《飽和烴烷烴》PPT課件

1、整理ppt1 只含碳和氫兩種元素的有機化合物叫做只含碳和氫兩種元素的有機化合物叫做烴烴，也叫碳?xì)浠衔?。，也叫碳?xì)浠衔铩?(hydrocarbon) 根據(jù)分子中的碳架，可分成開鏈烴（脂肪烴）與環(huán)烴兩大類。根據(jù)分子中的碳架，可分成開鏈烴（脂肪烴）與環(huán)烴兩大類。根據(jù)分子中碳原子間的結(jié)合方式，可分為飽和烴和不飽和烴。根據(jù)分子中碳原子間的結(jié)合方式，可分為飽和烴和不飽和烴。 第二章第二章 飽和脂肪烴飽和脂肪烴 （烷烴（烷烴 alkane）分類：分類：其中，開鏈的飽和烴叫其中，開鏈的飽和烴叫烷烴烷烴，它是指分子中的碳原子以單鍵相，它是指分子中的碳原子以單鍵相連，其余的價鍵都與氫結(jié)合而成的化合物（碳與其它

2、原子的結(jié)連，其余的價鍵都與氫結(jié)合而成的化合物（碳與其它原子的結(jié)合達(dá)到了飽和）。舉例：見書合達(dá)到了飽和）。舉例：見書P12。整理ppt2烷烴的通式：烷烴的通式：CnH2n+2一一. 同系列和同分異構(gòu)同系列和同分異構(gòu)組成上相差組成上相差CH2及其整數(shù)倍。及其整數(shù)倍。同系列同系列(homologous series) 中的中的各化合物互為各化合物互為同系物同系物(homolog)。CH2稱為系差。稱為系差。 同分異構(gòu)體同分異構(gòu)體：具有相同分子式的不同化合物。：具有相同分子式的不同化合物。 構(gòu)造異構(gòu)體構(gòu)造異構(gòu)體：具有相同分子式，分子中原子或基團(tuán)因連接順：具有相同分子式，分子中原子或基團(tuán)因連接順 序不同

3、而產(chǎn)生的異構(gòu)體。序不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體。 由碳架（鏈）不同引起的異構(gòu)，稱由碳架（鏈）不同引起的異構(gòu)，稱碳（鏈）架異構(gòu)碳（鏈）架異構(gòu)。(屬構(gòu)造屬構(gòu)造 異構(gòu)異構(gòu))CH4-C2H6-C3H8 C4H10CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3C5H12整理ppt3 二二.命名命名2. 烷基的概念及命名烷基的概念及命名1. 伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子烷基烷基 (R-) 指烷烴中去掉一個氫原子生成的一價基團(tuán)，通式為：指烷烴中去掉一個氫原子生成的一價基團(tuán)，通式為： CnH2n+1 。CH3CCH3CCH3HH3CCHHCHHH4o 3o2o1oC3o

4、2o 1oH(季)(叔)(仲)(伯)CH3 Me 甲基CH3CH2 Et 乙基CH3CH2CH2n-Pr 正丙基整理ppt43. 烷烴的命名烷烴的命名1）普通命名法（適用于簡單化合物）普通命名法（適用于簡單化合物）110個碳的烷烴，詞頭用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、個碳的烷烴，詞頭用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；辛、壬、癸；10個碳以上，用數(shù)字十一、十二等表示。個碳以上，用數(shù)字十一、十二等表示。 碳架異構(gòu)體用正、異、新等詞頭區(qū)分。碳架異構(gòu)體用正、異、新等詞頭區(qū)分。 正己烷正己烷 異己烷異己烷 新己烷新己烷CH3CCH3CH3CH3CHCH3i-PrCH3CH2CHCH3異丙基s-

5、Bu仲丁基t-Bu叔丁基CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3CCH2CH3CH3CH3CH3整理ppt5 正：正： 異異 新新直鏈烷烴直鏈烷烴2）系統(tǒng)命名法（）系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）命名法） a. 選最長碳鏈作主鏈，支鏈作取代基。遇多個等長碳鏈，則選最長碳鏈作主鏈，支鏈作取代基。遇多個等長碳鏈，則 取代基多的為主鏈。取代基多的為主鏈。b. 近取代基端開始編號，并遵守近取代基端開始編號，并遵守“最低系列編號規(guī)則最低系列編號規(guī)則”。CH3CH-CH3CH3CH2CHCH3CH2CH3主鏈C-C-C-C-C-C-CC-C-CCC C123CH3C-CH3

6、CH3整理ppt6 c. 取代基距鏈兩端位號相同時，編號從順序小的基團(tuán)端開始。取代基距鏈兩端位號相同時，編號從順序小的基團(tuán)端開始。 順序規(guī)則（次序規(guī)則）順序規(guī)則（次序規(guī)則） 單原子取代基單原子取代基,按原子序數(shù)大小排列。原子序數(shù)大按原子序數(shù)大小排列。原子序數(shù)大,順序大；順序大； 原子次序小原子次序小,順序?。煌凰刂匈|(zhì)量高的順序?。煌凰刂匈|(zhì)量高的,順序大。順序大。CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH3取代基位號 2，3，5取代基位號 2，4，5順序： -C-C-C Br Cl F O N C D H 整理ppt7 多原子基團(tuán)第一個原子相同多原子基團(tuán)第一個原子相同,則依次比較與其相連

7、的其它原子。則依次比較與其相連的其它原子。 含雙鍵或叁鍵的基團(tuán)含雙鍵或叁鍵的基團(tuán),則作為連有兩個或叁個相同的原子。則作為連有兩個或叁個相同的原子。 順序大的基團(tuán)稱順序大的基團(tuán)稱。CH2CH2CH3 C（C、H、H、） C（C、C、H）CHCH3CH3CH2ClCHF2C（Cl、H、H） C（F、F、H） 鄰位交叉式鄰位交叉式 部分重疊式部分重疊式 全重疊式全重疊式室溫下，正丁烷構(gòu)象異構(gòu)體處于迅速轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡中，室溫下，正丁烷構(gòu)象異構(gòu)體處于迅速轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡中， 不能分離。最穩(wěn)定的不能分離。最穩(wěn)定的對位交叉構(gòu)象對位交叉構(gòu)象是優(yōu)勢構(gòu)象。是優(yōu)勢構(gòu)象。 HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHH

8、HCH3H3CHHHCH3H3C整理ppt16四四.物理性質(zhì)物理性質(zhì) 物理性質(zhì)與化合物的結(jié)構(gòu)有關(guān)。物理性質(zhì)與化合物的結(jié)構(gòu)有關(guān)。 （自學(xué)：書（自學(xué)：書p21） 1.狀態(tài)狀態(tài) 2.沸點沸點(bp) 3.熔點熔點(mp) 4.相對密度相對密度 5.溶解度溶解度bp. 36.1oC 25oC 9oC五五.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)取決于分子的結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)性質(zhì)取決于分子的結(jié)構(gòu)。C-C、C-H鍵。鍵能較大，鍵。鍵能較大，極性較小，烷烴穩(wěn)定。極性較小，烷烴穩(wěn)定。高溫、光照或有催化劑存在等條件高溫、光照或有催化劑存在等條件下烷烴具有反應(yīng)活性。下烷烴具有反應(yīng)活性。 1. 1.鹵代反應(yīng)鹵代反應(yīng) 1) 氯代氯代（hv或

9、高溫）或高溫）hvCH4Cl2hvCl2hvCl2CH3ClCH2Cl2CHCl3hvCl2CCl4整理ppt17 反應(yīng)經(jīng)歷了自由基活性中間體。（自由基取代反應(yīng)）反應(yīng)經(jīng)歷了自由基活性中間體。（自由基取代反應(yīng)） 亦稱反應(yīng)歷程、反應(yīng)機制，是描述反應(yīng)由反應(yīng)物到產(chǎn)物所亦稱反應(yīng)歷程、反應(yīng)機制，是描述反應(yīng)由反應(yīng)物到產(chǎn)物所 經(jīng)歷的每一步過程。經(jīng)歷的每一步過程。 2）反應(yīng)機理）反應(yīng)機理氯分子在光照或高溫下裂解（均裂），產(chǎn)生氯分子在光照或高溫下裂解（均裂），產(chǎn)生氯氯自由基：自由基：產(chǎn)生甲基自由基：產(chǎn)生甲基自由基：鏈增長鏈增長 產(chǎn)生新的氯自由基：產(chǎn)生新的氯自由基： 鏈引發(fā)鏈引發(fā) 鏈增長鏈增長 h hv vC Cl

10、 l2 2o or r2 2 C Cl lC Cl l+ +C CH H4 4C CH H3 3 + + H HC Cl lC CH H3 3+ + C CH H3 3C Cl l + + C Cl lCl2整理ppt18氯甲基自由基的形成：氯甲基自由基的形成：鏈增長鏈增長 氯甲基自由基再與氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：氯甲基自由基再與氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子： 鏈增長鏈增長 .自由基之間碰撞，形成穩(wěn)定分子，反應(yīng)終止：自由基之間碰撞，形成穩(wěn)定分子，反應(yīng)終止：鏈終止鏈終止C CH H3 3C Cl l C Cl l+ + C CH H2 2C Cl l H HC Cl l+ +C C

11、H H2 2C Cl l + + C Cl l2 2C CH H2 2C Cl l2 2 + + C Cl lC Cl l+ +C Cl lC Cl l2 2C CH H3 3+ +C Cl lC CH H3 3C Cl l+ +C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2C Cl l+ +C CH H2 2C Cl lC Cl lC CH H2 2C CH H2 2C Cl l整理ppt19整個反應(yīng)經(jīng)歷三個階段：鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止。整個反應(yīng)經(jīng)歷三個階段：鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止。此自由基反應(yīng)也稱鏈鎖反應(yīng)或鏈反應(yīng)。此自由基反應(yīng)也稱鏈鎖反應(yīng)或鏈反應(yīng)

12、。 討論題討論題 1 1）將氯氣用光照射后在黑暗中放置一段時間再與甲烷混合，）將氯氣用光照射后在黑暗中放置一段時間再與甲烷混合， 會發(fā)生氯代反應(yīng)嗎會發(fā)生氯代反應(yīng)嗎 ？ 2 2）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，為什么？）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，為什么？ 3) 3) 試分析一下反應(yīng)條件對甲烷與氯氣的反應(yīng)有何種影響？試分析一下反應(yīng)條件對甲烷與氯氣的反應(yīng)有何種影響？整理ppt203) 活化能與反應(yīng)速率活化能與反應(yīng)速率 活化能活化能(activating energy)： 過渡態(tài)與反應(yīng)物之間的能量差（過渡態(tài)與反應(yīng)物之間的能量差（Ea ）。）。 ECl + CH4ClHCH3CH3ClCl 16.78.3

13、CH3+HClCH3Cl + Cl . . . . 活化能越小，反應(yīng)速率越快；活化能越小，反應(yīng)速率越快； 活化能越大，反應(yīng)速率越慢?；罨茉酱?，反應(yīng)速率越慢。 第一步第一步 Ea= +16.7kJ/mol 第二步第二步 Ea= +8.3kJ/mol在甲烷氯代的多步反應(yīng)中在甲烷氯代的多步反應(yīng)中, 哪哪一步是控制反應(yīng)速率的？一步是控制反應(yīng)速率的？ 反應(yīng)速率最慢的一步反應(yīng)速率最慢的一步 速度控制步驟速度控制步驟整理ppt214）氯代、溴代反應(yīng)的取向）氯代、溴代反應(yīng)的取向1oH與與2oH被取代的概率為被取代的概率為: 6 2氫的相對反應(yīng)活性：氫的相對反應(yīng)活性： 1oH:2oH = (45/6) : (

14、55/2 ) = 1 : 3.8 1oH與與3oH氫被取代的概率為氫被取代的概率為: 9:1氫的相對反應(yīng)活性：氫的相對反應(yīng)活性： 1oH : 3oH = ( 64/9):(36/1) = 1 : 5CH3CH2CH3 + Cl2hv25oCCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3Cl45% 55%CH3CHCH3 + Cl2CH3hv25oCCH3CHCH2Cl + CH3CCH3CH3ClCH364% 36%整理ppt22 氯代反應(yīng)三種氫的活性：氯代反應(yīng)三種氫的活性：1H : 2H : 3H = 1 : 3.8 : 5 溴代：溴代： 溴代反應(yīng)三種氫的活性：溴代反應(yīng)三種氫的活性： 1H :

15、 2H : 3H = 1 : 82 : 1600 9 99 9% % Cl Br I氯化試劑活性高，溴化試劑活性低。氯化試劑活性高，溴化試劑活性低。 影響鹵代產(chǎn)物異構(gòu)體相對產(chǎn)率的主要因素：影響鹵代產(chǎn)物異構(gòu)體相對產(chǎn)率的主要因素：概率因素、概率因素、H原子的反應(yīng)活性、原子的反應(yīng)活性、X原子的反應(yīng)活性。原子的反應(yīng)活性。 C CH H4 4C CH H3 3 + + H HX XF F + +4 4. .2 2C Cl l + +1 16 6. .7 7B Br r + +7 75 5. .3 3I I + +1 14 41 1 E Ea a( (k kJ J/ /m mo ol l) )+ + X

16、X整理ppt24 不同氫的反應(yīng)活性與自由基的穩(wěn)定性有關(guān)。不同氫的反應(yīng)活性與自由基的穩(wěn)定性有關(guān)。 自由基的穩(wěn)定性與共價鍵均裂時鍵的離解能大小有關(guān)自由基的穩(wěn)定性與共價鍵均裂時鍵的離解能大小有關(guān).自由基穩(wěn)定性次序為自由基穩(wěn)定性次序為_含單電子的碳上連接的烷基越多，這樣的自由基越穩(wěn)定。含單電子的碳上連接的烷基越多，這樣的自由基越穩(wěn)定。CH3HCH3+ H Ed= +439.3kJ/mol CH3CH2HCH3CH2 + HCH3CH2CH2HCH3CH2CH2 + H CH3CHHCH3CH3CH + HCH3CH3CCH3CH3HCH3C + H CH3CH3+410+410+397.5+389.1

17、(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3整理ppt25 烷基自由基結(jié)構(gòu)烷基自由基結(jié)構(gòu) H HH HC C- -H Hsp2帶孤單電子碳帶孤單電子碳 sp雜化。雜化。孤單電子占據(jù)未參與雜化的孤單電子占據(jù)未參與雜化的P軌道。軌道。P軌道垂直于三個軌道垂直于三個sp雜化軌道所在的雜化軌道所在的平面。平面。CCH3HHCCH3HCCH3CH3CH3CH3乙基自由基乙基自由基 異丙基自由基異丙基自由基 叔丁基自由基叔丁基自由基整理ppt26 2002年國家自然科學(xué)獎一等獎“ 物理有機化學(xué)前沿領(lǐng)域兩個重要方面 有機分子簇集和自由基化學(xué)的研究”整理ppt272.氧化和燃燒氧化和燃燒在催化劑存在

18、下，烷烴在其著火點以下，可以被氧氣氧化生在催化劑存在下，烷烴在其著火點以下，可以被氧氣氧化生成含氧有機化合物如醇、醛、酮、酸等。（見書成含氧有機化合物如醇、醛、酮、酸等。（見書p26）烷烴在高溫和足夠的空氣中燃燒（完全氧化）生成二氧化碳和烷烴在高溫和足夠的空氣中燃燒（完全氧化）生成二氧化碳和水，同時放出大量的熱（燃燒熱）。水，同時放出大量的熱（燃燒熱）?？梢院唵握J(rèn)為：在有機分子中加氧或去氫的反應(yīng)叫做可以簡單認(rèn)為：在有機分子中加氧或去氫的反應(yīng)叫做氧化氧化；反；反之加氫或去氧則叫之加氫或去氧則叫還原還原。實際上，分子中的碳與電負(fù)性比碳強。實際上，分子中的碳與電負(fù)性比碳強的元素結(jié)合形成新鍵的反應(yīng)都是

19、氧化，其逆反應(yīng)則屬還原。的元素結(jié)合形成新鍵的反應(yīng)都是氧化，其逆反應(yīng)則屬還原。（汽油在內(nèi)燃機中的基本反應(yīng)；用作燃料）（汽油在內(nèi)燃機中的基本反應(yīng)；用作燃料）低級烷烴（低級烷烴（C1-C6）蒸氣與空氣混合至一定比例時，遇到明）蒸氣與空氣混合至一定比例時，遇到明火或火花便燃燒放出大量熱，生成的氣體膨脹而爆炸。（煤火或火花便燃燒放出大量熱，生成的氣體膨脹而爆炸。（煤礦中爆炸事故；爆炸極限）礦中爆炸事故；爆炸極限）C Cn nH H2 2n n+ +2 2+ + 3 3n n+ +1 12 2O O2 2n nC CO O2 2+ +( (n n+ +1 1) )H H2 2O O + + ( () )Q

20、 Q整理ppt28CH3CH2CH2CH2CH2 CH2CH2CH2CH3+CH3CH2CH2 + CH2=CH2.CH3 + CH2=CH2.CH3(CH2)7CH3. 單電子轉(zhuǎn)移用魚鉤箭頭表示。單電子轉(zhuǎn)移用魚鉤箭頭表示。 有機化合物在高溫和無氧條件下發(fā)生的分解反應(yīng)（鍵斷裂；有機化合物在高溫和無氧條件下發(fā)生的分解反應(yīng)（鍵斷裂； 自由基反應(yīng)）。自由基反應(yīng)）。3. 熱裂（熱解）反應(yīng)熱裂（熱解）反應(yīng)高級烷烴熱解時，碳鏈可以在任何一處斷裂，生成分子量較高級烷烴熱解時，碳鏈可以在任何一處斷裂，生成分子量較小的烷烴和烯烴的復(fù)雜混合物。小的烷烴和烯烴的復(fù)雜混合物。在工業(yè)上利用烷烴的熱解使高沸點的重油轉(zhuǎn)變?yōu)榈头悬c的汽油在工業(yè)上利用烷烴的熱解使高沸點的重油轉(zhuǎn)變?yōu)榈头悬c的汽油（裂化）。近年熱裂化已為催化裂化所代替，反應(yīng)機理較復(fù)雜。（裂化）。近年熱裂化已為催化裂化所代替，反應(yīng)機理較復(fù)雜。整理ppt29Homework:P27-28 2.2 a, d, g, h 2.4 d, e, f 2.9 P29 2.15 2.16 整理ppt30波函數(shù)中引入了三個常數(shù)