第二章-烷烴和環(huán)烷烴(講稿)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第二章 烷烴和環(huán)烷烴由碳和氫兩種元素組成的化合物叫做碳?xì)浠衔?，?jiǎn)稱為烴。根據(jù)分子中碳原子間的連接方式不同，烴類化合物可分為脂肪烴和芳香烴兩大類。脂肪烴又可以分為飽和烴和不飽和烴，烷烴和環(huán)烷烴都是飽和烴。第一節(jié) 烷 烴烷烴：分子中的碳原子以單鍵相互連接，其余價(jià)鍵與氫原子結(jié)合的鏈烴叫做烷烴，烷烴又稱為飽和烴。在烷烴分子中，與碳原子結(jié)合的氫原子數(shù)目達(dá)到了最大值，故稱飽和烴。碳原子互相連接成“鏈狀”的碳?xì)浠衔锍蔀殒湡N，也叫脂肪烴。烷烴是飽和鏈烴。一、烷烴的同系列通式CnH2n+2，相鄰兩個(gè)烷烴的組成相差CH2，稱為系列化。這個(gè)CH2基團(tuán)叫做系差。同系列：像烷烴那樣，具有同

2、一個(gè)通式，結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)隨著碳原子數(shù)的增加而有規(guī)律地變化的化合物系列，稱為同系列。同系列中的各種化合物稱之為同系物。二 烷烴的同分異構(gòu)從丁烷開始有同分異構(gòu)體：正丁烷 異丁烷同分異構(gòu)體的推導(dǎo)：1 寫出最長(zhǎng)鏈： （1）2 寫出少一個(gè)碳原子的直鏈，把一個(gè)碳當(dāng)支鏈，找出可能的異構(gòu)體 （2） （3）3 寫出少二個(gè)碳原子的直鏈，把二個(gè)碳當(dāng)兩個(gè)支鏈，或一個(gè)支鏈，找出可能的異構(gòu)體 （4） （5）三 伯、仲、叔和季碳原子伯碳原子：一級(jí)碳原子，1°，與一個(gè)碳原子（三個(gè)氫原子）相連的碳原子。仲碳原子：二級(jí)碳原子，2°，與二個(gè)碳原子（二個(gè)氫原子）相連的碳原子。叔碳原子：三級(jí)碳原子

3、，3°，與三個(gè)碳原子（一個(gè)氫原子）相連的碳原子。季碳原子：四級(jí)碳原子，4°，與四個(gè)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氫原子、仲氫原子、叔氫原子。碳原子的SP3雜化 1.雜化軌道：碳原子在成鍵時(shí)，能量相同或相近的原子軌道，可以重新組合成新的軌道，叫做雜化軌道。2.甲烷的正四面體構(gòu)型甲烷為正四面體構(gòu)型，碳原子處于正四面體的中心，與碳原子相連的四個(gè)氫原子位于正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，四個(gè)碳?xì)滏I完全相同，鍵長(zhǎng)為0.110nm，彼此間的鍵角為109.5°。甲烷的正四面體構(gòu)型如圖2-1所示。圖2-1甲烷的正四面體構(gòu)型碳原子的sp3雜化軌如下圖所示：四個(gè)完全

4、等同的sp3雜化軌道以正四面體形對(duì)稱地排布在碳原子的周圍，它們的對(duì)稱軸之間的夾角為109.5°。sp3雜化軌道的形狀、分布如圖2-2所示。圖2-2碳原子的sp3雜化軌道鍵的形成及其特點(diǎn) 1.鍵：像甲烷分子中的碳?xì)滏I這樣，成鍵原子沿鍵軸方向重疊（也稱為“頭碰頭”重疊）形成的共價(jià)鍵叫做鍵。2.鍵的特點(diǎn)：軌道重疊程度大，鍵比較牢固；成鍵電子云呈圓柱形對(duì)稱分布在鍵軸周圍，成鍵兩原子可以繞鍵軸相對(duì)自由旋轉(zhuǎn)。三、烷烴的命名 普通命名法根據(jù)烷烴分子中碳原子的數(shù)目命名為“正（或異、新）某烷”。其中“某”字代表碳原子數(shù)目，其表示方法為：含碳原子數(shù)目為C1C10的用天干名稱甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛

5、、壬、癸來表示；含十個(gè)以上碳原子時(shí)，用中文數(shù)字“十一、十二、”來表示。直鏈的稱為正某烷，碳鏈一端帶有兩個(gè)甲基的稱為異某烷，有季碳原子的稱新某烷，如：異丁烷 新庚烷烷基1 某基： 甲基 CH3- Me乙基 CH3CH2- Et丙基 CH3CH2CH2- n-Pr丁基 CH3CH2CH2CH2- n-Bu異某基: 異丙基 (CH3)2CH- i-Pr 異丁基 (CH3)2CHCH2- i-Bu 仲某基: 仲丁基 s-Bu叔某基: 叔丁基 (CH3)3C- t-Bu叔戊基 5 新某基: 新戊基三、系統(tǒng)命名法直鏈烷烴的命名直鏈烷烴的系統(tǒng)命名法與習(xí)慣命名法基本一致，只是把“正”字去掉。例如：十一烷支鏈烷

6、烴的命名支鏈烷烴的命名是將其看作直鏈烷烴的烷基衍生物，即將直鏈作為母體，支鏈作為取代基，命名原則如下：選母體（或主鏈）選擇分子中最長(zhǎng)的碳鏈作為母體，若有兩條或兩條以上等長(zhǎng)碳鏈時(shí)，應(yīng)選擇支鏈最多的一條為母體，根據(jù)母體所含碳原子數(shù)目稱“某烷”。給母體碳原子編號(hào)為標(biāo)明支鏈在母體中的位置，編號(hào)應(yīng)遵循“最低系列”原則。寫出名稱按照取代基的位次（用阿拉伯?dāng)?shù)字表示）、相同取代基的數(shù)目取代基的名稱、母體名稱的順序?qū)懗雒Q。烷基大小順序支鏈上還有取代基時(shí)，用括號(hào)中的數(shù)字或帶撇數(shù)字來標(biāo)明：例：2-甲基-5，5-二（1，1-二甲基丙基）癸烷2-甲基-5，5-二-1，1-二甲基丙基癸烷四、烷烴的構(gòu)象異構(gòu)1、乙烷的構(gòu)象

7、透視式： 交叉式 重疊式紐曼式：（Newman式） 交叉式 重疊式兩種構(gòu)象式能量差為12.5 kJ/mol 2、正丁烷的構(gòu)象 對(duì)位交叉式 鄰位交叉式 部分重疊式 全重疊式 在丁烷的四種典型構(gòu)象中，原子或集團(tuán)特別是兩個(gè)體積較大的甲基，相距越遠(yuǎn)，斥力越小，內(nèi)能越低，越穩(wěn)定。因此，它們的穩(wěn)定順序?yàn)椋簩?duì)位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全部重疊式。室溫時(shí)，在丁烷的各種構(gòu)象的平衡混合物中，最穩(wěn)定的對(duì)位交叉式構(gòu)象約占63%，鄰位交叉式約占37%，其余構(gòu)象含量極少。五、烷烴的物理性質(zhì)1、物態(tài)常溫常壓下，四個(gè)碳原子以內(nèi)的烷烴、烯烴、炔烴和環(huán)烷烴為氣體；C5C16的烷烴、C5C18的烯烴、C5

8、C17的炔烴、C5C11的環(huán)烷烴為液體；高級(jí)烷烴、烯烴、炔烴和環(huán)烷烴為固體。2、沸點(diǎn)（b.p.）由色散力決定：隨碳原子數(shù)增加而升高；正烷烴的沸點(diǎn)高于它的異構(gòu)體同系列的烴化合物的沸點(diǎn)隨分子中碳原子數(shù)的增加而升高。這是因?yàn)殡S著分子中碳原子數(shù)目的增加，相對(duì)分子質(zhì)量增大，分子間的范德華引力增強(qiáng)，若要使其沸騰汽化，就需要提供更多的能量，所以同系物相對(duì)分子質(zhì)量越大，沸點(diǎn)越高。3、熔點(diǎn)（m.p.）同系列的烴化合物的熔點(diǎn)基本上也是隨分子中碳原子數(shù)目的增加而升高。對(duì)于烷烴，C3以下的變化不規(guī)則，自C4開始隨著碳原子數(shù)目的增加而逐漸升高，其中含偶數(shù)碳原子烷烴的熔點(diǎn)比相鄰含奇數(shù)碳原子烷烴的熔點(diǎn)升高多一些。這種變化趨

9、勢(shì)稱為鋸齒形上升。4、相對(duì)密度分子間引力決定: 隨碳原子數(shù)增加而增大，同系列的烴化合物，隨分子中碳原子數(shù)目增加而逐漸增大。其相對(duì)密度都小于1，比水輕。5、折射率折射率是液體有機(jī)化合物純度的標(biāo)志。各脂烴同系列中，同系物的折射率隨分子中碳原子數(shù)目的增加而緩慢加大。6、溶解性根據(jù)“相似相溶” 的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，脂烴分子沒有極性或極性很弱，因此難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。六、烷烴的化學(xué)性質(zhì)1、氧化反應(yīng) 1）燃燒 2）氧化 異構(gòu)化反應(yīng)  3）裂化反應(yīng) 2鹵代反應(yīng)鹵代反應(yīng): 烷烴的氫原子可被鹵素取代,生成鹵代烴,并放出鹵化氫.烷烴能與鹵素在高溫或光照條件下發(fā)生取代

10、反應(yīng)。X2的反應(yīng)活性為F2>Cl2>Br2>I2，其中氟代反應(yīng)太劇烈，難以控制；而碘代反應(yīng)太慢，難以進(jìn)行，實(shí)際上廣為應(yīng)用的是氯代和溴代反應(yīng)。例如：烷烴的鹵代反應(yīng)一般難以停留在一取代階段，通常得到各鹵代烴的混合物。例如甲烷的氯代：3自由基取代反應(yīng)機(jī)理 鹵代反應(yīng)均屬于自由基取代反應(yīng)。自由基取代反應(yīng)是通過共價(jià)鍵的均裂生成自由基而進(jìn)行的鏈反應(yīng)。它包括鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)和鏈終止三個(gè)階段?？梢杂孟旅娴氖阶颖硎荆豪杭淄槁却磻?yīng)機(jī)理七、重要的烷烴1、甲烷石油氣、天然氣、和沼氣的主要成分，可作為熱源和作為化工原料。完全燃燒：不完全燃燒：2、石油醚石油醚是輕質(zhì)石油產(chǎn)品的一種，主要是戊烷和己烷等低分子量烴類的混合物。常溫下為無色澄清的液體，有類似乙醚的氣溫，故稱石油醚。石油醚不溶于水，而溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，它能溶解油和脂肪。相對(duì)密度為0.60.66，沸點(diǎn)范圍為3090。石油醚由天然石油或人造石油經(jīng)分餾而得到，其主要用作有機(jī)溶劑。石油醚容易揮發(fā)和著火，使用時(shí)應(yīng)