有機(jī)化學(xué)【烷烴】PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)【烷烴烷烴】 分子中只含有碳(carbon)和氫(hydrogen)兩種元素的有機(jī)化合物叫做碳?xì)浠衔铮喎Q烴。 其它有機(jī)化合物可以看作是烴的衍生物，所以烴是有機(jī)化合物的“母體”。 烴(hydrocarbon)的定義:第1頁/共98頁烴開鏈烴(脂肪烴)飽和烴(烷烴)如CH3CH3不飽和烴烯烴如CH2CH2炔烴如CHCH閉鏈烴(環(huán)烴)脂環(huán)烴如芳(香)烴如二烯烴如CH2CHCHCH2第2頁/共98頁開鏈烴亦稱脂肪烴。如果其分子中的碳原子之間都以單鍵（CC）相連，其余的價鍵都為氫原子所飽和，則稱為烷烴，也稱為飽和烴或石蠟烴。 烷烴的定義:第3頁/共98頁一、烷烴的通式、同系列

2、和構(gòu)造異構(gòu)第4頁/共98頁 名稱 分子式 構(gòu)造式的簡寫式 甲烷CH4CH4乙烷C2H6CH3CH3丙烷C3H8CH3CH2CH3丁烷C4H10CH3(CH2)2CH3戊烷C5H12CH3(CH2)3CH3烷烴的分子式和構(gòu)造簡式：第5頁/共98頁 烷烴的分子式都符合通式： CnH2n+2，兩個烷烴分子式之間總是相差一個或幾個CH2。在組成上相差一個或多個CH2，且結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似的一系列化合物稱為同系列。同系列中的各化合物互稱為同系物。同系列中，相鄰的兩個分子式的差值CH2稱為系差。 烷烴的通式與同系列:第6頁/共98頁含有四個或四個以上碳原子的烷烴不止一種構(gòu)造。例如： CH3CH2CH2CH3C

3、H3CHCH3正丁烷 異丁烷（沸點(diǎn)：0.5）（沸點(diǎn)：11.7）CH3第7頁/共98頁 正丁烷和異丁烷屬于同分異構(gòu)體。正丁烷和異丁烷這種同分異構(gòu)體，是由于分子內(nèi)原子間互相連接的順序不同造成的（即不同構(gòu)造(constitution)引起的），稱為構(gòu)造異構(gòu)體（constitutionalisomers） 。構(gòu)造異構(gòu)、碳架異構(gòu)：構(gòu)造異構(gòu)：因分子中原子的連結(jié)次序不同或 者鍵合性質(zhì)不同而引起的異構(gòu)。第8頁/共98頁 正丁烷和異丁烷的這種構(gòu)造異構(gòu)是由于碳骨架不同引起的，故又稱碳架異構(gòu)。烷烴的構(gòu)造異構(gòu)均屬于碳架異構(gòu)。 例如，C7H16有9個構(gòu)造異構(gòu)體，C8H18有18個構(gòu)造異構(gòu)體。 第9頁/共98頁問題:C6

4、H14有多少個構(gòu)造異構(gòu)體？寫出其結(jié)構(gòu)簡式和鍵線式。第10頁/共98頁二、烷烴的命名 第11頁/共98頁|HH|H C C C C CH2CH3H| CH3 | CH3 |H | H | CH3 1 1 2 3 4 21 1 11碳原子與氫原子的類型：第12頁/共98頁 連有一個碳原子的稱為伯碳原子或第一碳原子（用“1”表示）；連有兩個碳原子的稱為仲碳原子或第二碳原子（用“2”表示）；連有三個碳原子的稱為叔碳原子或第三碳原子（用“3”表示）；連有四個碳原子的稱為季碳原子或第四碳原子（用“4”表示）。與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子，分別稱為伯、仲、叔氫原子 。伯、仲、叔碳原子的定義:第13頁/共9

5、8頁烷基常用R表示，其通式為CnH2n+1 CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 甲基 乙基 (正)丙基 CH3CHCH3 CH3CH2CH2CH2 CH3CHCH2CH3 | | 異丙基 (正)丁基 仲丁基(CH3)2CHCH2 (CH3)3C (CH3)3CCH2 異丁基 叔丁基 新戊基2烷基的名稱：第14頁/共98頁 3烷烴的命名：例：(1)普通命名法：CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CH3CCH2H（異戊烷）（正戊烷）（新戊烷）第15頁/共98頁 普通命名法亦稱習(xí)慣命名法。碳原子數(shù)在十以內(nèi)，分別用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳原子

6、的數(shù)目，十個碳原子以上則以十一、十二數(shù)目字表示。以“正”、“異”、“新”等前綴區(qū)別不同的構(gòu)造異構(gòu)體?！罢贝碇辨溚闊N；“異”指僅在一末端具有(CH3)2CH構(gòu)造而無其它支鏈的烷烴；“新”專指具有(CH3)3C構(gòu)造的含五、六個碳原子的烷烴。普通命名法基本原則:第16頁/共98頁例：（正己烷）（異己烷）（新己烷）CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH3第17頁/共98頁我國現(xiàn)在使用的有機(jī)化合物系統(tǒng)命名法是參考國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry簡稱IUPAC)

7、制定的命名原則，并結(jié)合我國的文字特點(diǎn)于1960年制定，1980年由中國化學(xué)會加以增減修訂的有機(jī)化學(xué)命名原則。(2)系統(tǒng)命名法：第18頁/共98頁 2 1 CH2CH3 |CH3CHCH2CHCH2CH3 3-甲基-5-乙基辛烷 3 4 5| CH2CH2CH3 6 7 8例：第19頁/共98頁系統(tǒng)命名法命名直鏈烷烴時，與習(xí)慣命名法基本相同，但無須“正”字。例：CH3CH2CH2CH2CH3戊烷系統(tǒng)命名正戊烷習(xí)慣命名第20頁/共98頁（A）從烷烴的構(gòu)造式中選取最長的連續(xù)碳鏈作為主鏈，支鏈作為取代基。當(dāng)含有不止一個相等的最長碳鏈可供選擇時，一般選取包含支鏈最多的最長碳鏈作為主鏈。根據(jù)主鏈所含碳原子

8、數(shù)稱為“某”烷。 系統(tǒng)命名的基本原則：（支鏈烷烴）第21頁/共98頁CH3CH2CH2 CH CH2CH3CH3_CH CH3_CH CH3_CH3CH3CH2CH2 CH CH2CH312正確的選擇是2，不是1。例：第22頁/共98頁問：下列化合物應(yīng)選擇哪條主鏈？2,3,5-三甲基-4-丙基辛烷第23頁/共98頁（B）將主鏈上的碳原子從靠近支鏈的一端開始依次用阿拉伯?dāng)?shù)字編號；當(dāng)主鏈編號的有幾種可能時，應(yīng)選定支鏈具有“最低系列”的編號。“最低系列”是指碳鏈以不同方向編號時，若有不止一種可能的系列，則需順次逐項比較各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者定為最低系列。第24頁/共98頁例：2，3，

9、7，7，8，10-六甲基十一烷（而不是2，4，5，5，9，10-六甲基十一烷）CH3 CHCH2CH2CH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH2CH CHCHCH3CH31234567891011第25頁/共98頁（C）將取代基的名稱寫在主鏈名稱之前，取代基的位次用主鏈上碳原子的編號表示，寫在取代基名稱之前，兩者之間用半字線“-”相連。當(dāng)含有幾個不同的取代基時，取代基排列的順序，按“次序規(guī)則”所規(guī)定的“較優(yōu)”基團(tuán)后列出（簡單的基團(tuán)在前，復(fù)雜的基團(tuán)在后）。當(dāng)含有幾個相同的取代基時，相同基團(tuán)合并，用二、三、四表示其數(shù)目，并逐個標(biāo)明其所在位次，位次號之間用逗號“，”分開。第26頁/共98頁如果含有

10、幾個不同取代基時，取代基排列的順序，是將“次序規(guī)則” 所規(guī)定的“較優(yōu)”基團(tuán)列在后面。幾種烴基的優(yōu)先次序為:(CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH2CH3CH2CH3第27頁/共98頁CH2CH3 CHCHCH2CH2CH3CH3CH32-甲基-4-乙基己烷例：CH2CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH3CH3CH CHCHCH2CH2CH3CH3_6-丙基-4-異丙基癸烷第28頁/共98頁命名練習(xí):(CH3)2CHCH2CH2C(CH3)31.2.3.第29頁/共98頁CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH2CH3CH2CH3CHCH2CH3CH2CH3123456789123

11、3-乙基-5-(1-乙基丙基)壬烷第30頁/共98頁英文命名簡介: 正丁基 異丁基 仲丁基 叔丁基methyl(Me)ethyl(Et)propyl(Pr)butyl(Bu)甲烷乙烷丙烷丁烷methaneethanepropanebutane 甲基乙基丙基丁基正丁烷 n-propane異丁烷 i-propanen-butyli-butylsec-butyltert-butyl第31頁/共98頁三、烷烴的結(jié)構(gòu) 第32頁/共98頁甲烷的四面體結(jié)構(gòu) 第33頁/共98頁碳原子軌道的sp3雜化 109.5第34頁/共98頁鍵的定義（1）電子云可以達(dá)到最大程度的重疊，所以比較牢固。（2）鍵旋轉(zhuǎn)時不會破壞電

12、子云的重疊，所以鍵可以自由旋轉(zhuǎn)。在化學(xué)中，將兩個軌道沿著軌道對稱軸方向重疊形成的鍵叫鍵。鍵的特點(diǎn) 烷烴分子中的碳都是sp3雜化。 烷烴中的碳?xì)滏I和碳碳鍵都是鍵。第35頁/共98頁甲烷分子中的四個CH鍵四個碳?xì)滏I鍵長均為0.110nm所有HCH的鍵角都是109.5CH鍵的鍵能為414.2KJmol1 -bond 軌道對稱軸第36頁/共98頁甲烷的球棒模型(a)和比例模型(b) 第37頁/共98頁CC鍵長為0.154nmCH鍵長為0.110nm鍵角也接近109.5鍵能為347.3KJmol1 乙烷分子中CC鍵（CH鍵用直線表示）第38頁/共98頁乙烷的球棒模型(a)和比例模型(b) (a)(b)第

13、39頁/共98頁CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC 碳的價鍵分布呈四面體型，而且碳碳單鍵可以自由旋轉(zhuǎn)，所以三個碳以上烷烴分子中的碳鏈不是像構(gòu)造式那樣表示的直線型，而是以如下鋸齒形或其它可能的形式存在。 第40頁/共98頁四、烷烴的構(gòu)象 第41頁/共98頁構(gòu)象(conformation)定義: 一個已知構(gòu)型的分子，僅由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而引起分子中的原子或基團(tuán)在空間的特定排列形式稱為構(gòu)象。 單鍵旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生無數(shù)個構(gòu)象，這些構(gòu)象互為構(gòu)象異構(gòu)體(conformationalisomers)。構(gòu)象異構(gòu)體:第42頁/共98頁1乙烷的構(gòu)象HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH重疊式構(gòu)

14、象 交叉式構(gòu)象 重疊式構(gòu)象 交叉式構(gòu)象 （最不穩(wěn)定的 （最穩(wěn)定的 乙烷構(gòu)象） 乙烷構(gòu)象）用透視式表示乙烷的構(gòu)象 乙烷分子的紐曼投影式 鋸架式Newman極限構(gòu)象第43頁/共98頁乙烷交叉式構(gòu)象與重疊式構(gòu)象的能量分析C-H鍵長C-C鍵長鍵角兩面角兩氫相距0.110nm0.154nm109.5o60o0.250nm0.110nm0.154nm109.5o0o0.229nm每個C-H、C-H重疊的能量約為4KJmol-1HHHH第44頁/共98頁0.250nm0.240nm0.229nmE重疊E交叉E=12.6KJmol-1當(dāng)二個氫原子的間距少于0.240nm（即二個氫原子的半徑和）時，氫原子之間會

15、產(chǎn)生排斥力，從而使分子內(nèi)能增高，所以重疊式比交叉式內(nèi)能高。兩氫離距相比:能量差別:第45頁/共98頁乙烷不同構(gòu)象的能量變化曲線 優(yōu)勢構(gòu)象（能量最低的穩(wěn)定構(gòu)象稱為優(yōu)勢構(gòu)象）第46頁/共98頁(1)在常溫下能否將重疊式與交叉式構(gòu)象分離?為什么？(2)試畫出丙烷的極限構(gòu)象。問題：第47頁/共98頁2丁烷的構(gòu)象 對位交叉式部分重疊式 鄰位交叉式全重疊式（優(yōu)勢構(gòu)象） 試分析丁烷不同構(gòu)象的穩(wěn)定性。第48頁/共98頁五、烷烴的物理性質(zhì) 第49頁/共98頁物 理 性 質(zhì)外觀： 狀態(tài)，顏色，氣味物理常數(shù)：沸點(diǎn)（b.p.)熔點(diǎn)（m.p.)折光率(n)旋光度密度（D）溶解度光譜特征t第50頁/共98頁范德華作用力)

16、極化率越大，分子的接觸面積越大)，第51頁/共98頁第52頁/共98頁烷烴屬于非極性分子，分子間只有微弱的色散力，在室溫（25）和0.1MPa下，烷烴的狀態(tài)第53頁/共98頁1沸點(diǎn) 第54頁/共98頁沸點(diǎn)大小取決于分子間的作用力（1）沸點(diǎn)一般很低。（非極性，只有色散力）（2）隨相對分子質(zhì)量增大而增大。（3）相對分子質(zhì)量相同、支鏈多、沸點(diǎn)低。烷烴沸點(diǎn)的特點(diǎn)（支鏈多，分子不易接近）（運(yùn)動能量增大，范德華引力增大）第55頁/共98頁 正戊烷、異戊烷、新戊烷中， 沸點(diǎn)最高的是（ ）； 最低的是（ ）。為什么？問題：第56頁/共98頁2熔點(diǎn) 熔點(diǎn)高低不但取決于分子間作用力的大小而且與分子在晶格中排列的緊

17、密程度有關(guān)，排列緊密程度越緊密（晶格能越高）則熔點(diǎn)越高。 第57頁/共98頁（1）隨相對分子質(zhì)量增大而增大。 （2）偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳烷烴的熔點(diǎn)升高值大。 （3）相對分子質(zhì)量相同的烷烴，支鏈增多，熔點(diǎn)下降。熔點(diǎn)取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度烷烴熔點(diǎn)的特點(diǎn)第58頁/共98頁問題： 正戊烷、異戊烷、新戊烷中， 熔點(diǎn)最高的是（ ）； 最低的是（ ）。為什么？ 對稱性好的分子晶格排列更加緊密，晶格能相對較高，則熔點(diǎn)較高。第59頁/共98頁3相對密度 烷烴比水輕，其相對密度都小于1。相對密度變化的規(guī)律也是隨著相對分子質(zhì)量的增加逐漸增大。 第60頁/共98頁4溶解度 根據(jù)“相似相溶”原則，烷烴在水

18、中的溶解度很小，幾乎不溶于水，而易溶于有機(jī)溶劑，如四氯化碳、乙醚等。 第61頁/共98頁六、烷烴的化學(xué)性質(zhì) 第62頁/共98頁由于烷烴分子中的鍵鍵能大，極性小，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。一般在常溫下烷烴與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、氧化劑、還原劑都不反應(yīng)。但烷烴的化學(xué)穩(wěn)定性是相對的。第63頁/共98頁1氧化反應(yīng)：CH42O2CO22H2O H881kJmol12CH3CH37O24CO26H2O H1538kJmol1 (1) 燃燒：第64頁/共98頁 化合物的燃燒熱（Hc）：一個化合物在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下完全燃燒生成二氧化碳和水的過程所放出的熱量 CnH2n+2(g)+3n+12nCO2(g)+(n+1)H2O(l) +O2(

19、g)HC烷烴在空氣中完全燃燒生成二氧化碳和水，反應(yīng)式如下：Hc=H生成物-H反應(yīng)物第65頁/共98頁(2) 氧化劑氧化：RCH2CH2R+O2RCOOH+RCOOH(2040個C)催化劑制備高級脂肪酸第66頁/共98頁2裂化反應(yīng) ：(1) 熱裂化：(自由基反應(yīng))CH3CH2CH3CH3CHCH2CH2CH2CH4CH3CH2CH3CH3CH2CH2HCH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH2CH3CH3CH3CHCH2CH4CH3CH2CH3CH2CH2CH4CH3HCH4例:第67頁/共98頁(2) 催化裂化：例:C16H34催化劑C8H16C8H18+第68頁/共98頁CH4Cl2黑

20、暗中強(qiáng)烈日光不發(fā)生反應(yīng)猛烈反應(yīng)4HCl+C3取代反應(yīng)：CH4Cl2CH3HClCl漫射光一氯甲烷能進(jìn)一步發(fā)生取代反應(yīng)生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。 取代反應(yīng)第69頁/共98頁1.該反應(yīng)只適宜工業(yè)生產(chǎn)而不適宜實驗室制備。2.該反應(yīng)可以用來制備一氯甲烷或四氯化碳，不適宜制備二氯甲烷和三氯甲烷。甲烷氯化反應(yīng)的適用范圍CH4Cl2300-400oor hvCH3ClCl2hvCH2Cl2Cl2hvCHCl3Cl2hvCCl4+HCl+HCl+HCl+HCl第70頁/共98頁 烷烴分子中的氫原子被其它原子或基團(tuán)所取代的反應(yīng)，稱為取代反應(yīng)。被鹵素取代的反應(yīng)稱為鹵代反應(yīng)，也稱為鹵化反應(yīng)。 鹵代反應(yīng)： 在

21、烷烴的鹵代反應(yīng)中,鹵素的反應(yīng)活潑性為: F2Cl2Br2I2 ，但有實用價值的是氯代和溴代。第71頁/共98頁X+CH3-HCH3+H-XFClBrI439.3568.2431.8366.1298.3-128.9+7.5+73.2+141H(KJ/mol)Ea(KJ/mol)+4.2+16.7+75.3+141總反應(yīng)熱(KJ/moL)：F(-426.8)Cl(-104.6)Br(-30.96)I(53.97)(1) 氟化反應(yīng)難以控制。(2) 碘化反應(yīng)一般不用。碘自由基是不活潑的自由基。(3) 氯化和溴化反應(yīng)常用，氯化比溴化反應(yīng)快5萬倍。甲烷鹵化反應(yīng)的比較第72頁/共98頁CH3CH2CH2CH

22、3 + Cl2 lightCH3CH2CH2CH2Cl + CH3CHCH2CH3Cl28%72%CH3CH2CH3 + Cl2heat or lightCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3Cl43%57%/h第73頁/共98頁試計算不同類型氫原子氯化反應(yīng)的活潑性V:V=28/6:72/4=1:41oH2oH1oHV:V=63/9:37/1=1:5.33oH氯化V:V:V=1:4:5.31oH2oH3oHCH3CH2CH2CH3 + Cl235 oChvCH3CH2CH2CH2Cl + CH3CH2CHCH3Cl28%72%CH3CHCH3 + Cl2CH335 oChv(CH3)2C

23、HCH2Cl + (CH3)3CCl63%37%問題:第74頁/共98頁BrCH3CH2CH3+Br2光127CH3CH2CH2BrCH3CHCH3+3%97%CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2BrCH3CHCH2CH3+2%98%Br+Br2光127BrCH3CHCH3CH3CH3+Br2光127CH3CHCH2BrCH3CCH3CH3+99%痕跡量第75頁/共98頁烷烴溴化反應(yīng)比氯化反應(yīng)具有更高的選擇性CH3CH2CH3 + Br2127 oChvCH3CHCH2Br + CH3CHCH3Br3%97%CH3CHCH3 + Br2CH3127 oChvCH3CHCH2Br +

24、 CH3CCH3BrCH3CH3 99%3oH2oH1oHV:V:V=1:82:1600溴化:第76頁/共98頁 烷烴中氫原子發(fā)生鹵代反應(yīng)的反應(yīng)活潑性次序是：結(jié)論：叔氫仲氫伯氫。 烷烴分子中伯、仲、叔氫原子活潑性的不同，可用C-H鍵離解能的不同來解釋。第77頁/共98頁鍵離解能/kJmol1伯氫CH3CH2CH2H 410 仲氫(CH3)2CHH 395 叔氫(CH3)3CH 380 碳-叔氫鍵的離解能最小，說明這個鍵最易斷裂，所以叔氫原子的活潑性最高。第78頁/共98頁七、鹵代反應(yīng)歷程 第79頁/共98頁反應(yīng)歷程是化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑或過程，亦稱反應(yīng)機(jī)理。有機(jī)化合物的反應(yīng)比較復(fù)雜，只有了解了

25、反應(yīng)機(jī)理，才能認(rèn)清反應(yīng)的本質(zhì)，掌握反應(yīng)的規(guī)律，從而達(dá)到控制和利用反應(yīng)的目的。反應(yīng)機(jī)理是根據(jù)大量的實驗事實作出的理論推導(dǎo)，是一種假說，有些是肯定的、可靠的，有些則尚欠成熟、尚未獲得充分論據(jù)、尚需根據(jù)新的實驗結(jié)果改進(jìn)和補(bǔ)充，而且并不是所有反應(yīng)現(xiàn)在都能提出明確的反應(yīng)機(jī)理。 反應(yīng)歷程（反應(yīng)機(jī)理）：第80頁/共98頁自由基取代反應(yīng)歷程 例如甲烷的氯代：烷烴的鹵代反應(yīng)歷程：ClClhv2Cl自由基第81頁/共98頁CHHHH+Cl慢CHHHHClCHHH+ HClCHHHH+ClCl快過渡態(tài)CHHHCl+ Cltransitionstate甲基自由基第82頁/共98頁CH3+ClCH3ClCH3CH3+C

26、H3CH3ClCl+Cl2第83頁/共98頁 上述反應(yīng)的開始，是在一定能源的引發(fā)下首先產(chǎn)生自由基，而反應(yīng)一經(jīng)引發(fā)出自由基，很快就可以連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，這樣的反應(yīng)一般稱為連鎖反應(yīng)或鏈反應(yīng)。一般來講，鏈反應(yīng)分為鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個階段。因為這是由自由基參加而進(jìn)行的鏈反應(yīng)，所以又叫做自由基反應(yīng) ，或稱自由基鏈反應(yīng)。 第84頁/共98頁自由基(freeradical): 一級碳自由基定義：帶有孤電子的原子或原子團(tuán)稱為自由基。碳自由基：含有孤電子碳的體系稱為碳自由基。CH3CH2CH3CHCH3CH3CCH3CH3三級碳自由基二級碳自由基自由基為平面結(jié)構(gòu)碳是sp2雜化第85頁/共98頁自由基的最外層為七個電子，反應(yīng)時總要尋找另外的電子來達(dá)到八隅體結(jié)構(gòu)，所以它非常活潑。自由基的產(chǎn)生熱均裂產(chǎn)生輻射均裂產(chǎn)生光第86頁/共98頁CH3CH2CH3CH2CH2CH3高溫CH3CH2+由化學(xué)鍵均裂引起的反應(yīng)均稱為自由基反應(yīng)熱裂化第87頁/共98頁自由基的穩(wěn)定性H=359.8kJ/mol(88kcal/m