烷烃指由碳和氢两种元素组成的饱和,开链有机化合物

1、第第2 2章章 饱和烃饱和烃第第1 1节节 烷烃烷烃烷烃：烷烃：指由碳和氢两种元素组成的饱和、指由碳和氢两种元素组成的饱和、开链有机化合物开链有机化合物。 2.1 烷烃的通式、同系列和构造异构烷烃的通式、同系列和构造异构 2.2 烷烃的命名烷烃的命名 2.3 烷烃的结构烷烃的结构 2.4 烷烃的烷烃的构象构象 2.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质 2.6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 2.7 烷烃的天然来源烷烃的天然来源2.1 2.1 烷烃烷烃的通式、同系列和构造异构的通式、同系列和构造异构 烷烃的通式为：CnH2n+2，n为碳原子个数。 例如：CHHHHCCHH HHHHCCCHHHHHHH

2、HCCCCHHHHHHHHHH 甲烷甲烷 乙烷乙烷 丙烷丙烷 丁烷丁烷 同系列和同系物同系列和同系物 -11.73沸点： -0.5 CHCH3CH3CH3异丁烷CH2CH3CH2CH3正丁烷 同分异构体，同分异构现象，构造异构体同分异构体，同分异构现象，构造异构体同系列同系列：通式相同，组成上相差“CH2”及 其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。系差系差：“CH2”称为系差。 烷烃构造异构体的数目烷烃构造异构体的数目碳原子数异构体数碳原子数异构体数13456712359891015201835754,347366,3192.2 2.2 烷烃的命名烷烃的命名2.

3、2.1 伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子CCHHHHCCH3CHCH3CH3CH3H1。2。3。4。2.2.2 烷基烷基(1) 常见烷基常见烷基CH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2CH2CH3CHCH2CH3(CH3)2CHCH2(CH3)3C(CH3)3CCH2甲基甲基 乙基乙基丙基丙基 异丙基异丙基丁基丁基 仲丁基仲丁基 异丁基异丁基 叔丁基叔丁基新戊基新戊基CH2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CH2CH2CH2CH3CH3正戊烷

4、异戊烷CHCH3CH2CH3CH3新戊烷CH3CCH3CH3CH32.2.3 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。(1) 选取包含支链最多的最长碳链为主链选取包含支链最多的最长碳链为主链CHCHCHCH3CH2CHCH2CH2CH3CH3CH3CH3CH3(2) 按按“最低系列最低系列”原则编号原则编号CH3CHCH3CHCHCH3C

5、H2CHCH2CH3CH3CH3CH3CHCH3CHCH2CH3CHCH3CH32.2.4 衍生命名法衍生命名法2.2.5系统命名法系统命名法1234567123456a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(3) 命名命名5-丙基丙基-4-异丙基壬烷异丙基壬烷1 2 3 4 5 6 7 8

6、 93,7-二甲基二甲基-4-乙基壬烷乙基壬烷9 8 7 6 5 4 3 2 1(4) 支链的命名支链的命名CH3CH2CH2CH2CH2CH CH2CCH2CHCH2CH3CH3CH3CH3CH310 9 8 7 6 5 4 3 2 12-甲基甲基-5-(1,1-二甲基丙基二甲基丙基)癸烷癸烷2.3.1 碳原子轨道的碳原子轨道的sp3杂化杂化2.3 2.3 烷烃的结构烷烃的结构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 原子原子

7、 轨道沿键轴相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称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的轨道称为 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2.3.2 甲烷等分子的结构甲烷等分子的结构键的形成及其特性键的形成及其特性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，可极化性较小 。2.3.3 烷烃分子的模型烷烃分子的模型球棍模型(Kekul模

8、型)比例模型(Stuart模型)2.4 烷烃的构象烷烃的构象2.4.1 乙烷的构象乙烷的构象 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同排列方式。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同构象的能量曲线图交叉式构象最稳定，交叉式构象最稳定，重叠式构象最不稳定重叠式构象最不稳定。CH3H3CHHHHCH3HCH

9、3HHHCH3H3CHHHHH3CCH3HHHH2.4.2 丁烷的构象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。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 直链烷烃的沸点一般随相对分子质量的增加而升高。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。

10、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。沸点沸点( (bpbp) )2.5 2.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质 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，随分子量的增加逐渐增大。的增加逐渐增大。 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。 熔点熔点(mp) 直链烷烃的熔点随分子质量的增直链烷烃的熔点随分子质量的增加而增加。一般含偶数碳原子烷烃的熔点通常加而增加。一般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。比含奇数碳原子烷烃的熔点升高较多。名称熔点/沸点/相对密度(d420)折射率(

11、nD20)甲烷-183-161.50.424乙烷-172-88.60.546丙烷-188-42.10.5011.3397丁烷-135-0.50.5791.3562戊烷-13036.10.6261.3577己烷-9568.70.6591.3750庚烷-9198.40.6841.3877辛烷-57125.70.7031.3976壬烷-54150.80.7181.4056癸烷-30174.10.7301.4120十一烷-26195.90.7401.4173十二烷-10216.30.7491.4216一些直链烷烃的物理常数一些直链烷烃的物理常数2.6 烷烃的化学性质 烷烃分子中的烷烃分子中的键键能大，

12、极性小，化学性质稳定。键键能大，极性小，化学性质稳定。 一般在常温下与强酸、强碱、氧化剂、还原剂都不反应。一般在常温下与强酸、强碱、氧化剂、还原剂都不反应。 但稳定性是相对的。但稳定性是相对的。2.6.1 取代反应取代反应 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，称为取代反应。被卤素取代的反应称为卤代反应。称为取代反应。被卤素取代的反应称为卤代反应。CH4 Cl2+漫射光CH3Cl Cl2+漫射光漫射光+CH2Cl2 HCl+CHCl3 HCl+CCl4 HClCHCl3 Cl2+CH2Cl2 Cl2+在漫射光或热的作用下，烷烃发生卤代反

13、应：在漫射光或热的作用下，烷烃发生卤代反应：+CH3Cl HCl 100kJ mol-1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，甲烷过量时主要得到一氯甲烷。1) 卤化反应卤化反应C12H26 Cl2+120+C12H25Cl HCl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：Cl Clh或2ClCl H CH3+HC

14、l CH3CH3 Cl Cl+CH3Cl ClCl Cl+ClClCH3 CH3+CH3CH3CH3 Cl+CH3Cl2) 卤化的反应机理卤化的反应机理 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CH3CHCH3Cl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=3) 其

15、他烷烃的卤化其他烷烃的卤化CH3CCH3CH3H + Cl2光2536%取代叔氢取代伯氢64%CH3CCH2ClCH3HCH3CCH3CH3Cl叔氢伯氢=36/164/9367.151=异丁烷的一元氯化反应：异丁烷的一元氯化反应：叔氢与伯氢活性之比为：叔氢与伯氢活性之比为：氢原子被卤化的次序（由易到难）为：氢原子被卤化的次序（由易到难）为：叔氢仲氢伯氢叔氢仲氢伯氢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)2CHCH3CH2CH32.6.2 氧化反应氧化反应CH4 2O2+燃烧+CO2 2H2O 891 kJ mol-1 O2RCH2CH2R+MnO210711

16、0+RCOOH RCOOH 其它羧酸CH2CH3CH2CH395150,12MPaAlCl3, HClCH3CHCH3CH32.6.3 异构化反应异构化反应 适当条件下，直链或支链少的烷适当条件下，直链或支链少的烷烃可以异构化为支链多的烷烃。烃可以异构化为支链多的烷烃。 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。CH3CH3600C2H4 H2+CH4 C H2+CH3CH2CH2CH3500CH4 C3H6+CH3CH3 C2H4+C4H8 H2+CH41200+C 2H22.6.4 裂化和裂解裂化和裂解 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。2.7 2.7 烷烃的天然来源烷烃的天然来源 烷烃的来源烷烃的来源石油和天然气石油和天然气 石油的主要成分是各种烃类石油的主要成分是各