有機化學(xué)課件2.1飽和烴ppt課件

1、第二章 飽和烴(烷烴)Alkanes第二章第二章 烷烴烷烴2.1 烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)2.1.1 烷烴的通式烷烴的通式 烷烴的通式為：烷烴的通式為：CnH2n+2 2.1.2 同系列和系差同系列和系差同系列：烷烴中具有同一個通式，構(gòu)造類似，化學(xué)性質(zhì)類同系列：烷烴中具有同一個通式，構(gòu)造類似，化學(xué)性質(zhì)類似，物理性質(zhì)隨著碳原子數(shù)的添加而有規(guī)律地變化的化合似，物理性質(zhì)隨著碳原子數(shù)的添加而有規(guī)律地變化的化合物，稱為同系列。物，稱為同系列。同系物：同系列中的化合物互稱為同系物。同系物：同系列中的化合物互稱為同系物。系差：同系列中相鄰兩個化合物在組成上的差別。烷烴系系差：同系列中相鄰兩個

2、化合物在組成上的差別。烷烴系差為差為CH22.1.3 烷烴的同分異構(gòu)烷烴的同分異構(gòu)從丁烷開場：從丁烷開場： 正丁烷正丁烷 CH3CH2CH2CH3 異丁烷異丁烷 CH3CH(CH3)2 同分異構(gòu)體的推導(dǎo)：同分異構(gòu)體的推導(dǎo)： 寫出最長鏈：寫出最長鏈： 寫出少一個碳原子的直鏈，把一個碳當支鏈，找出能夠的異構(gòu)體寫出少一個碳原子的直鏈，把一個碳當支鏈，找出能夠的異構(gòu)體 寫出少二個碳原子的直鏈，把二個碳當兩個支鏈，或一個支鏈，寫出少二個碳原子的直鏈，把二個碳當兩個支鏈，或一個支鏈， 找出能夠的異構(gòu)體。找出能夠的異構(gòu)體。同分異構(gòu)：分子式一樣，構(gòu)造不同。是不同的化合物。同分異構(gòu)：分子式一樣，構(gòu)造不同。是不同

3、的化合物。構(gòu)造異構(gòu)：分子式一樣，分子內(nèi)原子原子間相互銜接的順序不同，構(gòu)造異構(gòu)：分子式一樣，分子內(nèi)原子原子間相互銜接的順序不同， 即分子的構(gòu)造不同。即分子的構(gòu)造不同。碳架異構(gòu)：分子式一樣，碳的骨架不同。碳架異構(gòu)：分子式一樣，碳的骨架不同。2.2 烷烴的命名烷烴的命名2.2.1 伯、仲、叔和季碳原子伯、仲、叔和季碳原子 伯碳原子：一級碳原子伯碳原子：一級碳原子,1,與一個碳原子與一個碳原子(三個氫原子三個氫原子)相連的碳原相連的碳原子。子。仲碳原子仲碳原子:二級碳原子二級碳原子,2,與二個碳原子與二個碳原子 (二個氫原子二個氫原子)相連的碳原子相連的碳原子叔碳原子：三級碳原子叔碳原子：三級碳原子,

4、3,與三個碳原子與三個碳原子(一個氫原子一個氫原子)相連的碳原相連的碳原子。子。季碳原子：四級碳原子，季碳原子：四級碳原子，4，與四個碳原子相連的碳原子。，與四個碳原子相連的碳原子。 分別與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子稱為伯、仲、叔氫原子。分別與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子稱為伯、仲、叔氫原子。 aCH3bCH2bCH2bCH2aCH3 aCH3bCH2cCHaCH3 aCH3 CH3 aCH3dCaCH3 CH3戊烷正戊烷戊烷正戊烷2-甲基丁烷異戊烷甲基丁烷異戊烷2，2-二甲基丙烷新戊烷二甲基丙烷新戊烷a:一級一級1(伯伯)碳原子碳原子b:二級二級2(仲仲)碳原子碳原子c:三級三級3(叔叔)

5、碳原子碳原子d:四級四級4(季季)碳原子碳原子伯氫、仲氫、叔氫伯氫、仲氫、叔氫 2.2.2 烷基的概念烷基的概念 烷基：烷烴中，去掉一個氫原子后剩余的基團。用烷基：烷烴中，去掉一個氫原子后剩余的基團。用“-來表示，如來表示，如(1)某基：甲基某基：甲基 CH3- Me- ；乙基；乙基 CH3CH2- Et- ； 丙基丙基 CH3CH2CH2- n-Pr- ； 丁基丁基 CH3CH2CH2CH2- n-Bu- (2) 異某基異某基: 異丙基異丙基 (CH3)2CH- i-Pr- ； 異丁基異丁基 (CH3)2CHCH2- i-Bu-3)仲某基仲某基: CH3 仲丁基仲丁基: CH3CH2CH -

6、 s-Bu- CH3(4)叔某基叔某基: 叔丁基叔丁基: (CH3)3C- t-Bu- ; 叔戊基叔戊基: CH3CH2C CH3 CH3 (5)新某基新某基: 新戊基新戊基 : CH3CCH2 CH3 2.2.3 普通命名法普通命名法 按碳原子的數(shù)目稱：甲按碳原子的數(shù)目稱：甲,乙乙,丙丙,丁丁,戊戊,己己,庚庚,辛辛,壬壬,癸烷癸烷,十一烷十一烷,十二烷十二烷 直鏈的稱為正某烷，正丁烷：直鏈的稱為正某烷，正丁烷： CH3CH2CH2CH3 碳鏈一端帶有兩個甲基的稱為異某烷，異丁烷碳鏈一端帶有兩個甲基的稱為異某烷，異丁烷: (CH3)2CH2CH3 有季碳原子的稱新某烷，新戊烷：有季碳原子的稱

7、新某烷，新戊烷：(CH3)3CCH2CH3石油工業(yè)上，石油工業(yè)上，“#表示辛烷值，異辛烷表示辛烷值，異辛烷(辛烷值定為辛烷值定為100)不屬于習慣不屬于習慣命名，是商品名或俗名：命名，是商品名或俗名：CH3CH3CH2CH3CH3CH3CHC2.2.4衍生物命名法衍生物命名法:次序規(guī)那么：次序規(guī)那么：(CH3)3C-CH3CH2(CH3)CH-(CH3)2CH-(CH3)2CHCH2- CH3CH2CH2CH2-CH3CH2CH2-CH3CH2-CH3-把甲烷作為母體，把其它烷烴看作是甲烷的烷基取代衍生物。把甲烷作為母體，把其它烷烴看作是甲烷的烷基取代衍生物。 CH3CHCH2CH3CH3CH

8、CH3CH3CCH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CCH3CH3CH3CCH3CHCH3CH3二甲基乙基甲烷二甲基乙基甲烷二甲基乙基異丙基甲烷二甲基乙基異丙基甲烷甲基乙基異丁基叔丁基甲烷甲基乙基異丁基叔丁基甲烷2.2.5 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法 IUPAC命名法命名法, International Union of Pure and Applied Chemistry1.選取含碳原子最多支鏈數(shù)目最多的碳鏈為主鏈；當最長碳鏈有選取含碳原子最多支鏈數(shù)目最多的碳鏈為主鏈；當最長碳鏈有多種時，選支鏈最多者為主鏈：多種時，選支鏈最多者為主鏈： CH3CH2CHCH2CHCH3CH2CH3CH2CH3

9、CH2CH3CH2CH2CH3CHCHCHCHCH3CH3CH3CH32.2.主鏈碳原子的位次編號：主鏈碳原子的位次編號：(1).(1).離取代基最近的一端開場編號，最低系列原那么：離取代基最近的一端開場編號，最低系列原那么：碳鏈以不同方向編號時，假設(shè)有多種能夠系列，那么需依次逐項比碳鏈以不同方向編號時，假設(shè)有多種能夠系列，那么需依次逐項比較各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者為最低系列。較各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者為最低系列。CH3CHCH2CH2CH2CH2CH3CHCHCH2CH3CH2CH3CH3CH3CHCH2CHCH2CH2CH3CHCHCH3CH3CH3CH2CH3

10、1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 2 3 4 5 6 7 8 99 8 7 6 5 4 3 2 110 9 8 7 6 5 4 3 2 1(2).假設(shè)支鏈中又帶支鏈，用帶撇的數(shù)字表示支鏈中支鏈的位置：假設(shè)支鏈中又帶支鏈，用帶撇的數(shù)字表示支鏈中支鏈的位置：CH3CH2CHCH2CHCH2CHCH2CH3CHCH3CH3CHCH3CH39 8 7 6 5 4 3 2 11233甲基甲基5(1，2二甲基丙基二甲基丙基)壬烷壬烷3.3.寫知稱號：寫知稱號：(1).(1).取代基的取代基的 稱號寫在烷烴前，用其所連碳原子的編號注明位置；稱號寫在烷烴前，用其所連碳原子的編號注明位置；(2).(2

11、).一樣取代基合并，用二、三、四闡明數(shù)目，其位置須逐個注明；一樣取代基合并，用二、三、四闡明數(shù)目，其位置須逐個注明；(3).(3).數(shù)字與漢字間用數(shù)字與漢字間用“隔開，數(shù)字間用隔開，數(shù)字間用“，分開；，分開；(3).(3).特別留意：特別留意：“某基和某基和“某烷之間不能用某烷之間不能用“隔開。隔開。2.3 烷烴的構(gòu)造烷烴的構(gòu)造2.3.1 碳原子的電子躍遷碳原子的電子躍遷22S2Px2Py2Pz Pz2Py2Px2S22基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)2.3.2 2.3.2 碳原子軌道的碳原子軌道的sp3sp3雜化雜化 一個一個s s軌道和三個軌道和三個p p軌道雜化后，構(gòu)成四個完全相等的雜化軌道，軌道

12、雜化后，構(gòu)成四個完全相等的雜化軌道，這種軌道稱為這種軌道稱為sp3sp3雜化軌道。雜化軌道。 a a 雜化軌道有更強的方向性；雜化軌道有更強的方向性；b b 四個四個SP3SP3雜化軌道完全等值；雜化軌道完全等值；c c 四個鍵盡能夠遠離；四個鍵盡能夠遠離；d d 每兩個雜化軌道之間的夾角都是每兩個雜化軌道之間的夾角都是109109282822S2Px2Py2Pz雜化SP3SP3SP3SP32.3.3 甲烷的正四面體構(gòu)造甲烷的正四面體構(gòu)造 鍵長：鍵長：0.110nm 鍵角：鍵角：10928 球棒模型：球棒模型：HHHHC 109.5HHHHC sp3 軌道和甲烷分子的構(gòu)成軌道和甲烷分子的構(gòu)成

13、-鍵鍵2.3.4 烷烴分子的模型和表示方法烷烴分子的模型和表示方法 鍵線表示法：鍵線表示法：CCHHHHHH 己烷己烷 2-2-甲基戊烷甲基戊烷 楔方式楔方式 ：乙烷乙烷3)3)模型：模型：Kekule(Kekule(凱庫勒凱庫勒) )模型：球和棍棒，表示原子和鍵；模型：球和棍棒，表示原子和鍵； StuartStuart斯陶特斯陶特) )模型：原子半徑和鍵長的比例；模型：原子半徑和鍵長的比例；2.3.5 乙烷的構(gòu)象乙烷的構(gòu)象透視式透視式 ： H HHHHH H HHHHH 交叉式交叉式 重疊式重疊式HHHHHHHHHHH H 兩種構(gòu)象能量差：兩種構(gòu)象能量差：12.6KJ/mol;絕對絕對0K左

14、右，分子均以交叉式構(gòu)象左右，分子均以交叉式構(gòu)象存在；常溫時，兩種構(gòu)象以極快的速度相互轉(zhuǎn)化；構(gòu)象不可分別。存在；常溫時，兩種構(gòu)象以極快的速度相互轉(zhuǎn)化；構(gòu)象不可分別。乙烷分子的位能曲線圖見乙烷分子的位能曲線圖見P23圖圖2-82.2.紐曼投影式：紐曼投影式：2.3.6 丁烷的構(gòu)象丁烷的構(gòu)象 CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3H3CHHHHHHHHHCH3HHHHHHHHHHHHHHH全重疊式全重疊式 鄰位交叉式鄰位交叉式 部分重疊式部分重疊式對位交叉式對位交叉式 部分重疊式部分重疊式 鄰位交叉式鄰位交叉式能量高低：全重疊式能量高低：全重疊式 部分重疊式部分重疊式 鄰位交叉

15、式鄰位交叉式 對位交叉式對位交叉式旋轉(zhuǎn)時能量的變化見旋轉(zhuǎn)時能量的變化見P24P24圖圖2-9 2-9 2.4 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì)2.4.1沸點的規(guī)律沸點的規(guī)律 14個碳氣體；個碳氣體；516個碳液體；個碳液體；17個碳以上固體由色散力決議：個碳以上固體由色散力決議：隨碳原子數(shù)添加而升高；正烷烴的沸點高于它的異構(gòu)體。隨著分子隨碳原子數(shù)添加而升高；正烷烴的沸點高于它的異構(gòu)體。隨著分子量的添加，相對分子質(zhì)量添加的相對百分比越來越小，所以對沸點量的添加，相對分子質(zhì)量添加的相對百分比越來越小，所以對沸點的影響漸漸變小。分子間的間隔越近，引力越大。的影響漸漸變小。分子間的間隔越近，引力越大。 2

16、.4.2熔點的規(guī)律熔點的規(guī)律 分子間引力及分子的對稱性決議陳列嚴密：隨碳原子數(shù)添分子間引力及分子的對稱性決議陳列嚴密：隨碳原子數(shù)添加而升高；偶數(shù)烷烴的熔點比奇數(shù)的升高的更多；對稱性好的新戊加而升高；偶數(shù)烷烴的熔點比奇數(shù)的升高的更多；對稱性好的新戊烷的熔點烷的熔點-16.6 C高于異戊烷高于異戊烷(-159.9 C)和戊烷和戊烷(-129.7C)2.4.3相對密度的規(guī)律相對密度的規(guī)律分子間引力決議分子間引力決議: 隨碳原子數(shù)添加而增大隨碳原子數(shù)添加而增大, 接近接近0.782.4.4溶解性規(guī)律溶解性規(guī)律 不溶于水，易溶于有機溶劑，尤其是烴類中，類似相溶的規(guī)律。不溶于水，易溶于有機溶劑，尤其是烴類

17、中，類似相溶的規(guī)律。2.4.5同分異構(gòu)體的物理性質(zhì)規(guī)律：同分異構(gòu)體的物理性質(zhì)規(guī)律： 同分異構(gòu)體中，沸點：支鏈越多，沸點越低。同分異構(gòu)體中，沸點：支鏈越多，沸點越低。 熔點：支鏈越多，熔點越高。熔點：支鏈越多，熔點越高。2.5 烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴的化學(xué)性質(zhì) 烷烴沒有官能團，和其他各類有機物相比，化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定。烷烴沒有官能團，和其他各類有機物相比，化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定。不易發(fā)生化學(xué)反響不易發(fā)生化學(xué)反響;不易發(fā)生異裂反響。不易發(fā)生異裂反響。但在高溫，光照或催化劑作用下，烷烴分子中的但在高溫，光照或催化劑作用下，烷烴分子中的C-H可以均裂，發(fā)可以均裂，發(fā)生自在基反響。生自在基反響。2.5.1 取代反響取代

18、反響烷烴分子中的氫原子被氯原子取代的反響。烷烴分子中的氫原子被氯原子取代的反響。 1. 鹵化反響：在光照射下，或高溫下，烷烴分子中的氫原子能逐鹵化反響：在光照射下，或高溫下，烷烴分子中的氫原子能逐漸被氯取代，得到不同的產(chǎn)物。如甲烷在漸被氯取代，得到不同的產(chǎn)物。如甲烷在350400 oC時：時： CH4 + Cl2 CH3Cl (一氯甲烷一氯甲烷) + HCl ； CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 (二氯甲烷二氯甲烷) + HCl ； CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 (三氯甲烷三氯甲烷) + HCl ； CHCl3 + Cl2 CCl4 (四氯化碳四氯化碳) + HCl 。 反響有時很

19、猛烈，控制不好會爆炸。甲烷過量反響有時很猛烈，控制不好會爆炸。甲烷過量(10:1)時，主要得時，主要得到一氯甲烷；甲烷與氯氣體積比到一氯甲烷；甲烷與氯氣體積比0.26:1時，主要得到四氯化碳。時，主要得到四氯化碳。鹵化反響的相對活性：鹵化反響的相對活性：F2Cl2Br2I2 2 鹵化的反響機理鹵化的反響機理反響物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物所經(jīng)過途徑叫做反響機理或反響歷程。反響物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物所經(jīng)過途徑叫做反響機理或反響歷程。Cl:Cl2ClCl+CH4CH3HCl光(1)(2)CH3+Cl:ClCH3ClCl(3)CH3Cl+Cl CH2ClHCl(4) CH2Cl+Cl:ClCH2Cl2Cl(5)ClCl+Cl2C

20、H3CH3+CH3CH3CH3Cl+CH3Cl CH2Cl+ CH2ClClCH2CH2Cl(6)(7)(8)(9)鏈增 長鏈終 止鏈引 發(fā)+CH3CH2CH3Cl2hvCH3CH2CH2ClCH3CHCH3Cl25 oC;+3.鹵化反響的取向與自在基的穩(wěn)定性：鹵化反響的取向與自在基的穩(wěn)定性：丙烷丙烷 45% 55% CH3CCH3CH3HCl2, 光25oCClCH2CCH3CH3H+CH3CCH3CH3Cl仲氫：伯氫仲氫：伯氫=55/2：45/64：1異丁烷異丁烷 63% 37% 叔氫：伯氫叔氫：伯氫=37/1：63/95：1總結(jié)：總結(jié)：烷烴中，氫原子的活性順序為：烷烴中，氫原子的活性順序

21、為：叔氫原子叔氫原子仲氫原子仲氫原子伯氫原子伯氫原子氯化時，叔氫：仲氫：伯氫氯化時，叔氫：仲氫：伯氫 = 5：4：1緣由：叔緣由：叔CH鍵解離能較小，易斷裂，被鍵解離能較小，易斷裂，被Cl.奪取奪取自在基的穩(wěn)定性順序：自在基的穩(wěn)定性順序：(CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH3溴的活性比氯小，溴原子取代烷烴分子中溴的活性比氯小，溴原子取代烷烴分子中 活性較大活性較大的氫原子，比取代活性較小的氫原子容易得多。的氫原子，比取代活性較小的氫原子容易得多。溴化時，叔氫：仲氫：伯氫溴化時，叔氫：仲氫：伯氫 = 1600：82：14 .反響活性與選擇性反響活性與選擇性同樣闡明，烷烴鹵化時，鹵原子的

22、選擇性是：同樣闡明，烷烴鹵化時，鹵原子的選擇性是：IBrClF2.5.2 氧化反響氧化反響1.熄滅生成熄滅生成CO2和水：和水：高溫暖足夠的空氣中熄滅，完全氧化，生成高溫暖足夠的空氣中熄滅，完全氧化，生成CO2和水，大量放熱：和水，大量放熱：CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 熱能熱能C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O + 熱能熱能 CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 n CO2 + (n+1)H2O + 熱能熱能低級烷烴的蒸氣和空氣混合至一定比例，遇火爆炸，如煤礦中瓦斯低級烷烴的蒸氣和空氣混合至一定比例，遇火爆炸，如煤礦中瓦斯爆炸。甲烷的爆炸極限是爆炸。甲烷的爆炸極限是5.53%14%；在這比例外，只熄滅不爆；在這比例外，只熄滅不爆炸。炸。2. 2. 在催化劑存在下可發(fā)生部分氧化在催化劑存在下可發(fā)生部分氧化, ,合成了乙酸合成了乙酸, ,高級脂肪酸等產(chǎn)高級脂肪酸等產(chǎn)品。甲烷在催化劑的存在下，可發(fā)生氧化生成甲醛、甲醇等化合物：品。甲烷在催化劑的存在下，可發(fā)生氧化生成甲醛、甲