有机-12-2-饱和烃.ppt

hydrogen carbon hydrocarbon hydro 水 流体 氢 化 烷烃 指分子中的碳原子以单键相连 其余的价键都与氢结合形成的化合物 如 环丙烷 烷烃 饱和开链 环烷 饱和环状 2 1烷烃的同系列及同分异构现象 一 烷烃的同系列 homologousseries 通式 CnH2n 2 甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷 同系列 具有同一通式 结构 性质相似 相互间相差CH2或它的倍数的一系列化合物 同系物 同系列的化合物互称 同系差 相邻同系物之间的差CH2 同分异构 具有相同分子式而结构不同的化合物 二 烷烃的同分异构现象 isomerism 丙烷 正丁烷 异丁烷 正丁烷 异丁烷 同分异构 原子连接次序不同 构造异构 由于原子连接次序不同而产生的异构体 碳链异构体的书写 例 C5H12 例 C6H14 先写最长的直链式 依次写少一个 少两个 三个 碳原子的直链式作为主链 把剩下的碳当作支链 5个同分异构体 随着分子中碳原子数目的增加 异构体数目增加明显 构造式也可用简化式表示 如 C5H12可表示为 CH3CH2CH2CH2CH3或CH3 CH2 3CH3 伯碳原子 一级碳原子 1 与一个碳原子相连仲碳原子 二级碳原子 2 与二个碳原子相连叔碳原子 三级碳原子 3 与三个碳原子相连季碳原子 四级碳原子 4 与四个碳原子相连 伯氢原子 1 与一级碳原子相连仲氢原子 2 与二级碳原子相连叔氢原子 3 与三级碳原子相连 2 2烷烃的命名 一 普通命名法 1 根据分子中碳原子的数目称 某烷 碳原子数在十以内 用天干甲 乙 丙 丁 戊 己 庚 辛 壬 癸表示 碳原子数在十以上 则以十一 十二 十三 表示 例 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3 CH2 10CH3 戊烷 十二烷 CH3 CH2 28CH3 三十烷 2 异构体用正 异 新等加以区别 新戊烷 异戊烷 正戊烷 直链烷烃用正字表示 在链端第二个碳原子上连有一个甲基且无其它支链的烷烃 称 异 某烷 在链端第二个碳原子上连有两个甲基且无其它支链的烷烃 称 新 某烷 二 烷基的命名 烷基 烷烃分子中去除一个氢原子余下的部分 烷基 R 的名称由相应的母体烷烃命名 甲基 Me 乙基 Et 丙基 Pr 异丙基 i Pr 丁基 Bu 异丁基 i Bu 仲丁基 s Bu 叔丁基 t Bu CH3 3CCH2 新戊基 n Pe CH3 2CHCH2CH2 异戊基 i Pe p14表2 1 三 系统命法名 1892年在日内瓦国际化学会议上 制定了有机化合物的命名法 称日内瓦命名法 后经多次讨论 修订与补充 我国现在使用的有机化学命名法是参考国际纯粹和应用化学联合会 InternationalUnionofPureandAppliedChemistry简称IUPAC 命名的原则 并结合我国的文字特点于1960年制定 1980年由中国化学会加以增减修订的 有机化学命名原则 直链烷烃的系统命名与普通命名法相同 只要把 正 字去掉 支链烷烃的命名 1 选主链 母体 最长碳链 选择含碳原子数目最多的碳链作为主链 称某烷 主链以外的其它烷基看作主链上的取代基 分子中如有等长碳链时 选分支最多的碳链为主链 己烷 2 编号 使取代基的位次最小 由距离支链最近的一端开始 将主链上的碳原子用阿拉伯数字编号 3 支链 a 支链的位置和名称写在母体名称的前面 阿拉伯数字与汉字间需用半字符 隔开 b 主链含有多个相同的取代基 则把它们合并起来 取代基的数目用二 三 四 等表示 写在取代基的前面 其位次必须逐个注明 阿拉伯数字与阿拉伯数字间需用逗号 隔开 2 2 3 三甲基己烷 c 主链含有多个不同取代基时 取代基排列的顺序 需将 次序规则 所规定的 较优 基团列在后面 3 甲基 4 乙基庚烷 3 甲基己烷 2 甲基 3 乙基己烷 次序规则 在立体化学中 为确定原子或基团在空间排列的先后顺序而制定的规则 a 将各取代基中与母体相连的原子按原子序数大小排列 原子序数大的为较优基团 原子序数相同 则质量高的为较优基团 b 若各取代基中与母体相连的第一个原子相同时 则比较与该第一个原子相连的第二个原子 若第二个原子也相同 则比较第三个原子 依次类推 如 Br Cl O C HD H 己基 戊基 丁基 丙基 乙基 甲基 12345678910 6 丙基 4 异丙基癸烷 d 当主链上有几个取代基 并有几种编号的可能时 应当选取取代基具有 最低系列 的那种编号 最低系列 指的是碳链以不同方向编号 得到两种或两种以上的不同编号的系列 则逐次比较各系列的不同位次 最先遇到的位次最小者 定为 最低系列 2 3 5 6 6 10 11 七甲基十二烷 不是2 3 7 7 8 10 11 七甲基十二烷 e 如果支链上还有取代基时 从与主链相连的碳原子开始 把支链的碳原子依次编号 支链上取代基的位置就由这个编号所得的号数来表示 这个取代了的支链的名称可放在括号中 或用带撇的数字来表明支链中的碳原子 3 2 1 3 2 1 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 一 烷烃的分子结构 CH4分子sp3杂化正四面体 2 3烷烃的结构 1 碳原子之间都以单键 C C 结合成链状2 碳原子其余的价键都与氢原子结合达到饱和 CH4 CH3CH3分子 异丁烷 丁烷 丙烷 乙烷 庚烷 碳的价键分布呈四面体形 且碳 碳单键可以自由旋转 故三个碳以上的烷烃分子中的碳链不是像构造式那样表示的直线形 而是锯齿形或其它可能的形式存在 二 烷烃的构象 构象 由于绕单键旋转而产生的分子中的原子或基团在空间的不同排列形式 构造式相同的化合物可能有许多构象 它们之间互为构象异构体 由于C C单键的自由旋转 乙烷分子可以有无数种构象 但只有两种极限式构象 交叉式和重叠式 交叉式构象内能最低 稳定性最大 为优势构象 乙烷的构象 交叉式 重叠式 透视式 投影式 交叉式 重叠式 乙烷处于交叉式构象时 两个碳上的氢原子相距最远 相互斥力最小 因而内能最低 重叠式构象内能最高 但二者内能相差仅12 5kJ mol 室温时 分子热运动所提供的能量就能使各个构象相互转化 因而不能分离出乙烷的某一构象异构体 后碳 丁烷的构象 全重叠式 部分重叠式 邻位交叉式 对位交叉式 丁烷的四种极端构象 对位交叉式是优势构象式 2 4烷烃的性质 一 烷烃的物理性质 有机化合物的物理性质包括化合物的状态 熔点 沸点 比重 折光率 溶解度 旋光度 物理性质在一定条件下有固定的数值 故也称物理常数 物理常数通常用物理方法测得 也可由化学和物理手册查得 1 物态 常温常压下 C1 C4的直链烷烃为气体 C5 C16的直链烷烃为液体 C17以上的直链烷烃为固体 2 沸点 直链烷烃的沸点随分子量的增加而升高 同碳数的烷烃异构体 直链异构体的沸点最高 且支链愈多 沸点愈低 正烷烃是非极性分子 偶极距为零 分子间的作用力是色散力 分子量越大 分子间接触面越大 色散力越大 沸点越高 分子量相同的烷烃 含支链的分子由于支链的阻碍 使分子间接触的程度不如正烷烃 所以正烷烃的沸点高于它的异构体 正烷烃的熔点 同系列C1 C3不规则 但C4以上烷烃的熔点随分子量增加而升高 不过 其中偶数碳的升高多一些 以至含奇数和含偶数的碳原子的烷烃各构成一条熔点曲线 偶碳在上 奇碳在下 3 熔点 4 溶解度 5 相对密度 比重 在晶体中 分子间的作用力不仅取决于分子的大小 而且取决于碳链的空间排布 排列紧密 色散力大 熔点高 共价化合物晶格中的质点是分子 偶碳的烷烃具有较高的对称性 使碳链之间的排列比奇碳紧密 故偶碳烷烃的熔点比奇碳烷烃的熔点升高就多一些 烷烃不溶与水 易溶于有机溶剂 相似相溶 结构相似 分子间的作用力相似 易溶解 烷烃相对密度随分子量增加而逐渐增大 但都小于1 Mr 分子间作用力 分子间的距离 比重 二 烷烃的化学性质 烷烃分子中只含C C及C H键 其化学性质很不活泼 通常情况下 烷烃与强酸 强碱 强氧化剂 强还原剂等都不易起化学反应 1 氧化与燃烧 在cat作用下 烷烃可被部分氧化生成醇 醛 酮 酸等 在空气中燃烧 CnH2n 2 3n 1 O2 nCO2 n 1 H2O 热能 丁烷 乙酸 高级烷烃 C20 C30 高级脂肪酸 O O 氧化 加氧去氢 还原 加氢去氧 2 热裂 热裂 烷烃在 400 C隔绝空气条件下进行的分解反应 煤油 C11 C16烷烃 汽油 C5 C12烷烃 柴油 C15 C18烷烃 在800 1100 C的热裂产物主要是乙烯 其次为丙烯 丁烯 丁二烯和氢 氯代反应 反应剧烈或爆炸 CH4氯代反应较难停留在一取代阶段 故产物为混合物 反应机理 反应经历的过程 是综合实验事实作出的理论假设 公认的机理 能够解释实验事实 氯代反应机理 链引发 链增长 吸能产生游离基 产生取代物和新的游离基 链终止 具有链引发 链增长 链终止的反应在化学上称游离基反应 连锁反应 链式反应 决定反应速度的步骤是 链增长反应中的夺氢过程 游离基相互结合终止反应 各种氢的相对反应活性 叔氢 仲氢 伯氢 6个伯氢2个仲氢 氟 氯 溴 碘 不同卤素的反应活性 仲氢 伯氢 57 2 43 6 4 1 仲氢的反应活性是伯氢的4倍 叔氢的反应活性是伯氢的5倍 为什么 解离能越小 键越弱 越易均裂 叔氢 伯氢 36 1 64 9 5 1 C H键解离能不一 选择性 卤素对取代反应的选择性 有机反应副反应多 若反应的选择性大 得到几种可能产物所占比例差别大 若反应的选择性小 得到几种可能产物所占比例差别小 溴化具有很高的选择性 合成上有意义 游离基稳定性 在游离基链反应中 决定速度步骤中的中间体是烷基游离基 游离基越稳定 反应越易进行 例 从C H键解离能看 三极C H键 二极C H键 一极C H键 解离能越小 键越弱 越易均裂 越易形成游离基 稳定性 从超共轭效应看 定义 烷基上的碳原子与体积极小的氢原子结合 对电子云屏蔽作用很小 所以C H上的 电子比较容易与邻近的 电子 或P轨道 共轭 使电子重新分配 基团稳定 这种 键与 键 或P轨道 的共轭称为超共轭效应 键与 键的共轭叫 超共轭效应 键与P轨道的共轭叫 p超共轭效应 3个 p超共轭 CH3 CH3CH2 CH3 2CH CH3 3C 6个 p超共轭 9个 p超共轭 甲烷氯化反应的势能图 在甲烷氯化反应中 决定反应速度的步骤是链增长反应中的第一步 夺氢过程 过渡态 过渡