有机化学烷烃.ppt

第二章第二章烷烃烷烃(alkane)n1烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象n2烷烃的命名法烷烃的命名法n3烷烃的构型烷烃的构型n4烷烃的构象烷烃的构象n5烷烃的物理性质烷烃的物理性质n6烷烃的化学性质烷烃的化学性质n7烷烃的卤代反应历程烷烃的卤代反应历程n8过渡态理论过渡态理论n9甲烷和天然气甲烷和天然气第一节第一节烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象n一、烷烃的同系列一、烷烃的同系列n烷烃的通式：烷烃的通式：CnH2n+2 同系列同系列（Homologousseries）：）：通式相同，结构相似，化学性质相似，物理性质通式相同，结构相似，化学性质相似，物理性质随碳原子数的增加而有规律变化的化合物系列。随碳原子数的增加而有规律变化的化合物系列。同系物同系物（Homologs）同系列中化合物互为同系物同系列中化合物互为同系物系列差系列差CH2二、同分异构体二、同分异构体 分子式同，结构不同的化合物分子式同，结构不同的化合物 C4H10CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3b.p. -0.5 b.p. -10.2正 丁 烷 异丁 烷 分子式同，碳干构造不同分子式同，碳干构造不同碳干异构碳干异构(constitutionalisomerism)同分异构体的书写方法同分异构体的书写方法三、结构式的书写三、结构式的书写 n构造简式：CH3CH3CCH2CH3CH3CH3CHCH2CH3CH3(CH3)2CHCH2CH3(CH3)3CCH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH2CH3碳干式：碳干式：氢省略氢省略CCCCCCCCCCC键线式（骨架式）：键线式（骨架式）：端点和拐点为碳原子，氢省略端点和拐点为碳原子，氢省略 四、碳原子和氢原子的种类四、碳原子和氢原子的种类n 伯碳伯碳（一级碳）（一级碳）1（primary)： 直接与一个碳原子相连n 仲碳仲碳（二级碳）（二级碳）2(secondary)：直接与二个碳原子相连n 叔碳叔碳（三级碳）（三级碳）3(tertiary)： 直接与三个碳原子相连n 季碳季碳（四级碳）（四级碳）4(quaternary)：直接与四个碳原子相连n 与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称伯、仲、伯、仲、叔氢（叔氢（1H、2H、3H）n第二节第二节烷烃的命名法烷烃的命名法 n 一、普通命名法一、普通命名法n二、烷基的命名二、烷基的命名n三、系统命名法三、系统命名法一、普通命名法 n1、正、正(normal)某烷某烷 C1C10 天干：甲、天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸n C10 汉文数字汉文数字n n正己烷（正己烷（n-hexane)n n2、异、异(iso)某烷某烷 碳链一末端带两个甲基。碳链一末端带两个甲基。n ( i -hexane)CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3异己烷 CH3CH2CH2CH2CH2CH3特殊：nCH3CHCH2CCH3CH3CH3CH3异己烷 3、新某烷 n含五或六个碳的碳链端第二个碳原子为含五或六个碳的碳链端第二个碳原子为季碳原子的称为季碳原子的称为“新某烷新某烷”nn(neohexane)CH3CCH2CH3CH3CH3CH3CH2CCH2CH3CH3CH3新 己烷 二、烷基的命名 n一价基：一价基：n二价基：二价基： 三价基：三价基： 三、系统命名法三、系统命名法 n1、直链烷烃：、直链烷烃：某烷 2、支链烷烃、支链烷烃 （1）选择主链（母体）：选择碳原子数最多的碳链为主链CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH3丙烷 戊 烷 例1、2：给下列有机物选择主链CH3CHCH2CH2CH2CH3CH3CH3CHCH2CH2CH3CH2CH3 如果两条碳链的碳原子数相同时，选择含支链较多的碳链为主链。（2）主链碳原子的位次编号na.从靠近取代基一端顺次编号；从靠近取代基一端顺次编号；b. 当有几种编号可能时，选择使取代基具有“最低序列”即使取代基的编号顺次逐项为最小的编号；n例例4：取代基编号：（上）取代基编号：（上）2，6，8（下）（下）2，4，8（正确编号）（正确编号）（3）名称的书写次序编号取代基母体取代基的排列顺序：取代基的排列顺序：小小 前、前、大大后、后、同同合并合并取代基顺序规则取代基顺序规则IUPAC法按取代基英文名称的第一个字母的次序排列。法按取代基英文名称的第一个字母的次序排列。例例1例例2CH3CHCH2CH2CH2CH3CH3CH3CHCH2CH2CH3CH2CH3例例1： 2-甲基己烷甲基己烷 2-methylhexane例例2： 3-甲基己烷甲基己烷 3-methylhexane例例3：2，5-二甲基二甲基-3-乙基己烷乙基己烷IUPAC3-ethyl-2,5-dimethylhexaneCH3CH2CHCH2CHCH3CHCH3CH3CH3例4： 2，8-二甲基二甲基-4-乙基壬烷乙基壬烷 4-ethyl-2,8-dimethylnonane注意：取代基和母体名称之间不加短线。注意：取代基和母体名称之间不加短线。 学习的线索：n结构结构性质性质用途用途结结构构构造构造分子中原子的分子中原子的排列顺序排列顺序构型构型分子中原子在分子中原子在空间的排列空间的排列状况状况构象构象由于由于单键的旋转单键的旋转，形成分子中各，形成分子中各原子或原子团的原子或原子团的空间排布空间排布。第三节 烷烃的构型 n一、碳原子的四面体概念及分子模型一、碳原子的四面体概念及分子模型n1、四面体概念、四面体概念n以以甲烷甲烷为例为例nCH 键长键长： 0.109nm n HCH键角键角：10928n2、分子模型、分子模型n凯库勒模型、斯陶特模型凯库勒模型、斯陶特模型n3、构型、构型(Configuration)：具有一定构造的具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。分子中原子在空间的排列状况。CHHHH二、碳原子的二、碳原子的sp3 杂化杂化 n 1、碳原子的、碳原子的sp3杂化杂化n2、sp3杂化轨道特点杂化轨道特点 方向性更强方向性更强4个个SP3轨道等同轨道等同最稳定的排列方式：正四面体最稳定的排列方式：正四面体(4个价个价键尽可能远离）键尽可能远离）三、烷烃分子的形成 甲烷：甲烷：CH4CH键：键：SP3Sn甲烷分子的形成乙烷：C2H6nC-C键键SP3SP3n CCHHHHHHCH键键SP3S n分子的分子的形成形成四、分子立体结构的表示方法n1、楔型（伞型）透视式及书写、楔型（伞型）透视式及书写n甲烷：甲烷：甲烷凯库勒模型甲烷凯库勒模型楔型透视式楔型透视式书写：书写：乙烷：书写：书写：2、锯架（sawhorseformula)透视式及书写 3、纽曼投影式(Newmanprojection)及书写二、乙烷的构象 n1、两种极限构象的表达、两种极限构象的表达 重叠式（顺叠式）重叠式（顺叠式）Eclipsedconformation交叉式（反叠式）交叉式（反叠式）Staggeredconformation重叠式和交叉式构象的楔型式、锯架式和纽曼式。重叠式和交叉式构象的楔型式、锯架式和纽曼式。前后两个碳上的氢前后两个碳上的氢原子处于交叉位置原子处于交叉位置前后两个碳上的氢前后两个碳上的氢原子处于重叠位置原子处于重叠位置模型模型楔型式楔型式锯架式锯架式纽曼式纽曼式模型模型锯架式锯架式纽曼式纽曼式楔型式楔型式2、两种极限构象的位能变化n稳定性比较：稳定性比较：n交叉式重叠式交叉式重叠式三、正丁烷的构象围绕围绕C2C3单键旋转形成各种构象单键旋转形成各种构象CCHHHHHHC4H10CHHCHHCHHCHHCH3CH31、四种极限构象式的表达对位交叉式（反叠式）对位交叉式（反叠式） 部分重叠式（反错式）部分重叠式（反错式）邻位交叉式（顺错式）邻位交叉式（顺错式）全重叠式（顺叠式）全重叠式（顺叠式）2、四种极限构象的位能变化 n稳定性比较：稳定性比较：n对位交叉式邻位交叉式对位交叉式邻位交叉式部分重叠式部分重叠式全重叠式全重叠式n注意：注意：构造、构型、构象和极限构象构造、构型、构象和极限构象n思考：思考：n1.写出丁烷的邻位交叉式（锯架式、楔写出丁烷的邻位交叉式（锯架式、楔型式）型式）n2.总结书写纽曼式、锯架式、楔型式的总结书写纽曼式、锯架式、楔型式的规律规律第五节 烷烃的物理性质n一、物态一、物态 n规律：规律： 二、沸点二、沸点boiling point规律：规律：三、熔点三、熔点melting point规律：规律：随分子量的增加，由气态随分子量的增加，由气态液态液态固态固态A. C数增加，沸点数增加，沸点b.p.升高；升高；B.正烷烃正烷烃b.p支链烷烃（同碳数）支链烷烃（同碳数）A. C数增加，熔点数增加，熔点m.p.升高；升高；B.偶数烷烃偶数烷烃m.p奇数烷烃奇数烷烃 四、相对密度 densityn 规律规律:nC数增加，相对密度数增加，相对密度D升高升高五、溶解度五、溶解度solubilityn 规律规律:n难溶于水，易溶于有机溶剂，尤其是烃难溶于水，易溶于有机溶剂，尤其是烃类。类。n相似相溶相似相溶第六节 烷烃的化学性质n一、化学性质稳定一、化学性质稳定 n原因：原因：n（1）CC、CH 键的键能大，不易键的键能大，不易破裂；破裂；n 化学键化学键 CC CH 键能键能KJ/mol 345.6 415.3 （2）CC 键矩为键矩为0 ，CH 键矩很小，键矩很小，电子云分布均匀，为非极性分子；电子云分布均匀，为非极性分子；（3）键的断裂：均裂）键的断裂：均裂 二、氧化二、氧化Oxidation（自由基反应）自由基反应）n1、燃烧、燃烧 用途：用作燃料（重要能源之一）用途：用作燃料（重要能源之一）当当CH4 O2（空气）空气）= 1 2（10）瓦斯爆炸）瓦斯爆炸 2、控制氧化、控制氧化R：C20C30 代替动植物油脂制造肥皂代替动植物油脂制造肥皂 生产各种含氧衍生物：醇、醛、酸等生产各种含氧衍生物：醇、醛、酸等 三、热裂三、热裂Pyrolysis （自由基反应）自由基反应）n1、热裂、热裂：在高温及无氧条件下发生键断裂的分：在高温及无氧条件下发生键断裂的分解反应。解反应。 生产燃料和化工原料生产燃料和化工原料 2、催化热裂催化热裂：应用催化剂的热裂反应称催化热裂反应用催化剂的热裂反应称催化热裂反应生产高辛烷值汽油，提高汽油利用率应生产高辛烷值汽油，提高汽油利用率 . CH3CHCH2HH460CH3CHCH2+H2CH3CH2CH2H460CH2CH2+CH4四、卤代 Helogenation （自由基反应） n1、甲烷的氯代、甲烷的氯代 用途：用途：1）生产氯代甲烷混合溶剂；）生产氯代甲烷混合溶剂；2）控制条件，制备一氯甲烷。）控制条件，制备一氯甲烷。2、甲烷的卤代卤素的活性：卤素的活性：F2Cl2Br2I2 思考：思考：1）为什么卤代反应不加控制则可得到混合产物？为什么卤代反应不加控制则可得到混合产物？2）反应体系中，有一氯甲烷、未反应完的甲烷，如反应体系中，有一氯甲烷、未反应完的甲烷，如何分离？何分离？ CH4+X2hvCH3X+HX 3、C3以上烷烃的卤代以上烷烃的卤代从反应式中可看到：n同一化合物中，不同的氢原子被卤代同一化合物中，不同的氢原子被卤代的产率不同；的产率不同；n同一化合物中，同一氢原子，不同的同一化合物中，同一氢原子，不同的卤素，氢被卤代的产率不同。卤素，氢被卤代的产率不同。n说明：说明：n（1）氢原子的卤代反应活性：）氢原子的卤代反应活性：n每个氢原子的反应几率每个氢原子的反应几率=产率产率/H的的个数个数氯代反应中氢原子的反应活性：n1H： 43/67 64/97n 2H： 57/2=28.5n 3H： 36/1= 36n 氯代：氯代：3H 2H 1Hn = 5 4 1n 溴代：溴代：3H 2H 1H n = 1600 82 1n（2）根据反应活性，推测异构体的产率根据反应活