2第二章烷烃ppt课件

2 1通式和同系列2 2构造异构2 3饱和碳原子和氢原子的类型2 4命名2 5结构2 6物理性质2 7化学反应2 8来源与用途 第二章烷烃和自由基反应 广东药学院主讲人 申东升 Alkanes 2 1通式和同系列 广东药学院主讲人 申东升 烃 由碳和氢两种元素组成的化合物 烃为最简单的有机物 甲烷天然气的主要成分正己烷溶剂 清洗剂 稀释剂液体石蜡C16 C24的烷烃 作为填充剂 可用作软膏 搽剂化妆品的基质凡士林C25 C35的烷烃 作为润滑剂 防水剂其中 饱和 开链的称为烷烃 饱和 环状的称为环烷烃 AlkanesandAlkylGroups Isomers 2 1 1烷烃通式 甲烷乙烷丙烷丁烷 广东药学院主讲人 申东升 例如 通式为 CnH2n 2 n为碳原子个数 同系列 通式相同 组成上相差 CH2 及其整倍数的一系列化合物 同系物 同系列中的各个化合物互为同系物 系差 CH2 称为系差 广东药学院主讲人 申东升 2 1 2烷烃同系列 11 73 沸点 0 5 构造 分子中各原子互相连接的次序和方式同分异构体 分子式相同 构造不同的一类化合物同分异构现象 构造异构体 戊烷的3个同分异构体 丁烷的2个同分异构体 广东药学院主讲人 申东升 2 2 二甲基丙烷 正戊烷 2 甲基丁烷 2 2构造异构 烷烃构造异构体的数目 广东药学院主讲人 申东升 伯 仲 叔 季碳原子和伯 仲 叔氢原子 广东药学院主讲人 申东升 2 3碳原子和氢原子的类型 4种碳原子 3种氢原子 伯碳原子 5个仲碳原子 2个叔碳原子 1个季碳原子 1个伯氢原子 15个仲氢原子 4个叔氢原子 1个 广东药学院主讲人 申东升 试指出下列烷烃中各类型碳原子和氢原子 2 4 1普通命名法 习惯命名法 碳原子数用 天干 字 甲 乙 丙 丁 戊 己 庚 辛 壬 癸和十一 十二 等数目字表示 用 正 异 新 等前缀区别不同的构造异构体 广东药学院主讲人 申东升 2 4命名nomenclature 1 烷基 有机分子中去掉一个氢原子所剩余部分 甲基 Me 乙基 Et 丙基 Pr 异丙基 i Pr 丁基 n Bu 仲丁基 s Bu 异丁基 i Bu 叔丁基 t Bu 新戊基 neopentyl 烷 ane烯 ene炔 yne 苯基 Ph 芳基 Ar 广东药学院主讲人 申东升 1 常见烷基 2 4 2系统命名法 IUPAC 2 常见亚烷基 广东药学院主讲人 申东升 次甲基 1 选取包含支链最多的 碳链最长的为主链 2 按 最低系列 原则编号 2 系统命名法 IUPAC 的命名步骤 广东药学院主讲人 申东升 3 同一分子有多个官能团时 其递减排序为 COOH SO3H COOR COCl CONH2 CN CHO C O OH SH NH2 C C C C OR X NO2 R 后列出 先列出 广东药学院主讲人 申东升 FunctionalGroups a 依次写出取代基的位次和名称以及主链名称 b 次序规则 较优 取代基后列出 c 相同取代基合并表示 4 写出名称 5 丙基 4 异丙基壬烷 123456789 3 7 二甲基 4 乙基辛烷 987654321 广东药学院主讲人 申东升 5 支链的命名 10987654321 2 甲基 5 1 1 二甲基丙基 癸烷 广东药学院主讲人 申东升 2 5结构2 5 1烷烃中碳碳单键和碳氢单键的形成 1 碳原子轨道的sp3杂化 每个sp3杂化轨道含1 4s成分和3 4p成分 sp3杂化轨道形状 碳原子的sp3杂化轨道 键角为109 5 广东药学院主讲人 申东升 ElectronicstructureofAlkanes 原子轨道沿键轴相互交盖 形成对键轴呈圆柱形对称的轨道称为 轨道 轨道构成的共价键称为 键 例如 甲烷分子中有四个C H 键 相类似 乙烷分子中有六个C H 键和一个C C 键 甲烷 乙烷 2 键的形成及其特性 广东药学院主讲人 申东升 甲烷 正丁烷 键的特性 成键原子可沿键轴自由旋转 键能较大 可极化性较小 球棍模型 Kekul 模型 比例模型 Stuart模型 广东药学院主讲人 申东升 2 5 2烷烃的构象 1 乙烷的构象构象 由于围绕 键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方式 乙烷的两种极限构象 重叠式 顺叠式 构象 交叉式 反叠式 构象 重叠式 顺叠式 构象 交叉式 反叠式 构象 透视式 Newman投影式 乙烷不同构象的能量曲线图 交叉式构象最稳定 重叠式构象最不稳定 广东药学院主讲人 申东升 ConformationsofEthane 2 正丁烷的构象 对位交叉式 反错式 部分重叠式 反叠式 邻位交叉式 顺错式 全重叠式 顺叠式 正丁烷沿C2和C3之间的 键键轴旋转有四种典型构象 广东药学院主讲人 申东升 ConformationsofButane 正丁烷不同构象的能量曲线图 广东药学院主讲人 申东升 2 6 1分子间作用力 2 6物理性质PropertiesofAlkanes 广东药学院主讲人 申东升 分子间作用力有偶极 偶极相互作用的吸引力 范德华力又称色散力 相反偶极之间的微小作偶极J偶极相互作用用力即称范德华力 通过氢键产生的吸引力 氢原子和电负性较大而原子半径又比较小的原子 直链烷烃的沸点一般随相对分子质量的增加而升高 一般C4以下的直链烷烃是气体 C5 C16的烷烃是液体 大于C17的烷烃是固体 碳原子数相同时 含支链多的烷烃沸点低 1 沸点 bp 2 6 2物理性质PropertiesofAlkanes 广东药学院主讲人 申东升 2 熔点 mp 直链烷烃的熔点随分子质量的增加而增加 一般含偶数碳原子烷烃的熔点通常比含奇数碳原子烷烃的熔点升高较多 广东药学院主讲人 申东升 3 相对密度烷烃相对密度小于1 随分子量的增加逐渐增大 4 溶解度烷烃不溶于水 易溶于有机溶剂 相似相溶原理 广东药学院主讲人 申东升 一些直链烷烃的物理常数 物理性质的依数性 随碳数的增加而有规律地变化 量变引起质变 广东药学院主讲人 申东升 适当条件下可部分氧化为醇 醛 酮 羧酸等含氧化合物 广东药学院主讲人 申东升 2 7化学性质 2 7 1氧化与燃烧 有机化学中的氧化 指在分子中加入氧或从分子中去掉氢的反应 烷烃的燃烧就是它和空气中的氧所发生的剧烈氧化反应 同时放出大量的热 广东药学院主讲人 申东升 燃烧热与稳定性燃烧热小 物质就稳定 内能越高 燃烧热越大 反之 内能越低 燃烧热越小 燃烧热在标准状态下 1摩尔烷烃完全燃烧时所放出的热量 直链烷烃每增加一个同系差CH2 燃烧热平均增加658kJ mol 同分异构体中 带支链的烷烃比直链烷烃的燃烧热小 生成热由标准状态下的元素生成某一化合物的焓变 2 7 2烷烃的热裂反应 裂化反应烷烃在没有氧气存在下进行的热分解反应叫裂化反应 广东药学院主讲人 申东升 广东药学院主讲人 申东升 温度不同 裂解产物不同 键裂解能共价键裂解生成原子或自由基反应中的焓变烷基自由基烷基自由基的稳定性 丁烷热解生成几种自由基 广东药学院主讲人 申东升 广东药学院主讲人 申东升 异构化反应适当条件下 直链或支链少的烷烃可以异构化为支链多的烷烃 热裂反应是石油工业中的重要生产过程 可使高沸点的重油转变为低沸点的汽油和煤油等轻质油 汽油 C5 C9馏份煤油 C9 C17馏份柴油 C12 C18馏份 2 7 3烷烃的卤化反应 烷烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取代的反应 称为取代反应 被卤素取代的反应称为卤代反应 在漫射光 热或催化剂的作用下 烷烃发生卤代反应 广东药学院主讲人 申东升 1 甲烷的氯化 甲烷的氯化较难停留在一氯化阶段 产物为四种氯甲烷的混合物 氯气过量时主要得到四氯化碳 甲烷过量时主要得到一氯甲烷 广东药学院主讲人 申东升 烷烃的氯化是一个连锁反应 也叫链反应 一般说 链反应分为链引发 链增长和链终止三个阶段 链引发 链终止 链增长 广东药学院主讲人 申东升 2 甲烷的卤化反应机理Mechanism 链增长 广东药学院主讲人 申东升 3 甲基自由基的结构及稳定性 其他烷基自由基的结构与甲基自由基类似 烷基自由基的稳定性次序为 CH3 3C CH3 2CH CH3CH2 CH3 4 反应热反应热 在标准状态下 反应物和产物的热焓差 广东药学院主讲人 申东升 反应热是化学反应中能量变化的宏观表现 它不能决定反应速度 决定反应速度快慢的是反应的活化能 5 活化能 过滤态和决速步一步反应的三个阶段 始态 过渡态 终态 广东药学院主讲人 申东升 过渡态的能量越低 过渡态越稳定 反应活性就越大 反应速率也越快 广东药学院主讲人 申东升 活化能反应物与过渡态之间的能量差 活化能与反应速度有关 反应的活化能越小 反应速度越快 反应的活化能越大 则反应速度越慢 决速步对于一个多步反应 活化能最高的一步即反应速度最慢的一步是决定反应速度的步骤 甲烷氯代反应中 链增长的第一步 即生成中间体的一步 是决定反应速度的步骤 6 反应活性与选择性 烷烃卤化时 卤原子的选择性是Br Cl F 广东药学院主讲人 申东升 反应活性越大 选择性越差 对烷烃的卤化反应而言 氯的活性比溴大 但溴的选择性却比氯高 不同卤素与烷烃的反应活性不同 其顺序为 F2 Cl2 Br2 I2 烷烃卤化时 卤原子的选择性是Br Cl F 97 3 99 1 广东药学院主讲人 申东升 丙烷和异丙烷的溴化反应 氯代反应的活化能比溴代反应小 故氯代反应的速度大于溴代 广东药学院主讲人 申东升 甲烷与氯原子 溴原子反应生成甲基自由基的势能变化 7 其它烷烃也可以发生卤代反应 广东药学院主讲人 申东升 氯化石蜡又名氯烃 是石蜡经氯化后所得产品 是石蜡烃的氯化衍生物 课外作业 查一下氯化石蜡的生产工艺 产品规格及其用途 丙烷的氯化反应 仲氢与伯氢活性之比为 8 卤素以几种氢的选择性 卤化反应的取向 广东药学院主讲人 申东升 异丁烷的一元氯化反应 叔氢与伯氢活性之比为 氢原子被卤化的次序 由易到难 为 叔氢 仲氢 伯氢 广东药学院主讲人 申东升 2 8烷烃的来源和用途 1 烷烃的来源 石油和天然气石油的主要成分是各种烃类 烷烃 环烷烃和芳香烃等 的复杂混合物天然气的主要成分为低级烷烃 75 甲烷 15 乙烷 5 丙烷 5 其它较高级的烷烃 的混合物 广东药学院主讲