第二章烷烃有机化学课件.ppt

1、1第二章第二章 烷烃烷烃只含有碳碳（只含有碳碳（C-C）单键和碳氢（）单键和碳氢（C-H）单键）单键2l碳氢化合物碳氢化合物 由碳和氢两种元素形成的有由碳和氢两种元素形成的有机化合物的总称，又称机化合物的总称，又称烃烃（hydrocarbon）32.1 2.1 烷烃的通式和构造异构烷烃的通式和构造异构l 甲烷甲烷(CH4)CH4 l 乙烷乙烷(C2H6)CH3CH3l 丙烷丙烷(C3H8)CH3CH2CH34l 通式通式：CnH2n+2 l 同系列同系列 结构相似，而组成上相差结构相似，而组成上相差CH2（系差）（系差）或它的倍数的许多化合物所组成的系列。或它的倍数的许多化合物所组成的系列。同

2、系物同系物结构相似结构相似,化学性质相近。化学性质相近。l 同分异构体同分异构体（Isomers）分子式相同而结构不同分子式相同而结构不同的化合物。的化合物。构造异构构造异构立体异构立体异构5l 构造异构体构造异构体 分子内原子的排列顺序不同所分子内原子的排列顺序不同所产生的异构体产生的异构体思考：思考：C6H14共有几种同分异构体？请写出其构造式共有几种同分异构体？请写出其构造式6共5种CH3CHCHCH3CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH3782.2 2.2 烷烃的命名烷烃的命名

3、l碳原子和氢原子的分类及烷基的概碳原子和氢原子的分类及烷基的概念念烷烃中碳和氢的种类烷烃中碳和氢的种类伯 C（1）仲 C（2）叔 C（3）季 C（4）但是氢原子只有 伯H,仲H,叔 H CCH3CH3H3CCH2CHCH2CH2CH3CH3CCH3CH3H3CCH3CH2CHCH3CH3CH2CH2CH2叔丁基tert-butyl仲丁基sec-butyl丁基butyl1o2o3o3o2o2o1o1o4o9烷基烷基烷烃分子中从形式上消除一个氢的部烷烃分子中从形式上消除一个氢的部分分，通常用，通常用 R-表示表示 甲基甲基 CH3-乙基乙基 CH3CH2-注意注意烷烃分子烷烃分子和和烷基烷基中碳级

4、别的不同中碳级别的不同CCH3CH3H3CCH2CHCH2CH2CH3CH3CCH3CH3H3CCH3CH2CHCH3CH3CH2CH2CH2叔丁基tert-butyl仲丁基sec-butyl丁基butyl1o2o3o3o2o2o1o1o4o10前缀前缀：正正(n)异异(i)仲仲(s)叔叔(t)新新(neo)(normal)(iso-)(second)(tert-)缩写：缩写：甲基甲基（Me），乙基（），乙基（Et），丙基（），丙基（Pr），），丁基（丁基（Bu），戊基（），戊基（amyl），己基（），己基（hex）11亚烷基：亚烷基：烷烃分子中从形式上去掉两个烷烃分子中从形式上去掉两个H H

5、生成生成的基团的基团次烷基：次烷基：烷烃分子中从形式上去掉三个烷烃分子中从形式上去掉三个H H生成生成的基团的基团CCH3CH2CHCH3C(CH3)2CH2CH2CH2CH2CH2CH亚甲基亚甲基亚乙基亚乙基亚异丙基亚异丙基1,2-亚乙基亚乙基1,3-亚丙基亚丙基次甲基次甲基次乙基次乙基12l习惯命名法习惯命名法C1 C10 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳数，癸表示碳数，“某烷某烷”C10 直接用数字表示碳数直接用数字表示碳数“正正”，“异异”，“新新”区别不同异构体区别不同异构体CH3CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3戊烷

6、戊烷异异戊烷戊烷新戊烷新戊烷CCH3CH3CH3H3C13习惯命名法的局限习惯命名法的局限CH3CH2CHCH2CH3CH3CCH3CH3CH2CH3H3CCH3CHCHCH3CH3CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH3己烷己烷异异己烷己烷新新己烷己烷?14（IUPAC Rules）选主链：选主链：选最长碳链作主链选最长碳链作主链,并以此链为并以此链为母体烷烃母体烷烃.若遇多个等长碳链若遇多个等长碳链,则取代基多的则取代基多的为主链。为主链。CH3CH2CHCH3CH2CH3主链C-C-C-C-C-C-CC-C-CCC C12315碳数碳数名称名称结构结构

7、1甲烷甲烷CH42乙烷乙烷CH3CH33丙烷丙烷CH3CH2CH34丁烷丁烷CH3CH2CH2CH35戊烷戊烷CH3(CH2)3CH36己烷己烷CH3(CH2)4CH37庚烷庚烷CH3(CH2)5CH38辛烷辛烷CH3(CH2)6CH39壬烷壬烷CH3(CH2)7CH310癸烷癸烷CH3(CH2)8CH311十一烷十一烷CH3(CH2)9CH3162.编号编号:近取代基端开始编号近取代基端开始编号,并遵守并遵守“最低系最低系列编号规则列编号规则”。取代基距链两端位号相同时。取代基距链两端位号相同时,编号从次序小的基团端开始。编号从次序小的基团端开始。CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3C

8、H3取代基位号 2，3，5取代基位号 2，4，5顺序：-C-C-C Br Cl F O N C D H CH2CH2CH3 C（C、H、H、）C（C、C、H）CHCH3CH3CH2ClCHF2C（Cl、H、H）C（F、F、H）18F 含双键或叁键的基团含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个则作为连有两个或叁个相同的原子。相同的原子。CCH C(CH3)3CHCH2CCH C(CH3)3CHCH2CCH(C)(C)(C)(C)(C)CCH3CH3CH3CHCHH(C)次序大的基团称次序大的基团称较优基团较优基团。193.命名：命名：按基团次序规则，较小的基团列在前。按基团次序规则，较小的基团列

9、在前。CH3CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2HC3 5-丙基丙基-4-异丙基壬烷异丙基壬烷12345678920 注意注意 相同取代基数目用汉文数字二相同取代基数目用汉文数字二(di)、三、三(tri)、四、四(tetra).表示；表示；取代基位号用阿拉伯数字表示；取代基位号用阿拉伯数字表示；阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；阿拉伯数字之间必须用逗号分开阿拉伯数字之间必须用逗号分开。CH3CH2CCH2CHCH3CH3CH3CH2CH34-Ethyl-2,4-dimethylhexane6 5 4 3 2 12,

10、4-二甲基-4-乙基己烷21CH3CH2CCH2CH2CHCHCH2CH2CH3CH2CH3CH2CH3CH2CH3CH3CH3CH2CH2CHCH2CH2CHCH3CHCH3CH3CH37-甲基甲基-3,3,6-三乙基癸烷三乙基癸烷2-甲基甲基-5-异丙基辛烷异丙基辛烷224.含复杂支链烷烃的命名含复杂支链烷烃的命名F支链上连有取代基支链上连有取代基,则从和主链相连的碳原子开始则从和主链相连的碳原子开始将支链将支链 碳原子依次编号碳原子依次编号,并将支链上取代基位号、并将支链上取代基位号、名称连同支链名称连同支链 名写在括号内。名写在括号内。CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2

11、CH3CH3CCH3H3CCH2CH31 2 3 4 5 6 7 8 9 102312-甲基甲基-5-(1,1-二甲基丙基二甲基丙基)癸烷癸烷或 2-甲基-5-1,1-二甲基丙基癸烷232.3 2.3 甲烷甲烷的结构的结构l 碳原子轨道的碳原子轨道的spsp3 3杂化杂化24252627282930四个四个 sp3 轨道轨道一个一个 sp3 轨道轨道31CHC 形成 键HCHl 键的的形成及其特性键的的形成及其特性3233CCHHHHHHCH3CH3l乙烷的结构34l碳碳单键的旋转也需要克服一定的能量，碳碳单键的旋转也需要克服一定的能量，从而产生了构象的概念从而产生了构象的概念l乙烷（乙烷（E

12、thaneEthane）的构象）的构象构象构象：由于围绕键旋转而产生的分子种原子或基团在空间的不同排列。2.4 2.4 烷烃的构象烷烃的构象35重叠式重叠式36重叠式构象重叠式构象乙烷乙烷37交叉式构象交叉式构象乙烷乙烷38乙烷乙烷交叉式构象交叉式构象39乙烷交叉式构象的表示法乙烷交叉式构象的表示法40反式交叉式构象反式交叉式构象反式交叉式构象两个键夹角为反式交叉式构象两个键夹角为18041邻位交叉关系邻位交叉关系邻位交叉式构象两个键夹角为邻位交叉式构象两个键夹角为60.43l乙烷交叉式构象比重叠式构象能量低乙烷交叉式构象比重叠式构象能量低 12 kJ/mol.l由交叉式构象转变为重叠式构象需

13、要克服由交叉式构象转变为重叠式构象需要克服扭转能扭转能.是由电子对之间的斥力（扭转张力）是由电子对之间的斥力（扭转张力）所引起的所引起的.扭转张力扭转张力44l丁烷丁烷（Butane）的构象的构象45正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷4647 丁烷的构象，把丁烷的构象，把C1和和C4作甲基，然后作甲基，然后C2-C3键旋键旋转，其不同的构象可用纽曼式表示如下：转，其不同的构象可用纽曼式表示如下：HC H3HC H3HHHHHC H3HC H3HHHHHC H3HHHHHC H3HC H3HHHHC H3HH C H3H C H3HHHHHCH3HHHHHCH3=0,360 =60 =120 =180 =

14、240 =300全重叠式全重叠式 顺交叉式顺交叉式 部分重叠式部分重叠式 反交叉式反交叉式 部分重叠式部分重叠式 顺交叉式顺交叉式顺叠顺叠sp 顺错顺错+sc 反错反错+ac 反叠反叠ap 反错反错-ac 顺错顺错-sc A B C D E F48l.直链烷烃的构象直链烷烃最稳定的构象是所有原子都处直链烷烃最稳定的构象是所有原子都处于对位交叉式于对位交叉式492.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质l 沸点沸点 Boiling Points：与分子间的：与分子间的van der Waals 力有关力有关50随碳原子数目增加而升高随碳原子数目增加而升高 原子数目越多，电子越多，产生诱导偶极的几率原子

15、数目越多，电子越多，产生诱导偶极的几率会增加会增加 51支链越多，沸点越低支链越多，沸点越低 空间位阻大空间位阻大 52l熔点熔点分子结构对称性越好，其熔点越高。分子结构对称性越好，其熔点越高。因此偶数碳的直链烷烃高于奇数碳的直链烷烃，因此偶数碳的直链烷烃高于奇数碳的直链烷烃，甲烷高于丙烷，新戊烷高于戊烷。甲烷高于丙烷，新戊烷高于戊烷。53-200.0-150.0-100.0-50.00.050.0012345678910111213141516碳原子数熔点/5455l溶解度溶解度烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂l密度密度烷烃的密度均小于烷烃的密度均小于1（0.424-

16、0.780）56l 化学性质取决于分子的结构。化学性质取决于分子的结构。C-C、C-H键。键能键。键能较大，极性较小，烷烃稳定。较大，极性较小，烷烃稳定。高温、光照等条件下高温、光照等条件下烷烃具有反应活性。烷烃具有反应活性。l 1.1.卤代反应卤代反应甲烷卤代反应甲烷卤代反应 甲烷卤代甲烷卤代.gif.gif1)1)氯代氯代CH4+Cl2漫射光CH3Cl+HClCH4+2Cl2日光C+4HCl反应剧烈或爆炸57 氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生自由基：氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生自由基：产生甲基自由基：产生甲基自由基：链增长链增长 C Cl l+C CH H4 4C CH H

17、3 3 +H HC Cl l产生新的氯自由基：产生新的氯自由基：h hv vC Cl l2 2o or r2 2 C Cl l 链引发链引发 C CH H3 3+C CH H3 3C Cl l +C Cl lCl2链增长链增长 2 2）反应机理：）反应机理：自由基取代反应自由基取代反应整个反应经历三个阶段：链引发、链增长、链终止。此整个反应经历三个阶段：链引发、链增长、链终止。此自由基反应也称自由基反应也称链锁反应或链反应。链锁反应或链反应。58氯甲基自由基的形成氯甲基自由基的形成：C CH H3 3C Cl l C Cl l+C CH H2 2C Cl l H HC Cl l+链增长链增长

18、氯甲基自由基再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：氯甲基自由基再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：C CH H2 2C Cl l+C Cl l2 2C CH H2 2C Cl l2 2 +C Cl l 链增长链增长 .自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：C Cl l+C Cl lC Cl l2 2C CH H3 3+C Cl lC CH H3 3C Cl l+C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2C Cl l+C CH H2 2C Cl lC Cl lC CH H2 2C CH H2 2C Cl

19、l链终止链终止59CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CH4 kJ/mol 422.2 414.2 400.8 439ClCl2Cl 243 kJ/mol 讨论题讨论题 l 1 1）将氯气用光照射后在黑暗中放置一段时间再）将氯气用光照射后在黑暗中放置一段时间再与甲烷混合，会发生氯代反应吗与甲烷混合，会发生氯代反应吗？l 2 2）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？l 3 3）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？由基？603)3)活化能与反应速率活化能与反应速率活化能活化能(activating energy

20、)：过渡态与反应物之间的过渡态与反应物之间的能量差。能量差。反应进程反应进程E/kJmol-H0=+4kJmol-1Eact=+16Jmol-1CH4+ClCH3Cl+ClCH3HClCH3ClClCH3 +HCl+Cl2 H0=106Jmol-1Eact=+8.3Jmol-161在甲烷氯代的多步反应中在甲烷氯代的多步反应中,哪一步是控制反应速率的？哪一步是控制反应速率的？反应速率最慢的一步反应速率最慢的一步 速度控制步骤速度控制步骤活化能越小，反应速率越快；活化能越小，反应速率越快；活化能越大，反应速率越慢活化能越大，反应速率越慢第一步第一步 Ea=+16.7kJ/mol第二步第二步 Ea=

21、+8.3kJ/mol624 4）卤代反应的取向与自由基稳定性）卤代反应的取向与自由基稳定性1oH与与2oH被取代的概率为被取代的概率为:6 2氢的相对反应活性：氢的相对反应活性：1oH:2oH=(45/6):(55/2)=1:3.8CH3CHCH3 +Cl2CH3hv25oCCH3CHCH2Cl +CH3CCH3CH3ClCH364%36%1oH与与3oH氢被取代的概率为氢被取代的概率为:9:1氢的相对反应活性：氢的相对反应活性：1oH:3oH=(64/9):(36/1)=1:5CH3CH2CH3 +Cl2 CH3CH2CH2Cl +CH3CHCH3丙烷丙烷氯丙烷氯丙烷 45%2-氯丙烷氯丙烷

22、(55%)Cl63333233223333+332332215%33%300o+1-chloro-2methylbutane30%2-chloro-2methylbutane22-chloro-3-methylbutane1-chloro-3-methylbutane22%CHCHCHCHClCHCHCHCHCHCHCHCHCHHClCCHCHCHCHCHCHCHCHCClClCHClCCH64l 自由基的稳定性自由基的稳定性CH3CHCH3+HHCH3CHCH3仲自由基仲自由基,2o 自由基自由基伯自由基伯自由基,1o 自由基自由基H0=+395 kJ mol-1CH3CH2CH2+HCH3

23、CH2CH2HH0=+410 kJ mol-1CH3CHCH3CH3CH2CH3CH3CH2CH265CRRRCRHRCRHHCHHH3o 2o 1o methyl相对稳定性相对稳定性:CH3CH2CH2HCH3CHCH3H更不稳定更稳定CH3CH2CH2CH3CHCH366 5)5)卤素的活性与选择性卤素的活性与选择性 C CH H4 4C CH H3 3 +H HX XF F +4 4.2 2C Cl l +1 16 6.7 7B Br r +7 75 5.3 3I I +1 14 41 1 E Ea a(k kJ J/m mo ol l)+X X卤素的活性：卤素的活性：F Cl Br I

24、氯化试剂活性高，溴化试剂活性低。氯化试剂活性高，溴化试剂活性低。卤代反应的选择性：卤代反应的选择性：I Br Cl F)影响卤代产物异构体相对产率的主要因素：影响卤代产物异构体相对产率的主要因素：概率因素、概率因素、H原子的反应活性、原子的反应活性、X原子的反应活性原子的反应活性67 1.1.将下列戊基自由基按稳定性排列成序，并简单说明理由：将下列戊基自由基按稳定性排列成序，并简单说明理由：CH3CHCH(CH3)2.aCH2CH2CH(CH3)2.bCH3CH2C(CH3)2.c2.2.如果烷烃中的伯氢、仲氢和叔氢被氯代时的活性比是如果烷烃中的伯氢、仲氢和叔氢被氯代时的活性比是1:3.8:5

25、,1:3.8:5,计算计算2-2-甲基丁烷被一氯代时的产物的相对比及各甲基丁烷被一氯代时的产物的相对比及各产物的百分比。产物的百分比。练练 习习c a bCH3CHCH2CH3CH3141 伯氢：伯氢：16=64 伯氢：伯氢：13=3仲氢：仲氢：3.82=7.6叔氢：叔氢：51=568l 产物相对比产物相对比:1伯伯:4伯伯:仲仲:叔叔=6:3:7.6:5693.3.某烷烃某烷烃A A，分子式为，分子式为C C6H H14 ，氯代时可以得到两种一氯代产，氯代时可以得到两种一氯代产物。试推测烷烃物。试推测烷烃A A的结构。的结构。4.4.所有分子式为所有分子式为C C5 5H H1212或或C

26、C8 8H H1818的烷烃中，那些结构的烷烃只能的烷烃中，那些结构的烷烃只能得到一种一氯代产物？得到一种一氯代产物？CH3CHCHCH3CH3CH3CH3CCH3CH3CH3CH3CCCH3CH3CH3CH3CH370l2.2.氧化反应氧化反应 在空气中燃烧：在空气中燃烧：在催化剂下可以使在催化剂下可以使烷烃部分氧化，生成醇、烷烃部分氧化，生成醇、醛、酸等醛、酸等R-CH2-CH2-R+O2MnO2107110RCOOH+RCOOH+其他羧酸CnH2n+2+O2CO2+H2O+Q71l3 3 裂化反应裂化反应：没有氧气的条件下进行的分解反应没有氧气的条件下进行的分解反应热裂化热裂化：无催化剂

27、，无催化剂，500700催化裂化：催化裂化：450500常用催化剂常用催化剂Al2(SiO3)3裂解：裂解：深度裂化深度裂化700，获得低级烯烃，如：，获得低级烯烃，如：C2H4，C3H6,丁二烯、乙炔等丁二烯、乙炔等72l 4 4 异构化反应：异构化反应：催化重整催化重整CH3-CH2-CH2-CH3CH3-CH-CH3CH3AlCl3,HCl95150,12MPa2,2,4-Trimethylpentane(辛烷值）Octane73l 主要来源：主要来源：石油（分馏）与天然气（低级烷烃）石油（分馏）与天然气（低级烷烃）原油原油天然气天然气轻汽油轻汽油(bp:25-95 C)石脑油石脑油(b

28、p 95-150 C)煤油煤油(bp:150-230 C)柴油柴油(bp:230-340 C)残渣残渣74l 制备方法制备方法1.Wurtz1.Wurtz合成法：合成法：2.2.卤代烷与二烷基铜锂的偶联卤代烷与二烷基铜锂的偶联 Corey-HouseCorey-House合成合成 75l 其他合成法其他合成法：CH3(CH2)14CH2IZn+HClCH3(CH2)14CH3CH3CHCH2ClCH3LiAH4CH3CHCH3CH3RH+Mg OHXRX+Mg无水乙醚RMgXH2O76小结小结l同系列和构造异构同系列和构造异构l烷烃的命名烷烃的命名l烷烃的结构：烷烃的结构：sp3杂化杂化l烷烃的物理化学性质：烷烃的物理化学性质：自由基取代自由基取代l来源与制法来源与制法