第二章飽和烴ppt課件

1、第二章 飽 和 烴烷烴和環(huán)烷烴）（8學時）本章基本內容： 1.飽和烴的概念、通式、構造異構 *2.烷烴和環(huán)烷烴的命名 *3.烷烴和環(huán)烷烴的結構 * 4.烷烴和環(huán)烷烴的構象 *5.烷烴和環(huán)烷烴的物理性質自學） *6.烷烴和環(huán)烷烴的化學性質 7.烷烴和環(huán)烷烴的來源1.烴：只由碳和氫兩種元素組成的有機化合物稱為碳氫化合物，簡稱烴(Tan+Qing)。(脂肪烴、脂環(huán)烴、芳香烴） （hydrocarbons）脂肪烴：烷烴，烯烴，炔烴；脂環(huán)烴：環(huán)烷烴，環(huán)烯烴，環(huán)炔烴；芳香烴：含芳環(huán)的碳氫化合物；2.飽和烴：碳碳單鍵相連的烴。 3.飽和烴：分子中碳原子間均以單鍵C-C)相連，其余的價鍵都為氫原子所飽和，則稱

2、為飽和烴 （烷烴環(huán)烷烴） 。 4.烷烴的通式： CnH2n+2 系差為CH2 例：（CH4, C2H6, C3H8, C4H10, ） 5.環(huán)烷烴的通式： CnH2n 系差為CH2H2CH2CCH2H2CH2CCH2CH2H2CH2CCH2CH2H2CH2CH2CCH2CH2CH2H2C環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)己烷環(huán)戊烷 6.同分異構體：具有相同分子式的不同化合物稱為同分異構體。當烷烴和環(huán)烷烴中碳原子數(shù)多于4個時，有同分異構現(xiàn)象。CH4C2H6C3H8C3H6 CH3-CH2-CH2-CH3 正丁烷 CH3-CH-CH3 異丁烷 CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 正戊烷 CH3-CH-CH2-CH

3、3 CH3-C-CH3 CH3CH3CH3CH3異戊烷新戊烷C6H14C20H42366319CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CHCH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CH3CH3CH2CCH3CH3CH3練習：寫出庚烷的練習：寫出庚烷的9種種異構體異構體 構造異構體碳架異構體）：分子式相同，分子構造不同的化合物；隨著碳原子數(shù)的增加，構造異構體的數(shù)目顯著增加；CH3CH3CH3CH3H3CCH3C2H5環(huán)丁烷構造異構環(huán)戊烷構造異構練習：環(huán)己烷的構造異構；1.伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子： 伯碳原子(1)：只與一個碳原子相聯(lián)的碳原

4、子。 仲碳原子(2) ：只與兩個碳原子相聯(lián)的碳原子。 叔碳原子(3) ：只與三個碳原子相聯(lián)的碳原子。 季碳原子(4) ：與四個碳原子相聯(lián)的碳原子。練習： 2.烷基和環(huán)烷基：從烷烴和環(huán)烷烴分子中去掉一個氫原子后剩下的基團。烷基的通式為： -CnH2n+1，通常用-R表示。環(huán)烷基的通式為 -CnH2n-1； 例如：-CH3；-CH2CH3； -CH2CH2CH3； CH3CHCH3；-CH2CH2CH2CH3； CH3CHCH2CH3；(CH3)2CHCH2-；(CH3)3C-； 異丙基仲丁基異丁基叔丁基 3.亞烷基：烷烴分子中去掉兩個氫原子后剩下的基團。環(huán)丙基環(huán)丁基環(huán)戊基環(huán)己基CH2CHCH3C

5、H2CH2C(CH3)2亞甲基亞乙基1，2亞乙基亞異丙基 4.烷烴的命名： （1普通命名法: CH4CH3CH3CH3CH2CH3甲烷乙烷丙烷CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3CH3(CH2)3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH3正丁烷異丁烷正戊烷異戊烷新戊烷CH3(CH2)4CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3正己烷異己烷新己烷？CH3(CH2)5CH3CH3(CH2)6CH3CH3(CH2)7CH3CH3(CH2)8CH3CH3(CH2)9CH3CH3(

6、CH2)10CH3CH3(CH2)11CH3CH3(CH2)18CH3正庚烷 正辛烷正癸烷正壬烷正十一烷正十二烷正十三烷正二十烷（2衍生命名法:以甲烷為母體的命名法。二甲基乙基甲烷選擇連接烷基最多的碳原子作母體H3CHCCH2CCH3CH3H3CCH3二甲基乙基異丙基甲烷相同烷基合并用漢字二、三等表示其總數(shù)（3系統(tǒng)命名法IUPAC命名法）:IUPAC命名法的原則：a.從烷烴的結構式中選取最長鏈的連續(xù)碳鏈作為主鏈。當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做主鏈。HCH2CHCHCCH2CH2HCH3CCH3CH3CH3H3CH3C如： b.將主鏈上的碳原子從靠近支鏈

7、的一端開始編號。當主鏈編號有幾種可能時，應選定支鏈具有“最低系列的編號。H3CHCHCCH3H2CCH3HCCH3CH31 2 3 4 5 6最低系列：碳鏈以不同方向編號時，若有不止一種可能的命名系列，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” c.命名時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，兩者用短橫線相連。H3CH2CH2CHCCHH2CH2CH2CCH3HCCH3CH3CH2CH2CH31 2 3 4 5 6 7 8 95-丙基4異丙基壬烷H3CH2CHCH2CH2CCHCHH2CCH3CH3CH2CH3CH

8、39 8 7 6 5 43 2 13，7二甲基4乙基壬烷 d.如果烷烴比較復雜，在支鏈上還有取代基時，可用帶撇的數(shù)字標明取代基在支鏈中的位次或把有取代基的支鏈的全名放在括號中。H2CH2CH2CH2CCHH2CH2CHCCH3CH3CCH3CH2CH3H3CH3C2-甲基-5-1,1-二甲基丙基癸烷2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷HCH2CCH3H3CCH2CH3H2CHCHCH3CCH3CH3CH32乙基丁烷2，3甲基戊烷 HCH2CHCH3CHCCH3H2CCH3CH3CH2CH34，6二甲基乙基庚烷 （一分類：環(huán)烷烴按著分子中所含碳環(huán)數(shù)目的不同，可分為單環(huán)，二環(huán)和多環(huán)環(huán)烷烴。CH

9、3CH3H3CC2H5CH3CH3十氫化萘 降冰片烷 螺2,4庚烷立方烷金剛烷棱烷籃烷 A 單環(huán)烷烴：命名方法與烷烴的命名相似。按著環(huán)上碳原子的數(shù)目，稱為“環(huán)某烷”。支鏈作取代基處理，其名稱放在“環(huán)某烷之前。若環(huán)上有多個取代基，則編號成環(huán)碳原子。編號時，按次序規(guī)則給“較優(yōu)基團以較大的編號，且使所有取代基的編號盡可能小。CH3CH(CH3)2CH3C2H5CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH2CH3甲基環(huán)戊烷1，2-二甲基環(huán)己烷1-甲基-3-乙基環(huán)己烷CH3CH3HCH2CH2CCH3H3CH2CH2CH2C B 二環(huán)環(huán)烷烴：分子的碳架中含有兩個碳環(huán)的烴。包括：聯(lián)環(huán)、螺環(huán)、稠環(huán)、橋環(huán)四種類型

10、。 橋環(huán)烷烴：以“二環(huán)作詞頭，按成環(huán)碳原子的總數(shù)稱為“某烷”。合起來，即為“二環(huán)某烷”。兩環(huán)連接處的碳原子為橋頭碳原子，其他碳原子為橋碳原子。各橋的碳原子數(shù)由大到小分別用數(shù)字表示，用圓點分開，放在方括號中，并將此方括號放在“二環(huán)與“某烷之間。環(huán)上碳原子的編號：從一個橋頭碳原子開始，沿最長的橋到另一個橋頭碳原子，再沿次長的橋編回到開始的橋頭碳原子，最短橋上的碳原子最后編號。若環(huán)上聯(lián)有支鏈：支鏈作為取代基，其所在位次即為環(huán)上碳原子的位次號，將取代基的位次和名稱放在“二環(huán)之前，得全稱。2-甲基-7-乙基二環(huán)2.2.1庚烷2,8,8-三甲基-1-乙基二環(huán)3.2.1辛烷3,7,7-三甲基二環(huán)4.1.0庚

11、烷二環(huán)4,4,0癸烷CH3CH3CH3H3CCH2CH3螺環(huán)烷烴：兩個碳環(huán)共用的碳原子稱為螺原子。命名時以“螺字作詞頭。按成環(huán)碳原子總數(shù)稱為“某烷”。用方括號中的阿拉伯數(shù)字，分別標明兩個碳環(huán)除螺原子以外的碳原子數(shù)目。但順序是由小環(huán)到大環(huán)，數(shù)字用圓點分開。環(huán)上碳原子編號順序：由小環(huán)中與螺原子相鄰的碳原子開始，沿小環(huán)編號，然后通過螺原子到大環(huán)。若環(huán)上有支鏈：支鏈的命名與橋環(huán)烷烴的命名相同。如：CH2CH3H3CH2C5,8-二甲基-2-乙基螺3.4辛烷3-甲基-9-乙基螺5.5十一烷螺2.4庚烷螺5.5十一烷5-甲基螺3.4辛烷1.3.7-三甲基螺4.4壬烷1.碳原子軌道的sp3雜化 ：2.鍵的形

12、成及其特性：原子軌道沿核間連線方向相互接近，形成的對鍵軸呈圓柱形對稱的分子軌道。 軌道上的電子稱為電子。sp3雜化軌道外形 在環(huán)烷烴中，環(huán)越小，能量越高，體系越不穩(wěn)定。 環(huán)丙烷不穩(wěn)定的原因是：由于成環(huán)碳原子的sp3雜化軌道未能形成最大程度交蓋所致。在環(huán)丙烷中三個碳在同一平面上，碳碳夾角為60。而碳原子以sp3雜化軌道相互交蓋時，其鍵角應為109.5或接近這一值。這就導致在環(huán)丙烷中碳碳鍵只能以彎曲的形式交蓋，即形成彎曲鍵。導致環(huán)張力提高，原子軌道交蓋程度降低，鍵穩(wěn)定性下降。環(huán) 丁 烷環(huán) 戊 烷 環(huán)己烷六元環(huán)最穩(wěn)定，其次是環(huán)戊烷五元環(huán)）；大環(huán)都是穩(wěn)定的；小環(huán)中的環(huán)丙烷最不穩(wěn)定，其次是環(huán)丁烷。環(huán)己烷

13、 分子結構包括構造、構型、構象； 構造：分子內各原子間的成鍵順序； 具有一定構造的分子中各原子在空間的排列方式用構象、構型表示； 構象：分子結構能夠通過單鍵旋轉轉化的； 構型：分子結構不能通過單鍵旋轉轉化的；乙烷的兩種極限乙烷的兩種極限構象構象透視式Newman投影式重疊式交叉式交叉式部分重疊式 CHHCHHHH12HHHHHH1212HHHHHH1CHHCHHHH2.3 小于兩個小于兩個H 的的van der waals 半半徑徑1.2之和，之和，有排斥力有排斥力60oC1旋旋轉轉Cl2Br2I2 慢射光慢射光慢射光烷烴鹵化反應特點：需要光或熱工業(yè)上鹵代烷合成反應的用途： CnH2n+2 +

14、Cl2 CnH2n+1Cl +HCl加熱H3CCH3+ Cl2H3CCH2Cl +HCl+ Cl2Cl+HCl420h1.反應機理：化學反應所經歷的途徑或過程。亦稱反應歷程。l 反應條件起什么作用？l 決速步驟是哪一步？l 副產物是如何生成的？l 反應是如何開始的？l 產物生成的合理途徑？l 經過了什么中間體？ 通過反應機理的研究，我們可以得到有關化學反應的如下信息： Cl:Clh或2ClCl + H:CH3HCl + CH3Cl+CH3Cl:ClCH3Cl+Cl+CH3CH3Cl+ClCl2CH3H3CCH3ClCH3鏈引發(fā)鏈增長鏈終止BrCH3H+BrBrBrBr+CH3BrBr+BrBr

15、Br+BrBrBrCH3+CH3BrCH3CH3+CH3CH3BrH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反應應重重復復進進行行鏈鏈引引發(fā)發(fā)鏈鏈轉轉移移（鏈鏈傳傳遞遞, ,鏈鏈增增長長）鏈鏈終終止止chain initiationchain propagationchain terminationCH3Brhv or 甲烷溴化反應機理hv orX2CH4 CH3XXX2CH3XH甲烷鹵代反應機理的循環(huán)表示式ClCH3H+ClClClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(

16、3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反應應重重復復進進行行hv or + 7.5 kJ/mol+ 7.5 kJ/mol吸熱吸熱112.9 kJ/mol112.9 kJ/mol放熱放熱ClH +CH3反反應應進進程程ClCH4+ClCH3H ClCH3Cl CH3Cl + ClEa 1Ea 2 H 1 H 2 勢勢能能Ea：活化能（：活化能（ activation energy）；）； DH: 反應熱反應熱CH3CH2CH3Cl2hv , 25oCCH3CH2CH2ClCH3CHCH3+Cl45%55%CH3CHCH3Cl2hv , 25oCCH3CHCH2ClCH3CCH3+Cl6

17、4%36%CH3CH3CH3選擇性：選擇性：2o H : 1o H = 3.7 : 1選擇性：選擇性：3o H : 1o H = 5.0 : 1氯代選擇性氯代選擇性25oC）：）：3o H : 2o H : 1o H = 5.0 : 3.7 : 1氫原子被鹵化的活性順序：叔氫仲氫伯氫CH3CH2CH3Br2hv , 127oCCH3CH2CH2BrCH3CHCH3+Br3%97%CH3CHCH3Br2hv , 127oCCH3CHCH2BrCH3CCH3+Br少量 97 %CH3CH3CH3選擇性：選擇性：2o H : 1o H = 82 : 1選擇性：選擇性：3o H : 1o H = 16

18、00 : 1溴代選擇性溴代選擇性127oC）：）：3o H : 2o H : 1o H = 1600 : 82 : 1 烷烴分子中不同H原子的活性不同，與CH鍵的解離能有關；CH2HCHHCH伯氫 仲氫 叔氫鍵解離能/(KJ/mol) 405.8 393.3 376.6飽和烴鹵化反應中氫原子的活性順序： 叔氫仲氫伯氫過渡態(tài)：由反應物到產物的中間狀態(tài)。 自由基的穩(wěn)定性順序： (CH3)3C(CH3)CHCH3CH2CH3CH3CH2CH3光CH3CHCH3Cl+CH3CH2CH2Cl55%45%CH3CHCH3Br+CH3CH2CH2Br98%2%Cl2Br2烷烴鹵化時，鹵原子的選擇性強弱順序：

19、 IBrClF2.氧化反應：（完全氧化） CH4 +2O2 CO2 +2H2O +Q 氧化反應在工業(yè)上的其它用途不完全氧化）R-CH2-CH2-R +O2 RCOOH +RCOOH + 其它雜質熄滅MnO2加熱 +O2鈷催化劑高溫、高壓OHO+高 溫空 氣 ， 硼 酸OHO用途：生產環(huán)己醇，進一步氧化制備己二酸，己二酸為生產尼龍6，6的原料。用途：生成環(huán)十二酮，進而生成尼龍12。3.異構化反應 ：化合物從一種異構體變成另一種異構體的反應。4.裂化反應：烷烴在沒有氧氣存在下進行的熱分解反應。 不加催化劑稱為熱裂化獲得化工基本原料為目的，8001000），有催化劑則稱為催化裂化以提高汽油的產量和質量為目的，400500）。天然氣煉油氣粗柴油潤滑油煤油重燃料油輕、重石腦油直溜汽油催化 重整裂解裂解 小環(huán)烷烴如環(huán)丙烷和環(huán)丁烷分子中雖無雙鍵，但比較容易進行開環(huán)加成反應。該反應是小環(huán)烷烴的特征反應。+ H2Ni80CH3CH2CH3 （）加氫+ H2Ni200CH3CH2CH2CH3+ H2Ni300CH3CH2CH2CH2CH3（） 加鹵素環(huán)丙烷及其衍生物在常溫下即可以與鹵素加成。如：Br2+常溫BrCH2CH2CH2BrBr2+加 熱BrCH2CH2CH2CH2Br環(huán)碳原子多于5個的環(huán)烷烴不進行鹵素加成反應，高溫時進行取代反應。HB