有機(jī)化學(xué)--張金梅--2

1、課程名稱：課程名稱： 有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)( (Organic Chemistry) )第二章第二章 烷烴烷烴任課教師：任課教師： 張金梅張金梅教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 烷烴的系統(tǒng)命名法；烷烴的系統(tǒng)命名法； 同系列和同分異構(gòu)體的概念和書寫方法；同系列和同分異構(gòu)體的概念和書寫方法； 烷烴的構(gòu)型和構(gòu)象的表示和書寫方法；烷烴的構(gòu)型和構(gòu)象的表示和書寫方法； 烷烴的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。烷烴的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn) 烷烴的系統(tǒng)命名規(guī)則。烷烴的系統(tǒng)命名規(guī)則。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn) 烷烴的構(gòu)象（透視式與紐曼式），飽和碳原子上烷烴的構(gòu)象（透視式與紐曼式），飽和碳原子上的游離基取代歷程。的游離基取代歷程。 烷烴的同系

2、列烷烴的同系列 v系列差：系列差：CH2稱為同系列的系列差，也稱系差。稱為同系列的系列差，也稱系差。v烷烴的通式烷烴的通式CnH2n+2v同系物：同系列中的各個(gè)化合物互稱同系物。同系物：同系列中的各個(gè)化合物互稱同系物。CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 v同系列：具有一個(gè)通式，結(jié)構(gòu)相似，性質(zhì)相似且隨碳同系列：具有一個(gè)通式，結(jié)構(gòu)相似，性質(zhì)相似且隨碳原子數(shù)目有規(guī)律地變化的一類化合物叫同系列。原子數(shù)目有規(guī)律地變化的一類化合物叫同系列。 同分異構(gòu)現(xiàn)象同分異構(gòu)現(xiàn)象 v構(gòu)造異構(gòu)：構(gòu)造異構(gòu)：具有相同的分子式，而分子中原子或基團(tuán)具有相同的分子式，而分子中原子或基團(tuán)的連接順序或方式不同。的連接順

3、序或方式不同。碳鏈異構(gòu)，碳鏈的連結(jié)方式和次序不同；碳鏈異構(gòu)，碳鏈的連結(jié)方式和次序不同；官能團(tuán)異構(gòu)，相同的原子組成不同的官能團(tuán)。官能團(tuán)異構(gòu)，相同的原子組成不同的官能團(tuán)。位置異構(gòu)，取代基或官能團(tuán)的位置不同；位置異構(gòu)，取代基或官能團(tuán)的位置不同；v立體異構(gòu)：分子中原子的連接順序或方式相同，而立體異構(gòu)：分子中原子的連接順序或方式相同，而原子或基團(tuán)在空間的相對位置不同。原子或基團(tuán)在空間的相對位置不同。順反異構(gòu)，取代基在雙鍵或環(huán)的方位不同；順反異構(gòu)，取代基在雙鍵或環(huán)的方位不同；對映異構(gòu)，互為鏡像但不能重合的分子；對映異構(gòu)，互為鏡像但不能重合的分子；構(gòu)象異構(gòu)，由單鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的不同的分子形象。構(gòu)象異構(gòu)，由單鍵旋

4、轉(zhuǎn)產(chǎn)生的不同的分子形象。構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)v構(gòu)造構(gòu)造( (Constitution) )：分子中原子互相聯(lián)結(jié)的方式和：分子中原子互相聯(lián)結(jié)的方式和次序。次序。 構(gòu)造式的書寫方法構(gòu)造式的書寫方法 v構(gòu)造簡式構(gòu)造簡式 v構(gòu)造式構(gòu)造式v鍵線式鍵線式 CH3CH2CH2CH3CH3CH3CHCH3CH3CH2CH2CH3CH3CH3 CH CH3CHHCHC CHHHHHHHCHHCHC HHCHHHHH 寫出烷烴的同分異構(gòu)體寫出烷烴的同分異構(gòu)體CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3CH3 CH CH2 CH2 CH3CH3CH3 CH2 CH CH2 CH3CH3CH3 CH CH CH3CH3

5、CH3CH3 CH2 C CH3CH3CH3 碳、氫原子的分類碳、氫原子的分類 v伯、仲、叔、季碳原子；伯、仲、叔、季碳原子；1234CH3 C CH2 CH CH3CH3CH3CH3v不同類型的氫原子反應(yīng)性能是有一定差別的。不同類型的氫原子反應(yīng)性能是有一定差別的。v伯、仲、叔氫原子；伯、仲、叔氫原子； 普通命名法普通命名法( (習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法) ) v由碳原子的數(shù)目依次稱為甲烷、乙烷由碳原子的數(shù)目依次稱為甲烷、乙烷癸烷，自十癸烷，自十一個(gè)碳原子以后依次稱為十一烷、十二烷一個(gè)碳原子以后依次稱為十一烷、十二烷丁烷丁烷 CH3CH2CH2CH3CH3(CH2)10CH3十二烷十二烷 v烷烴的

6、英文詞尾是烷烴的英文詞尾是-ane。 butane dodecane v異構(gòu)體可以在名稱前加形容詞正、異、新來表示異構(gòu)體可以在名稱前加形容詞正、異、新來表示。v只能命名簡單的化合物只能命名簡單的化合物CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CH3CH3 C CH3CH3 C CH2CH3CH3CH3正戊烷正戊烷 n-pentane 異戊烷異戊烷 i-pentane 新戊烷新戊烷 neopentane 新己烷新己烷 neohexane v 烷烴分子中去掉一個(gè)氫原子剩下的原子團(tuán)稱為烷基。烷烴分子中去掉一個(gè)氫原子剩下的原子團(tuán)稱為烷基。 烷基的命名烷基的命名v 烷基的英文名是將

7、烷烴的詞尾烷基的英文名是將烷烴的詞尾-ane改為改為-yl。CH3甲基甲基( (Me) ) methyl CH3CH2乙基乙基( (Et) ) ethyl CH3CH2CH2丙基丙基( (Pr) ) propyl CH3CH2CH2CH2丁基丁基( (Bu) ) butyl 異丙基異丙基( (i-Pr) )isopropyl 異丁基異丁基 ( (i-Bu) )isobutyl 仲丁基仲丁基( (s-Bu) ) sec-butyl 叔丁基叔丁基( (t-Bu) ) tert-butyl CH3CHCH3CH3CHCH2CH3CH3CH2CHCH3CH3CCH3CH3 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法v選擇選

8、擇最長的碳原子直鏈作為主鏈最長的碳原子直鏈作為主鏈 ，支鏈作為取代基，支鏈作為取代基；v主鏈碳原子編號，使取代基的位次最??；主鏈碳原子編號，使取代基的位次最?。?-甲基己烷甲基己烷 1CH3CH2CHCH2CH2CH3CH3v烷基和烷基的位數(shù)寫在主鏈的前面，阿拉伯?dāng)?shù)字和漢烷基和烷基的位數(shù)寫在主鏈的前面，阿拉伯?dāng)?shù)字和漢字之間用字之間用“-”連接；連接；v在英文名稱中，烷烴的詞尾為在英文名稱中，烷烴的詞尾為-ane，烷基的詞尾為，烷基的詞尾為-yl。3-methylhexane 2 3 4 5 6v取代基的數(shù)目用漢字?jǐn)?shù)字表示；取代基的數(shù)目用漢字?jǐn)?shù)字表示；CH3C CHCH2CH3CH3CH3CH3

9、2,2,3-三三甲基戊烷甲基戊烷 2,2,3-trimethylpentane v在英文名稱中則用在英文名稱中則用di、tri、tetra、penta等表示。等表示。3-甲基甲基-5-乙基庚烷乙基庚烷 v取代基不同時(shí)，要把小的寫在前面；取代基不同時(shí)，要把小的寫在前面；CH3CH3CH2CH CH2CHCH2CH3CH2CH35-ethyl-3-methylheptane v在英文名稱中則按取代基的第一個(gè)字母順序?qū)懗觥Ｔ谟⑽拿Q中則按取代基的第一個(gè)字母順序?qū)懗觥?v基團(tuán)的基團(tuán)的“大小大小”，應(yīng)按次序規(guī)則確定：，應(yīng)按次序規(guī)則確定： 取代基游離價(jià)所在的原子，原子序數(shù)大的優(yōu)先；取代基游離價(jià)所在的原子，

10、原子序數(shù)大的優(yōu)先；原子序數(shù)相同時(shí)，則按同位素的質(zhì)量數(shù)。原子序數(shù)相同時(shí)，則按同位素的質(zhì)量數(shù)。 CH3HOCH3(CH2)8CH2HOHD游離價(jià)所在的原子相同時(shí)，則依次比較和該原子相連游離價(jià)所在的原子相同時(shí)，則依次比較和該原子相連的第二個(gè)原子；的第二個(gè)原子； 重疊式重疊式v楔形透視式楔形透視式0.229nm0.25nmCHHHHHHCCHHHHHHCv乙烷構(gòu)象勢能關(guān)系圖乙烷構(gòu)象勢能關(guān)系圖 060180120240300360E重疊式重疊式 交叉式交叉式 12.5kJmol- -1 丁烷的構(gòu)象丁烷的構(gòu)象 側(cè)面?zhèn)让?投影投影 全重疊式全重疊式(sp)對位交叉式對位交叉式(ap)H3CCH3HHHHCH

11、3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3鄰位交叉式鄰位交叉式(sc)部分重疊式部分重疊式(ac) (ac)(sc)CH3HHHHCH3v穩(wěn)定性次序：穩(wěn)定性次序：ap sc ac sp。 060180120240300360Eap acscspacscap 14.6kJmol-118.425.5kJmol-13.33.7kJmol-1v分子總是傾向于以穩(wěn)定的構(gòu)象形式存在。分子總是傾向于以穩(wěn)定的構(gòu)象形式存在。CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH315 70 15 用紐曼投影式寫出用紐曼投影式寫出1,2-二溴乙烷最穩(wěn)定和最不穩(wěn)定的構(gòu)象二溴乙烷

12、最穩(wěn)定和最不穩(wěn)定的構(gòu)象BrHHBrHHHBrHBrHH 物質(zhì)狀態(tài)物質(zhì)狀態(tài) v烷烴在室溫常壓下：烷烴在室溫常壓下：1C4C (g)，5C16C (l)，17C(s) 沸點(diǎn)沸點(diǎn) b.p. v烷烴的沸點(diǎn)隨分子量的增加而逐漸升高；烷烴的沸點(diǎn)隨分子量的增加而逐漸升高；CH3(CH2)3CH3bp./ 36.1 68.998.4CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)5CH3v相同分子量的烷烴，支鏈越多，沸點(diǎn)越低。相同分子量的烷烴，支鏈越多，沸點(diǎn)越低。bp./ 36.127.99.5v液體的沸點(diǎn)取決于分子間引力的大小，分子間引力越液體的沸點(diǎn)取決于分子間引力的大小，分子間引力越大，沸點(diǎn)就越高。大，沸點(diǎn)就越高

13、。 v分子間作用力主要有偶極力、色散力和氫鍵。分子間作用力主要有偶極力、色散力和氫鍵。CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3CH3CH3CH3 C CH3將下列化合物沸點(diǎn)由高到低排序?qū)⑾铝谢衔锓悬c(diǎn)由高到低排序a. 3,3-二甲基戊烷二甲基戊烷 b正庚烷正庚烷 c2-甲基庚烷甲基庚烷 d正戊烷正戊烷 e2-甲基己烷甲基己烷 cbead 熔點(diǎn)熔點(diǎn) m.p. v直鏈烷烴的熔點(diǎn)隨分子量的增加而升高，其中含偶數(shù)直鏈烷烴的熔點(diǎn)隨分子量的增加而升高，其中含偶數(shù)個(gè)碳原子的升高得多些。個(gè)碳原子的升高得多些。 v原因：在晶體中，分子之間的作用力不僅取決于分子原因：在晶體中，分子之間的作用

14、力不僅取決于分子的大小，而且和分子的對稱性有關(guān)。的大小，而且和分子的對稱性有關(guān)。mp./ - -129.7- -159.9- -16.6v分子量相同的烷烴異構(gòu)體中，對稱性大的熔點(diǎn)高些。分子量相同的烷烴異構(gòu)體中，對稱性大的熔點(diǎn)高些。 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3CH3CH3CH3 C CH3v烷烴不溶解于水，易溶解于有機(jī)溶劑。烷烴不溶解于水，易溶解于有機(jī)溶劑。 相對密度相對密度 d v相對密度，是有機(jī)物的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量比，是相對密度，是有機(jī)物的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量比，是無單位的量。無單位的量。 溶解度溶解度 v直鏈烷烴的相對密度隨著分子量的增加而增大，最后

15、直鏈烷烴的相對密度隨著分子量的增加而增大，最后趨近于最大值趨近于最大值0.8( (20) )。 d=mH2Om烷烴的穩(wěn)定性烷烴的穩(wěn)定性v在常溫下，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、強(qiáng)還原劑等都不在常溫下，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、強(qiáng)還原劑等都不能和烷烴起反應(yīng)，或反應(yīng)速度很慢。能和烷烴起反應(yīng)，或反應(yīng)速度很慢。 v原因：原因： 烷烴是飽和烴，烷烴是飽和烴，CC鍵和鍵和CH鍵都是比較牢固的共鍵都是比較牢固的共價(jià)鍵價(jià)鍵( (鍵鍵) )，鍵能較大；，鍵能較大； 分子無極性分子無極性( (0)0)，碳和氫的電負(fù)性差別小，碳和氫的電負(fù)性差別小( (C：2.5，H：2.2) )，分子中的共價(jià)鍵不易極化；，分子中的共價(jià)鍵不易極

16、化； 分子中無官能團(tuán)。分子中無官能團(tuán)。 1 1 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) =H1427 kJ mol12 CH3CH37 O2+4 CO26 H2O+燃燒v燃燒燃燒( (完全氧化完全氧化) ) H是反應(yīng)中的焓是反應(yīng)中的焓( (一種熱力學(xué)函數(shù)一種熱力學(xué)函數(shù)) )的變化，可以表的變化，可以表示反應(yīng)熱；示反應(yīng)熱；H為正時(shí)反應(yīng)是吸熱的，為負(fù)時(shí)反應(yīng)是放熱的。為正時(shí)反應(yīng)是吸熱的，為負(fù)時(shí)反應(yīng)是放熱的。 v部分氧化部分氧化( (控制氧化控制氧化) ) CH3CH2CH2CH32CH3COOH70atm, 170 200空氣CH4CH3OHCH2O+O2( )空氣20atm, 460RCOOHRCOOH+O2, MnO

17、2R CH2 CH2 R( )石蠟1102 2 異構(gòu)化反應(yīng)異構(gòu)化反應(yīng) CH3CH2CH2CH3AlBr3,HBr27H3CHC CH3CH3(20%)(80%)v熱裂化熱裂化 3 3 裂化反應(yīng)裂化反應(yīng) CH4+ CH2 CHCH3CH3CH2CH2CH3600CH3CH3CH2 CH2+CH3CH2CH2CH3600CH3CH CHCH3H2+CH3CH2CH2CH3600溫度越高，烷烴的裂化越徹底。溫度越高，烷烴的裂化越徹底。 CH2+CH4 1000CH41000H2+CH CHv催化裂化催化裂化 在在450500常壓下進(jìn)行，應(yīng)用最廣泛的催化劑為常壓下進(jìn)行，應(yīng)用最廣泛的催化劑為硅酸鋁，目的

18、是使石油工業(yè)的重餾份轉(zhuǎn)變?yōu)檩p餾份，硅酸鋁，目的是使石油工業(yè)的重餾份轉(zhuǎn)變?yōu)檩p餾份，提高汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量。提高汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量。 4 4 鹵代反應(yīng)鹵代反應(yīng) v甲烷的氯代甲烷的氯代 CH4Cl2CH3ClHCl+漫射光CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4Cl2Cl2Cl2v甲烷的氯代反應(yīng)很難停留在一氯甲烷階段甲烷的氯代反應(yīng)很難停留在一氯甲烷階段。 氯甲烷氯甲烷 二氯甲烷二氯甲烷 三氯甲烷三氯甲烷 四氯化碳四氯化碳 v其他烷烴的氯代其他烷烴的氯代 CH3CH2CH3CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3Cl25Cl2, h1-1-氯丙烷氯丙烷 2-2-氯丙烷氯丙烷 14:436:5721H與

19、與2H的活性比：的活性比：H的鹵代活性：的鹵代活性：3H 2H 1H。 43%57%2-2-甲基甲基-1-1-氯丙烷氯丙烷 2-2-甲基甲基-2-2-氯丙烷氯丙烷 1H與與3H的活性比：的活性比：15:649:361CH3 CHCH3CH3 Cl2, h25CH2 CHCH3CH3ClCH3 C ClCH3CH3+64%36%v由此得出由此得出氯代反應(yīng)時(shí)：氯代反應(yīng)時(shí)：3H : 2H : 1H = 5 : 4 : 1v溴代反應(yīng)中溴代反應(yīng)中氫的活性氫的活性差別較大差別較大：v烷烴的碘代反應(yīng)為可逆的，因?yàn)榈獯槟鼙煌闊N的碘代反應(yīng)為可逆的，因?yàn)榈獯槟鼙籋I還原。還原。 v溴對各種氫的選擇性較好，特別

20、是三級氫。溴對各種氫的選擇性較好，特別是三級氫。RH+I2RI+HICH3CHCH3CH3 hBr2CH3CCH3CH3BrCH3CHCH2CH3Br+99%3H : 2H : 1H = 1600 : 82 : 1 甲烷的氯代反應(yīng)歷程甲烷的氯代反應(yīng)歷程 v鏈引發(fā)鏈引發(fā) v鏈傳遞鏈傳遞 hCl Cl2 Cl+ CH4HCl +ClCH3+ Cl2+CH3ClCH3ClH=-H=-106kJmol106kJmol-1-1 H=+4kJmolH=+4kJmol-1-1 H=+243kJmolH=+243kJmol-1-1 v鏈終止鏈終止 +Cl2ClClCH3CH3CH3CH3+CH3ClCH3Cl

21、+HCl +ClCH2ClCH3Cl+ Cl2+ ClCH2ClCH2Cl2v在鏈傳遞的步驟中，氫還可以進(jìn)一步被取代。在鏈傳遞的步驟中，氫還可以進(jìn)一步被取代。 v碳?xì)滏I解離能越小，反應(yīng)活性就越大碳?xì)滏I解離能越小，反應(yīng)活性就越大。 烷烴的相對活性烷烴的相對活性 H = 410 kJmol-1 H = 397.5 kJmol-1 CH3CH2CH2 HCH3CH2CH2+HCH3CHCH3+ HCH3CHCH3HH = 389.1 kJmol-1 CH3CCH3+HCH3CCH3HCH3CH3v烷烴的相對活性為：烷烴的相對活性為：3H 2H 1H烷基自由基的穩(wěn)定性順序：烷基自由基的穩(wěn)定性順序：自由基自由基CH3 CH3CH2 (CH3)2CH (CH3)3C H/kJmol-1435.1410397.5389.1v自由基的自由基的穩(wěn)定性穩(wěn)定性 H 0+ HRR H 叔烷基叔烷基 仲烷基仲烷基