有機化學(xué)烷烴1-2012

1、 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； 烷烴和烷烴和環(huán)環(huán)烷烴烷烴的構(gòu)型和構(gòu)象的表示的構(gòu)型和構(gòu)象的表示 烷烴烷烴和和環(huán)環(huán)烷烴烷烴的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。 烷烴的命名、性質(zhì)，構(gòu)型和構(gòu)象；烷烴的命名、性質(zhì)，構(gòu)型和構(gòu)象； 烷烴鹵代反應(yīng)的歷程烷烴鹵代反應(yīng)的歷程； 環(huán)環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系烷烴的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系。第二章第二章 烷烴和環(huán)烷烴烷烴和環(huán)烷烴 烷烴的同系列烷烴的同系列 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

2、各個化合物互稱同系物。同系物：同系列中的各個化合物互稱同系物。CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 v同系列：具有一個通式，結(jié)構(gòu)相似，性質(zhì)相似的化合同系列：具有一個通式，結(jié)構(gòu)相似，性質(zhì)相似的化合物系列。物系列。2-1 烷烴的概念和同分異構(gòu)現(xiàn)象烷烴的概念和同分異構(gòu)現(xiàn)象 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)的順序不同。的順序不同。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

3、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)：分子中原子的結(jié)合順序相同，而原子或立體異構(gòu)：分子中原子的結(jié)合順序相同，而原子或基團(tuán)在空間的相對位置不同?；鶊F(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

4、構(gòu)造簡式 v構(gòu)造式構(gòu)造式v鍵線式鍵線式 CH3CH2CH2CH3CH3CH3CHCH3CH3CH(CH3)2CH3CH2CH2CH3CH3CH3 CH CH3 碳、氫原子的分類碳、氫原子的分類 v和伯、仲、叔碳原子相連的氫原子稱為伯、仲、叔和伯、仲、叔碳原子相連的氫原子稱為伯、仲、叔氫原子；氫原子；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。 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

5、烷、乙烷癸烷，自十癸烷，自十一個碳原子以后依次稱為十一烷、十二烷一個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烷烴的英文詞尾是烷烴的英文詞尾是-ane。 butane dodecane 2-2烷烴的命名烷烴的命名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。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

6、新己烷 neohexane v 烷烴分子中去掉一個氫原子剩下的原子團(tuán)稱為烷基。烷烴分子中去掉一個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

7、叔丁基叔丁基( (t-Bu) ) tert-butyl CH3CHCH3CH3CHCH2CH3CH3CH2CHCH3CH3CCH3CH3v 兩價的烷基稱為亞基。兩價的烷基稱為亞基。亞甲基亞甲基methylidene 亞乙基亞乙基 ethylidene 1,2-亞乙基亞乙基 dimethylene 1,3-亞丙基亞丙基 trimethylene CHCH3C(CH3)2亞異丙基亞異丙基 isopropylidene CH2CH2CH2CH2CH2CH2v 三價的烷基叫次基，命名中使用的次基限于三個價三價的烷基叫次基，命名中使用的次基限于三個價在同一個碳原子上的結(jié)構(gòu)。在同一個碳原子上的結(jié)構(gòu)。次甲基

8、次甲基 methylidyne 次乙基次乙基 ethylidyne v 英文詞尾是英文詞尾是-ylidyne。 C HC CH3 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法v選擇選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，使取代基的位次最小；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

9、-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 CHCH2CH3CH3CH3CH32,2,3-三三甲基戊烷甲基戊烷 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，要把小的寫在前面；取代基不同時，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字母順序?qū)懗觥Ｔ谟⑽拿Q中則按取代基

10、的第一個字母順序?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： 取代基游離價所在的原子，原子序數(shù)大的優(yōu)先；取代基游離價所在的原子，原子序數(shù)大的優(yōu)先；原子序數(shù)相同時，則按同位素的質(zhì)量數(shù)。原子序數(shù)相同時，則按同位素的質(zhì)量數(shù)。 CH3HOCH3(CH2)8CH2HOHD游離價所在的原子相同時，則依次比較和該原子相連游離價所在的原子相同時，則依次比較和該原子相連的第二個原子；的第二個原子； sc （鄰位交叉）（鄰位交叉） ac（部分重疊）（部分重疊） sp （全重疊）（全重疊） 060180120240300360Eap acscspacscap 15.9kJmol-118

11、.8kJmol-13.7kJmol-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 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) 沸點沸點 bp. v烷烴的沸點隨分子量的增加而逐漸升高；烷烴的沸點隨分子量的增加而逐漸升高；CH3(CH2)3CH3bp./ 36.1 68.998.4CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)5CH32-52-5烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì)v相同分子量的烷烴，支鏈越多，沸點越低。相同分子量的烷烴，支鏈

12、越多，沸點越低。bp./ 36.127.99.5v液體的沸點取決于分子間引力的大小，分子間引力越液體的沸點取決于分子間引力的大小，分子間引力越大，沸點就越高。大，沸點就越高。 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 熔點熔點 mp. v直鏈烷烴的熔點隨分子量的增加而升高，其中含偶數(shù)直鏈烷烴的熔點隨分子量的增加而升高，其中含偶數(shù)個碳原子的升高得多些。個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，分子之間的作用力不僅取決于

13、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，對稱性大的熔點高些。分子量相同的烷烴異構(gòu)體中，對稱性大的熔點高些。 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3CH3CH3CH3 C CH3v烷烴不溶解于水，易溶解于有機溶劑。烷烴不溶解于水，易溶解于有機溶劑。 相對密度相對密度 d v相對密度，是有機物的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量比，是相對密度，是有機物的質(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，最后直鏈烷烴的相

14、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0.78( (20) )。 d=mH2Om 烷烴的穩(wěn)定性烷烴的穩(wěn)定性v在常溫下，強酸、強堿、強氧化劑、強還原劑等都不在常溫下，強酸、強堿、強氧化劑、強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鍵價鍵( (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：2.1) )，分子中的共價鍵不易極化；，分子中的共價鍵不易極化； 分

15、子中無官能團(tuán)。分子中無官能團(tuán)。 2-62-6烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴的化學(xué)性質(zhì) 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為正時反應(yīng)是吸熱的，為負(fù)時反應(yīng)是放熱的。為正時反應(yīng)是吸熱的，為負(fù)時反應(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, 460RCOOH

16、RCOOH+O2, MnO2R CH2 CH2 R( )石蠟110v熱裂化熱裂化 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。

17、提高汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量。 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 1H與與2H的活性比：的活性比：H的鹵代活性：的鹵代活性：3H 2H 1H。 45%55%45/6 : 55/21 : 42-2-甲基甲

18、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：氯代反應(yīng)時：3H : 2H : 1H 5 : 4 : 1v利用氯代反應(yīng)時利用氯代反應(yīng)時H的活性比率，可以預(yù)測烷烴在氯代的活性比率，可以預(yù)測烷烴在氯代時產(chǎn)物中各異構(gòu)體的得率。時產(chǎn)物中各異構(gòu)體的得率。1-氯丁烷氯丁烷( (A) )2-氯丁烷氯丁烷( (B) )AB=2 H1 H的個數(shù)活性的個數(shù)活性=614438=A%= 27.3%B%= 72

19、.7%=338+=388+CH3(CH2)2CH3+CH3CHCH2CH3ClCl2, h25CH3(CH2)3Clv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，因此碘代烷能被烷烴的碘代反應(yīng)為可逆的，因此碘代烷能被HI還原。還原。 v溴對各種氫的選擇性較好，特別是三級氫。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痕跡量 甲烷的氯代反應(yīng)機理甲烷的氯代反應(yīng)機理 v鏈引發(fā)鏈引發(fā) v鏈傳遞鏈傳遞 hCl Cl

20、2 Cl+ CH4HCl +ClCH3+ Cl2+CH3ClCH3Cl2-7 烷烴的鹵代反應(yīng)機理烷烴的鹵代反應(yīng)機理H = +4.0kJ/molH = -109kJ/molH = +243kJ/mol總的總的H = -104kJ/mol放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)v鏈終止鏈終止 +Cl2ClClCH3CH3CH3CH3+CH3ClCH3Cl+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鹵素的相對活性：鹵素的相對活性：F2 Cl2 Br2 I2 v這可以從反應(yīng)過程的能量變化來理解。這可以從反應(yīng)過

21、程的能量變化來理解。 鹵素的相對活性鹵素的相對活性 CH3FCH3ClCH3BrCH3I鍵能鍵能/ /kJmol-1： 448 351 293 234v由此求出甲烷鹵代反應(yīng)的能量變化由此求出甲烷鹵代反應(yīng)的能量變化。 435243351CH3 H + Cl ClCH3 ClH Cl+431斷裂鍵吸收的能量：斷裂鍵吸收的能量： 435 + 243 = 678 kJmol-1 鍵能鍵能/ /kJmol-1： 形成鍵放出的能量：形成鍵放出的能量： - -(351 + 431) = - -782 kJmol-1 反應(yīng)熱：反應(yīng)熱： H = 678- -782 = - -104 kJmol-1 v同樣計算出

22、其他鹵素對甲烷鹵代的反應(yīng)熱。同樣計算出其他鹵素對甲烷鹵代的反應(yīng)熱。v用反應(yīng)熱來衡量反應(yīng)進(jìn)行的難易、快慢，但有許多例外。用反應(yīng)熱來衡量反應(yīng)進(jìn)行的難易、快慢，但有許多例外。 + CH3 HH Cl +ClCH3435431 H = 4.0 kJmol-1 必須供給必須供給16.7 kJmol-1才能發(fā)生反應(yīng)，稱為活化能。才能發(fā)生反應(yīng)，稱為活化能。 鹵代反應(yīng)：鹵代反應(yīng)：氟代氟代氯代氯代溴代溴代碘代碘代反應(yīng)熱反應(yīng)熱/KJ/mol-423-104-34+57v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 = 410.3 kJmol-1 H = 397.4 kJmol-1 CH3CH2CH2 HCH3CH2CH2+HCH3CHCH3+ HCH3CHCH3HH = 380.9 kJmol-1 v烷烴的相對活性為：烷烴的相對活性為：3H 2H 1Hv碳?xì)滏I的解離能越小，則生成的自由基越穩(wěn)定。碳?xì)滏I的解離能越小，則生成的自由基越穩(wěn)定。CH3CCH3+HCH3CCH3HCH3CH3烷基自由基的穩(wěn)定