第二章烷烃新课件.ppt

1、u同系列和同分异构体；同系列和同分异构体；u烷烃的命名烷烃的命名(普通命名法及普通命名法及IUPAC命名法命名法)；u烷烃的结构；烷烃的结构；u构象和构象异构体，构象式的表示法；构象和构象异构体，构象式的表示法；u烷烃的物理及化学性质；烷烃的物理及化学性质；2.1.1 烃烃(hydrocarbon)的定义：的定义： 由碳和氢两种元素形成的有机物叫由碳和氢两种元素形成的有机物叫做烃，也叫碳氢化合物做烃，也叫碳氢化合物.2.1 烃简介烃简介2.1.2 烃的分类：烃的分类：依据碳架分：依据碳架分：烃烃(碳氢化合物碳氢化合物)开链烃开链烃环环 烃烃直链烃直链烃支链烃支链烃脂环烃脂环烃杂环烃杂环烃H3C

2、CH2CH2H3CCHCH2H3CH2CH2CCH2CH2CH2H2CH2CH2CCH2OH2CHCHCCHCHCHHCCH3CH3直链烃支链烃饱和脂环烃HCH2CCH2CH2CH2HC不饱和脂环烃芳香烃HCHCCH2OH2C饱和杂环烃不饱和杂环烃依据碳原子的结合方式可分为：依据碳原子的结合方式可分为：饱和烃饱和烃(烷烃烷烃)(saturated hydrocarbon): 烷烃结构中碳原子以单键和其它原子烷烃结构中碳原子以单键和其它原子(C or H)相连相连;不饱和烃不饱和烃(unsaturated hydrocarbron): 不饱和烃中存在以多重键相连的碳原不饱和烃中存在以多重键相连的

3、碳原子子; HCHCHHHHHCHCCHHHHCHCCHHH饱饱和和烃烃不不饱饱和和烃烃- - -双双键键不不饱饱和和烃烃- - -叁叁键键2.2.1 烷烃的通式烷烃的通式及相关概念及相关概念HCHHH甲烷(CH4)HCHCH乙烷(C2H6)HHHHCHCH丙烷(C3H8)CHHHHH烷烃的通式 CnH(2n+2)C1H(1*2+2)C2H(2*2+2)C3H(3*2+2)CCHHHHHHC(n-1)H(n-1)*2+2CCHHHHHCnH(n-1)*2+2+2 = CnH(2n+2)HHHH同系列同系列：结构相似、组成上相差一个：结构相似、组成上相差一个或多个或多个CH2的一系列化合物称为同

4、系列的一系列化合物称为同系列 ；同系物同系物同系列中的各化合同系列中的各化合物互称为同系物；同系物的性质相似；物互称为同系物；同系物的性质相似；系系(列列)差差：同系列中，两个不同分子：同系列中，两个不同分子的相差的的相差的CH2单元的数目称为系差；单元的数目称为系差； 2.2.2 同分异构现象和同分异构体同分异构现象和同分异构体同分异构体同分异构体(constitutional isomer or structural isomers)：具有相同的分子式，：具有相同的分子式，但原子的连接顺序不同的分子但原子的连接顺序不同的分子.CH4C2H6C3H8C1C3烷烃无异构现象烷烃无异构现象C4H

5、10C5H12C6H14C20H42366,319235C4 以上烷烃出现同分异构现象以上烷烃出现同分异构现象2.2.3 有机化学中的异构现象有机化学中的异构现象同分异构体价键异构体电子互变异构体立体异构体构造异构体互变异构体官能团异构体碳架异构体位置异构体构型异构体构象异构体顺反异构体旋光异构体重叠式交叉式例：烷烃同分异构体的推导例：烷烃同分异构体的推导: C C6 6H H14141. 写出这个烷烃的碳数最长的直链式写出这个烷烃的碳数最长的直链式, 作作为其一个异构体为其一个异构体 :CCCCCCCH3CH2CH2CH2CH2CH32. 写出少一个碳原子的直链式做主链，写出少一个碳原子的直

6、链式做主链，把一个碳当作支链，依次取代支链碳上把一个碳当作支链，依次取代支链碳上的氢：的氢：CCCCCCH3C CH CH2CH2CH3CH3H3C CH2CH CH2CH3H3C3、再写出少两个碳原子的直链式，把、再写出少两个碳原子的直链式，把两个原子当作两个支链或一个支链分别两个原子当作两个支链或一个支链分别取代氢原子取代氢原子;CCCCCCH3C C CH2CH3CH3CH3H3C CH CH CH3CH3H3C3. 继续减少主链的碳原子数导致的结构继续减少主链的碳原子数导致的结构与前述异构体相同与前述异构体相同, 忽略忽略;CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC伯碳，伯碳，一级碳一

7、级碳primary carbon仲碳仲碳secondary carbontertiary carbon叔碳，叔碳，三级碳三级碳季碳，季碳，四级碳四级碳quaternary carbonH3CCH2CH2CH3H3CCHCH3CH3H3CCCH3CH3CH32.2.4 碳原子的四种类型碳原子的四种类型例：分析下列化合物所含碳原子种类例：分析下列化合物所含碳原子种类H3CCH2CH2CH2CH3H3CCHCH2CH3CH3CHCH2CCH3CH3CH3H3CCH3碳原子种类的扩展碳原子种类的扩展H3CCH2CH2H3CCCH3CH3H3CCHCH31 自由基自由基（伯自由基）（伯自由基）2 自由基

8、自由基（仲自由基）（仲自由基）3 自由基自由基（叔自由基）（叔自由基）1 碳负离子碳负离子3 碳正离子碳正离子H3CCH2CH2CH2H3CCCH3CH32.3.1 普通命名法普通命名法：十个碳以下的用甲、乙、丙、丁、戊、十个碳以下的用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸加后缀己、庚、辛、壬、癸加后缀“烷烷”;十个碳以上的用数字加十个碳以上的用数字加“烷烷”. 中文名中文名英文名英文名碳原子碳原子数目数目 + 烷烷； 英文命名用词尾英文命名用词尾- ane表示烷烃表示烷烃C1C2C3CH4CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3CH3(CH2)3CH3CH

9、3CHCH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH3中文名中文名英文名英文名C4C5CH3(CH2)4CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3C6中文名中文名英文名英文名如何命名如何命名？如何命名？如何命名？CH3(CH2)5CH3CH3(CH2)6CH3CH3(CH2)7CH3CH3(CH2)8CH3CH3(CH2)9CH3CH3(CH2)10CH3CH3(CH2)11CH3CH3(CH2)18CH3C7C8C9C10C11C12C13C20中文名中文名英文名英文名CH3CHCH3CH3IUPAC

10、命名法：命名法：2- -甲基甲基丙烷丙烷CH3CH2CHCH2CH3CH3IUPAC命名: 3 3- -甲基戊烷CH3CHCHCH3CH3CH3IUPAC命名: 2 2, ,3 3- -二二甲基丁烷烷基：烷烃分子中去掉一个氢原子后烷基：烷烃分子中去掉一个氢原子后余下的部分余下的部分.RHR一些常见的烷基一些常见的烷基R（烷烷基基）CH3CH3CH2CH3CH2CH2中中文文名名英英文文名名甲甲基基乙乙基基（正正）丙丙基基methylethyln-propylCH3CHCH3异异丙丙基基缩缩写写MeEtn-Prisopropyli-PrCH3CH2CH2CH2CH3CHCH2CH3（正正）丁丁基

11、基异异丁丁基基n-butylisobutylCH3CCH3CH3叔叔丁丁基基tert-butyln-Bui-But-Bu(tertiary)CH3CH2CH仲仲丁丁基基sec-butyls-BuCH3(secodary)R（烷烷基基）中中文文名名英英文文名名缩缩写写CH3(CH2)3CH2CH3CHCH2CH2CH3（正正）戊戊基基异异戊戊基基n-pentyln-amylisopentylCH3CH2CCH3CH3叔叔戊戊基基tert-pentylCH3CCH2CH3CH3新新戊戊基基neopentylR（烷烷基基）中中文文名名英英文文名名缩缩写写2.3.2 IUPAC命名法命名法(系统命名法

12、系统命名法)基本方法：基本方法：1、选定一条最长碳链作为主链选定一条最长碳链作为主链，主链，主链碳原子上的其它基团作为主链上的碳原子上的其它基团作为主链上的取取代基代基，主链的命名与普通命名法相同；，主链的命名与普通命名法相同；2、给取代基编号，使其、给取代基编号，使其位号最小位号最小；3、在书写烷烃名称时，先写次序低的、在书写烷烃名称时，先写次序低的取代基，后写次序较高的取代基，数取代基，后写次序较高的取代基，数字及取代基之间用字及取代基之间用“-”线隔开线隔开. (英文名英文名按取代基第一字母顺序写按取代基第一字母顺序写).H3CCHCCH2CH3CH3CH3Cl2, 3-二甲基二甲基-3

13、-氯氯-戊烷戊烷例一例一. 主链的选择与编号：主链的选择与编号：选择最长碳链为主链，使取代基编号数字最小；选择最长碳链为主链，使取代基编号数字最小；CH3CH2CH2CHCH2CH3CH2CH2CH2CH2CH312345678123496784 4- -乙乙基基壬壬烷烷4- -ethylnonane596 6- -乙乙基基壬壬烷烷6- -ethylnonane正确命名错误命名相同取代基合并用大写数字表示相同取代基合并用大写数字表示.例二例二. 主链的选择与编号：主链的选择与编号：当主链上有几个支链时，遵循最低序当主链上有几个支链时，遵循最低序列列, 即编号中最先遇到位次较小者；即编号中最先遇

14、到位次较小者；CH3CHCH2CHCHCH3122,3,5-三甲基己己烷烷1正确命名错误命名CH3CH3234563456CH32,4,5-三甲基己己烷烷CHCHCH2CH3CH3CH123456CH3H3CH3C1234562,2,3,5-四甲基己己烷烷正确命名错误命名2,4,5,5-四甲基己己烷烷CH3CH3CH2CH2CHCHCH3122-甲基-3- -乙乙基基己己烷烷13- -异异丙丙基基己己烷烷正确命名错误命名CH2CH3CH3234563456例三例三. 取代基最多的链为主链，小基取代基最多的链为主链，小基团排在前面（英文以字母顺序排列）团排在前面（英文以字母顺序排列）例四例四.

15、主链上不同基团编号相同时，使主链上不同基团编号相同时，使小取代基编号最小；小取代基编号最小；CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3121正确命名错误命名2345634563-甲基-6-乙基己己烷烷CH2CH3CH378876-甲基-3-乙基己己烷烷u含支链的取代基的烃的命名含支链的取代基的烃的命名1234567823123456781这样选取主链及这样选取主链及编号是否合适？编号是否合适？取代基的次序规则：取代基的次序规则：次序规则来规定取代基的列出顺序，次序次序规则来规定取代基的列出顺序，次序较大的取代基为较优基团，命名时尽量列较大的取代基为较优基团，命名时尽量列在较后：在较后：原子序

16、数大的次序大，同位素中质量高原子序数大的次序大，同位素中质量高的次序大的次序大. 如：如： IBrClSOCDH；如果与母体相连的第一个原子相同，如果与母体相连的第一个原子相同，则比较与第一个原子相连的第二个原则比较与第一个原子相连的第二个原子，以此类推；子，以此类推；CH2ClCHF2CH2OCH3CH2OCH2OH较优基团含有双键或叁键的原子团，可以认为含有双键或叁键的原子团，可以认为连有两个或叁个相同的原子；连有两个或叁个相同的原子；CHCH2CCCHCHOCOOHCNCNNN2.3.1 烷烃结构的表示方法烷烃结构的表示方法HCHHHHCHHHHHHHC正四面体形平面结构式Fischer

17、投影式109.5。球棍模型比例模型斯陶特(Stuart)模型楔线式(伞形式)CH3CH2CH3C3H8分子式结构简式H3CCH2CH32.3.2 碳原子的碳原子的SP3杂化图示杂化图示SP3杂化2S22Px12Py12Pz02S12Px12Py12Pz14SP3hv杂化基态激发态轨道电子云形状轨道电子云形状sp3sp2.3.3 烷烃分子的成键烷烃分子的成键甲烷分子中原子轨道重叠：甲烷分子中原子轨道重叠：4个个C-H 键键 (SP3-S)；s-sp3HHHHCHCHHH乙烷分子中原子轨道重叠：乙烷分子中原子轨道重叠：6个个C-H 键键 (SP3-S)，1个个C-C 键键 (SP3- SP3 )；

18、乙烷骨架乙烷骨架SP3- SP3 键键CCCC键的电子云分布具有圆柱形的轴对键的电子云分布具有圆柱形的轴对称，以称，以键相连接的两个原子可以绕键键相连接的两个原子可以绕键轴自由旋转；轴自由旋转；2.4.1 构象概念构象概念构象构象(conformation)：由于：由于键能绕键键能绕键轴旋转而产生的分子中基团的相对位置轴旋转而产生的分子中基团的相对位置的不同形式的不同形式.每一特定的构象对应的分子立体构型每一特定的构象对应的分子立体构型叫一个叫一个构象异构体构象异构体.构象异构体有无限多，其中最稳定的构象异构体有无限多，其中最稳定的称为称为优势构象优势构象；2.4.2 描述立体结构的几种方式描

19、述立体结构的几种方式CHHCHHHH12HHHHHH1212HHHHHH1伞形式伞形式锯架式锯架式Newman投影式投影式锯架式又称透视式；锯架式又称透视式；投影式即投影式即纽曼投影式纽曼投影式，在碳键轴向观，在碳键轴向观察，用圆圈表示近处的碳原子，其上连察，用圆圈表示近处的碳原子，其上连接的三个基团用直线自圆心引出；接的三个基团用直线自圆心引出；12HHHHHH12.4.3 乙烷的构象乙烷的构象乙烷的两种乙烷的两种极限构象极限构象在构象转化时，尽管在构象转化时，尽管键能轴向旋转，但由键能轴向旋转，但由于邻近基团的位阻和排斥形成于邻近基团的位阻和排斥形成扭转力扭转力，构象，构象之间转化需要的能

20、量称之间转化需要的能量称扭转能扭转能；CHHCHHHH2.3 小于两个小于两个H 的的von der waals 半半径（径（1.2）之和，）之和，有排斥力有排斥力60oC1旋旋转转-250oC): 单个乙烷分子：绝大部分时间单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。在稳定构象式上。一群乙烷分子：某一时刻，绝一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。大多数分子在稳定的构象式上。CH3HHHCH3HC2旋转123460oCH3HHHHH3CCH3HHHHH3C60oCH3HHCH3HH60o60oCH3HHCH3HH2.4.4 丁烷的构象丁烷的构象较不稳定较不稳定邻位交叉式邻位交叉式

21、（gauche）较稳定较稳定交叉式（交叉式（anti）（反交叉式）（反交叉式）最稳定最稳定最不稳定最不稳定邻位交叉式邻位交叉式（gauche）H3CCH2CH2CH31234060120degrees of rotation36030024018014.63.822.614.63.8potential energy (KJ/mol)CH3HHHCH3HCH3HHHCH3HCH3HHHHH3CCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHHHH3CCH3HHHCH3HHCBrClIHCBrClI与与HHHHHHHHHHHH与与2.4.5 立体异构体概述立体异构体概述立体异构体立体异构体：由原

22、子或基团在空间的排：由原子或基团在空间的排列列(或连接或连接)方式不同所产生的异构体方式不同所产生的异构体(包括包括构型异构体和构象异构体构型异构体和构象异构体).2.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质物理常数物理常数：纯物质的物理性质：纯物质的物理性质(熔点、熔点、沸点、溶解度、折光率等沸点、溶解度、折光率等)在一定条件在一定条件下恒定不变下恒定不变.物理常数可用于鉴定物质纯度或定性物理常数可用于鉴定物质纯度或定性鉴定；鉴定；同系列中物质的物理常数随系差增加同系列中物质的物理常数随系差增加而单调递变而单调递变;烷烃的物理常数：烷烃的物理常数：随系差增加随系差增加, 熔、沸点升高：熔、沸点升高：

23、C1C4气体，气体，C5C17为液体，为液体，C18以上为固以上为固体；体；烷烃同分异构体的熔沸点随支链增多烷烃同分异构体的熔沸点随支链增多而降低；而降低；烷烃的密度随系差增加而增大烷烃的密度随系差增加而增大, 但都小但都小于于1；溶解性：不溶于水而溶于有机溶剂；溶解性：不溶于水而溶于有机溶剂；烷烃的结构烷烃的结构 CCH一般情况下烷烃不活泼、耐酸碱，常用一般情况下烷烃不活泼、耐酸碱，常用作低极性溶剂；作低极性溶剂；烷烃可与卤素发生烷烃可与卤素发生自由基取代反应自由基取代反应；sp3 杂杂化化已饱和已饱和不能加不能加成成低极性共价低极性共价键键H 酸性小酸性小不易被置换不易被置换2.6.1 烷

24、烃的卤代反应烷烃的卤代反应甲烷的卤代反应甲烷的卤代反应(氯代氯代和和溴代溴代)甲烷的氯代反应甲烷的氯代反应hv orCH3Cl+Cl2CH2Cl2CHCl3CCl4+HCl+CH4 CH4 （过过量量）Cl2+hv or CH3Cl+HClCH4Cl2（过过量量）+hv or+HClCCl4 +反应特点反应特点: 反应条件反应条件: 需要光照或加热；需要光照或加热；光照时吸收一个光子可产生几千个氯甲光照时吸收一个光子可产生几千个氯甲烷烷(反应有引发过程反应有引发过程)；有有O2存在时反应延迟，过后正常存在时反应延迟，过后正常. 延迟延迟时间与时间与O2量有关量有关.反应机理反应机理: 包括三步

25、过程；包括三步过程；链引发：链引发：ClCl ClCl+DH = 242.7 kJ/mol易易发发生生CH3HHCH3+不不易易发发生生DH = 439.3 kJ/mol链增长：链增长：CH3ClCl+CH3Cl+Cl有有效效碰碰撞撞( (产产生生CH3Cl和和Cl )ClCH3H+ClH+CH3有有效效碰碰撞撞（产产生生新新的的自自由由基基）甲基自由基甲基自由基链增长过程可不断地循环进行链增长过程可不断地循环进行;链增长过程是连串反应链增长过程是连串反应, 能引起副反应能引起副反应;ClCH3Cl+ClH +CH2ClCH2ClCl+ClCH2ClCHCl3CCl4链终止：自由基消失，反应终

26、止链终止：自由基消失，反应终止.ClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3甲烷的氯代反应机理的表达甲烷的氯代反应机理的表达ClCH3H+ClCl ClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反应应重重复复进进行行链链引引发发链链转转移移（链链传传递递, ,链链增增长长）链链终终止止chain initiationchain propagationchain terminationhv or 甲烷的氯代反应机理的定速步骤甲烷的氯代反应

27、机理的定速步骤+ + 7.5 kJ/mol吸热吸热112.9 kJ/mol放热放热ClCH3H+ClClClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反应应重重复复进进行行hv or 甲烷的氯代反应的势能图甲烷的氯代反应的势能图ClH +CH3反反应应进进程程ClCH4+ClCH3H ClCH3Cl CH3Cl + ClEa 1Ea 2 H 1 H 2 势势能能势能最高势能最高处的原子排列，处的原子排列，Ea：活化能活化能（ activation energ

28、y）；）； H: 反应热反应热氯代反应的选择性氯代反应的选择性氯代选择性氯代选择性（25oC）：3o H : 2o H : 1o H = 5.1 : 3.7 : 1只考虑氢原子的类型只考虑氢原子的类型, 忽略烷烃结构的影响忽略烷烃结构的影响CH3CH2CH3Cl2hv , 25oCCH3CH2CH2ClCH3CHCH3+Cl45%55%设伯、仲、叔碳氢原子的反应活性分别为 x, y, z6x / 2y = 45/55y/x = (55*6)/(45*2) = 3.7/1CH3CHCH3Cl2hv , 25oCCH3CHCH2ClCH3CCH3+Cl64%CH3CH3CH336%9x / z =

29、 64 / 36z / x = (36*9) / (64) = 5.1/1则有不同类型自由基的相对稳定性不同类型自由基的相对稳定性自由基的相对稳定性：自由基的相对稳定性：3o 2o 1o CH3CH3CH2CH3CH3CHCH3CH3CH2CH2410.0 kJ/mol397.5 kJ/mol+H+HCH3CHCH3CH3CCH3CH3CHCH2CH3CH3CH3389.1 kJ/mol410.0 kJ/mol+H+H键离解能（键离解能（DH）2.6.2 烷烃的氧化及燃烧烷烃的氧化及燃烧CnH(2n+2)+O2n CO2(n+1)H2O3n+12ignite+Heat烷烃的完全氧化：高温或完全

30、燃烧；烷烃的完全氧化：高温或完全燃烧；RCH2CH2RRCH2CH2R+O2O2RCH2OHRCH2OH+RCOOHRCOOH+醇酸烷烃在催化调件下可被氧气或氧化剂烷烃在催化调件下可被氧气或氧化剂氧化，由于副反应多而使产物复杂，反氧化，由于副反应多而使产物复杂，反应选择性难以控制；应选择性难以控制；有机化学中氧化还原反应的概念；有机化学中氧化还原反应的概念；加入氧或去掉氢称氧化；去掉氧和得加入氧或去掉氢称氧化；去掉氧和得到氢称为还原到氢称为还原.2.7 自然界中的烷烃自然界中的烷烃烃的主要来源是石油和天然气烃的主要来源是石油和天然气:天然气天然气的主要成份是的主要成份是甲烷甲烷，还含有少，还含有少量乙烷及丙烷量乙烷及丙烷; 甲烷也是甲烷也是沼气沼气的主要成的主要成份；份；石油含有数量众多的烷烃、环烷烃及石油含有数量众多的烷烃、环烷烃及芳香烃，一般加以分馏使用；芳香烃，一般加以分馏使用；馏份名称馏份名称分馏温度分馏温度主要成份主要成份应用应用气体气体20C1C4液化气液化气汽油汽油30 75C4C8可作车用可作车用石脑油石脑油75 190C6C12掺和用作车掺和用作车用汽油用汽油煤油煤油190 250C10C16家用及机器家用及机器燃料燃料柴柴(瓦斯瓦斯)油油250 350C15C20取暖燃料取暖燃料常压渣油常压渣油350C20以上以上发电厂大型发电厂大型加热用燃料加热用燃料习题