烷烃-文档资料

1、.12.1 通式和同系列通式和同系列2.2 构造异构构造异构2.3 饱和碳原子和氢原子的类型饱和碳原子和氢原子的类型2.4 命名命名2.5 结构结构2.6 物理性质物理性质2.7 化学反应化学反应2.8 来源与用途来源与用途第二章第二章 烷烃和自由基反应烷烃和自由基反应广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 Alkanes.2 2.1 2.1 通式和同系列通式和同系列 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 烃：烃：由碳和氢两种元素组成的化合物。由碳和氢两种元素组成的化合物。 烃为最简单的有机物。烃为最简单的有机物。甲烷甲烷 天然气的主要成分天然气的主要成分正己烷正己烷

2、 溶剂、清洗剂、稀释剂溶剂、清洗剂、稀释剂液体石蜡液体石蜡 C16-C24C16-C24的烷烃，作为填充剂，可用作软膏、搽剂化妆品的基质的烷烃，作为填充剂，可用作软膏、搽剂化妆品的基质 凡士林凡士林 C25-C35C25-C35的烷烃的烷烃 ，作为润滑剂、防水剂，作为润滑剂、防水剂 其中，饱和、开链的称为其中，饱和、开链的称为烷烃烷烃， 饱和、环状的称为饱和、环状的称为环烷烃环烷烃。Alkanes and Alkyl Groups, Isomers.3 2.1.1 烷烃通式烷烃通式 CHHHHC CHH HHHHCCCHHHHHHHHCCCCHHHHHHHHHH 甲烷甲烷 乙烷乙烷 丙烷丙烷

3、丁烷丁烷 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 例如：通式为：CnH2n+2，n为碳原子个数。.4同系列同系列： 通式相同，组成上相差通式相同，组成上相差“CH2”及及 其其 整倍数的一系列化合物。整倍数的一系列化合物。同系物同系物： 同系列中的各个化合物互为同系物。同系列中的各个化合物互为同系物。系系 差差： “CH2”称为系差。称为系差。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 CHHHHCCHHHHHHCCCHHHHHHHHCCCCHHHHHHHHHHCHHCHHCHH2.1.2 烷烃同系列烷烃同系列.5-11.73沸点： -0.5 CHCH3CH3CH3异丁烷

4、CH2CH3CH2CH3正丁烷构构 造造： 分子中各原子互相连接的分子中各原子互相连接的次序和次序和方式方式同分异构体同分异构体： 分子式相同，构造不同的一类化合物分子式相同，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 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC2,2-二甲基丙烷二甲基丙烷正戊烷正戊烷2-甲基丁烷甲基丁烷2. 2 构造异构构造异构.6烷烃构造异构体的数目烷烃构造异构体的数目 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .7 伯、仲、叔、

5、季碳原子和伯、仲、叔氢原子伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子CCHHHHCCH3CHCH3CH3CH3H1。2。3。4。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 2.3 碳原子和氢原子的类型碳原子和氢原子的类型 4种碳原子，种碳原子，3种氢原子。种氢原子。.8 伯碳原子：伯碳原子：5个个 仲碳原子：仲碳原子：2个个 叔碳原子：叔碳原子：1个个 季碳原子：季碳原子：1个个 伯氢原子：伯氢原子：15个个 仲氢原子：仲氢原子：4个个 叔氢原子：叔氢原子：1个个 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 试指出下列烷烃中各类型碳原子和氢原子：试指出下列烷烃中各类型碳原子和氢原

6、子：.9CH2CH2CH2CH3CH3正戊烷异戊烷CHCH3CH2CH3CH3新戊烷CH3CCH3CH3CH32.4.1 普通命名法普通命名法(习惯命名法习惯命名法) 碳原子数用碳原子数用“天干天干”字字甲、乙、丙、丁、戊、己、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和十一、十二庚、辛、壬、癸和十一、十二等数目字表示。等数目字表示。 用用“正正”、“异异”、“新新”等前缀区别不同的构造异构等前缀区别不同的构造异构体。体。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 2.4 2.4 命名命名 nomenclature.10 1、烷基烷基 有机分子中去掉一个氢原子所剩余部分有机分子中去掉一个

7、氢原子所剩余部分CH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2CH2CH3CHCH2CH3(CH3)2CHCH2(CH3)3C(CH3)3CCH2甲基甲基(Me-) 乙基乙基(Et-) 丙基丙基(Pr-) 异丙基异丙基(i-Pr-)丁基丁基(n-Bu-) 仲丁基仲丁基(s-Bu-) 异丁基异丁基(i-Bu-) 叔丁基叔丁基(t-Bu-)新戊基新戊基(neopentyl)烷 -ane 烯 -ene 炔 -yne苯基(Ph-) 芳基(Ar-) 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 (1) 常见烷基常见烷基2.4.2 系统命名法系统命名法(IUPAC).11CH

8、2亚甲基CHCH3亚乙基1,2-亚乙基CH2CH2亚异丙基C(CH3)21,6-亚己基(或六亚甲基)CH2(CH2)4CH2(2) 常见亚烷基常见亚烷基 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 CH次甲基次甲基.12(1) 选取包含支链选取包含支链最最多的、碳链多的、碳链最最长的为主链长的为主链CHCHCHCH3CH2CHCH2CH2CH3CH3CH3CH3CH3(2) 按按“最低系列最低系列”原则编号原则编号CH3CHCH3CHCHCH3CH2CHCH2CH3CH3CH3CH3CHCH3CHCH2CH3CHCH3CH32 、 系统命名法系统命名法(IUPAC)的命名步骤的命名步骤

9、1234567123456 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .13(3) 同一分子有多个官能团时，其递减排序为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 , -CC , -C=C , -OR , -X , -NO2， R后列出后列出先列出先列出 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 Functional Groups.14a依次写出取代基的位次和名称以及主链名称。依次写出取代基的位次和名称以及主链名称。b “次

10、序规则次序规则” “较优较优”取代基后列出取代基后列出 。c相同取代基合并表示。相同取代基合并表示。CH3CH2CH2CH CHCHCH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH2CH3CH3CH2CHCH2CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH3CH3(4) 写出名称写出名称5-丙基丙基-4-异丙基异丙基壬烷壬烷1 2 3 4 5 6 7 8 93,7-二甲基二甲基-4-乙基乙基辛烷辛烷9 8 7 6 5 4 3 2 1 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .15(5) 支链的命名支链的命名CH3CH2CH2CH2CH2CH CH2CCH2CHCH2CH3CH3CH3CH

11、3CH310 9 8 7 6 5 4 3 2 12-甲基甲基-5-(1,1-二甲基二甲基丙基丙基)癸烷癸烷 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .16 2.5 结构结构 2.5.1 烷烃中碳碳单键和碳氢单键的形成烷烃中碳碳单键和碳氢单键的形成 （1）碳原子轨道的）碳原子轨道的sp3杂化杂化2s2p2s2psp3跃 迁sp3杂化每个每个sp3杂化轨道含杂化轨道含1/4 s 成分和成分和 3/4 p成分成分sp3杂化轨道形状杂化轨道形状碳原子的碳原子的sp3杂化轨道杂化轨道键角为键角为 109.5 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 Electronic struc

12、ture of Alkanes.17 原子原子 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称为 轨道轨道。轨道构成的共价键称为轨道构成的共价键称为键键。 例如：甲烷分子中有四个例如：甲烷分子中有四个CH键。键。 相类似，乙烷分子中有六个相类似，乙烷分子中有六个CH键和一个键和一个 CC键。键。甲烷甲烷乙烷乙烷（2）键的形成及其特性键的形成及其特性 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .18甲烷甲烷正丁烷正丁烷键的特性键的特性: 成键原子可沿键轴自由旋转成键原子可沿键轴自由旋转; 键能较大，可极化性较小键能较大，可极化性较

13、小 。球棍模型(Kekul模型)比例模型(Stuart模型) 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .192.5.2 烷烃的构象烷烃的构象 （1）乙烷的构象构象构象：由于围绕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排列方式。 乙烷的两种极限构象乙烷的两种极限构象HHHHHHHHHHHHHHHHHH60HHHHHH0重叠式重叠式(顺叠式顺叠式)构象构象交叉式交叉式(反叠式反叠式)构象构象重叠式重叠式(顺叠式顺叠式)构象构象交叉式交叉式(反叠式反叠式)构象构象透视式透视式Newman投影式投影式乙烷不同构象的能量曲线图乙烷不

14、同构象的能量曲线图交叉式构象最稳定，重交叉式构象最稳定，重叠式构象最不稳定叠式构象最不稳定。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 Conformations of Ethane.20CH3H3CHHHHCH3HCH3HHHCH3H3CHHHHH3CCH3HHHH（2） 正丁烷的构象正丁烷的构象对位交叉式对位交叉式(反错式反错式)部分重叠式部分重叠式(反叠式反叠式)邻位交叉式邻位交叉式(顺错式顺错式)全重叠式全重叠式(顺叠式顺叠式)正丁烷沿正丁烷沿C2和和C3之间的之间的键键轴旋转有四种典型构象。键键轴旋转有四种典型构象。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 Co

15、nformations of Butane.21正丁烷不同构象的能量曲线图正丁烷不同构象的能量曲线图 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .222.6.1 2.6.1 分子间作用力分子间作用力2.6 2.6 物理性质物理性质 Properties of AlkanesProperties of Alkanes 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 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。.23 直链烷烃的沸点一般随相对分子

16、质量的增加而升高。直链烷烃的沸点一般随相对分子质量的增加而升高。 一般一般C4以下的直链烷烃是气体，以下的直链烷烃是气体，C5-C16的烷烃是液体，的烷烃是液体，大于大于C17的烷烃是固体。的烷烃是固体。 碳原子数相同碳原子数相同 时，含支链多的烷烃沸点低。时，含支链多的烷烃沸点低。1 1、沸点、沸点(bp)(bp)2.6.2 物理性质物理性质 Properties of AlkanesProperties of Alkanes 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .24 2、熔点、熔点(mp) 直链烷烃的熔点随分子质量的增加而增加。一般直链烷烃的熔点随分子质量的增加而增加。一

17、般含偶数碳原子烷烃的熔点通常比含奇数碳原子烷烃的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。熔点升高较多。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .253、相对密度、相对密度 烷烃相对密度小于烷烃相对密度小于1，随分子量的增加逐渐增大。，随分子量的增加逐渐增大。4、溶解度、溶解度 烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂。烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂。 相似相溶原理相似相溶原理 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .26一些直链烷烃的物理常数一些直链烷烃的物理常数 物理性质的依数性依数性 随碳数的增加而有规律地变化， 量变引起质变。 广东药学院广东药学院 主讲

18、人主讲人: 申东升申东升 .27 O2RCH2CH2R+MnO2107110+RCOOH RCOOH 其它羧酸 适当条件下可部分氧化为醇、醛、酮、羧酸等含氧化合物。适当条件下可部分氧化为醇、醛、酮、羧酸等含氧化合物。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 2.7 化学性质化学性质2.7.1 氧化与燃烧氧化与燃烧有机化学中的氧化有机化学中的氧化： 指在分子中加入氧加入氧或从分子中去掉氢去掉氢的反应，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。.28 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 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

19、；反之，内能越低，燃烧热越小。燃烧热燃烧热 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。.292.7.2 烷烃的热裂反应烷烃的热裂反应裂化反应裂化反应 烷烃在没有氧气存在下进行的热分解反应叫裂化反应。烷烃在没有氧气存在下进行的热分解反应叫裂化反应。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 CH3CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH3H+CH3CH2CH2CH3CH2CH3CH3CH2+.30CH3CH3600C2

20、H4 H2+CH4 C H2+CH3CH2CH2CH3500CH4 C3H6+CH3CH3 C2H4+C4H8 H2+CH41200+C 2H2 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 温度不同，裂解产物不同。温度不同，裂解产物不同。.31 键裂解能键裂解能 共价键裂解生成原子或自由基反应中的焓变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 烷基自由基的稳定性烷基自由基的稳定性 丁烷热解生成几种丁烷热解生成几种自由基自由基 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .32 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 异构化反应异构化反应 适当条件下

21、，直链或支链少的烷烃可以异构化为支链适当条件下，直链或支链少的烷烃可以异构化为支链多的烷烃。多的烷烃。CH2CH3CH2CH395150,12MPaAlCl3, HClCH3CHCH3CH3 热裂反应是石油工业中的重要生产过程，可使高高沸点的重油沸点的重油转变为低沸点的汽油和煤油等轻质油。汽油：汽油：C5C9馏份馏份煤油：煤油：C9C17馏份馏份柴油：柴油：C12C18馏份馏份.33CH4 Cl2+漫射光+CH3Cl HCl 100kJ mol-12.7.3 烷烃的卤化反应烷烃的卤化反应 烷烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取代的反应，烷烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取代的反应，称为称为取

22、代反应取代反应。被卤素取代的反应称为。被卤素取代的反应称为卤代反应卤代反应。 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： 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 1、 甲烷的氯化甲烷的氯化.34CH3Cl Cl2+漫射光漫射光+CH2Cl2 HCl+CHCl3 HCl+CCl4 HClCHCl3 Cl2+CH2Cl2 Cl2+甲烷的氯化较难停留在一氯化阶段：甲烷的氯化较难停留在一氯化阶段：漫射光 产物为四种氯甲烷的混合物，氯气过量时主要得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。到四氯化碳，

23、甲烷过量时主要得到一氯甲烷。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 .35Cl Clh或2ClCl H CH3+HCl CH3CH3 Cl Cl+CH3Cl ClCl Cl+ClClCH3 CH3+CH3CH3CH3 Cl+CH3Cl烷烃的氯化是一个连锁反应，也叫链反应。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：一般说，链反应分为链引发、链增长和链终止三个阶段：链引发链引发链终止链终止链增长链增长 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 2、 甲烷的卤化反应机理甲烷的卤化反应机理 Mechanism .36Cl H CH3

24、+HCl CH3链增长链增长 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 3、甲基自由基的结构及稳定性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。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：烷基自由基的稳定性次序为：(CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH3.374、 反应热反应热反应热：在标准状态下，反应物和产物的热焓差。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 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。.385、 活化能、过滤态和决速步活化能、过滤态和决速步一步反应的三个阶段

25、：始态、过渡态、终态。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 过渡态过渡态的能量越低，过渡态越稳定，反应活性就越大，反应速率也越快。.39 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 活化能活化能 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。.406、 反应活性与选择性反应活性与选择性烷烃卤化时，卤原子的选择性是烷烃卤

26、化时，卤原子的选择性是 BrClF 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 反应活性越大，选择性越差。反应活性越大，选择性越差。对烷烃的卤化反应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。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：不同卤素与烷烃的反应活性不同，其顺序为： F2Cl2Br2I2.41CH3CH2CH2BrCH3CHCH3CH3CH3CH2CH3B r2光 ,127Br2光,125CH3CCH3CH3BrCH3CHCH3BrCH3CHCH3CH2Br烷烃卤化时，卤原子的选择性是烷烃卤化时，卤原子的选择性是 BrC

27、lF 97% 3% 99% 1% 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 丙烷和异丙烷的溴化反应丙烷和异丙烷的溴化反应.42 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。 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 甲烷与氯原子、溴原子反应生成甲基自由基的势能变化.43C12H26 Cl2+120+C12H25Cl HCl7、其它烷烃也可以发生卤代反应：、其它烷烃也可以发生卤代反应： 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人: 申东升申东升 氯化石蜡氯化石蜡 又名氯烃，是石蜡经氯化后所得产品，是又名氯烃，是石蜡经氯化后所得产品，是石蜡烃的氯化衍生物。石蜡烃的氯化衍生物。 课外作业：课外作业： 查一下氯化石蜡氯化石蜡的生产工艺、产品规格及其用途。的生产工艺、产品规格及其用途。.44CH3CHCH3Cl光25取代伯氢45%55%取代仲氢CH3CH2CH2ClCH3CH2CH3+ Cl2丙烷的氯化反应：丙烷的氯化反应：仲氢与伯氢活性之比为：仲氢与伯氢活性之比为：仲氢伯氢=55/245/627.57.541=8、 卤素以几种氢的选择性卤素以几种氢的选择性-卤化反应的取向卤化反应的取向 广东药学院广东药学院 主讲