第二章烷烴課件(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(環烴)、又分為:脂環烴和芳香烴兩類、(一)烴得定義(二)烴得分類:◎分子中只含有C、H兩種元素得有機化合物叫

碳氫化合物,簡稱烴、烴:分子中只含有C和H兩種元素得有機化合物。烷烴:分子中只有C-C和C-H鍵得脂肪烴,又叫飽和烴。§2-1烷烴得通式、同系列和構造異構■1、通式:CnH2n+2■2、構造異構體:分子式相同,但她們得構造不同(分子中各原子相連得方式和次序不同)得同分異構體、烷烴分子中,隨著C原子數得增加,構造異構體得數目也越多。同分異構體就是兩種不同得化合物、物理性質有一定得差異、一般直鏈烷烴得沸點高于支鏈異構體。正戊烷沸點:36、1℃異戊烷沸點:29、9℃新戊烷:9、4℃

■

3、同系物同系列:在組成上相差一個或多個CH2,且結構和性質相似得一系列化合物、同系物:同系列中得各化合物互稱、系差:同系列相鄰得兩個分子式得差值CH2。★(表2-1得化合物都就是烷烴同系列中得同系物)同系物具有相似得化學性質,物理性質(熔沸點、密度)等隨分子量得改變呈規律性得變化。伯碳原子(第一碳原子,1o):與一個C相連,其她三個鍵結合H仲碳原子(第二碳原子,2o):與兩個個C相連,其她兩個鍵

結合H叔碳原子(第三碳原子,3o):與三個C相連,另一個鍵結合H季碳原子(第四碳原子,4o):與四個C相連,不結合H■4、烷烴中碳原子得分類:與伯,仲,叔碳原子相連得H原子,分別稱為伯,仲,叔H原子如:

——烷烴去掉一個氫原子后得原子團、常用R-,或(CnH2n+1-)表示,所以烷烴又可用通式RH表示、■5、烷基◎仲烷基:直鏈烷烴去掉一個仲氫原子所得得烷基。用“sec-”表示、

如:仲丁基

sec-丁基◎正烷基:直鏈烷烴去掉一個末端氫原子所得得原子團、命名時“正”字常用n-代表、如:正丙基CH3CH2CH2-,n-丙基9大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流◎異烷基:(n0)型得烷基叫異烷基,用“iso-”表示。如:異戊基◎叔烷基:去掉一個叔氫原子所得得烷基。用“t-”或“tert-”表示。

如:叔丁基常用基團得英文簡寫

Me—甲基;

Et—乙基;

n-Pr—正丙基;i-Pr—異丙基;n-Bu—正丁基;

t-Bu—叔丁基(三級丁基);

Ar—芳基;

Ph—苯基;

Ac—乙酰基;R—烷基最早根據碳原子數命名:甲烷,乙烷,丙烷、、、、、

對于支鏈烷(異構體),常用正、異、叔、新等形容詞以示區別。§2-2烷烴得命名一、習慣命名法正戊烷異戊烷新戊烷如戊烷得三個異構體:二、衍生物命名法

以甲烷為母體,將其她烷烴看作就是甲烷得烷基衍生物,選擇連有烷基最多得碳原子作為甲烷碳原子。把與此碳原子相連得基團都看作甲烷得取代基。如:異丁烷三甲基甲烷

異戊烷二甲基乙基甲烷新戊烷四甲基甲烷三、系統命名法(IUPAC)(1)直鏈烷烴按碳原子數命名稱“某烷”10以內:依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸烷

10以上:用中文數字:十一、十二、、、、烷、乙烷己烷十二烷(2)帶有支鏈得烷烴,可看作直鏈烷烴得衍生物,命名時遵循下列原則:

①選擇主鏈:把構造式中連續得最長碳鏈作為主鏈,根據主鏈中碳原子數目稱為某烷,并以她作為母體,支鏈則作為取代基。若最長碳鏈不止一條(即有幾條等長得碳鏈可作為主鏈)時,選擇其中含支鏈(取代基)數目最多得為主鏈、上例中最長連續碳鏈有八個碳原子,該化合物母體得名稱為辛烷六個碳得主鏈上有四個取代基六個碳得主鏈上有兩個取代基

★上例中最長得六個碳原子得碳鏈有兩條,(I)式得支鏈較多,該化合物得母體名稱為己烷。從最接近取代基得一端開始將主鏈碳原子用阿拉伯數字1,2,3、、、編號。取代基得位次則以她所連接得主鏈碳原子得號數表示。②對主鏈進行編號定位次:編號正確編號不正確★如果碳鏈從不同方向編號得到兩種(或兩種以上)不同編號系列時,則遵循“最低系列”原則,即順次逐項比較各系列得不同位次,最先遇到得位次最小者為最低系列(先比較兩個系列中得第一個取代基位次,若相同則比較第二個取代基,依此類推。)123456789101111109876543213,5,9…、、3,7,9…、、若兩種編號取代基得位次相同,則把小得編號給小得取代基。如:12345677654321a:把她們在母鏈上得位次作為取代基得前綴,用半字線“－”與取代基分開。如2-甲基、、、b:有不同取代基時,簡單得取代基(或原子、基團)放在前面,復雜得放在后面;按“次序規則”確定列出順序,較優基團后列出。c:相同得取代基合并,在基團名稱之前寫明位次和數目,數目用漢字二,三,四、、、、、表示、d:位次數字之間須用逗號“,”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。③命名取代基:43212,2-二甲基丁烷3214563,4-二甲基己烷2,5-二甲基-4-異丁基庚烷3-甲基-5-乙基庚烷2,7,8-三甲基癸烷123456712345678910765432110987654321§2-3烷烴得結構一、甲烷得結構和sp3雜化軌道甲烷得四面體結構◎sp3雜化軌道:一個s軌道與三個p軌道形成四個sp3雜化軌道基態1s22s22px12py11s22s12px12py12pz1

激發態

鍵——凡就是成鍵電子云對鍵軸呈圓柱形對稱得鍵均稱為

鍵、以

鍵相連得兩個原子可以相對旋轉而不影響電子云得分布、甲烷得四個C-H

鍵:二、其她烷烴得結構乙烷得C-C

鍵Stuart模型★據測定,除乙烷外,烷烴分子得碳鏈并不排布在一條直線上,而就是曲折地排布在空間。這就是烷烴碳原子得四面體結構所決定得。因此書寫構造式時也常用鍵線式表示,只要寫出鋸齒形骨架,用鋸齒形線得角(120o)及其端點代表碳原子、不需寫出每個碳上所連得氫原子、但除氫原子以外得其她原子必須寫出、如:§2-4烷烴得構象

在有機物分子中,以單鍵相連得碳原子可以圍繞著碳碳σ鍵相對旋轉。隨著碳原子得旋轉,其她原子團在空間得相對位置也不斷地變化,因而會出現不同得空間排布形象。這種由于圍繞σ鍵軸旋轉,而引起得分子中原子或原子團形成不同得空間排布形象,稱為構象。分子得不同構象稱為構象異構或旋轉異構。一、乙烷得構象乙烷分子中得碳碳單鍵可以自由旋轉。在旋轉過程中,由于兩個甲基上得氫原子得相對位置不斷發生變化,可得到無數種不同得構象。但其中典型得構象有兩種:一種就是交叉式構象,在這種構象中一個甲基上得氫原子正好處在另一個甲基得兩個氫原子之間得中線上;一種就是重疊式構象,在這種構象中碳原子上得氫彼此處于相互對映得位置。交叉式構象和重疊式構象只就是乙烷無數構象中得兩種極端得情況,其她構象都介于兩者之間,稱為扭曲式構象。(1)乙烷得球棒模型乙烷得交叉式構象乙烷得重疊式構象(3)紐曼投影式重疊式構象交叉式構象重疊式構象交叉式構象(2)鋸架透視式為了便于觀察和應用,常用透視式和紐曼式(Newman)投影式表示其構象。根據紐曼投影式寫出其結構式重疊式、交叉式構象比較:交叉式構象因兩個碳原子上得氫原子距離最大,其排斥力較小,分子內能最低,因而較穩定,為優勢構象。乙烷分子各種構象得能量曲線12.6kJ/mol重疊式重疊式交叉式交叉式交叉式扭轉張力:乙烷得重疊式構象要趨向最穩定得交叉式構象而產生得鍵得扭轉。二、丁烷得構象丁烷C(2)-C(3)鍵旋轉引起得各構象得能量變化§2-5烷烴得物理性質2、沸點(ｂ、ｐ、)①與范德華引力有關:相對分子量增加,分子間得范德華引力增加,導致沸點升高。1、聚集狀態:C1～C4(g)C5～C17(ｌ)＞C17(ｓ)②支鏈增加影響沸點:降低接觸面從而減低分子間引力。■同數碳原子得構造異構體中,分子得支鏈越多,則沸點越低。例如:

正丁烷ｂ、ｐ、

-0、5℃異丁烷ｂ、ｐ、

-11、7℃正戊烷ｂ、ｐ、

36、1℃異戊烷ｂ、ｐ、

27、9℃新戊烷ｂ、ｐ、

9、5℃a基本上隨分子量得增加而增加。(奇數和偶數碳)

b分子得對稱性增加,她們在晶格中得排列越緊密,熔點也越高。(因為晶體分子間得作用力不僅取決于分子得大小,也取決于她們在晶格中得排列。)

3、熔點(ｍ、ｐ、)例如:正戊烷

m、ｐ、

-129、8℃異戊烷

m、ｐ、

-159、9℃新戊烷

m、ｐ、

-16、8℃4、相對密度:隨著相對分子量得增加而有所增加,最后接近0、8左右、(作用力隨著分子質量得增加而增加,使分子間得距離相對地減少得緣故。)5、溶解度:結構相似者相溶當溶劑分子之間得吸引力和溶質分子之間,以及溶劑分子與溶質分子之間得相互吸引力相近時,溶解容易進行。思考題

(P39)5、不要查表將下列烴類化合物按沸點降低得次序排列。(1)2,3-二甲基戊烷(2)正庚烷(3)2-甲基庚烷(4)正戊烷(5)2-甲基己烷

答:(3)＞(2)＞(5)＞(1)＞(4)§2-6烷烴得化學性質烷烴分子中原子間都就是σ鍵結合得,不易斷裂,故其化學性質非常穩定,就是一類不活潑得有機化合物。在一般條件下,烷烴與強氧化劑、強還原劑、強酸、強堿等都不起反應、但在一定條件下,例如高溫、高壓、光照或催化劑影響下,也能發生一些化學反應。烷烴在空氣或氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和水,并放出大量得熱,這就是汽油、柴油作為內燃機燃料得基本變化和根據。例如:CH4+2O2

CO2+2H2O=-881kJ/molCH3CH3+7O2

4CO2+6H2O=-1538kJ/mol1、氧化反應2、異構化反應工業上將直鏈烷烴異構化為支鏈烷烴可提高汽油質量。定義:由一個化合物轉變為其異構體得反應。標準燃料由異辛烷和正庚烷得混合物組成。異辛烷用作抗爆性優良得標準,辛烷值定為100;正庚烷用作抗爆性低劣得標準,辛烷值為0。汽油辛烷值就是汽油在稀混合氣情況下抗爆性得表示單位,在數值上等于在規定條件下與試樣抗爆性相同時得標準燃料中所含異辛烷得體積百分數。3、裂化反應裂化——在高溫下使烷烴分子發生裂解得過程。碳原子數越多,裂化產物越復雜,就是烷烴分子中得C-C鍵和C-H鍵得斷裂形成復雜得混合物,有較低級得烷烴,也有烯烴和氫。熱裂化反應——通常在5MPa及500～600℃下進行得裂化反應催化裂化——在催化劑存在下得裂化。催化裂化一般在450～500℃,常壓下進行。能提高汽油得質量(高辛烷值,2,2,4-三甲基戊烷為100)。裂解——在更高溫度下(>700℃)進行深度裂化,得到更多低級烯烴4、鹵代反應

烷烴分子中得氫原子被其她原子或原子團所取代得反應稱為取代反應。若被鹵原子取代則稱為鹵代反應。烷烴有實用價值得鹵代反應就是氯代和溴代反應。因為氟代反應非常劇烈且大量放熱,不易控制,碘代反應則較難發生。鹵代反應活性次序為:F2>Cl2>Br2>I2。氯和溴在室溫和黑暗中不與烷烴發生反應,如果在強烈日光照射下,則發生猛烈反應,甚至發生爆炸。在漫射光、加熱或某些催化劑存在下,氯、溴與烷烴反應較溫和,其分子中得氫原子逐步被氯、溴取代,生成多種取代產物。下面以氯代反應為例進行討論。(1)甲烷得氯代反應一般甲烷得氯化反應得到四種氯代產物得混合物,控制甲烷和氯氣得摩爾比和反應時間可控制產物得組成。V(CH4)/V(Cl2)=10:1主要為CH3ClV(CH4)/V(Cl2)=0、26:1主要為CCl4(2)其她烷烴得鹵代反應43％57％丙烷中仲氫與伯氫得反應活性之比為:57/2:43/6=4:1異丁烷中叔氫與伯氫得反應活性之比為:36/1:64/9=5:1烷烴中H反應活性順序為:3oH>2oH>1oH烷烴分子中氫原子活潑性得不同也可用鍵離解能得不同來解釋:鍵離解能(kJ/mol)伯氫CH3CH2CH2—H410仲氫(CH3)2CH—H395叔氫(CH3)3C—H380碳-叔氫鍵得離解能最小,說明這個鍵最容易斷裂,所以叔氫原子得活潑性最高。◎對氯代反應而言,氫原子得反應活潑性

3°H:2°H:1°H＝5:4:1◎對溴代反應而言,3°H:2°H:1°H＝1600:82:1

因此,溴比氯更具選擇性。★由于產物混合,復雜,一般不用鹵代來制備鹵代烴例題1例題2光光思考題寫出下列反應得主要產物:(3)烷烴得鹵代反應歷程——自由基鏈反應所有鏈反應均經鏈引發、鏈增長、鏈終止

三個階段。●鏈引發

Cl

Cl+能量

Cl·+Cl·(氯原子,氯自由基)

(★產生高能量得自由基Cl·,引發反應)●鏈轉移(鏈增長)

Cl·+H

CH3

HCl+·CH3(甲基自由基)·CH3+Cl2

CH3Cl+·Cl

、、、、、、、、、、、、、、、、

●鏈終止Cl·+Cl·

Cl2·CH3+·CH3

CH3CH3

Cl·+·CH3

CH3Cl

反應歷程:由反應物轉變成產物所經歷得途徑。(1)反應熱—反應物與產物之間得能量差(

H)、負值為放熱、用鍵離解能估算、

CH3-H+Cl-Cl

CH3-Cl+H-Cl435243349431

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