有机化学-ppt课件.ppt
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1、烷烷 烃烃一一 烃的定义烃的定义 分子中只含有分子中只含有C、H两种元素的有机化合物叫两种元素的有机化合物叫 碳氢化合物碳氢化合物,简称烃简称烃.二二 烃的分类烃的分类:根据烃分子中碳原子连接方式1) 脂肪烃:饱和烃和不饱和烃2) 脂环烃:分子中碳原子联结成闭合碳环3) 芳香烃: 含芳香环的一大类烃化合物,如苯环 (1)烷烃烷烃碳原子的四个共价键,除以单键与其他碳原子碳原子的四个共价键,除以单键与其他碳原子相互结合成碳链外,其余的价键也都和氢原子相结合,即相互结合成碳链外,其余的价键也都和氢原子相结合,即完全为氢原子所饱和。又叫完全为氢原子所饱和。又叫饱和烃饱和烃,石蜡是烷烃的混合石蜡是烷烃的
2、混合物物例如例如:甲烷甲烷,乙烷乙烷,丙烷丙烷,丁烷丁烷(正丁烷正丁烷,异丁烷异丁烷),戊烷戊烷 (正戊烷正戊烷,异戊烷异戊烷,新戊烷新戊烷).2.1 烷烃的通式烷烃的通式,同系列和同分异构同系列和同分异构丙烷丙烷 C3H8丁烷丁烷 C4H10戊烷戊烷 C5H12CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3CH4CH3CH3甲烷甲烷 CH4乙烷乙烷 C2H6名称名称 分子式分子式 结构式结构式 结构简式结构简式为了方便,只要写出锯齿形骨架为了方便,只要写出锯齿形骨架,用锯齿形线的用锯齿形线的角角及其及其端端点点代表碳原子代表碳原子.不写出每个碳上所连的氢原子不写出每个碳上
3、所连的氢原子.但其它原子但其它原子必须写出必须写出.注意注意:键线式键线式书写烷烃的分子结构书写烷烃的分子结构: (2)烷烃的通式烷烃的通式直链烷烃分子中,一个或几个直链烷烃分子中,一个或几个-CH2-基团(亚甲基)连成碳链,碳链的两端再连基团(亚甲基)连成碳链,碳链的两端再连有两个氢原子,因此直链烷烃的通式可写为有两个氢原子,因此直链烷烃的通式可写为: H-(-CH2-)n-H 或:或: CnH2n+2 同分异构体同分异构体由于分子式相同由于分子式相同,但它们的构但它们的构造不同造不同(分子中各原子相连的方式和次序不同分子中各原子相连的方式和次序不同). 又叫构造异构体。又叫构造异构体。戊烷
4、可看成是正丁烷和异丁烷上的一个戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个 H被甲基被甲基-CH3 取代的产物取代的产物: (正戊烷正戊烷,异戊烷异戊烷,新戊烷新戊烷).烷烃分子中,随着碳原子数的增加烷烃分子中,随着碳原子数的增加,烷烃的构造异烷烃的构造异构体的数目也越多构体的数目也越多.写出写出C10H22的同分异构体?的同分异构体? 烷烃的通式烷烃的通式 CnH2n+2, 直链烃的通式可写为直链烃的通式可写为: H-(-CH2-)n-H同系物同系物在组成上相差一个或多个在组成上相差一个或多个 CH2,且结构和性质且结构和性质(官官能团种类和个数相同能团种类和个数相同)相似的一系列化合物称为同系相似的
5、一系列化合物称为同系列列.同系列中的各化合物互称同系物同系列中的各化合物互称同系物.系差系差同系列相邻的两同系列相邻的两个分子式的差值个分子式的差值 CH2 称为系差称为系差.(3)同系物同系物在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子(或一级碳原子,用在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子(或一级碳原子,用1表示)表示) 与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子(或二级碳原子,用与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子(或二级碳原子,用2表示)表示) 与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子(或三级碳原子,用与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子(或三级碳原子,用3表示)表示) 与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子(
6、或四级碳原子,用与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子(或四级碳原子,用4表示)表示)(4)烷烃中碳原子的分类烷烃中碳原子的分类:与伯与伯,仲仲,叔碳原子相连的叔碳原子相连的H原子原子,分别称为分别称为 伯伯,仲仲,叔叔H原子原子如:如:CH3 C CH2 CH CH3CH3CH31234CH31 有机化合物的命名的基本要求是必须能够反映出分子结有机化合物的命名的基本要求是必须能够反映出分子结构,使我们看到一个不很复杂的名称就能写出它的结构式构,使我们看到一个不很复杂的名称就能写出它的结构式,或是看到构造式就能叫出它的名称来。烷烃的命名法是,或是看到构造式就能叫出它的名称来。烷烃的命名法是有机化合物
7、命名的基础,应很好的掌握它。有机化合物命名的基础,应很好的掌握它。2.2 烷烃的命名烷烃的命名常用的命名法常用的命名法 习惯命名法习惯命名法系统命名法系统命名法(1)含有)含有10个或个或10个以下碳原子的直链烷烃,用天干顺序个以下碳原子的直链烷烃,用天干顺序“甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸”10个字分别表个字分别表示碳原子的数目,后面加烷字。示碳原子的数目,后面加烷字。例如:例如: CH3CH2CH2CH3 命名为正丁烷。命名为正丁烷。(2)含有)含有10个以上碳原子的直链烷烃,用小写中文数字表示个以上碳原子的直链烷烃,用小写中文数字表示碳原子的
8、数目。碳原子的数目。如如CH3(CH2)10CH3命名为正十二烷。命名为正十二烷。一一. 习惯命名法习惯命名法 (3)对于含有支链的烷烃,则必须在某烷前面加上一)对于含有支链的烷烃,则必须在某烷前面加上一个汉字来区别。在链端第个汉字来区别。在链端第2位碳原子上连有位碳原子上连有1个甲基时,个甲基时,称为异某烷,在链端第二位碳原子上连有称为异某烷,在链端第二位碳原子上连有2个甲基时,个甲基时,称为新某烷。称为新某烷。 CH3 CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3-C-CH3 CH3 正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷 烷基:烷烃分子去掉一个氢原子后余下的部
9、分。其通式为CnH2n+1-,常用R-表示。 常见的烷基有: 甲基 CH3 乙基 CH3CH2 正丙基 CH3CH2CH2 异丙基 (CH3)2CH 正丁基 CH3CH2CH2CH2 异丁基 (CH3)2CHCH2 仲丁基 叔丁基 (CH3)3C CH3CH2CHCH3三三. 系统命名法系统命名法(IUPAC) (1) 直链烷烃按碳原子数命名直链烷烃按碳原子数命名 10以内以内:依次用天干:依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬甲乙丙丁戊己庚辛壬癸癸. 10以上以上:用中文数字:用中文数字:十一十一.烷烷. (1)选择分子中最长的碳链作为主链,按这个链所含的)选择分子中最长的碳链作为主链,按这个链所含
10、的碳原子数称为某烷,并以此作为母体。碳原子数称为某烷,并以此作为母体。选择主链选择主链(2)带有支链的烷烃带有支链的烷烃CH3-CH2 CH CH CH2-CH3CH2CH3CHCH3CH3选择错误选择正确CH3-CH2-CH CH CH CH-CH3CH3CH2CH2CH3CH3CH3选择正确选择错误(2) 分子中有两条以上等长碳链时,则选择支链多的分子中有两条以上等长碳链时,则选择支链多的一条为主链。一条为主链。(1) 从最接近取代基的一端开始,将主链碳原从最接近取代基的一端开始,将主链碳原子用子用1、2、3编号编号 C C C CCC C C2346781CCC876543215CC C
11、C CCCC234615162编号正确编号错误编号正确编号错误碳原子的编号碳原子的编号(2) 若第一个支链的位置相同,则依次比较第二若第一个支链的位置相同,则依次比较第二、第三个支链的位置,以取代基的系列编号最小(、第三个支链的位置,以取代基的系列编号最小(最低系列原则)为原则。最低系列原则)为原则。 A 将支链(取代基)写在主链名称的前面B 取代基按“次序规则”小的基团优先列出 烷基的大小次序:甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基异丁基Cl2 Br2 I2CH4 + F2CH3F + HF=kJmol-1H= kJmol-1H= kJmol-1H= kJmol-1HCH4 + Cl2CH3Cl +
12、 HClCH4 + Br2CH3Br + HBrCH4 + I2CH3I + HI强烈放热,引起爆炸其他烷烃氟化时,还发生键断裂反应进行较快反应能缓和进行在室温下无明显反应在紫外光漫射或高温下,甲烷易与氯、溴发生反应。在紫外光漫射或高温下,甲烷易与氯、溴发生反应。CH4Cl2CH3HClCl漫射光甲烷的卤代反应较难停留在一元阶段,氯甲烷还会继续甲烷的卤代反应较难停留在一元阶段,氯甲烷还会继续发生氯化反应,生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。发生氯化反应,生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。若控制一定的反应条件和原料的用量比,可得其中一种若控制一定的反应条件和原料的用量比,可得其中一种氯代烷为主要的
13、产物。氯代烷为主要的产物。比如比如 甲烷甲烷 :氯气:氯气 = 10 :1 (400450时)时)CH3Cl占占98% = 1 :4 (400时)主要为时)主要为CCl42其他烷烃的氯代反应其他烷烃的氯代反应1) 反应条件与甲烷的氯代相同(光照),但产物更为复反应条件与甲烷的氯代相同(光照),但产物更为复杂,因氯可取代不同碳原子上的氢,得到各种一氯代或多杂,因氯可取代不同碳原子上的氢,得到各种一氯代或多氯代产物。例如:氯代产物。例如:CH3CH2CH3Cl2 ,光CH3CH2CH2CH3CHCH3二氯代物三氯代物ClClCH3CHCH2CH3CH2-CHCH2CH3CH3CH3-C-CH2CH
14、3CH3ClCH3CH CHCH3CH3ClClCH3CHCH2CH2CH3Cl33.5%22%28%16.5%Cl2光CH32) 伯、仲、叔氢的相对反应活性伯、仲、叔氢的相对反应活性CH3-CH2-CH3Cl2CH3-CH2-CH2CH3-CH-CH3ClCl43%57%25光,分子中,有六个等价伯氢,两个等价仲氢,若氢的活分子中,有六个等价伯氢,两个等价仲氢,若氢的活性一样,则两种一氯代烃的产率,理论上为性一样,则两种一氯代烃的产率,理论上为 6 :2 = 3 :1但实际上为但实际上为 43 :57 = 1 :1.33这说明在室温氯代时这说明在室温氯代时,各类氢的反应活性是不一样的,各类氢
15、的反应活性是不一样的, 氢的相对活性氢的相对活性 = 产物的数量产物的数量被取代的等价氢的个数被取代的等价氢的个数。这样可知。这样可知: 伯氢的相对活性仲氢的相对活性=57 / 243 / 641即仲氢与伯氢的相对活性为即仲氢与伯氢的相对活性为4 :1。异丁烷一氯代物 CH3-CH-CH3CH3Cl2CH3CCH3CH3ClCH3CHCH3CH2Cl光25叔丁基氯异丁基氯36%64%同理可求得叔氢的相对反应活性:同理可求得叔氢的相对反应活性: 叔氢的相对活性伯氢的相对活性=36 / 164 / 9=5.11即叔氢的反应活性为伯氢的即叔氢的反应活性为伯氢的5倍。倍。烷烃的卤代反应历程烷烃的卤代反
16、应历程反应历程反应历程 化学反应所经历的途径或过程,又称为反应机理。化学反应所经历的途径或过程,又称为反应机理。 反应历程是根据大量的实验事实作出来的理论推导,实反应历程是根据大量的实验事实作出来的理论推导,实验事实越丰富,可靠的程度就越大。到目前为止,有些已被验事实越丰富,可靠的程度就越大。到目前为止,有些已被公认确定下来,有些尚欠成熟,有待于理论化学工作者的进公认确定下来,有些尚欠成熟,有待于理论化学工作者的进一步努力。一步努力。horCH4ClCH3HClCl2CH3-ClClCH3-ClClCH2-ClHClCH2-ClCl2CH2-Cl2Cl.链引发链增长阶段ClClCl2ClCH3
17、-ClCH3-CH3链终止阶段 CH3CH3CH3CH3Cl Cl2 Cl2.7 甲烷氯代反应历程甲烷氯代反应历程从上可以看出,一旦有自由基生成,反应就能连续的进行下去从上可以看出,一旦有自由基生成,反应就能连续的进行下去,这样周而复始,反复不断的进行反应,故又称为链锁反应(,这样周而复始,反复不断的进行反应,故又称为链锁反应(free radical chain reaction)。)。凡是自由基反应,都是经过链的引发、链的传递、链的终止三凡是自由基反应,都是经过链的引发、链的传递、链的终止三个阶段来完成的。个阶段来完成的。 2.6.1 氧化反应氧化反应1、燃烧、燃烧燃烧反应的机制非常复杂,
18、但也是自由基反应。燃烧反应的机制非常复杂,但也是自由基反应。 1、完全燃烧 用途:可用燃烧来测定它们的C、H含量。 很好的燃料。 2、不完全燃烧、不完全燃烧烷烃的不完全燃烧会产生有毒的烷烃的不完全燃烧会产生有毒的CO和黑烟和黑烟C,是汽车尾气,是汽车尾气所造成的空气污染之一。所造成的空气污染之一。用途:用途:炭黑是黑色的颜料。炭黑是黑色的颜料。 可作为橡胶的填料,具有补强作用可作为橡胶的填料,具有补强作用 3、 部分氧化 在控制条件时,烷烃可以部分氧化,生成烃的含氧衍生物。例如石蜡(含2040个碳原子的高级烷烃的混合物)在特定条件下氧化得到高级脂肪酸。 RCH2CH2R + O2 RCOOH
19、+ RCOOHCH4+ O2H2O+V2O5400500HCHOMnO2 有机氧化的概念:无机中的氧化的概念以电子的得失,氧化数的变化来判断是否是氧化还原反应。有机中的氧化的概念同无机中的氧化的概念有所不同,在有机中,加氧去氢为氧化,加氢去氧为还原。 裂化:烷烃在隔绝空气的条件下加强热,分子中的碳碳键或碳氢键发生断裂,生成较小的分子,这种反应叫做热裂化。如: 产生的游离基:CH3CHCH2HHPyrolysisCH3+ CHCH3. 1) 可相互结合生产烷烃: 2) 转移1个H给另1个游离基,产生1个烷烃和1个烯烃: 3) 石油化工的催化重整CH3.CH3.+CH3CH3CH3+ CHCH2.
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