有机化学课件第二章烷烃

第二章,烷烃,2.1烷烃的通式、同系列和构造异构2.2烷烃的命名2.3烷烃的结构2.4烷烃的构象2.5烷烃的物理性质2.6烷烃的化学性质2.7甲烷氯代反应历程2.8甲烷氯代反应过程中的能量变化2.9一般烷烃的卤代反应历程2.10烷烃的天然来源,第二章烷烃,(一)烃的定义,(二)烃的分类:,分子中只含有C、H两种元素的有机化合物叫碳氢化合物,简称烃.,根据烃分子中碳原子连接方式1)脂肪烃：饱和烃和不饱和烃2)脂环烃：分子中碳原子联结成闭合碳环3)芳香烃：含芳香环的一大类烃化合物，如苯环,(1)烷烃碳原子的四个共价键，除以单键与其他碳原子相互结合成碳链外，其余的价键也都和氢原子相结合，即完全为氢原子所饱和。又叫饱和烃,由于石蜡是烷烃的混合物,故烷烃也称石蜡烃.例如:甲烷,乙烷,丙烷,丁烷(正丁烷,异丁烷),戊烷(正戊烷,异戊烷,新戊烷).,2.1烷烃的通式,同系列和同分异构,丙烷C3H8,丁烷C4H10,戊烷C5H12,CH3CH2CH3,CH3(CH2)2CH3,CH3(CH2)3CH3,CH4,CH3CH3,甲烷CH4,乙烷C2H6,名称分子式构造式构造式的简写式,(2)烷烃的通式直链烷烃分子中，一个或几个-CH2-基团（亚甲基）连成碳链，碳链的两端再连有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为:H-(-CH2-)n-H或：CnH2n+2,同分异构体由于分子式相同,但它们的构造不同(分子中各原子相连的方式和次序不同).又叫构造异构体。,戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个H被甲基-CH3取代的产物:(正戊烷,异戊烷,新戊烷).,烷烃分子中，随着碳原子数的增加,烷烃的构造异构体的数目也越多.写出C7H16的同分异构体？,烷烃的通式CnH2n+2,直链烃的通式可写为:H-(-CH2-)n-H同系物在组成上相差一个或多个CH2,且结构和性质相似的一系列化合物称为同系列.同系列中的各化合物互称同系物.系差同系列相邻的两个分子式的差值CH2称为系差.,(3)同系物,在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子（或一级碳原子，用1表示）与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子（或二级碳原子，用2表示）与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子（或三级碳原子，用3表示）与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子（或四级碳原子，用4表示）,(4)烷烃中碳原子的分类:,与伯,仲,叔碳原子相连的H原子,分别称为伯,仲,叔H原子,如：,有机化合物的命名的基本要求是必须能够反映出分子结构，使我们看到一个不很复杂的名称就能写出它的结构式，或是看到构造式就能叫出它的名称来。烷烃的命名法是有机化合物命名的基础，应很好的掌握它。,2.2烷烃的命名,常用的命名法,习惯命名法,系统命名法,衍生物命名法,（1）含有10个或10个以下碳原子的直链烷烃，用天干顺序“甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸”10个字分别表示碳原子的数目，后面加烷字。例如：CH3CH2CH2CH3命名为正丁烷。（2）含有10个以上碳原子的直链烷烃，用小写中文数字表示碳原子的数目。如CH3（CH2）10CH3命名为正十二烷。,一.习惯命名法,（3）对于含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个汉字来区别。在链端第2位碳原子上连有1个甲基时，称为异某烷，在链端第二位碳原子上连有2个甲基时，称为新某烷。CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3CH3正戊烷异戊烷新戊烷,系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字的特点而制定的（1960年制定，1980年进行了修定）系统命名法规则如下：,三.系统命名法(IUPAC),烷基：烷烃分子去掉一个氢原子后余下的部分。其通式为CnH2n+1-，常用R-表示。常见的烷基有：甲基CH3乙基CH3CH2正丙基CH3CH2CH2异丙基（CH3）2CH正丁基CH3CH2CH2CH2异丁基（CH3）2CHCH2仲丁基叔丁基（CH3）3C,(1)直链烷烃按碳原子数命名10以内：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(gui).10以上：用中文数字:十一.烷.,（1）选择分子中最长的碳链作为主链，按这个链所含的碳原子数称为某烷，并以此作为母体。,选择主链,(2)带有支链的烷烃,（2）分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。,(1)从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3编号,碳原子的编号,（2）若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最低系列原则）为原则。,A将支链（取代基）写在主链名称的前面B取代基按“次序规则”小的基团优先列出烷基的大小次序：甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基Br2I2,在紫外光漫射或高温下，甲烷易与氯、溴发生反应。,甲烷的卤代反应较难停留在一元阶段，氯甲烷还会继续发生氯化反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。若控制一定的反应条件和原料的用量比，可得其中一种氯代烷为主要的产物。比如甲烷：氯气=10：1（400450时）CH3Cl占98%=1：4（400时）主要为CCl4,实验事实证明：1.甲烷和氯气在室温下和暗处可以长期保存而并不起反应。2.在暗处，若温度高于250时，反应立即发生。3.在室温有紫外光的照射下，反应立即发生。4.若将Cl2先用光照射，然后迅速在黑暗中与甲烷混合，则发生氯代反应。5.若将Cl2照射后，在黑暗中放置一段时间，然后与甲烷混合，反应又不发生。,2其他烷烃的氯代反应1）反应条件与甲烷的氯代相同（光照），但产物更为复杂，因氯可取代不同碳原子上的氢，得到各种一氯代或多氯代产物。例如：,2）伯、仲、叔氢的相对反应活性,分子中，有六个等价伯氢，两个等价仲氢，若氢的活性一样，则两种一氯代烃的产率，理论上为6：2=3：1但实际上为43：57=1：1.33这说明在室温氯代时，各类氢的反应活性是不一样的，氢的相对活性=产物的数量被取代的等价氢的个数。这样可知：,即仲氢与伯氢的相对活性为4：1。,异丁烷一氯代物,同理可求得叔氢的相对反应活性：,即叔氢的反应活性为伯氢的5倍。,室温时三种氢的相对活性为：3H：2H：1H=5：4：1在高温时（450）氯代时三种氢的活性接近于1：1：1。溴代反应时（光照，127），三种氢的相对活性为：3H：2H：1H=1600：82：1如：,故溴代反应的选择性好，在有机合成中比氯带更有用。,烷烃的卤代反应历程,反应历程化学反应所经历的途径或过程，又称为反应机理。反应历程是根据大量的实验事实作出来的理论推导，实验事实越丰富，可靠的程度就越大。到目前为止，有些已被公认确定下来，有些尚欠成熟，有待于理论化学工作者的进一步努力。,2.7甲烷氯代反应历程,从上可以看出，一旦有自由基生成，反应就能连续的进行下去，这样周而复始，反复不断的进行反应，故又称为链锁反应（freeradicalchainreaction）。凡是自由基反应，都是经过链的引发、链的传递、链的终止三个阶段来完成的。,(1)反应热反应物与产物之间的能量差(H).负值为放热.用键离解能估算.CH3-H+Cl-ClCH3-Cl+H-Cl435243349431678780H=678-780=-102kI/molCH3-H+Br-BrCH3-Br+H-Br435192293366627659H=627-659=-32kI/mol,2.8甲烷氯代反应过程的能量变化,说明:比较反应热,溴代反应比氯代反应缓慢.,反应热、活化能和过渡态,(1)Cl-Cl2Cl243H=+243kj/mol(2)Cl+H-CH3H-Cl+CH3435431H=+4kj/mol(3)CH3+Cl-ClCH3-Cl+Cl243349H=-106kj/mol,活化能-过渡态与反应物之间的能量差是形成过渡态所必须的最低能量,也是使该反应进行所需的最低能量,叫活化能.,Cl+H-CH3H3CHClH-Cl+CH3反应的能量变化,总：Cl+H-CH3CH3-Cl+Cl能量变化,X22X(光或热)X+RHHX+RR+X2RX+X.X+XX2R+XRXR+RR-R,2.9一般烷烃的卤代反应历程,(1)链的引发：,(2)链增长(链传递):,(3)链终止:,自由基的稳定性两个反应产物的比例与反应物中该种氢的比例不相一致，其原因是由于中间体的稳定性不同，两个反应的中间体均为自由基，自由基越稳定则越易生成，又由于自由基反应的定速步骤为自由基的生成，因此自由基越稳定，生成相应的产物的反应越快。,2.6.1氧化反应,1、燃烧燃烧反应的机制非常复杂，但也是自由基反应。1、完全燃烧用途：可用燃烧来测定它们的C、H含量。很好的燃料。2、不完全燃烧烷烃的不完全燃烧会产生有毒的CO和黑烟C，是汽车尾气所造成的空气污染之一。用途：炭黑是黑色的颜料。可作为橡胶的填料，具有补强作用,3、部分氧化在控制条件时,烷烃可以部分氧化,生成烃的含氧衍生物。例如石蜡（含2040个碳原子的高级烷烃的混合物）在特定条件下氧化得到高级脂肪酸。RCH2CH2R+O2RCOOH+RCOOH,有机氧化的概念：无机中的氧化的概念以电子的得失，氧化数的变化来判断是否是氧化还原反应。有机中的氧化的概念同无机中的氧化的概念有所不同，在有机中，加氧去氢为氧化，加氢去氧为还原。例如：反应中，分子去掉了氢，加上了比氢电负性大的氯原子，因此反应为氧化反应。,裂化：烷烃在隔绝空气的条件下加强热，分子中的碳碳键或碳氢键发生断裂，生成较小的分子，这种反应叫做热裂化。如：产生的游离基：,1)可相互结合生产烷烃：2)转移1个H给另1个游离基，产生1个烷烃和1个烯烃：3)石油化工的催化重整：用催化剂（Pt，Al2O3等）促使在较低温度和压力下进行裂解，来生产燃油汽油柴油，和重要的化工原料乙烯、丙烯、丁烯等,(1)石油(分馏产物);(2)天然气干天然气-甲烷86%99%(体积)湿天然气-甲烷60%70%