2、烷烴.ppt

1、1,第二章 烷烴,2,只有碳氫兩種元素的原子組成的化合物叫碳氫化合物,簡稱烴。烴是化學(xué)人造字：碳中之火加氫中之 組合而成。烴為碳氫的諧音)。,烴是最基本的有機化合物,習(xí)慣上把它們看成是有機化合物的母體.,火 + = 烴,3,烴的分類：,在烷烴分子中,碳原子與氫原子的結(jié)合已達到了最高限度,不能再增加了,故烷烴又叫飽和烴.,4,本章講授提要,第一節(jié): 烷烴的同系列及同分異構(gòu)現(xiàn)象 第二節(jié): 烷烴的命名 第三節(jié): 碳原子的SP3雜化與烷烴的構(gòu)型 第四節(jié): 烷烴的構(gòu)象 第五節(jié): 烷烴的物理性質(zhì) 第六節(jié): 烷烴的化學(xué)性質(zhì) 第七節(jié): 烷烴鹵代反應(yīng)的歷程,5,第一節(jié) 烷烴的同系列與同分異構(gòu),烷烴是碳氫化合物,

2、我們以H-H為起點，依次插入CH2可以導(dǎo)出所有的烷烴：,甲烷,乙烷,丙烷,一、 烷烴的同系列,共同特點：具有同一個通式 CnH2n+2,6,具有同一個通式，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)目的增加而呈規(guī)律性遞變的化合物系列叫同系列。,同系列中的化合物互稱同系物。相鄰?fù)滴镌诮M成上的差叫同系差。,同系列的提出為我們學(xué)習(xí)有機化學(xué)提供了方便，對于一類化合物我們只要研究其中幾個典型代表就可推知其他化合物的性質(zhì)。,7,例：下列化合物是否為同系列？若是， 請寫出它的同系差及通式。,A,B,C,分子式：C6H6 C10H8 C14H10,同系差：C4H2,通 式：C4n+6H2n+6,8,1、請

3、根據(jù)這些圖形畫出A的結(jié)構(gòu)，并給出A的 分子式。 2、圖中B、C、D三種分子是否與A屬于一個同 系列中的4個同系物？為什么？ 98年中學(xué)生奧賽題,9,二同分異構(gòu)現(xiàn)象,由丙烷繼續(xù)導(dǎo)入CH2時,就會得到兩種產(chǎn)物：,他們的組成相同，但分子中的原子排列的順序不同，互為碳鏈異構(gòu)體。,10,烷烴的同分異構(gòu)體的數(shù)目：,在有機化學(xué)中，由于同分異構(gòu)現(xiàn)象普遍存在，故有機化合物的分子不能用分子式表示只能用結(jié)構(gòu)式表示。,11,同分異構(gòu)現(xiàn)象的分類,12,有機化合物構(gòu)造式的寫法,鍵線式的寫法：碳、氫原子不寫，鍵線式的端點和折點表示碳原子，非碳原子和官能團要寫出來。,13,烷烴同分異構(gòu)體的寫法：C6H14為例：,2與6相同。

4、如何區(qū)別寫出的結(jié)構(gòu)式是否是相同的化合物？用科學(xué)的方法對它們進行命名。,14,有機化合物數(shù)目龐大種類繁多，同分異構(gòu)體現(xiàn)象又普遍存在，如果沒有一套科學(xué)的命名方法來區(qū)別不同的化合物，那就 會給有機化學(xué)的學(xué)習(xí)和研究造成困難和混亂。因此認真學(xué)習(xí)每一類有機化合物的命名方法是有機化學(xué)學(xué)習(xí)的一項重要內(nèi)容。,第二節(jié) 烷烴的命名,要求：,15,一、普通命名法 普通命名法要抓?。赫╪）、 異（i ）、新（neo ）三個字,1、對十碳以內(nèi)的直鏈烷烴根據(jù)中國的天干記時法（甲、乙、丙、壬、癸）叫正某烷。,CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3,正烷 正戊烷,十碳以上用數(shù)字表示： CH3（CH2）10CH3

5、正十二烷,16,2、對鏈端第二個碳原子上有一個甲基側(cè)鏈的烷烴叫異某烷。,異烷 異戊烷,3、對鏈端第二個碳原子上有兩個甲基側(cè)鏈的烷烴叫新某烷。,新烷 新戊烷,17,碳原子、氫原子的分類：,10,10,10,10,10,30,40,20,一級 二級 三級 四級 伯 仲 叔 季,1oC 2oC 3oC 4oC 1oH 2oH 3oH,異辛烷,18,請記住十個烷烴的英文名稱：,甲烷 methane 乙烷 ethane 丙烷 propane 丁烷 butane 戊烷 pentane 己烷 hexane 庚烷 heptane 辛烷 octane 壬烷 nonane 癸烷 decane,ane、ene、yn

6、e分別是烷、烯、炔的詞尾，若將相應(yīng)烷烴名稱詞尾的e改為ol、al、one則分別變?yōu)樽優(yōu)榇?、醛、酮?19,二、烷基的命名：,甲基 乙基 正丙基 異丙基 Me Et n-Pr i-Pr,正 n (normal) 仲 s (second) 異 i (iso) 叔 t (tertio) 新 neo(neo),CH2 CH3CH= CH2CH2CH2 亞甲基 亞乙基 1,3亞丙基,20,叔丁基 叔戊基 新戊基 t-Bu t neo,注意叔戊基與新戊基的區(qū)別,正丁基 異丁基 仲丁基 n-Bu i-Bu s-Bu,注意異丁基與仲丁基的區(qū)別,21,三 系統(tǒng)命名法： 說明：IUPAC命名法與系統(tǒng)命名法并 不等

7、同. IUPAC命名法:是國際純粹與應(yīng)用化學(xué) 聯(lián)合會制定的命名法. 系統(tǒng)命名法:是中國化學(xué)會根據(jù)IUPAC 的命名原則，結(jié)合我國文 字特點所制定的命名法.,在系統(tǒng)命名法中，直鏈烷烴不需要正字。,22,關(guān)于烷烴的命名主要原則有三條： 選擇主鏈 、給主鏈碳原子編號、排列取代基,1、選擇最長碳鏈作為主鏈，其它側(cè)鏈作為取 代基。,2、從最靠近取代基的一端起依次給主鏈碳原 子編號。,3、按由小到大的順序排列取代基。如果含有 相同的取代基，須逐個標(biāo)明他們的位次用 數(shù)目二、三、四.把他們合并起來，寫 在取代基名稱前。,23,例1：,?。?，5二甲基 4 乙基庚烷,不?。?甲基 4仲丁基己烷,注意書寫規(guī)則：阿

8、拉伯?dāng)?shù)字之間用逗號隔開， 阿拉伯?dāng)?shù)字與漢字之間用半字線“”連接。,24,補充規(guī)定： 1、當(dāng)有兩條等長碳鏈可供選擇時，選 含取代基最多的碳鏈作為主鏈。 2、當(dāng)兩條碳鏈上的取代基數(shù)目也相等 時，循最低系列原則：使取代基的 位次號碼盡可能小。,25,確定主鏈：水平編號碳鏈有四個取代基， 拐彎編號碳鏈有兩個取代基， 取水平編號碳鏈為主鏈。,確定編號：黑字編號2、3、4、4， 紅字編號2、2、3、4，選紅字編號。,名 稱： 2，2，4三甲基3乙基戊烷,例2：,26,例3： 對于支鏈上又連有支鏈的烷烴的命名,4丙基5(1異丙基丁基)十一烷,或： 4丙基51異丙基丁基十一烷,27,一碳原子的sp3雜化 雜化

9、軌道理論用以解釋：為什麼基態(tài)下外層只有兩個未成對電子的碳原子在有機化合物中總是保持四價，且在烷烴分子中還具有四面體的構(gòu)型。 所謂雜化：“能量相近的原子軌道可以在原子內(nèi)部進行混合組成新的軌道雜化軌道”。 _ P.Pauling (1931),第三節(jié)碳原子的sp3雜化 與烷烴分子的構(gòu)型,28,碳原子的sp3雜化,29,雜化后的軌道有以下特征： 形成四個完全等同的sp3雜化軌道. 2這些軌道具有最佳的空間取向(彼此間的夾角為10928 保持了最大程度的遠離). 3雜化軌道具有更強的方向性(負瓣減弱,正瓣加強,增強了成鍵的能力).,30,二、烷烴分子的形成與- 鍵 (1)、甲烷分子的形成,31,32,

10、(2)乙烷分子的形成,33,(3)、 - 鍵:,形成:由原子軌道頭碰頭重迭而形成. 特征:電子云沿鍵軸呈圓柱狀對稱分布，成 鍵兩原子可圍繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)不會影 響電子云密度的分布。,34,烷烴分子構(gòu)型的表示：,甲烷分子的楔形式 乙烷分子的楔形式,簡言之: 楔前、虛后、實平面。,35,所謂直鏈烷烴，碳鏈并非是直的，只是它不含側(cè)鏈而已。 C3的直鏈烷烴固態(tài)時碳鏈呈鋸齒狀，氣態(tài)、液態(tài)下由于圍繞- 鍵的旋轉(zhuǎn)而呈多種不規(guī)則的形狀：,戊烷的多種不規(guī)則形狀,36,構(gòu)造：指分子中的原子相互連接的順序 及方式。 構(gòu)型：指具有一定構(gòu)造的化合物分子 中的原子在空間的排列形式。 構(gòu)象：指具有一定構(gòu)型的化合物分子 中的原

11、子，由于圍繞碳碳單 鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的在空間的不 同排列形式。,有機化學(xué)結(jié)構(gòu)的概念包括三個層次：,第四節(jié) 烷烴的構(gòu)象,37,交叉式構(gòu)象,重疊式構(gòu)象,鋸架式,Newman投影式,楔型式,一乙烷的構(gòu)象,38,能量分析：,2H之間的距離： 0.250nm 0.229nm,2H原子的范德華半徑之和： 0.24nm,交叉式： 0.250nm 0.24nm 無范氏張力,重迭式：,0.229nm0.24nm 有范氏張力,39,乙烷的構(gòu)象勢能圖,40,二丁烷的構(gòu)象,41,全重迭式,鄰位交叉式,部分重迭式,全交叉式,習(xí)慣名稱與IUPAC名稱：,42,相對能量： 全重迭式 部分重迭式 鄰位交叉式全交叉式 （順迭式）

12、 （反錯式） （順錯式） （反迭式） 極少 極少 32% 68%,43,第五節(jié)烷烴的物理性質(zhì),物理性質(zhì)包括： 外 觀：狀態(tài)、顏色、氣味、味道。 物理常數(shù):熔點（m.p.）、沸點（b.p.）、 密度（d ）、 折光率（nD）、 比旋光度 偶極矩（ ） 溶解度等,2、根據(jù)物理性質(zhì)來分離提純化合物,1、用來鑒別化合物或判別化合物的純度.,一、研究物理性質(zhì)的意義,44,二、分子間的作用力,分子的聚集態(tài)、熔沸點的高低取決于分子間的作用力。分子間的作用力有如下三種：,1、色散力：主要存在于非極性分子之間。,丁烷 b.p：-0.5 戊烷 b.p：36,新戊烷 b.p：9.5,45,分子間接觸面積大，分子間的

13、距離近，分子間的作用力就大，沸點就高。,46,2、取向力：主要存在于極性分子之間。,偶極矩（）： 0D 2.7D 沸 點（b.p）：- 42 20,3、氫鍵,沸點（b.p）：117.7 34.5,三種分子間力的大小： 氫鍵取向力色散力 比較分子量相近或相同的不同化合物沸點高低的依據(jù)是這三種分子間力。,47,1、熔點（m.p） 分子熔點的高低取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度. 、隨分子量的增大而升高. 、偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳烷烴的熔點 升高值大. 、分子量相同時,分子的對稱性越好 m.p越高.,三、烷烴的物理性質(zhì),48,正、異、新、戊烷m.p、b.p的比較：,2、沸點（ b.p ）. 、烷烴

14、為非極性分子,一般b.p都較低 、隨分子量的增大而升高 、分子量相同時,支鏈越多,b.p越低,b.p/ ： 36 28 9.5 m.p/ ：-130 -160 -17,49,3、密度： 小于1 0.4660.812,4、偶極矩：= 0,5、溶解度：不溶于水易溶于非極性溶 劑如苯、四氯化碳等。,50,烷烴的結(jié)構(gòu)特點與反應(yīng)活性： 1、烷烴分子中的鍵強度大，鍵能高不易斷 裂。 C C C H 345.6 415.5 （KJ/mol） 2、烷烴分子中電子云密度分布均勻，因而 不易接受富電子或缺電子試劑的進攻。,第六節(jié) 烷烴的化學(xué)性質(zhì),故：烷烴化學(xué)性質(zhì)不活潑，室溫下與強 酸、強堿、強氧化劑、強還原劑不

15、發(fā)生反應(yīng)。,51,烷烴在高溫或光照下能夠進行反應(yīng)：,烷烴燃燒后生成 CO2和H2O的同時放出大量的熱，使烷烴（石油中的主要成分）成為人類最重要的能源。,CnH2n+2+(3n+1)/2O2 n CO2 + (n+1)H2O+熱量,一氧化反應(yīng)：,52,CH4+CH2=CHCH3 CH3CH3+CH2=CH2 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH=CH2 CH2=CHCH=CH2 CH3CH=CHCH3+H2,二熱裂反應(yīng) 1.高溫裂解：,高溫,隔絕空氣,高溫,主要為獲取基本化工原料：各種烯烴,烷烴 乙烯，丙烯，丁二烯，氫氣,53,C6C8 苯 + 甲苯 + 二甲苯 烷烴 （基本化工原料）,催

16、化重整,七種基本有機化工原料為：,乙烯、丙烯、丁二烯， 苯、 甲苯、二甲苯和甲烷,催化裂化可得到多支鏈的烷烴,主要是為獲取高品質(zhì)的汽油； 催化重整則是為了得到苯、甲苯和二甲苯。,2催化裂化和催化重整,54,氟代反應(yīng)太劇烈，以爆炸式進行，難以控制，碘原子不活潑使取代反應(yīng)難以發(fā)生， 故烷烴的鹵代反應(yīng)通常是指氯代和溴代反應(yīng)。,1甲烷的氯代反應(yīng),三鹵代反應(yīng),反應(yīng)活性：F Cl Br I,產(chǎn)物是各種氯代甲烷的混合物,55,當(dāng)： CH4 + Cl2 10 : 1 CH3Cl為主 0.263 : 1 CCl4 為主,2、其它烷烴的鹵代反應(yīng),、氯代反應(yīng),45 55,10氫與20氫氯代反應(yīng)的相對活性：,56,三

17、種氫氯代反應(yīng)的相對活性： 伯氫：仲氫：叔氫=1：3.7：5.1,64 36,57,、溴代反應(yīng),3 97,1 99,三種氫溴代反應(yīng)的相對活性： 伯氫：仲氫：叔氫=1：82：1600,58,結(jié)論： 1、不同類型的氫反應(yīng)活性不同。 2、氯代反應(yīng)的活性大于溴代反應(yīng) 的活性。 3、溴代反應(yīng)的選擇性大于氯代反 應(yīng)的選擇性。,反 應(yīng) 式：宏觀給出現(xiàn)象。 反應(yīng)歷程：微觀揭示本性。,如何解釋這些事實？,59,第七節(jié) 烷烴鹵代反應(yīng)的歷程,一反應(yīng)歷程簡介 1、什么叫反應(yīng)歷程？ 反應(yīng)歷程又叫反應(yīng)機理或反應(yīng)機制，是指反應(yīng)物經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物所經(jīng)歷的全部過程。 2、反應(yīng)歷程是理論上的假設(shè) 反應(yīng)歷程是根據(jù)能夠觀察到的實

18、驗事實進行推理而提出的理論上的假說（化學(xué)反應(yīng)是在10-1210-14秒內(nèi)完成，目前還無法直接觀察）。 3、研究反應(yīng)歷程的目的 揭示反應(yīng)的本質(zhì),掌握反應(yīng)的規(guī)律,從而達到控制反應(yīng)和利用反應(yīng)的目的。,60,1基本假定 過渡態(tài)理論認為：化學(xué)反應(yīng)不僅僅是通過分子之間的簡單碰撞就完成的，從反應(yīng)物到產(chǎn)物是個逐漸變化的連續(xù)過程，在反應(yīng)中反應(yīng)物分子相互接近形成活化絡(luò)合物即過渡態(tài)，然后再以一定的速度形成產(chǎn)物。,二過渡態(tài)理論,61,2、反應(yīng)能量進程圖,62,反應(yīng)能量進程圖的函義：,1、曲線上的每一點都對應(yīng)著一種反應(yīng)的狀態(tài)和這種狀態(tài)所具有的能量。,2、a點：反應(yīng)物；c點：產(chǎn)物；b點：過渡態(tài)。,3、 b點與a點的高度之

19、差E活：是反應(yīng)的活化能。 b點與c點的高度之差E：是逆反應(yīng)的活化能。,4、 b點與c點的高度之差H：為反應(yīng)熱。,H為負值：反應(yīng)放熱。,H為正值：反應(yīng)吸熱。,63,(1)、CH4與Cl2室溫時在暗處不發(fā)生反應(yīng);,甲烷的氯代反應(yīng)有如下事實需要解釋：,(2)、在暗處溫度高于250或室溫下進行光 照可以發(fā)生反應(yīng);,(3)、光照下反應(yīng)時,體系每吸收一個光子, 就可以 產(chǎn)生一萬多個氯甲烷分子;,(4)、若有O2存在時,就會延緩反應(yīng)的發(fā)生。,三、甲烷氯代反應(yīng)的歷程,64,每個氯自由基可循環(huán)碰撞五千多次.,鏈引發(fā)：,鏈增長：,鏈終止：,自由基：具有單個未成對電子的原子或 基團叫自由基。,1、甲烷氯代反應(yīng)的歷程

20、(自由基取代反應(yīng)歷程）,65,有氧存在延緩反應(yīng)發(fā)生的原因:,反應(yīng)生成的甲基過氧自由基活性低,可以減慢或終止自由基反應(yīng),此類物質(zhì)稱為自由基抑制劑。,活潑,不活潑,活潑,不活潑,66,甲烷氯代反應(yīng)的能量進程圖,67,1、在多步驟反應(yīng)中，反應(yīng)分多少步進行能 量進程圖上就有多少個峰。,2、兩峰之間的谷點表示反應(yīng)活性中間體。,3、活化能最高的那步反應(yīng)決定著整個反應(yīng) 的速率。,68,利用鍵能計算反應(yīng)熱: H=反產(chǎn),鍵能：435.1 242.5 351.5 431,H =（435.1 + 242.5） （351.5 + 431 ）,677.6 782.5,= 104.9KJ/mol（反應(yīng)放熱）,69,四、鹵

21、代反應(yīng)的取向與反應(yīng)的相對活性,取向:是比較同一分子中，不同位置上的 原子或基團對同一試劑的反應(yīng)活性。,相對反應(yīng)活性：是比較同一化合物對不同試劑，或不同化合物對同一試劑的反應(yīng)活性。,70,1.鹵素對甲烷的相對反應(yīng)活性： F Cl Br I,E活(KJ/mol),+4.2 +16.7 +75.3 +138,71,(1)、A步驟顯示不是決定反應(yīng)速率的步驟。 (2)、C步驟對四種鹵素都是放熱且Cl. Br. I的H 比較接近 。看來也不是造成 相對反應(yīng)活性差別的原因。 (3)、B步驟H 差別 較大 從 F化的強烈放 熱到I化的強烈吸熱,這步反應(yīng)是決定 整個反應(yīng)速率的步驟。 、請注意：決定反應(yīng)活性的因素并不是 反應(yīng)熱H而是反應(yīng)的活化能E。,從 H 來分析反應(yīng)的相對活性：,72,鹵代反應(yīng)的活性: 30H 20H 10H CH4,2、反應(yīng)的取向與自由基的穩(wěn)定性,