第2章—烷烃课件

1、第二章第二章 烷烃烷烃烃：只由碳和氢烃：只由碳和氢两种元素组成的有机化合两种元素组成的有机化合物称为物称为碳氢化合物碳氢化合物，简称为，简称为烃烃。第一节 烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象一、一、 烷烃的同系列烷烃的同系列 CHHHH甲烷CH4CHCHHHHH乙烷C2H6CHCHHHCHHHH烷C3H8HCCCCHHHHHHHHH烷C4H101. 通式通式：CnH2n+2 2. 同系列同系列：通式相同，结构相似，化学性质也相似，通式相同，结构相似，化学性质也相似，物理性质随碳原子数的增加而有规律变化物理性质随碳原子数的增加而有规律变化的化合的化合物系列。物系列。 3.同系物

2、同系物：同系列中的化合物互称为同系物。：同系列中的化合物互称为同系物。4. 系列差系列差：相邻的同系物在组成上相差：相邻的同系物在组成上相差CH2。H CH2H()nHCHHCHHCHHCHHH二、烷烃的同分异构现象二、烷烃的同分异构现象烷烃的构造异构体主要是由于烷烃的构造异构体主要是由于碳干构造的不同碳干构造的不同而产生的而产生的, 所以又称为所以又称为碳干异构碳干异构。正丁烷正丁烷 b.p = -0.5 异丁烷异丁烷 b.p = -10.2分子式相同，构造不同的异构体分子式相同，构造不同的异构体构造异构体构造异构体。正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷H3CCH2CH2CH3H3CCHCH3CH3同分

3、异构体的书写步骤同分异构体的书写步骤 （1）先写出烷烃的）先写出烷烃的最长最长直链式。直链式。（2）取出一个碳取出一个碳原子，作为支链，依次取代新主链上原子，作为支链，依次取代新主链上各个碳原子的氢。各个碳原子的氢。（3）再取出）再取出两个碳两个碳原子作为支链（原子作为支链（两个甲基或一个乙两个甲基或一个乙基基），依次进行取代。），依次进行取代。（4）再写出）再写出少三个、四个少三个、四个碳碳原子，直至完全写出。原子，直至完全写出。（5）去掉重复的。）去掉重复的。 以以己烷己烷为例为例书写书写构造式构造式时，为了方便起见，还可使用简化的式时，为了方便起见，还可使用简化的式子如子如简式、碳干式、

4、键线式简式、碳干式、键线式等表示。等表示。 简式CH3CH2CH2CH2CH2CH3 或CH3(CH2)4CH3(CH3)3CCH2CH3碳干式C C C C C CCCCCC C键键线线式式构造式 H3C CH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH2H3CH3CCH3正己烷正己烷新己烷新己烷三、三、 伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子伯伯一级一级n与与伯伯（ 1o）、仲（）、仲（2o）、）、叔叔（3o）碳碳原子相连原子相连的氢原子，分别称为的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子伯、仲、叔氢原子。仲仲二级二级叔叔三级三级季季四级四级3o2o1o4oH3CCH2CHCH3CCH3CH3CH3一

5、、一、 普通命名法普通命名法1. 直链：直链：(正正)某烷某烷 (normal 或n-)正己烷（正己烷（n-hexane)C11H24 十一烷十一烷 undecaneCH3CH2CH2CH2CH2CH3C1C10: 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸； C11: 汉字数字。2. 支链：异(iso或i-)某烷 CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3异己烷i-hexane非异己烷碳链一末端带有两个甲基。 含五或六个碳原子的碳链端第二个碳原子为季碳原子的烷烃称为“新某烷”3. 支链：新(neo)某烷非新己烷非新己烷CH3CCH2CH3CH3CH3CH3CH2CCH2

6、CH3CH3CH3新己烷衡量汽油品种的基准物质，其辛烷值为100特殊：特殊：异辛烷CH3CHCH3CH2CCH3CH3CH3二、二、 烷基烷基1. 烷基：烷烃分子从形式上消除一个氢原子而剩下的烷基：烷烃分子从形式上消除一个氢原子而剩下的原子团称为烷基原子团称为烷基。 烷基通式：烷基通式：CnH2n+1，用，用R表示。表示。H3C甲甲基基P21表表2-3CH3CH2乙乙基基(CH3)2CH异异丙丙基基(CH3)3C叔叔丁丁基基CHH3CH3CCH2异异丁丁基基CH3CH2CH2丙丙基基CHCCH3次甲基次乙基CH2CHCH3C(CH3)2亚甲基亚乙基亚异丙基 两个价集中在一个原子上时，一般不要定

7、位。两个价集中在一个原子上时，一般不要定位。 两个价集中在不同的原子上时，一定要求定位，定两个价集中在不同的原子上时，一定要求定位，定 位数放在基名之前。位数放在基名之前。三价的烷基叫次基，限于三个价集中在一个原子上的结构。三价的烷基叫次基，限于三个价集中在一个原子上的结构。3次基次基2. 亚基亚基CH2CH21,2-亚乙基CH2CH2CH21,3-亚丙基三、三、 系统命名法（系统命名法（重点重点） 1947年国际纯粹与应用化学联合会IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) 制定了IUPAC命名法。命名法。 中国化学会在

8、IUPAC命名法的基础上，制定了系统命名法系统命名法-中国化学会命名法（CCS命名法） 基本步骤： 选主链， 定位次， 写全称基本要求：链要长，基要多，号要小，从小到大，同基合并某烷某烷1. 直链烷烃的命名直链烷烃的命名CH3(CH2)6CH3辛烷辛烷丙烷CH2CH3CH32. 支链烷烃的命名支链烷烃的命名1） 选择主链选择主链（链要长，基要多）（链要长，基要多） 选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。取代基。 分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。条为主链。CH3-CH2 C

9、H CH CH2-CH3CH2CH3CHCH3CH3CH3-CH2-CH CH CH CH-CH3CH3CH2CH2CH3CH3CH3选择错误选择正确选择错误选择正确主主链链CH3CH(CH2CH3)CH2C(CH3)2CH2CH(CH2CH3)CH3H3CCHCH2CH2H3CCCH2H3CCH3CHCH3H2CCH3主主链链2）主链碳原子的编号）主链碳原子的编号（号要小）（号要小） 从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3编号编号（最低系列（最低系列 ）从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同

10、时，则从较简单的一端开始编号。则从较简单的一端开始编号。 若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最低三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最低系列原则）为原则。系列原则）为原则。7 6 5 4 3 2 1CH3 CH2 CH CH CH CH CH3CH3CH2CH3CH3CH31 2 3 4 5 6 7CCCCCCC7CCC7654321234615编号正确编号正确编号正确3）名称的书写次序）名称的书写次序 将将支链支链（取代基）写在主链名称的（取代基）写在主链名称的前面前面； 取代基按取代基按“次序规则

11、次序规则”小的基团优先列出小的基团优先列出;取代基位次取代基位次-取代基名称取代基名称母体母体次序规则是为了表达某些有机化合物的立体化学关系，需决定有关原子或基团的排列次序。它的主要内容如下：a 单原子取代基按其原子序数大小排列，大者为“较优”基团。若为同位素，则质量大的为“较优”基团。例如:“”表示“优于”I Br Cl S P F O N C D H b多原子取代基则逐个原子顺次比较，排出优先次序。CH3CHCH3CH2CH3CH2CH2CH2c 含有双键或三键基团，可以认为连有两个或三个相同原子。CH2CHCH C B A D12342, 2, 3-三甲基三甲基-3-溴丁烷溴丁烷CCCH

12、3CH3CH3H3CCH3Br命名命名第三节 烷烃的构型烷烃的构型 一、一、 碳原子的四面体概念及分子模型碳原子的四面体概念及分子模型 构型构型是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。C109o 280.109nm范特霍夫和勒贝尔范特霍夫和勒贝尔碳价四面体概念碳价四面体概念 HCHHH0.109nm109o 28甲烷甲烷分子模型：分子模型：凯库勒模型凯库勒模型（或球棒模型）（或球棒模型）斯陶特模型斯陶特模型（或比例模型）（或比例模型）二、碳原子的二、碳原子的sp3杂化杂化（重点）（重点） 碳原子的基态电子排布：碳原子的基态电子排布： C：1s

13、2、2s2、2px1、2py1、2pz 为什么甲烷分子中碳原子为四价，且四个价为什么甲烷分子中碳原子为四价，且四个价键是完全相同的？键是完全相同的？ -碳原子的碳原子的sp3杂化杂化碳原子的碳原子的sp3杂化杂化2px1基态基态2pz2py12s2激发激发2s1激发态激发态2px12py12pz1杂化杂化sp3杂化态杂化态杂化轨道杂化轨道sp3sp3sp3 spsp3 3杂化轨道有方向性，图形为一头大，一头小杂化轨道有方向性，图形为一头大，一头小 s s轨轨道道p轨道sp3杂化轨道四个sp3杂化轨道空间分布三、烷烃分子的形成三、烷烃分子的形成（难点）（难点） 碳碳sp3杂化轨道沿着对称轴方向，

14、与氢的杂化轨道沿着对称轴方向，与氢的1s轨道或轨道或碳的碳的sp3轨道轨道“头对头头对头”重叠，形成重叠，形成键。键。C-H：sp3-s 键键ssp3sp3-s 键+乙烷分子的形成：乙烷分子的形成：其它烷烃的结构其它烷烃的结构CH4HHHHHHCCCCHHHHHHsp3-s sp3-s ssp3-s sp3-s sp3-s sp3-s ssp3-sp3 s杂化的结果杂化的结果 sp3杂化轨道比原杂化轨道比原s轨道和轨道和p轨道有轨道有更强的方向性更强的方向性，从而有利于轨道成键；从而有利于轨道成键； 4个个sp3轨道轨道完全等值完全等值； 正四面体正四面体的排列方式使的排列方式使4个键之间尽可

15、能远离，个键之间尽可能远离，从而形成从而形成最稳定分子最稳定分子。v碳原子都是以碳原子都是以sp3杂化轨道与其它原子形成杂化轨道与其它原子形成键键，碳原子都，碳原子都为为正四面体正四面体结构。结构。键结合键结合牢固牢固，电子云沿键轴呈，电子云沿键轴呈圆柱形对圆柱形对称分布称分布，可，可自由旋转自由旋转而而不影响不影响电子云重叠的程度。电子云重叠的程度。 键可自由旋转，碳链呈键可自由旋转，碳链呈曲折排布曲折排布。CH3CH2CH2CH2CH3晶体时锯齿状晶体时锯齿状气、液态时气、液态时多种曲折排列多种曲折排列CH3CH2CH2CH2H3CCH3CH2CH2CH2CH3四、分子立体结构的表示方法四

16、、分子立体结构的表示方法CHHHH楔形透视式楔形透视式HHHHHH凯库勒模型1. 楔形透视式楔形透视式2.锯架透视式锯架透视式凯库勒模型凯库勒模型锯架透视式锯架透视式HHHHHH 3.纽曼投影式纽曼投影式凯库勒模型凯库勒模型纽曼投影式纽曼投影式HHHHHHHHHHHH一、乙烷的构象一、乙烷的构象（难点）（难点）构象：一定构造的分子通过单键的旋转，形成各原子构象：一定构造的分子通过单键的旋转，形成各原子或原子团的种种或原子团的种种空间排布空间排布。第四节 烷烃的构象烷烃的构象（2 2）重叠式）重叠式在乙烷的许多构象中，（在乙烷的许多构象中，（1）式和（）式和（2）式是两）式是两种极限的构象。种极

17、限的构象。（1 1）交叉式）交叉式2. 表示方法表示方法模型式模型式 锯架透视式锯架透视式 纽曼投影式纽曼投影式 HHHHHH 重重叠叠式式HHHHHH 交交叉叉式式HHHHHH HHHHHH楔形透视式楔形透视式HHHHHHHHHHHH3. 构象的能量曲线构象的能量曲线位能位能旋转角度旋转角度/(o) HHHHHHHHHHHHHHHHHH12.5kJ/mol060120二、正丁烷的构象二、正丁烷的构象1. 构象构象 C4H10CCHHHHHHCHHCHHCHHCHHCH3CH3围绕C2 C3单键旋转形成各种构象CH3CH3HHHH对位交叉式HCH3HHHCH3部分重叠式CH3CH3HHHH邻位

18、交叉式HCH3CH3HHH全重叠式60o60o60o2. 构象分析构象分析HCH3HHCH3H14.6kJ/mol14.6kJ/mol18.425.5kJ/mol3.33.7kJ/mol060120180240300360位能位能旋转角度旋转角度CH3HHHCH3HHCH3H3CHHHCH3HHHCH3HHCH3HHCH3HHHH3CHCH3HCH3HHHCH3H 稳定性比较： 对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式 注意：构造、构型、构象和极限构象的概念。构象：构象：一定构造的分子通过单键的旋转，形成各原子或原一定构造的分子通过单键的旋转，形成各原子或原子团的种种子团的种种空间排布空间

19、排布。构造：构造：是分子中原子的连接方式和顺序（在不涉及到构型和是分子中原子的连接方式和顺序（在不涉及到构型和构象时也称为结构）。构象时也称为结构）。 构型；构型；是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。 第五节 烷烃的物理性质烷烃的物理性质（了解）（了解） 1. 状态状态 C1C4 气态；气态；C5C16液态；液态；C17以上的烷烃为固态。以上的烷烃为固态。2. 沸点沸点1）正烷烃的碳原子数越多，沸点越高。）正烷烃的碳原子数越多，沸点越高。2）碳原子数相同时，支链越多，沸点越低。）碳原子数相同时，支链越多，沸点越低。3. 熔点熔点1）碳原子

20、数目增加，熔点升高。）碳原子数目增加，熔点升高。2）分子的对称性越大，熔点越高。）分子的对称性越大，熔点越高。例：比较下列化合物沸点比较下列化合物的熔点： 4. 相对密度相对密度 正烷烃的相对密度是随着碳原子的数目增加逐渐有正烷烃的相对密度是随着碳原子的数目增加逐渐有所增大，二十烷以下的按近于所增大，二十烷以下的按近于0.78。这也与分子间。这也与分子间引力有关，分子间引力增大，分子间的距离相应减引力有关，分子间引力增大，分子间的距离相应减小，相对密度则增大。小，相对密度则增大。5. 溶解度溶解度 烷烃不溶于水，能溶于某些有机溶剂，尤其是烃类烷烃不溶于水，能溶于某些有机溶剂，尤其是烃类中。中。

21、相似相溶相似相溶，结构相似，分子间的引力相似，结构相似，分子间的引力相似，就能很好溶解。就能很好溶解。一、一、 氧化氧化 燃烧燃烧烷烃在空气中燃烧，生成二氧化碳和水，并放出大量烷烃在空气中燃烧，生成二氧化碳和水，并放出大量的热能。的热能。CnH2n+23n+12O2燃烧nCO2 + (n+1)H2O + 热能(Q)C6H14 + 9 O26CO2 + 7H2O + 4138KJ/mol12 第六节 烷烃的化学性质烷烃的化学性质2. 控制氧化控制氧化控制一定的条件使烷烃进行选择性氧化，可用于工控制一定的条件使烷烃进行选择性氧化，可用于工业上生产含氧衍生物的化工原料。业上生产含氧衍生物的化工原料。

22、CH3CH2CH2CH3空气7MPa, 170-220CH3COOHCH4 + O2 CH3OH + HCHO46020atmRCH2CH2R RCOOH + RCOOH110O2, MnO2二、二、 热裂反应热裂反应在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的C-C键键和和C-H键发生断裂的反应称为热裂反应。键发生断裂的反应称为热裂反应。CHCH2CH3HH(1)(2)(1)(2)CH3-CH=CH2 + H2 CH4 + CH2=CH2丙烯乙烯三、三、 卤代反应（卤代反应（重点重点）烷烃的氢原子被卤素取代生成卤代烃的反应称为卤代烷烃的氢原子被卤素取代生成卤代

23、烃的反应称为卤代反应。通常是指反应。通常是指氯代氯代或或溴代溴代。1. 甲烷的卤代反应甲烷的卤代反应总 反 应 ：H Cl2Br2I2。2其它烷烃的氯代反应其它烷烃的氯代反应1 1）反应条件与甲烷的氯代相同（）反应条件与甲烷的氯代相同（光照或高温光照或高温），但产物更），但产物更为复杂，因氯可取代不同碳原子上的氢，得到各种一氯代或为复杂，因氯可取代不同碳原子上的氢，得到各种一氯代或多氯代产物。例如：多氯代产物。例如：CH3CH2CH3Cl2 ，光CH3CH2CH2CH3CHCH3二氯代物三氯代物ClClCH3CHCH2CH3Cl2CH3光光CH2-CHCH2CH3CH3CH3-C-CH2CH3

24、CH3ClCH3CH CHCH3CH3ClClCH3CHCH2CH2CH3Cl33.5%22%28%16.5%2） 伯、仲、叔氢的相对反应活性伯、仲、叔氢的相对反应活性CH3-CH2-CH3Cl2CH3-CH2-CH2CH3-CH-CH3ClCl25光，氢的相对活性氢的相对活性 = 产物的数量产物的数量被取代的等价氢的个数。被取代的等价氢的个数。 伯氢的相对活性仲氢的相对活性=57 / 243 / 64143%57%CH3-CH-CH3CH3Cl2CH3CCH3CH3ClCH3CHCH3CH2Cl光25叔丁基氯异丁基氯36%64%叔氢的相对活性伯氢的相对活性=36 / 164 / 9=5.11

25、故故室温时室温时三种氢的相对活性为：三种氢的相对活性为：3oH : 2oH : 1oH = 5 : 4 :1在在高温时高温时（450）三种氢的活性接近于）三种氢的活性接近于1 : 1 : 1。CH3CH2CH2CH3Cl2 光光25CH3CH2CH2CH2Cl + CH3CHCH2CH3Cl1 1- -氯氯丁丁烷烷2 2- -氯氯丁丁烷烷1 1- -氯氯丁丁烷烷2 2- -氯氯丁丁烷烷= =伯伯氢氢的的总总数数 伯伯氢氢的的相相对对活活性性仲仲氢氢的的总总数数 仲仲氢氢的的相相对对活活性性6 14 4 4 4= =38= =1-氯丁烷的得率 = 3 （3 + 8） 100% = 27%2-氯丁

26、烷的得率 = 8 （3 + 8） 100% = 72%预测烷烃氯代时各产物的得率预测烷烃氯代时各产物的得率溴代反应中，溴代反应中，叔氢叔氢:仲氢仲氢:伯氢伯氢的相对活性比为的相对活性比为1600:82:1。3. 溴代反应溴代反应CH3-CH-CH3CH3CH3-CH-CH2CH3CH3-C-CH3CH3Br2光127BrBrAB=伯氢的总数 伯氢的相对活性叔氢的总数 叔氢的相对活性9 11600 1=91600=ABA = 1600 （9 +1600） 100% = 99.4%练习：完成下列反应CH3CH2CH3+ Cl2光室温(CH3)3C CH(CH3)2光室温Br2,CCl4CCH3CH

27、3CH3H光Br2CCH3CH3CH3H光Cl2CH3CH CH3ClH2CCH2CH3Cl+(CH3)3CC(CH3)2BrCCH3CH3CH3BrCCH3CH3CH3ClCCH2ClCH3CH3H+一、反应历程一、反应历程（重点、难点）（重点、难点）1. 链引发链引发自由基的生成（自由基的生成（加热、光照或自由基引发剂加热、光照或自由基引发剂） 第七节 烷烃的卤代反应历程烷烃的卤代反应历程 反应历程是指化学反应所经历的途径或过程，又称反应历程是指化学反应所经历的途径或过程，又称为反应机理。为反应机理。Cl2hv2Cl自由基历程自由基历程2. 链增长（链传递）链增长（链传递） 自由基与分子作

28、用生成新的自由基与分子自由基与分子作用生成新的自由基与分子CH3 + Cl2 + ClH3CClH3C H + ClH Cl + CH33. 链终止链终止 自由基相结合自由基相结合ClCl+Cl2CH3+CH3CH3CH3Cl+CH3CH3Cl自由基反应的特点自由基反应的特点 在在加热、光照加热、光照或或自由基引发剂自由基引发剂作用下发生；作用下发生； 包括链引发、链传递、链终止三个过程；包括链引发、链传递、链终止三个过程； 连锁反应，除非反应物消耗完，否则不会终连锁反应，除非反应物消耗完，否则不会终止。止。+ Br2hvBr+ HBr 反应历程（反应机理）Br2hv2Br链链引引发发Br+H

29、Br+Br2BrBr+链链传传递递22BrBr2Br+Br链链终终止止反反应应机机理理二、二、 卤素对甲烷的相对反应活性卤素对甲烷的相对反应活性1卤素的反应活性卤素的反应活性 氟氟 氯氯 溴溴 碘。碘。 三、三、 烷烃卤代反应的相对活性与烷基烷烃卤代反应的相对活性与烷基 自由基的稳定性自由基的稳定性1氢原子的反应活性：氢原子的反应活性： 3 2 12. 自由基及其稳定性： 3 2 1 CH3解离能：解离能： 同一类型的键（如同一类型的键（如CH）发生均裂时，键的解）发生均裂时，键的解离能愈小，则自由基愈容易生成，生成的自由基离能愈小，则自由基愈容易生成，生成的自由基也较稳定。也较稳定。 自由基自由基类型1 1 1 2 3 CH解离能kJmol1 435.1410410397.5 380.7 CH3CCH2CH3CH3CH3CHCH CH3CH3CH3CHCH2CH2CH3练习：1. 比较下列自由基的稳定性2. 写反应历程CH3CH2CH3光Br2CH3CHCH3Br+ HBr 第八节 过渡态