烷烃v概要PPT课件

1、烃：烃：只由碳只由碳, 氢两种元素组成氢两种元素组成 (碳氢化合物碳氢化合物)。烃开链烃环烃（脂肪烃）饱和 烃不饱和烃(烷烃） (烯烃, 炔烃)(脂环烃,芳香烃)开链烃：开链烃： 碳原子相连成链状的烃，叫碳原子相连成链状的烃，叫脂肪烃脂肪烃。饱和脂肪烃叫。饱和脂肪烃叫烷烃烷烃。饱和烃饱和烃： 烃分子中碳原子间都是单健相连，碳原子的其余价健都为氢原子所饱和的烃分子中碳原子间都是单健相连，碳原子的其余价健都为氢原子所饱和的化合物。化合物。第1页/共45页2.1 同系列和同分异同系列和同分异构构(1) 同系列同系列 (homologous series) ：CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3

2、CH3CH2CH2CH3CH2称为称为系列差系列差。烷烃结构通式烷烃结构通式：CnH2n+2 凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，组成上相差凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，组成上相差一个或几个一个或几个CH2（亚甲基），（亚甲基），物理性质则随着碳原子数的增加而物理性质则随着碳原子数的增加而有规律地变化的化合物系列。有规律地变化的化合物系列。第2页/共45页(2) 同分异构同分异构(构造异构构造异构) 官能团异构：甲醚、乙醇官能团异构：甲醚、乙醇 H C C O HHHHHH CCOHHHHH 碳链异构碳链异构(Skeletal isomer )：直链和支链的异构。：直链和

3、支链的异构。CH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH3第3页/共45页构造异构体物理性质有一定的差异构造异构体物理性质有一定的差异. . 直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高. 正丁烷（沸点-0.5） 异丁烷（沸点-10.2 ）第4页/共45页n 烷烃中碳原子和氢原子的分类：烷烃中碳原子和氢原子的分类： 伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子。 伯氢、仲氢、叔氢伯氢、仲氢、叔氢 伯碳原子、伯碳原子、 一级碳原子一级碳原子 、 1。 (直接与一个碳原子相连直接与一个碳原子相连)仲碳原子仲碳原子 、 二级碳原子二级碳原子 、2。 (直接与二个碳原子相连

4、直接与二个碳原子相连)叔碳原子叔碳原子 、 三级碳原子三级碳原子 、3。 (直接与三个碳原子相连直接与三个碳原子相连)季碳原子、季碳原子、 四级碳原子四级碳原子 、4。 (直接与四个碳原子相连直接与四个碳原子相连)H3CCCHCH3CH3CH2CH3CH3第5页/共45页2.2 烷烃的命名烷烃的命名 母体名称母体名称 取代基名称、位置和数目取代基名称、位置和数目 选择主链；主链上碳原子编号选择主链；主链上碳原子编号(“最低系列最低系列”编号方法编号方法)；取代基排列顺序取代基排列顺序.n 普通命名法：普通命名法：n 系统命名法系统命名法(IUPAC命名原则命名原则)：第6页/共45页烷基名称：

5、烷基名称： (烷基烷基 烷烃分子从形式上消除一个氢原子剩下的原子团烷烃分子从形式上消除一个氢原子剩下的原子团)。 烷基的通用符号：烷基的通用符号： R烷基烷基 甲基甲基 Me 乙基乙基 Et 丙基丙基 n-Pr 异丙基异丙基 i-Pr 丁基丁基 n-Bu 异丁基异丁基 i-Bu 仲丁基仲丁基 s-Bu 叔丁基叔丁基 t-Bu Ar芳基芳基 Ph苯基；苯基；Ac乙酰基乙酰基第7页/共45页 选择主链：选择主链：CH3CH CH2CH CH2CHCHCH2CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CHCH3CH3CH32,3,7三甲基三甲基 6 异丙基异丙基 4 异丁基壬烷异丁基壬烷 具有相同长度的链

6、可作为主链时，则应选定具有支链数目最多具有相同长度的链可作为主链时，则应选定具有支链数目最多的碳链的碳链. 烷基大小的次序：烷基大小的次序：甲基甲基 乙基乙基 丙基丙基 丁基丁基 戊基戊基 己基己基.第8页/共45页 “最低系列最低系列”编号方编号方法：法：H3CCHCH2CHCH2CH2CH2CHCH3CH3H2CCH3CH3123456789987654321按上方的编号系列，取代基位次位按上方的编号系列，取代基位次位2，6，8按下方的编号系列，取代基位次位按下方的编号系列，取代基位次位2，4，8第9页/共45页a:支链烷基名称和位置写在前；支链烷基名称和位置写在前；b: 小基团在前，大基

7、团在后；小基团在前，大基团在后；c:相同基团合并，以汉字二、三、四等标明数目；相同基团合并，以汉字二、三、四等标明数目；d: 表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基名称之间要表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基名称之间要用用“半字线半字线”隔开。隔开。H3CCH2CHCH2CH2CH3123456CH3取代基位次半字线取代基名称母体名称3甲基己烷 写出名称：写出名称：第10页/共45页2.3 烷烃的结构烷烃的结构n 分子结构：分子结构：分子中原子间的排列次序，分子中原子间的排列次序，原子相互间的立体位置原子相互间的立体位置，化学键的结合状态以及分子中电子的分布状态等各项内容在内的总称

8、。化学键的结合状态以及分子中电子的分布状态等各项内容在内的总称。 构型：构型：一定构造的分子中原子在空间的排列状况。一定构造的分子中原子在空间的排列状况。 构造：构造：分子中原子间的排列次序。分子中原子间的排列次序。 n 甲烷分子甲烷分子(CH4)构型构型 ：正四面体型，键角正四面体型，键角109.5。 HCHHH109。280.109nm第11页/共45页 构造的表示方法构造的表示方法- Kekule结构式结构式，lewis结构式结构式 构型构型(分子立体结构分子立体结构)的表示方法的表示方法 - 楔形透视式楔形透视式，锯，锯架透视架透视式式 ，纽曼式（，纽曼式（Newman） 甲烷分子甲烷

9、分子(CH4)构型构型 楔形式楔形式CHHHH甲烷分子甲烷分子构造构造-Kekule结构式结构式CHHHHIUPAC建议：即正常粗细的线表示在纸平面上的键，建议：即正常粗细的线表示在纸平面上的键，楔形楔形实线表实线表示伸出纸面向前，虚线表示伸向纸后方的键。示伸出纸面向前，虚线表示伸向纸后方的键。第12页/共45页n 甲烷分子构型的解释甲烷分子构型的解释sp3杂化杂化 C 原子核外电子排布：原子核外电子排布：1s22s22p2 第13页/共45页 碳原子形成烷烃时碳原子形成烷烃时 电子激发电子激发 杂化杂化(s3p) 杂化轨道杂化轨道(4 sp3 )形成形成4个完全个完全相等的相等的sp3杂杂化

10、轨道；每两化轨道；每两个个杂化轨道杂化轨道之之间的夹角都是间的夹角都是109 28第14页/共45页 sp3 轨道和甲烷分子的形成：轨道和甲烷分子的形成：第15页/共45页n 乙烷分子的结构：乙烷分子的结构：键：键：CH 、CC键中成键原子的电子云沿轴向重叠，成键的电键中成键原子的电子云沿轴向重叠，成键的电子云沿键轴近似于园柱形对称分布，成键原子可绕键轴旋转。子云沿键轴近似于园柱形对称分布，成键原子可绕键轴旋转。第16页/共45页2.4 烷烃的构烷烃的构象象 构象和构象异构体：构象和构象异构体： C CC C单键是可以旋转的单键是可以旋转的单键是可以旋转的单键是可以旋转的 单键的旋转使分子中的

11、原子或基团在空间产生不同的排列单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列（构象）（构象）（构象）（构象） 不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）乙烷的两种构象乙烷的两种构象乙烷的两种构象乙烷的两种构象构象构象:由于围绕单键旋转而产生的分子中的原子或基团在空间的由于围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状况。不同排列状况。

12、第17页/共45页 构象构象：纽曼投影式纽曼投影式 透视式透视式HHHHHHHHHHHHStaggeredNewman projection sawhorse projection 600纽曼式纽曼式Newman）透视式（锯架式）透视式（锯架式）p24第18页/共45页 构象分析：构象分析：分析可能的构象、优势构象分析可能的构象、优势构象(内能最低内能最低) von der waals排斥力，排斥力，60oC1旋旋转转 97 %CH3CH3CH3溴代选择性溴代选择性（127oC）： 3o H : 2o H : 1o H = 1600 : 82 : 1l 烷烃烷烃溴代产物单一，在合成上可用溴代来

13、制备卤代烃溴代产物单一，在合成上可用溴代来制备卤代烃.第32页/共45页 第33页/共45页 过渡态理论过渡态理论 化学反应化学反应( (基元反应基元反应) )是一个由反应物逐渐变为产物的连续是一个由反应物逐渐变为产物的连续过程。一个反应由反应物到产物的转变过程中，需要经过一过程。一个反应由反应物到产物的转变过程中，需要经过一个个过渡状态过渡状态。A +BCABCABC+过渡态 B-C键伸长变弱键伸长变弱( (部分断裂部分断裂) )，A-B键部分生成，体系的能量升至键部分生成，体系的能量升至最大。最大。- - 过渡态过渡态第34页/共45页反应进程反应进程 位能曲线图位能曲线图 - - 反应进

14、程中体系能量的变化反应进程中体系能量的变化活化能活化能 ：E反应热：反应热： E( (正反应正反应) ) E( (逆反应逆反应) ) ； 可由键的解离能来估算可由键的解离能来估算(p34)。决定反应速度决定反应速度的是的是活化能活化能 E，是能垒高度，而非，是能垒高度，而非反应热。反应热。第35页/共45页free radical ClCH3H+ClCl ClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反应应重重复复进进行行链链引引发发链链转转移移（链链传传递

15、递, ,链链增增长长）链链终终止止chain initiationchain propagationchain terminationhv or (2) 卤代反应卤代反应反应历程反应历程 第36页/共45页 烷烃卤代烷烃卤代+ + 7.5 kJ/mol吸热吸热112.9 kJ/mol放热放热ClCH3H+ClClClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反应应重重复复进进行行hv or 第37页/共45页ClCH3H+ClH+CH3ClCH3H 势能增加

16、势能增加势能降低势能降低势能最高势能最高第38页/共45页l 甲烷氯代的势能变化图：甲烷氯代的势能变化图：ClH +CH3反反应应进进程程ClCH4+ClCH3H ClCH3Cl CH3Cl + ClEa 1Ea 2 H 1 H 2 势势能能势能最高势能最高处的原子排列，处的原子排列，Ea：活化能（：活化能（ activation energy）；）； H: 反应热反应热活性中间体第39页/共45页原因：决速步骤的中间体原因：决速步骤的中间体(自由基自由基)的相对稳定性：的相对稳定性：2o 1o，中间体，中间体自由基愈稳定，决速步聚活化能愈小，决速步聚愈快。自由基愈稳定，决速步聚活化能愈小，决

17、速步聚愈快。CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2ClCH3CHCH3Cl决速步聚CH3CH2CH3Cl2hv , 25oCCH3CH2CH2ClCH3CHCH3+Cl43%57%过渡态理论过渡态理论- 决定反应速度决定反应速度的是的是活化能活化能 E，是能垒高度。，是能垒高度。比较伯氢、仲氢卤代反应比较伯氢、仲氢卤代反应-决速步骤决速步骤的反应速度的反应速度。第40页/共45页 不同不同C-H键的离解能（键的离解能（D）不同）不同, 键的离解能愈小，则自游基愈容键的离解能愈小，则自游基愈容易生成易生成，愈容易生成的自由基愈稳定愈容易生成的自由基愈稳定。 自由基的相对稳定性：自由基的相对稳定性：3o 2o 1oCH3CH2CH3CH3CHCH3CH3CH2CH2410.0 kJ/mol397.5 kJ/mol+H+HCH3CHCH3CH3CCH3CH3CHCH2CH3CH3CH3389.1 kJ/mol410.0 kJ/mol+H+H键离解能（键离解能（DH）第41页/共45页第42页/共45页有机反应相对活性的比较有机反应相对活性的比较 反应的区位选择性反应的区位选择性(优势产物优势产物)的解释的解释反应机理反应机理(多步反应多步反应)反应决速步聚反应决速步聚决速步聚中间体决速步聚中间体(碳