有机化学第四邓苏鲁烷烃PPT课件

1、n甲烷的分子式为 CH4 构造式为n甲烷的构造式可以表示分子中碳原子与氢原子相互连接的方式，但不能说明分子中碳原子和氢原子的立体结构。n甲烷分子的正四面体结构碳原子位于正四面体的中心、而四个氢原子分别位于正四面体的四个顶点上。如图21所示。n共价键的性质，一般可以从它的键长、键能、键角等物理数据体现出来。 键长 二个成键原子的核间距离，每个CH键键长均为1.09A 键角每个相邻碳氢键的夹角HCH均为10928 一、甲烷的结构HCHHH第1页/共43页n 为了形象地表示分子的立体形状，还可用一些分子模型，最常用的分子模型有两种。一种是球棒模型，又称凯库勒（Kekule）模型，它用各种不同颜色的球

2、代表不同种类的原子，用短棍表示原子之间的化学键；另一种是根据现代价键的数据，按实测原子半径和键长比例做成的比例模型，又称斯陶特（Stuart）模型。如图22所示。 键能形成1mol共价键时所放出的能量。甲烷的每个CH键的平均键能为99kj/mol。图22甲烷的分子模型图21甲烷的正四面体模型HHHHC第2页/共43页二、烷烃的通式和同系列 烷烃的通式：CnH2n+2 同系列：具有相同通式，组成上相差一定的原子团（如：CH2为系差）的一系列化合物。同系物：同系列中各化合物互称同系物。同系物具有相类似的化学性质，其物理性质隋着相对分子质量的改变而有规律地变化。通式：表示同一系列化合物组成的式子 例

3、：CH4 、C2H6 、C3H8 、C4H10 同系列 同系物第3页/共43页三、烷烃的同分异构现象和同分异构体 同分异构体分子式相同而结构和性质不同的化合物。如：乙醇和二甲醚。 构造异构体同分异构体中，它们的结构不同仅是由于构造不同而形成的化合物叫构造异构体。如：正戊烷和异戊烷。 碳链异构体正丁烷和异丁烷是由于碳链排列方式不同而形成的构造异构体。因此也可以具体称为碳链异构体。C1 C3 烷烃无异构体 CH4 无异构体 C2H6 无异构体 C3H8 无异构体第4页/共43页CCHHHHHHCCCHHHHHHHHCHHHH甲烷乙烷丙烷第5页/共43页C4 以上的烷烃出现碳链异构体（ ）2甲基丙烷

4、 （异丁烷）HCCCCHHHHHHHHHHCCCHHHHHHCHHHHCCCCHHHHHHHHH（）丁烷（正丁烷）正丁烷 异丁烷第6页/共43页()是直链化合物,叫正丁烷,沸点05 ,熔点1383()是带支链的化合物,叫异丁烷沸点11.73,熔点159.4. 像这样分子式相同,而构造相异的化合物叫做构造异构体，构造异构体仅是同分异构体中的一种异构体。正丁烷和异丁烷是由于碳链的排列方式不同而形成的构造异构体，因此也可具体地称为碳链异构体。 烷烃从丁烷开始有异构现象。丁烷有两个异构体，用同样方法，由丁烷的两个异构体可以推出戊烷有三个构造异构体：第7页/共43页HHHCCCCCHHHHHHHHHCH

5、3CH2 CH2CH2 CH3CH3（CH2）CH33或正戊烷（沸点36）HCCCCHHHHHHCHHHHHCH3CH2 CHCH3CH3CH3CH2CH（CH3）2或异戊烷（沸点28）HCCCHHHHCHHHHHCHHCH3CCH3CH3CH3C（CH3）4或新戊烷（沸点9.5）第8页/共43页 在烷烃的同系物中，随着分子中碳原子数的增加，构造异构体数目显著多，如表21所示。碳 原 子 数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 5 2 0碳原子数123456789101520异构体数11123591835754347366319表21 部分烷烃的构造异构体数目用键线式表示烷烃的构造

6、式： 键线示中只需要写出锯齿形的骨架，用锯齿形线的角（120）及其端点代表碳原子，不需要写出每个碳原子上所连接的氢原子。但是，除氢原子外的其它原子必须写出。例如：2甲基戊烷2丁醇CH3CH2 CH2CHCH3CH3CH3CHCH2CH3CH3OH第9页/共43页第二节烷烃的命名 烷烃的命名法是有机化合物命名的基础，因此很重要。烷烃常用的命名法有习惯命名法（也称普通命名法）和系统命名法。一、碳原子的类型根据连接碳原子的数目，可将碳原子分为四类：n伯碳原子只与一个碳原子直接相连的碳原子（或一级碳原子），常用1表示。n仲碳原子与二个碳原子直接相连的碳原子（或二级碳原子），常用2表示。n叔碳原子与三个

7、碳原子直接相连的碳原子（或三级碳原子），常用3表示。n季碳原子与四个碳原子直接相连的碳原子（或四级碳原子），常用4表示。 HCCCCCH3HHHHHCH3CH3CH31。2。3。4。与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子分别叫伯、仲、叔氢原子。第10页/共43页l分析下列化合物所含碳原子和氢原子的类型：1。C（伯碳，一级碳）CH3CCH3CH3CH3CH3CHCH3CH3异丁烷CH3CH2CH2CH3正丁烷新戊烷 2。C（仲碳，二级碳）1。C（伯碳，一级碳）1。C（伯碳，一级碳）1。C（伯碳，一级碳）3。C（叔碳，三级碳4。C（季碳，四级碳）与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子分别叫伯、仲、叔氢原子。第11

8、页/共43页二、习惯命名法CH3CCH3CH3CH3CH （CH2 ）CH3n 为区分异构体，常把直链的烷烃称“正”某烷。从端位数第二个碳原子上连有一个”CH3“支连的，即具有 的构造叫”异“某烷，从端位数第二个碳原子上连有两个”CH3“支连的，即具有 构造，此外无别的侧链的称”新“某烷。 分子中碳原子数从1到10的直链烷烃，分别用天干甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸命名。碳原子数在十以上用中文数十一、十二、十三等数字命名。C6H14 己烷 C10H22 癸烷 C12H26 十二烷 C20H42 二十烷第12页/共43页n戊烷有三个同分异构体CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3

9、正丁烷异丁烷碳链构造CCCCCCCC123CCCCC正戊烷异戊烷新戊烷CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH3CCCCC1234CCCC123n 丁烷有二个同分异构体： 第13页/共43页三、烷基从烷烃分子中去掉一个氢原子后留下的原子团叫烷基RHR烷 基烷 烃CH3CCH3CH3丁基（正丁基）n一些常见的烷基CH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2CH2CH3CHCH2CH3CH3CH2CHCH3烷 基名 称烷 基名 称甲 基乙 基丙 基异丙基异丁基仲丁基叔丁基第14页/共43页四、系统命名法n系统命名法（IUPAC法）

10、CH3CHCH2CH3CH3普通命名法： 异戊烷系统命名法： 2甲基丁烷直链烷烃的命名直链烷烃的命名与习惯命名法基本相同，仅在烷烃名称前不写“正”字。例如：CH3CH2CH2CH2CH3CH（CH2）CH335习惯命名法：正戊烷正庚烷系统命名法：戊 烷庚 烷第15页/共43页（1）u 选取主链（母体） 从烷烃构造式中选取最长的碳链作为主链，把支链作为取代基。根据主链碳原子数目叫某烷。例如：l最长碳链为主链l取代基编号最小3甲基己烷CH3CHCH2CH2 CH3CH2CH3CH3CH2CHCH2CH2CH3CH3取代基母体123456 把带支链的烷烃看作是直链烷烃的烷基衍生物。再根据下列规定来命

11、名。支链烷烃的命名：第16页/共43页l 有 两 条 以 上 相 等 的 最 长 碳 链 供 选 择 时 ， 应 选 取 取 代 基 较 多的 为 主 链 。CH3CH2CHCHCHCHCH3CH3CH3CH3CH2CH3CH22，3，5三甲基4丙基庚烷1234567（2）l 如果含有几个不同的取代基时，把简单的写在前面，复杂的写在后面。例如：第17页/共43页 最长碳链为主链 取代基编号最小u写出全称 把取代基的位次、相同取代基的数目、名称写在母体名称前面。取代基的位次必须逐个注明，位次的阿拉伯数字之间要用“，”隔开，阿拉伯数字与取代基名称之间用半字线“”相连。例如：u 给主链编号 将主链上

12、的碳原子从靠近支链的一端开始依次用阿拉伯数字1、2、3编号，取代基所在位次用主链上碳原子的数字表示。112233445566CH3CH2CHCH2CH2CH3CH3右左这个烷烃主链的编号应从左到右，才能使甲基的位次为最小。3甲基己烷CH3CH2CHCH2CH2CH3CH31234563甲基己烷（1）第18页/共43页 有两条以上相等的最长碳链供选择时，应选取取代基较多的为主链。 不同取代基的编号相同时使小的取代基编号最小有几个不同的取代基时，简单的写在前面，复杂的写在后面。含有两个以上相同的取代基时，把它们合并起来。CH3CH2CHCHCHCHCH3CH312456CH37CH33CH2CH2

13、CH35672，3，5三甲基4丙基庚烷（2）CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3124567CH33CH2CH35678812343甲基6乙基辛烷（3）第19页/共43页 在系统命名法中，有机化合物的书写有一定的格式，需要遵守，初学者一定要注意。以（2）为例：2，3，5 三三 甲基甲基 4 丙基丙基 庚烷庚烷 位次与取代基之间用半字线相连主链名称取代基名称取代基数目取代基位次，两个位次之间用“，”隔开系统命名法的特点是：名称和构造一一对应，可以由化合物的构造式写出名称，也可由名称写出构造式。第20页/共43页【例21】写出2，4二甲基己烷的构造式。解： l 首先写出主链碳架。 CCCC

14、CC主链（己烷）l 将主链从任一端编号CCCCCC123456l 再根据取代基的位置和名称将两个甲基分别连在C2位和C4位上。 CCCCCCCH3CH3l 将不满四价的碳原子用氢原子饱和得到化合物完整的构造式。CH3CHCH2CHCH2CH3CH3CH3第21页/共43页【例22】 化合物2乙基丙烷的命名是否有错误？如有请改正。解：按下列步骤解此类题：l 首先根据命名写出该化合物的构造式。CH3CHCH3CH2CH3123l 根据构造式按系统命名法原则核对化合物是否正确，分析构造式得出最长碳链的碳原子个数不是三而是四，所以该化合物主链名称应为丁烷。l 给主链碳原子编号，在2位上有一个甲基按照系

15、统命名法原则命名为2甲基丁烷。CH3CHCH3CH2CH31234第22页/共43页第三节烷烃的物理性质n烷烃的物理性质碳原子数目相同的烷烃同分异构体中，直链烷烃沸点较高，支链烷烃的沸点较低，支链越多，沸点越低。 物态： 气体、液体、固体 沸点（b，p） 熔点（m，p）密度（20）/g/Cm3 溶解度：在水中溶解度？在有机溶剂中溶解度？D20折射率：nCH3CH2CH2CH2CH3CH3 CH CH2CH3CH3CH3 CCH3CH3CH3正戊烷异戊烷新戊烷沸点/ 36289.5第23页/共43页表22 一些直链烷烃物理性质名称分子式熔点/沸点/密度/(g/Cm3)折射率n20状态甲烷CH41

16、82.51640.424气态乙烷C2H6183.388.60.546丙烷C3H8189.742.10.5011.3397丁烷C4H10138.40.50.5791.3562戊烷C5H12129.7 36.10.6261.3575液态己烷C6H1495.0 68.90.6591.3751庚烷C7H1690.6. 98.40.68381.3878辛烷C8H1856.8 125.70.70251.3974壬烷C9H2051 150.80.71761.4054癸烷C10H2229.71740.72981.4012D第24页/共43页表22 一些直链烷烃物理性质续表名称分子式熔点/沸点/密度/(g/Cm

17、3)折射率n20状态十一烷C11H2425.6195.90.74021.4176液态十二烷C12H269.6216.30.74871.4216十三烷C13H286.5235.40.75641.4256十四烷C14H305.5253.70.76281.4290十五烷C15H3210.0 270.60.76851.4315十六烷C16H3418.2 2870.77331.4345十七烷C17H3622. 301.80.77801.4369固态十八烷C18H3828.2 316.10.77681.4390十九烷C19H4032.03300.7776二十烷C20H4236.8 3430.78861.4

18、491第25页/共43页第四节烷烃的化学反应及应用 一般情况下，烷烃的化学性质不活泼，在常温下，不与强酸、强碱、强氧化剂及强还原剂反应，常用作低级溶液剂（如正己烷、正戊烷、石油醚等）。但烷烃在高温、光照或催化剂存在下，则可发生卤代、燃烧和裂化等反应。一、卤代反应n 烷烃分子中的氢原子被卤素原子取代的反应称为卤代反应。CH4 + Cl2CH3Cl + HCl 光一氯甲烷CH3Cl + Cl2（过量）CH2Cl2 + HCl 光二氯甲烷CH2Cl2 + Cl2（过量）CHCl3 + HCl 光三氯甲烷CHCl3 + Cl2（过量）CCl4 + HCl 光四氯甲烷 （四氯化碳）第26页/共43页二、

19、氧化反应烷烃在空气中燃烧生成二氧化碳和水，并放出大量的热。例如：CH4 + O2 CO2 + 2H2O + Q 点燃C2H5 + O2 4CO2 + 6H2O + Q 点燃烷烃燃烧的通式为：CnH2n+2 + O2 3n + 12点燃nCO2 + （n + 1）H2O + Qn 反应特点：l反应需光照l在高温光照下得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳等混合物。n 反应速率：F2 Cl2 Br2 I2 由于氟代反应剧烈，难以控制，而碘代反应又难于进行，烷烃的卤代反应主要讨论氯代反应和溴代反应。第27页/共43页在一块表面皿上滴数滴石油醚（C5C6）或滴液体石蜡，点燃后观察燃烧现象。 演示实

20、验21 由于燃烧时释放出的化学能转化为热能、机械能等，因此烷烃是人类利用的主要能源之一，如汽油和柴油等。第28页/共43页 烷烃在高温和隔绝空气的条件下发生分解的反应叫裂化反应。裂化反应在石油化学工业中具有重要的意义，可以提高汽油的质量。反应发生CC键和CH键断裂及其它反应生成低级烷烃、烯烃及氢等复杂的混合物。例如：甲烷的裂化反应，只发生CH键断裂：三、裂化反应CH3CH2CH2CH3+ CH3 CH3CH 2CH2 CH3 CH2CH CH2H2 + 裂化500 CH4 +CH3CHCH2甲烷丙烯乙烯乙烷1丁烯CH41200 C + 2H2碳黑第29页/共43页裂化反应的温度和所需要的产物不

21、同，裂化的方法或条件也不相同：n 热裂化：一般在较高温度（500700）和压力（25MPa）下进行的裂化反应叫热裂化反应。n 催化裂化：在催化剂硅酸铝存在下，比热裂化更低的温度（450500）、压力（0，10，2MPa）下完成的裂化反应叫催化裂化反应。催化裂化可以大幅度提高汽油的质量。n裂解：在高于720的高温下，将石油深度裂化的过程叫裂解。裂解主要获得更多的低级烯烃。第30页/共43页第五节烷烃的来源及重要的烷烃一、烷烃的来源n石油：是古代动植物体经细菌、地热、压力及其他无机物的催化作用，而生成的物质。其主要成分是各种烃类（开链烷烃、环烷烃和芳香烃等组成的复杂混物。由油田得到的原油通常是深褐

22、色的粘稠液体，根据不同的需要经分镏而得到各种不同的镏分。也常常经裂化、异构等加工处理而提高油品的质量和产量。如果主要为了获得化工原料，则可以通过裂解而得到各种低级的汉类，这是低级烷烃的主要工业来源。n油田气：在石油开采过程中除得到液体原油外，还同时得到大量的石油气通常称为油田气，主要成分是甲烷另外还有乙烷、丙烷和丁烷及少量其他气体等。n 天然气：是蕴藏在地层内的可燃气体，它的主要成分是低级烷烃（甲烷、乙烷等）的混合物。可用以作为化工原料。也可作为燃料。烷烃的天然来源主要是石油和天然气。第31页/共43页二、重要的烷烃甲烷n 在实验室，甲烷是用无水醋酸钠（CH3COONa）和碱石灰（氢氧化钠和生

23、石灰的混合物）混合加热制得的。氢氧化钠与醋酸钠的反应如下：CH3COONa + NaOH NaCO3 + CH4 CaOn 甲烷主要来源于天然气和油田气。此外煤气中约含有20%32%（体积分数）的甲烷，矿井内的瓦斯、沼泽表面冒出来的沼气，其主要成分也是甲烷。现在我国农村的许多地方就是用垃圾、人畜粪便等经过发酵来制取沼气，作燃料使用，因此，甲烷又称沼气。第32页/共43页n 纯净的甲烷在空气中可以安静地燃烧，但是，甲烷与空气的混合物遇到火花就会发生爆炸n 甲烷是重要的化工原料和能源，由甲烷制得的碳黑可作橡胶的填料和油墨的原料，由甲烷制得的合成气及乙炔是重要的有机合成原料。 在煤矿井里，必须采取安

24、全措施，如通风、严禁烟火等以防矿井内的甲烷与空气混合发生爆炸事故（即瓦斯爆炸）。n 甲烷的物理性质甲烷是无色、无味、无毒、比空气轻的可燃气体。它的密度为0，424g/Cm3。甲烷难溶于水。第33页/共43页第六节烷烃的鉴别方法 由于烷烃的化学性质稳定，一般不用化学反应来鉴别，而是借助于元素分析、溶解度试验、物理常数来 当一个有机物由元素分析的结果得知只含碳、氢两种元素，该化合物又不与水或5%的氢氧化钠、5%的盐酸、浓硫酸、酸性高锰酸钾溶液作用时，一般认为该物质是烷烃，再通过物理常数的测定或光谱分析，便可鉴定出是什么烷烃。第34页/共43页本章小结n 烷烃分子中只含CC、CH键的开链烃，通式为C

25、nH2n+2 。n 同系列 具有同一通式，组成上相差一个或几个系差，结构相似，化学性质相似的一系列化合物称同系列。同系列中的各化合物互称同系物。n 烷烃的结构 烷烃分子的碳原子具有正四面体的结构，分子中的CC键和CH键都是比较牢固的共价键（又称键）第35页/共43页n 烷烃的系统命名法应遵循下列三条原则： 选主链 选择含支链最多，且最长的连续碳链作主链，命名为某烷（母体）； 主链编号 编号时从靠近支链一端开始给主链编号； 写出名称 按取代基的位次，相同取代基的数目，取代基的名称依次写在母体烷烃名称前面。不同的取代基按先简后繁次序写出。n 烷烃的化学反应C nH2n+1CO2 + H2O + Q+ H2 等 X2400600 光或热热裂O2燃烧C nH2n+1X +HXC n H2n +C n H2n 2+反应活性：F2Cl2Br2 (I2困难)(卤代烷通常为混合物)第36页/共43页习 题用系统命名法命名下列化合物，并指出这些化合物中的伯、仲、叔、季碳原子，分别以1、2、3、4标出。CH3 CHCH3CH3 CH2CHCH3CH3CH3CH2CH3 CCH2CH3CH3CH2CH2CH3CH3 C CHCH3