有机化学课件2.1饱和烃ppt课件

1、第二章 饱和烃(烷烃)Alkanes第二章第二章 烷烃烷烃2.1 烷烃的通式和构造异构烷烃的通式和构造异构2.1.1 烷烃的通式烷烃的通式 烷烃的通式为：烷烃的通式为：CnH2n+2 2.1.2 同系列和系差同系列和系差同系列：烷烃中具有同一个通式，构造类似，化学性质类同系列：烷烃中具有同一个通式，构造类似，化学性质类似，物理性质随着碳原子数的添加而有规律地变化的化合似，物理性质随着碳原子数的添加而有规律地变化的化合物，称为同系列。物，称为同系列。同系物：同系列中的化合物互称为同系物。同系物：同系列中的化合物互称为同系物。系差：同系列中相邻两个化合物在组成上的差别。烷烃系系差：同系列中相邻两个

2、化合物在组成上的差别。烷烃系差为差为CH22.1.3 烷烃的同分异构烷烃的同分异构从丁烷开场：从丁烷开场： 正丁烷正丁烷 CH3CH2CH2CH3 异丁烷异丁烷 CH3CH(CH3)2 同分异构体的推导：同分异构体的推导： 写出最长链：写出最长链： 写出少一个碳原子的直链，把一个碳当支链，找出能够的异构体写出少一个碳原子的直链，把一个碳当支链，找出能够的异构体 写出少二个碳原子的直链，把二个碳当两个支链，或一个支链，写出少二个碳原子的直链，把二个碳当两个支链，或一个支链， 找出能够的异构体。找出能够的异构体。同分异构：分子式一样，构造不同。是不同的化合物。同分异构：分子式一样，构造不同。是不同

3、的化合物。构造异构：分子式一样，分子内原子原子间相互衔接的顺序不同，构造异构：分子式一样，分子内原子原子间相互衔接的顺序不同， 即分子的构造不同。即分子的构造不同。碳架异构：分子式一样，碳的骨架不同。碳架异构：分子式一样，碳的骨架不同。2.2 烷烃的命名烷烃的命名2.2.1 伯、仲、叔和季碳原子伯、仲、叔和季碳原子 伯碳原子：一级碳原子伯碳原子：一级碳原子,1,与一个碳原子与一个碳原子(三个氢原子三个氢原子)相连的碳原相连的碳原子。子。仲碳原子仲碳原子:二级碳原子二级碳原子,2,与二个碳原子与二个碳原子 (二个氢原子二个氢原子)相连的碳原子相连的碳原子叔碳原子：三级碳原子叔碳原子：三级碳原子,

4、3,与三个碳原子与三个碳原子(一个氢原子一个氢原子)相连的碳原相连的碳原子。子。季碳原子：四级碳原子，季碳原子：四级碳原子，4，与四个碳原子相连的碳原子。，与四个碳原子相连的碳原子。 分别与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称为伯、仲、叔氢原子。分别与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称为伯、仲、叔氢原子。 aCH3bCH2bCH2bCH2aCH3 aCH3bCH2cCHaCH3 aCH3 CH3 aCH3dCaCH3 CH3戊烷正戊烷戊烷正戊烷2-甲基丁烷异戊烷甲基丁烷异戊烷2，2-二甲基丙烷新戊烷二甲基丙烷新戊烷a:一级一级1(伯伯)碳原子碳原子b:二级二级2(仲仲)碳原子碳原子c:三级三级3(叔叔)

5、碳原子碳原子d:四级四级4(季季)碳原子碳原子伯氢、仲氢、叔氢伯氢、仲氢、叔氢 2.2.2 烷基的概念烷基的概念 烷基：烷烃中，去掉一个氢原子后剩余的基团。用烷基：烷烃中，去掉一个氢原子后剩余的基团。用“-来表示，如来表示，如(1)某基：甲基某基：甲基 CH3- Me- ；乙基；乙基 CH3CH2- Et- ； 丙基丙基 CH3CH2CH2- n-Pr- ； 丁基丁基 CH3CH2CH2CH2- n-Bu- (2) 异某基异某基: 异丙基异丙基 (CH3)2CH- i-Pr- ； 异丁基异丁基 (CH3)2CHCH2- i-Bu-3)仲某基仲某基: CH3 仲丁基仲丁基: CH3CH2CH -

6、 s-Bu- CH3(4)叔某基叔某基: 叔丁基叔丁基: (CH3)3C- t-Bu- ; 叔戊基叔戊基: CH3CH2C CH3 CH3 (5)新某基新某基: 新戊基新戊基 : CH3CCH2 CH3 2.2.3 普通命名法普通命名法 按碳原子的数目称：甲按碳原子的数目称：甲,乙乙,丙丙,丁丁,戊戊,己己,庚庚,辛辛,壬壬,癸烷癸烷,十一烷十一烷,十二烷十二烷 直链的称为正某烷，正丁烷：直链的称为正某烷，正丁烷： CH3CH2CH2CH3 碳链一端带有两个甲基的称为异某烷，异丁烷碳链一端带有两个甲基的称为异某烷，异丁烷: (CH3)2CH2CH3 有季碳原子的称新某烷，新戊烷：有季碳原子的称

7、新某烷，新戊烷：(CH3)3CCH2CH3石油工业上，石油工业上，“#表示辛烷值，异辛烷表示辛烷值，异辛烷(辛烷值定为辛烷值定为100)不属于习惯不属于习惯命名，是商品名或俗名：命名，是商品名或俗名：CH3CH3CH2CH3CH3CH3CHC2.2.4衍生物命名法衍生物命名法:次序规那么：次序规那么：(CH3)3C-CH3CH2(CH3)CH-(CH3)2CH-(CH3)2CHCH2- CH3CH2CH2CH2-CH3CH2CH2-CH3CH2-CH3-把甲烷作为母体，把其它烷烃看作是甲烷的烷基取代衍生物。把甲烷作为母体，把其它烷烃看作是甲烷的烷基取代衍生物。 CH3CHCH2CH3CH3CH

8、CH3CH3CCH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CCH3CH3CH3CCH3CHCH3CH3二甲基乙基甲烷二甲基乙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷甲基乙基异丁基叔丁基甲烷甲基乙基异丁基叔丁基甲烷2.2.5 系统命名法系统命名法 IUPAC命名法命名法, International Union of Pure and Applied Chemistry1.选取含碳原子最多支链数目最多的碳链为主链；当最长碳链有选取含碳原子最多支链数目最多的碳链为主链；当最长碳链有多种时，选支链最多者为主链：多种时，选支链最多者为主链： CH3CH2CHCH2CHCH3CH2CH3CH2CH3

9、CH2CH3CH2CH2CH3CHCHCHCHCH3CH3CH3CH32.2.主链碳原子的位次编号：主链碳原子的位次编号：(1).(1).离取代基最近的一端开场编号，最低系列原那么：离取代基最近的一端开场编号，最低系列原那么：碳链以不同方向编号时，假设有多种能够系列，那么需依次逐项比碳链以不同方向编号时，假设有多种能够系列，那么需依次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者为最低系列。较各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者为最低系列。CH3CHCH2CH2CH2CH2CH3CHCHCH2CH3CH2CH3CH3CH3CHCH2CHCH2CH2CH3CHCHCH3CH3CH3CH2CH3

10、1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 2 3 4 5 6 7 8 99 8 7 6 5 4 3 2 110 9 8 7 6 5 4 3 2 1(2).假设支链中又带支链，用带撇的数字表示支链中支链的位置：假设支链中又带支链，用带撇的数字表示支链中支链的位置：CH3CH2CHCH2CHCH2CHCH2CH3CHCH3CH3CHCH3CH39 8 7 6 5 4 3 2 11233甲基甲基5(1，2二甲基丙基二甲基丙基)壬烷壬烷3.3.写知称号：写知称号：(1).(1).取代基的取代基的 称号写在烷烃前，用其所连碳原子的编号注明位置；称号写在烷烃前，用其所连碳原子的编号注明位置；(2).(2

11、).一样取代基合并，用二、三、四阐明数目，其位置须逐个注明；一样取代基合并，用二、三、四阐明数目，其位置须逐个注明；(3).(3).数字与汉字间用数字与汉字间用“隔开，数字间用隔开，数字间用“，分开；，分开；(3).(3).特别留意：特别留意：“某基和某基和“某烷之间不能用某烷之间不能用“隔开。隔开。2.3 烷烃的构造烷烃的构造2.3.1 碳原子的电子跃迁碳原子的电子跃迁22S2Px2Py2Pz Pz2Py2Px2S22基态基态 激发态激发态2.3.2 2.3.2 碳原子轨道的碳原子轨道的sp3sp3杂化杂化 一个一个s s轨道和三个轨道和三个p p轨道杂化后，构成四个完全相等的杂化轨道，轨道

12、杂化后，构成四个完全相等的杂化轨道，这种轨道称为这种轨道称为sp3sp3杂化轨道。杂化轨道。 a a 杂化轨道有更强的方向性；杂化轨道有更强的方向性；b b 四个四个SP3SP3杂化轨道完全等值；杂化轨道完全等值；c c 四个键尽能够远离；四个键尽能够远离；d d 每两个杂化轨道之间的夹角都是每两个杂化轨道之间的夹角都是109109282822S2Px2Py2Pz杂化SP3SP3SP3SP32.3.3 甲烷的正四面体构造甲烷的正四面体构造 键长：键长：0.110nm 键角：键角：10928 球棒模型：球棒模型：HHHHC 109.5HHHHC sp3 轨道和甲烷分子的构成轨道和甲烷分子的构成

13、-键键2.3.4 烷烃分子的模型和表示方法烷烃分子的模型和表示方法 键线表示法：键线表示法：CCHHHHHH 己烷己烷 2-2-甲基戊烷甲基戊烷 楔方式楔方式 ：乙烷乙烷3)3)模型：模型：Kekule(Kekule(凯库勒凯库勒) )模型：球和棍棒，表示原子和键；模型：球和棍棒，表示原子和键； StuartStuart斯陶特斯陶特) )模型：原子半径和键长的比例；模型：原子半径和键长的比例；2.3.5 乙烷的构象乙烷的构象透视式透视式 ： H HHHHH H HHHHH 交叉式交叉式 重叠式重叠式HHHHHHHHHHH H 两种构象能量差：两种构象能量差：12.6KJ/mol;绝对绝对0K左

14、右，分子均以交叉式构象左右，分子均以交叉式构象存在；常温时，两种构象以极快的速度相互转化；构象不可分别。存在；常温时，两种构象以极快的速度相互转化；构象不可分别。乙烷分子的位能曲线图见乙烷分子的位能曲线图见P23图图2-82.2.纽曼投影式：纽曼投影式：2.3.6 丁烷的构象丁烷的构象 CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3H3CHHHHHHHHHCH3HHHHHHHHHHHHHHH全重叠式全重叠式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式对位交叉式对位交叉式 部分重叠式部分重叠式 邻位交叉式邻位交叉式能量高低：全重叠式能量高低：全重叠式 部分重叠式部分重叠式 邻位交叉

15、式邻位交叉式 对位交叉式对位交叉式旋转时能量的变化见旋转时能量的变化见P24P24图图2-9 2-9 2.4 烷烃的物理性质烷烃的物理性质2.4.1沸点的规律沸点的规律 14个碳气体；个碳气体；516个碳液体；个碳液体；17个碳以上固体由色散力决议：个碳以上固体由色散力决议：随碳原子数添加而升高；正烷烃的沸点高于它的异构体。随着分子随碳原子数添加而升高；正烷烃的沸点高于它的异构体。随着分子量的添加，相对分子质量添加的相对百分比越来越小，所以对沸点量的添加，相对分子质量添加的相对百分比越来越小，所以对沸点的影响渐渐变小。分子间的间隔越近，引力越大。的影响渐渐变小。分子间的间隔越近，引力越大。 2

16、.4.2熔点的规律熔点的规律 分子间引力及分子的对称性决议陈列严密：随碳原子数添分子间引力及分子的对称性决议陈列严密：随碳原子数添加而升高；偶数烷烃的熔点比奇数的升高的更多；对称性好的新戊加而升高；偶数烷烃的熔点比奇数的升高的更多；对称性好的新戊烷的熔点烷的熔点-16.6 C高于异戊烷高于异戊烷(-159.9 C)和戊烷和戊烷(-129.7C)2.4.3相对密度的规律相对密度的规律分子间引力决议分子间引力决议: 随碳原子数添加而增大随碳原子数添加而增大, 接近接近0.782.4.4溶解性规律溶解性规律 不溶于水，易溶于有机溶剂，尤其是烃类中，类似相溶的规律。不溶于水，易溶于有机溶剂，尤其是烃类

17、中，类似相溶的规律。2.4.5同分异构体的物理性质规律：同分异构体的物理性质规律： 同分异构体中，沸点：支链越多，沸点越低。同分异构体中，沸点：支链越多，沸点越低。 熔点：支链越多，熔点越高。熔点：支链越多，熔点越高。2.5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 烷烃没有官能团，和其他各类有机物相比，化学性质最稳定。烷烃没有官能团，和其他各类有机物相比，化学性质最稳定。不易发生化学反响不易发生化学反响;不易发生异裂反响。不易发生异裂反响。但在高温，光照或催化剂作用下，烷烃分子中的但在高温，光照或催化剂作用下，烷烃分子中的C-H可以均裂，发可以均裂，发生自在基反响。生自在基反响。2.5.1 取代反响取代

18、反响烷烃分子中的氢原子被氯原子取代的反响。烷烃分子中的氢原子被氯原子取代的反响。 1. 卤化反响：在光照射下，或高温下，烷烃分子中的氢原子能逐卤化反响：在光照射下，或高温下，烷烃分子中的氢原子能逐渐被氯取代，得到不同的产物。如甲烷在渐被氯取代，得到不同的产物。如甲烷在350400 oC时：时： CH4 + Cl2 CH3Cl (一氯甲烷一氯甲烷) + HCl ； CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 (二氯甲烷二氯甲烷) + HCl ； CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 (三氯甲烷三氯甲烷) + HCl ； CHCl3 + Cl2 CCl4 (四氯化碳四氯化碳) + HCl 。 反响有时很

19、猛烈，控制不好会爆炸。甲烷过量反响有时很猛烈，控制不好会爆炸。甲烷过量(10:1)时，主要得时，主要得到一氯甲烷；甲烷与氯气体积比到一氯甲烷；甲烷与氯气体积比0.26:1时，主要得到四氯化碳。时，主要得到四氯化碳。卤化反响的相对活性：卤化反响的相对活性：F2Cl2Br2I2 2 卤化的反响机理卤化的反响机理反响物转变产物所经过途径叫做反响机理或反响历程。反响物转变产物所经过途径叫做反响机理或反响历程。Cl:Cl2ClCl+CH4CH3HCl光(1)(2)CH3+Cl:ClCH3ClCl(3)CH3Cl+Cl CH2ClHCl(4) CH2Cl+Cl:ClCH2Cl2Cl(5)ClCl+Cl2C

20、H3CH3+CH3CH3CH3Cl+CH3Cl CH2Cl+ CH2ClClCH2CH2Cl(6)(7)(8)(9)链增 长链终 止链引 发+CH3CH2CH3Cl2hvCH3CH2CH2ClCH3CHCH3Cl25 oC;+3.卤化反响的取向与自在基的稳定性：卤化反响的取向与自在基的稳定性：丙烷丙烷 45% 55% CH3CCH3CH3HCl2, 光25oCClCH2CCH3CH3H+CH3CCH3CH3Cl仲氢：伯氢仲氢：伯氢=55/2：45/64：1异丁烷异丁烷 63% 37% 叔氢：伯氢叔氢：伯氢=37/1：63/95：1总结：总结：烷烃中，氢原子的活性顺序为：烷烃中，氢原子的活性顺序

21、为：叔氢原子叔氢原子仲氢原子仲氢原子伯氢原子伯氢原子氯化时，叔氢：仲氢：伯氢氯化时，叔氢：仲氢：伯氢 = 5：4：1缘由：叔缘由：叔CH键解离能较小，易断裂，被键解离能较小，易断裂，被Cl.夺取夺取自在基的稳定性顺序：自在基的稳定性顺序：(CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH3溴的活性比氯小，溴原子取代烷烃分子中溴的活性比氯小，溴原子取代烷烃分子中 活性较大活性较大的氢原子，比取代活性较小的氢原子容易得多。的氢原子，比取代活性较小的氢原子容易得多。溴化时，叔氢：仲氢：伯氢溴化时，叔氢：仲氢：伯氢 = 1600：82：14 .反响活性与选择性反响活性与选择性同样阐明，烷烃卤化时，卤原子的

22、选择性是：同样阐明，烷烃卤化时，卤原子的选择性是：IBrClF2.5.2 氧化反响氧化反响1.熄灭生成熄灭生成CO2和水：和水：高温暖足够的空气中熄灭，完全氧化，生成高温暖足够的空气中熄灭，完全氧化，生成CO2和水，大量放热：和水，大量放热：CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 热能热能C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O + 热能热能 CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 n CO2 + (n+1)H2O + 热能热能低级烷烃的蒸气和空气混合至一定比例，遇火爆炸，如煤矿中瓦斯低级烷烃的蒸气和空气混合至一定比例，遇火爆炸，如煤矿中瓦斯爆炸。甲烷的爆炸极限是爆炸。甲烷的爆炸极限是5.53%14%；在这比例外，只熄灭不爆；在这比例外，只熄灭不爆炸。炸。2. 2. 在催化剂存在下可发生部分氧化在催化剂存在下可发生部分氧化, ,合成了乙酸合成了乙酸, ,高级脂肪酸等产高级脂肪酸等产品。甲烷在催化剂的存在下，可发生氧化生成甲醛、甲醇等化合物：品。甲烷在催化剂的存在下，可发生氧化生成甲醛、甲