第02章烷烃.ppt

《第02章烷烃.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第02章烷烃.ppt（46页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、1,第二章 烷 烃(Alkanes),内容要点,1.烷烃的构造和同分异构现象,2.烷烃的命名,3.烷烃的物理性质,4.烷烃的化学性质,2,重点：烷烃系统命名法（包括英文命名及基的命名） 卤代反应的历程（自由基的稳定性） 难点：烷烃的构象,3,2.1 烷烃的同系列及同分异构现象,分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物叫做碳氢化合物，简称烃。,4,脂肪烃分子中的所有碳原子都以单键彼此连接，其余的价键完全为氢原子饱和的称为烷烃（alkane） ，也叫饱和烃 。,烷烃分子中的C原子以sp3杂化，所以烷烃中只存在两种键：,(C 2sp3 C2sp3)和(C 2sp3 H1s)键,烷烃的分子式都符合通式C

2、nH(2n+2),直链烷烃：烷烃分子中碳架没有支链 支链烷烃：烷烃分子中碳架有支链,CH3CH2CH2CH3 丁烷,5,2.1.1 烷基,烷烃分子从形式上消除一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。,6,2.1.2 烷烃的同系列,同系列(Homologous Series)：分子间结构相似，具有通式，组成上彼此只相差一个CH2或其整数倍的一系列化合物称之为同系列。,同系物(Homolog)：同系列中的各个化合物彼此互称为同系物。,烷烃的同系列： CH4 甲烷 CH3CH3 乙烷 CH3CH2CH3 丙烷 CH3CH2CH2CH3 丁烷,烷烃的通式: CnH(2n+2),7,2.1.3 同分异构现象,

3、构造( Constitution )：分子中原子相互连接的方式和次序。,同分异构体( Isomers )：分子式相同但构造不同的化合物。,同分异构体可以分为两大类：,8,2.1.4 烷烃构造式的书写方法,9,2.1.5 烷烃同分异构体书写方法,a、所有原子排成最长链； b、减少一个碳原子作为甲基； c、减少两个碳原子作为两个甲基或乙基； d、依次减少碳原子作为取代基，最后排除重复。,例如，己烷：,10,2.1.6 烷烃的构象 (conformation),由于单键的旋转产生的分子在空间的不同排列方式叫做构象。 构型相对稳定，构象瞬息万变。,例1：乙烷的构象（CH3-CH3） 1.计算机显示的球

4、棒模型：,11,2. 透视式（锯架式和楔形式）：,锯架式是与键轴成450角看到的情形。,楔形式是与键轴成900角看到的情形。,12,3. 纽曼投影式：,画一个圆圈表示离眼睛较远的碳原子，圆圈上三等份圆周的短线表示这个碳原子上的三根键； 圆心表示离光源较近的碳原子，由圆心到圆周三等份的延长线表示这个碳上的三根键。,13,如以能量为纵坐标，CC键的旋转角度为横坐标，随着乙烷碳碳单键旋转角度的改变而作图，它的能量变化应如下图所示。,从一个交叉式构象通过碳碳单键旋转到另一个交叉式构象，中间必须经过能量比交叉式高 12.6 kJmol 的重叠式构象,能量最低的构象最稳定，最稳定的构象称为优势构象。,14

5、,例2：丁烷的构象,纽曼投影式来表示： 把丁烷看作是乙烷分子中每个碳上的一个氢原子被甲基取代而得， 然后从 C(2)C(3)键轴的延长线上观察，并画出C(2)C(3)键轴旋转所形成的几种最典型构象的纽曼投影式，如下图示。,15,丁烷构象的能量变化见下图：,丁烷C(2)C(3)键旋转引起的各构象的能量变化,16,2.2 烷烃的命名,2.2.1普通命名法：,1. 碳原子数加“烷”字构成直链烷烃名称。 天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸； 十以上用中文序号表示。如：甲烷，十二烷等。,2. 用正、异、新等词区分碳架异构体： 1) 正(n-)：直链烃：CH3CH2CH2CH2CH3，（正）戊烷

6、 2) 异(iso-)：从链端起第二个碳原子上带一个甲基，如：,3) 新(neo-)：从链端起第二个碳原子上带两个甲基，如：,17,根据碳原子所连的其他碳原子的个数多少，将碳原子分为四类：,伯碳原子（一级碳原子，1）： 与其他一个碳原子相连； 仲碳原子（二级碳原子，2）： 与其他两个碳原子相连； 叔碳原子（三级碳原子，3）： 与其他三个碳原子相连； 季碳原子（四级碳原子，4）： 与其他四个碳原子相连。 相应地，氢原子分为伯、仲、叔氢原子。,相应地，可得到伯、仲、叔碳正离子(carbenium ion):,18,2.2.2 系统命名法,1892年日内瓦国际化学会议，制定了系统的有机化合物的命名法

7、，叫做日内瓦命名法。 后由国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）作了几次修订，简称为IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)命名法。,我国参考这个命名法的原则结合汉字的特点制定了我国的系统命名法（1960）。1980年进行增补和修订，公布了有机化学命名原则。,在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名法是基本相同的，仅不写上“正“字。,19,支链烷烃的命名法的步骤：,1.主链（母体）选择。 （1）选一个含碳原子数最多的碳链作为主链。,（2）链等长，多取代为主,2.主链编号。 支链作取代基，从最接近取代基的一端开始编号。用

8、1，2，3，对主链编号，使取代基的编号依次最小。,20,3.书写排序。,注意：数字和名称间用“”连接，中间无间隔。,21,4. 支链上的取代基还需编号时，从连接碳开始编号。例如：,22,6. 英文命名按字母表先后顺序排取代基。但n, sec, tert, di, tri, tetra等代表取代基个数的词头不参加字母顺序排列（iso, neo 参加字母顺序排列）。,5. 如果有几个相同的取代基，把它们合并起来，取代基的数目用二、三、四等表示，写在取代基的前面，其位次必须逐个注明，位次的数字之间要用“，“隔开。,中文给小取代基较小编号；英文给字母在前面的取代基较小编号。,23,各取代基的中心原子按

9、原子序数由大到小排列，大者为优先基团；同位素则质量大的为优先基团；孤对电子排在最后。 例如：Cl O C D H :（孤对电子）,若两个取代基中心原子相同，则比较与其直接相连的几个原子，原子序号大者优先；若还是相同，则依次类比其它原子。 例如：CH2Cl CHF2 CH2F,4.中文命名的次序规则（sequene rule ） ：优先基团靠后,次序规则 ： 为表达有机化合物分子结构的某些立体化学关系而确定的有关取代基的排列次序。,次序规则主要内容：,24,含有双链和叁键的基团则相当于连有二或三个组成双或叁键的原子。,例如： CCH C(CH3)3 CH=CH2 CH(CH3)2 CH2CH2C

10、H3 CH2CH3 CH3,25,实例：,1 3 5 7 9 11,26,练习：,27,2.3 烷烃的物理性质（P27）,在室温（25）和 0.1 MPa下， C1C4的直链烷烃是气体； C5C17的直链烷烃是液体；C18以上的直链烷烃是固体。,沸点,直链烷烃的沸点图,28,相对密度 烷烃的相对密度也随着相对分子质量的增加而有所增加，最后接近于0.8左右。 相对密度的增加是由于作用力随着相对分子质量的增加而增大，因而使分子间的距离相对地减小的缘故。,熔点,直链烷烃的熔点与分子中所含碳原子数目的关系,29,2.4 烷烃的化学性质,烷烃不活泼。在室温下与强酸、强碱、强氧化剂等都不起作用，但高温、高

11、压、光照或催化剂的影响下，也能发生一些化学反应。,1 烷烃的氧化反应 （1）在空气中燃烧：,（2）在催化剂下可以使烷烃部分氧化，生成 醇、醛、酸等,30,2 烷烃的异构化反应,由一个化合物转变为其异构体的反应叫做异构化反应。 例如：,炼油工业上往往利用烷烃的异构化反应，使石油馏分中的直链烷烃异构化为支链烷烃以提高汽油的质量。,31,高温下使烷烃分子发生裂解的过程称为裂化。 反应条件不同时产物也不相同。例如：,3 烷烃的裂化反应,通常在 5 MPa 及 500600温度下进行的裂化反应称为热裂化反应 在催化剂存在下的裂化叫做催化裂化。,32,4 烷烃的取代反应,烷烃分子中的氢原子被其他原子或原子

12、团所取代的反应叫做取代反应。 被卤素取代的反应叫做卤代反应，也称为卤化反应。 （1）氯代反应：,甲烷的氯代反应较难停留在一氯代甲烷阶段,33,（2）烷烃与其他卤素的取代反应,光、热、催化剂条件下，烷烃能与溴进行溴代反应，但反应比较缓慢。 溴与烷烃反应其反应活性比氯小，但溴更具有选择性； 溴总是尽量取代烷烃分子中的叔氢原子或仲氢原子。例如：,烷烃与氟反应剧烈，与碘作用不能得到碘代烷。,34,a 氯代,（3）伯、仲、叔氢原子的反应活性,仲氢和伯氢的相对活性为： 仲氢/伯氢=（57/2）/（43/6）= 4：1。,仲氢和伯氢个数比：3：1,35,叔氢与伯氢的相对活性：叔氢/伯氢=（36.1/1）/（

13、64/9）=（5.1/1） 实践结果表明：叔、仲、伯氢在室温时的相对活性位5：4：1。,烷烃中氢原子的反应活泼性次序是：叔氢仲氢伯氢。 烷烃的氯代在室温下有选择性。（选择性就是产物有多有少）据此，可以预测某一烷烃在室温一氯代产物中异构体的得率。,36,溴代反应也遵循反应活性：叔氢仲氢伯氢，相对活性为1600：82：1。 溴的选择性比氯强：因为氯原子较活泼，又有能力夺取烷烃中的各种氢原子而成为HCl 。溴原子不活泼，绝大部分只能夺取较活泼的氢。,b 溴代,37,反应机理是化学反应所经历的途径或过程，亦称反应历程。,2.5 卤代反应历程 ( Reaction Mechanism ),1 甲烷的氯代

14、反应历程（自由基链反应 ）,第一步 引发：氯分子均裂为两个氯原子。,第二步 链增长：氢原子从甲烷中分离出来，并与氯原子结合。,38,甲基自由基与氯分子反应：,第三步链终止：,甲基自由基与氯原子结合：,两个甲基自由基的结合：,两个氯原子的结合：,39,和甲烷卤代反应历程一样，一般烷烃的卤代反应都是自由基取代反应。可以用下面的式子表示。,2 一般烷烃的卤代反应历程,40,3 自由基的结构和稳定性,自由基的结构：,41,碳的自由基有两种结构：,中心碳原子以sp2杂化形成平面构型：,简单烷基自由基的构型接近于平面 烯丙基自由基、苄基自由基及环己基自由基为平面构型,以sp3杂化形成棱锥形构型 ：,桥头碳

15、自由基及三氯甲基自由基则为棱锥构型,42,烷烃的C-H键的离解性比较：,自由基稳定性次序： (CH3)3C(CH3)2CH CH3CH2 CH3,自由基的稳定性：,卤代反应被取代位置的氢原子被卤代次序：,3 H 2 H 1 H,离解能愈小，C-H键易断裂，游离基易生成。氢原子越易被夺去，活泼性越强，生成的游离基越稳定。,43,过渡态：化学反应必须经过一种反应物与产物结构之间的中间状态。,4 过渡态理论,能线图：过渡态（T.S.)，活化能(Ea)，反应热（H） 中间体， 决速步骤,44,CH4 + Cl,CH3Cl + Cl,CH3HCl,CH3ClCl,CH3 HCl Cl2,自由基与甲烷反应的能线图,45,作业： P39:1、2、4、5； P40: 7、89、14。,2.6烷烃的天然来源(自学),46,