第3章 烷烃和环烷烃.ppt

1 有机化学 OrganicChemistry 2 第3章烷烃和 环烷烃 3 1烷烃的通式和同系列2烷烃和环烷烃的来源3烷烃的物理性质4烷烃的化学性质5环烷烃的性质 重点 第3章烷烃和环烷烃 4 3 1烷烃的通式 同系列 2 同系列 1 通式 结构相似 具有同一通式 组成上只相差一个或几个CH2的一系列化合物 同系列中相邻两分子式的差值CH2 系差 第3章烷烃和环烷烃 CnH2n 2或以RH表示 5 C3H6C4H8C5H10 单环环烷烃的结构通式 CnH2n 同系列中各化合物 同系物之间的关系 1 有相似的化学性质 2 物理性质随碳原子数目的增大而有规律地变化 3 1烷烃的通式 同系列 6 3 2烷烃的物理性质 1 状态 常温常压下 C1 C4 C5 C17 C18 气体 液体 固体 又称石蜡 主要包括 状态 沸点 熔点 比重 溶解度 2 沸点 bp 影响烷烃沸点的因素 范德华力 bp 范德华力大小 与分子中原子的极性大小和数目有关 只在近距离内才能有效的作用 7 a 正构烷烃随C数增加bp升高 C数增多 分子间相互接触的面积增大 分子间力增大 变化规律 注意 但C bp增加的幅度逐渐减小 b 异构体中 支链越多 沸点越低 3 2烷烃的物理性质 原因 见P62页 8 bp 36 1 27 9 9 5 CH3CH2CH2CH2CH3 129 7 159 9 16 6 mp 支链增多 分子趋于球形 分子间力变弱 原因 3 2烷烃的物理性质 9 3 熔点 mp 影响烷烃熔点的因素也是范德华力 因固体分子间范德华力大小不仅取决于分子中原子的极性大小和数目 也取决于它们在晶体中的排列状况 正构烷烃 随C数增加 mp升高 甲 乙 丙烷除外 变化规律 以熔点 碳原子数作图 折线 3 2烷烃的物理性质 所以 熔点即受分子大小的影响又受晶体状况的影响 10 将偶数碳 奇数碳烷烃熔点分别连接 得两条平滑曲线 偶数碳居上 3 2烷烃的物理性质 11 由此可见 含偶数C m p 的多 含奇数C m p 的少 从而形成了 偶上奇下 两条曲线 解释 在晶体中 分子间作用力不仅取决于分子本身 还与晶体中晶格排列的对称性有关 含偶数碳原子的碳链具有较好的对称性 晶格排列紧密 4 2烷烃的物理性质 12 3 比重 溶解度 均小于1 M d 0 8 异构体中 d 正构 d 异构 不易溶于水及其它极性溶剂 能溶于弱极性和非极性有机溶剂中 3 2烷烃的物理性质 从分子间的作用力角度解释 为什么 13 3 3烷烃的化学性质 一 取代反应 1 氯代反应 1 甲烷的氯代 通常得到混合物 RH中H被X NO2 SO3H等取代 取代反应 氧化 裂化和异构化 14 若控制条件则 CH4 Cl2 0 263 1 10 1 CCl4 CH3Cl 3 3烷烃的化学性质 15 64 设1 H活性为1 2 H活性为 丙烷中 则 6 1 2 即1 H与2 H活性比为1 4 同理可得3 H的活性为1 H的倍 2 其他烷烃的氯代 CH3 2CHClCH2CH2CH2Cl CH3CH2CH3 Cl2 57 43 CH3 3CCl CH3 2CHCH2Cl CH3 3CH Cl2 36 43 57 4 0 3 3烷烃的化学性质 5 16 思考 1 结论 1 室温下 叔 仲 伯氢氯代的速率之比是 2 烷烃中各类H的活性有如下的规律 3 H 2 H 1 H 甲烷H 5 4 1 2 哪种饱和烃一氯代时可得一种产物 3 3烷烃的化学性质 一取代产物的异构体 17 反应机理 反应历程 2氯代反应机理 研究反应机理目的 化学反应所经历的途径或过程 搞清楚各步反应的中间体和过渡态 3 3烷烃的化学性质 18 实验事实 CH4 Cl2混合物在黑暗中长期保存 不反应 CH4经光照后与Cl2混合 也不反应 Cl2经光照后 迅速在黑暗中与CH4混合 反应立即发生 实验事实告诉我们 烷烃的卤代反应是从Cl2的光照开始的 3 3烷烃的化学性质 取代反应机理 链引发 链增长 链终止三阶段 链传递 19 3 3烷烃的化学性质 2氯代反应机理 链引发 链 终 止 Cl ClCl Cl 链增长 链增长与链终止同时进行产物复杂 Cl Cl Cl2 CH3 Cl CH3 Cl CH3 CH3 CH3 CH3 活泼质点消失 原有的活泼质点消失新的活泼质点生成 生成活泼质点 20 Cl Cl 2Cl 242 7kj mol C C2C 347kj mol C HC H 439kj mol 3 3烷烃的化学性质 为什么烷烃的卤代反应是从Cl2的光照开始的 21 一个自由基能使链增长反应重复5 000次 一个光量子可以引发两个自由基 故可使链增长反应重复10 000次 3 3烷烃的化学性质 Cl2 一个光量子 2Cl 自由基的反应速率 Question 22 引发自由基的条件 光照 自由基引发剂 加热 3 3烷烃的化学性质 说明什么 四点 23 3 自由基的结构与稳定性 这就是说 由CH4转化为CH3Cl的过程中碳原子的杂化方式也发生了变化 3 3烷烃的化学性质 24 自由基 产生于 键的均裂 取决于 键的离解能 相应的H的活性越大 C H离解能越小 相应的自由基易于生成 自由基的稳定性越大 3 3烷烃的化学性质 键的均裂难易 自由基的稳定性 25 自由基的稳定顺序 3R 2R 1R CH3 越稳定的自由基越易生成 相应的产物产率越高 435 4 397 7 412 381 KJ mol CH3 H CH3CH2CH2 H CH3 2CH H CH3 3C H 自由基的稳定性超共轭解释见P69 离解能 3 3烷烃的化学性质 请同学回答 26 原因 超共轭效应反应活性 自由基越稳定 反应机会越多 反应活性越高 由活性中间体的结构和稳定性可推测过渡态的稳定性 从而判断反应的活性 常见的活性中间体 自由基 碳正离子 碳负离子 从自由基的结构和稳定性分析活性 27 思考题 356 CH2 CH CH2 H 问 甲苯 丙烯和丙烷相应的自由基的稳定性如何 离解能Kj mol 364 为什么 3 3烷烃的化学性质 H CH2 CH CH2 H 412 28 1 烷烃的通式和同系列2 烷烃的物理性质3 烷烃的化学性质 取代反应 氧化 裂化和异构化 卤代反应 特点 氢的活性 反应机理 卤代反应条件 经历那几个过程 反应过程的中间体是什么 取代反应的碳原子轨道是怎样变化的 回忆 原因 取代反应 共轭效应自由基的结构 29 4其它卤素的卤代反应 3 3烷烃的化学性质 F Cl Br I 结论 反应活性 F2 Cl2 Br2 I2 30 卤代反应的选择性及活性 化合物的反应活性 不仅取决于它的结构 还与试剂的性质有关 解释 31 一 烷烃的取代 1 烷烃取代反应的特点 2 烷烃取代反应的机理 3 自由基的结构与稳定性 4 卤素的卤代反应活性剂选择性 3 3烷烃的化学性质 归纳 32 高级烷烃 C20 25 在120 150 以锰盐做催化剂时 被空气氧化成高级脂肪酸 1 完全氧化 2 部分氧化 二 烷烃的氧化 裂化和异构化 1烷烃的氧化 3 3烷烃的化学性质 33 CH3 CH2 CH2 CH3 CH2CH2CH CH2 H2 CH3 CH CH2 CH4 CH2 CH2 CH3 CH3 500 例 裂化和裂解产物非常复杂 因烷烃分子中的任何一个C C C H键都有可能断裂 键能346413KJ mol 2烷烃裂解反应 烷烃在无氧 高温 450 下分裂成较小分子烃的反应 裂化或裂解 3 3烷烃的化学性质 34 3 烷烃异构化 一个异构体转化为另一个异构体 辛烷值 衡量汽油抗爆性能的标准 若汽油抗爆性相当于80 异辛烷 20 正庚烷的混合物 则该汽油辛烷值为80 正构烷烃 带支链烷烃 可提高汽油辛烷值改善油品质量 3 3烷烃的化学性质 35 三 脂环烃的性质 1 物理性质 mp bp d都比同碳数的直链烃高 2 环烷烃化学性质 1 取代 五 六元环 自由基反应历程 HBr 300 3 3烷烃的化学性质 36 小环烷烃不稳定易开环 A 加氢 加氢越来越难 2 加成 三 四元环的特殊反应 3 3烷烃的化学性质 37 2 加成 三 四 五元环的特殊反应 使Br2 CCl4棕红色褪去 用以鉴定环丙烷及环丁烷 B 加卤素 3 3烷烃的化学性质 CCl4溴水褪色 38 C 加卤化氢 3 3烷烃的化学性质 39 3 3烷烃的化学性质 带有取代基的环烷烃加成HX或Br2时 环的断裂是在取代基最多与最少的两个环碳原子之间 且H加到含H多的碳上 遵从马氏规则 40 3 氧化 室温下 环烷烃即使较活泼的 也不能被K