上叫自由基反應(yīng)（自由基鏈反應(yīng)，連鎖反應(yīng)）。,說(shuō) 明,37,鏈增長(zhǎng)反應(yīng)中的奪氫過(guò)程,不同鹵素的反應(yīng)活性,氟 氯 溴 碘,各種

12、氫的相對(duì)反應(yīng)活性及烷基自由基的穩(wěn)定性(重點(diǎn)),決定反應(yīng)速度的步驟是,說(shuō) 明,38,各種氫的相對(duì)反應(yīng)活性,6個(gè)伯氫所得,2個(gè)仲氫所得,仲氫/伯氫=,仲氫的反應(yīng)活性是伯氫的4倍。,43% 57%,說(shuō) 明,39,叔氫/伯氫=,叔氫的反應(yīng)活性是伯氫的5倍。,叔 氫 仲 氫 伯 氫,？,36% 64%,各種氫的相對(duì)反應(yīng)活性,說(shuō) 明,40,三種氫的CH鍵離解能為：,3CH D 389.4 KJ/ mol,2CH D 397.7 KJ / mol,1CH D 410.3 KJ / mol,3 R 2 R 1 R CH3,H3CH D 439.6 KJ / mol,烷基自由基穩(wěn)定性,依 次 減 弱,氫的相對(duì)反

13、應(yīng)活性及烷基自由基的穩(wěn)定性,說(shuō) 明,41,選擇性（鹵素對(duì)取代反應(yīng)的選擇性）,若反應(yīng)的選擇性大，得到幾種可能產(chǎn)物所占比例差別大；若反應(yīng)的選擇性小，得到幾種可能產(chǎn)物所占比例差別小。,43%,57%,3%,97%,仲氫 / 伯氫,仲氫 / 伯氫,因此溴代具有很高的選擇性，在合成上有應(yīng)用價(jià)值。,99.5%,42,異構(gòu)化反應(yīng),2-6 烷烴的化學(xué)性質(zhì),氧化反應(yīng),合成上無(wú)意義，但能作燃料。,H0,點(diǎn)燃,43,硝化反應(yīng),2-6 烷烴的化學(xué)性質(zhì),裂化反應(yīng),高溫下使烷烴分子發(fā)生裂解的過(guò)程,44,主要來(lái)源：天然氣、石油,天然氣主要成分：甲烷 石油組成：主要是烴類(lèi)(烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴) 人造石油：煤在高溫、高壓和催

14、化劑存在下，加氫氣可以得到烴類(lèi)的復(fù)雜混合物。,2-7 烷烴的來(lái)源及其主要用途,45,未來(lái)幾種新能源： 波 能 海洋波浪能 達(dá)90萬(wàn)億千瓦 可燃冰 天然氣與水結(jié)合在一起的固體化合物，外形如水 煤成氣 煤在形成過(guò)程中由于溫度及壓力增加，要釋放出可燃?xì)怏w 微生物 發(fā)酵制成酒精,2-7 烷烴的來(lái)源及其主要用途,46,2-8 烷烴的制備,孚茲反應(yīng)（見(jiàn)教材P185）,格氏試劑（Grignard）水解（見(jiàn)教材P185）,只能制備對(duì)稱的烷烴RR，即R相同。,烯烴的氫化（見(jiàn)教材P49）,47,【本章重點(diǎn)】,烷烴的系統(tǒng)命名及烷烴的鹵代反應(yīng)。,【必須掌握的內(nèi)容】,1. 烷烴的習(xí)慣命名法、衍生命名法及系統(tǒng)命名法；,【

15、本章難點(diǎn)】,烷烴鹵代反應(yīng)機(jī)理及烷基自由基的穩(wěn)定性。,烷 烴 小 結(jié),48,【必須掌握的內(nèi)容】,2. 烷烴的形成、結(jié)構(gòu)及構(gòu)象異構(gòu)；,3. 烷烴物理性質(zhì)(物態(tài)、熔沸點(diǎn)、溶解性);,4. 烷烴的化學(xué)性質(zhì)：鹵代和氧化 各種H反應(yīng)活性及各種烷基自由基的穩(wěn)定性比較 根據(jù)鹵代產(chǎn)物構(gòu)造推導(dǎo)烷烴構(gòu)造。,烷 烴 小 結(jié),49,課 后 作 業(yè),必作題目：1、(1)(2)(4)(5)(7)(8) 2、(2)(4)(5)(8) 5、 9、14 思考題：3、11,50,51,例 哪一種或哪幾種相對(duì)分子質(zhì)量為86的烷烴有：(1) 三個(gè)一溴代物；(2) 五個(gè)一溴代物。 解：由題設(shè)知，該烷烴分子式為C6H14 步驟：a)寫(xiě)出所有構(gòu)造異構(gòu)體的構(gòu)造簡(jiǎn)寫(xiě)式； b)寫(xiě)出每種構(gòu)造異構(gòu)體的一溴代物結(jié)構(gòu) 答案： （1） 和 （2）,烷烴的鹵代,52,返回吧,53,烷烴分子的形成,返回吧,54,乙烷的重疊式構(gòu)象,返回,55,與分子的極性有關(guān) 極性越大，分子間力越大，沸點(diǎn)越高 。 極性相同，與分子量有關(guān) 分子量越大，沸點(diǎn)越高。,沸點(diǎn)的影響因素,主要取決于分子間力的大小,極性相同，M相近，與分子間接觸面積有關(guān) 分子間接觸面積越大，沸點(diǎn)越高 。 分子量相近，與分子間形成氫鍵數(shù)目有關(guān) 形成氫鍵數(shù)目越多，沸點(diǎn)越高。,56,與分子間力有關(guān) 分子間力越大，熔點(diǎn)越高。,熔點(diǎn)的影響因素,