汪第2章_ok饱和烃.ppt

1、第二章 饱和烃(烷烃),2.1烷烃的通式和构造异构,2.2烷烃的命名,2.3烷烃的结构,2.4乙烷和丁烷的构象,2.5烷烃的物理性质,2.6烷烃的化学性质,2.7自然界的烷烃,第二章 目 录,烃：“火”代表碳，“ ”代表氢，所以“烃”的含义就是碳和氢。 烃分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物。 烷烃碳原子完全被氢原子所饱和的烃。 烃是有机化合物的母体。,第二章 饱和烃（烷烃）,2.1 烷烃的通式和构造异构,烷烃的通式为CnH2n+2 。,2.1.1烷烃的通式,第二章 饱和烃（烷烃）,通 式-表示某一类化合物分子式的式子。 同系列-具有同一通式，而在组成上相差CH2的整数倍的一系 列化合物。

2、同系物-同系列中的各个化合物互为同系物。 同系物化学性质相似，物理性质随分子量增加而有规律地变化。 举例：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷均属烷烃系列。 乙酸、丙酸、月桂酸、硬脂酸均属脂肪酸系列。,2.1 烷烃的通式和构造异构,2.1.2 烷烃的构造异构,这两种不同的丁烷,具有相同的分子式和不同的结构式，互为同分异 构体。 同 分 异 构 体分子式相同，结构式不同的化合物。 同分异构现象分子式相同，结构式不同的现象。 构造异构、碳架异构。,丙烷中的一个氢原子被甲基取代，可得到两种不同的丁烷：,第二章 饱和烃（烷烃）,烷烃分子中，随着碳原子数增加，同分异构体迅速增加。 举例(同分异构体的写法)：,C6H1

3、4：,2.1.2 烷烃的构造异构,C7H16有9个同分异构体：,C10H22可写出75个异构体； C20H42可写出366319个异构体。,第二章 饱和烃（烷烃）,2.2 烷烃的命名,2.2.1 伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢,2.2.2 烷基,2.2.3 烷烃的命名,第二章 饱和烃（烷烃）,2.2 烷烃的命名,与一个碳原子相连的碳原子,叫伯碳原子(第一碳原子、一级碳原子),用1表示 与二个碳原子相连的碳原子,叫仲碳原子(第二碳原子、二级碳原子),用2表示 与三个碳原子相连的碳原子,叫叔碳原子(第三碳原子、三级碳原子),用3表示 与四个碳原子相连的碳原子,叫季碳原子(第四碳原子、四级碳原子),

4、用4表示,2.2 烷烃的命名,2.2.1 伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢,连在伯碳上氢原子叫伯氢原子(一级氢，1H) 连在仲碳上氢原子叫仲氢原子(二级氢，2H) 连在叔碳上氢原子叫叔氢原子(三级氢，3H),第二章 饱和烃（烷烃）,是否有季氢原子？,烷烃分子从形式上去掉一个氢原子所剩下的基团叫做烷基。 烷基的通式为CnH2n+1，用R-表示。 例如：,2.2.2 烷基,2.2 烷烃的命名,烷烃分子从形式上去掉两个氢原子所剩下的基团叫做亚烷基。例如：,第二章 饱和烃（烷烃）,2.2.3 烷烃的命名,(1) 普通命名法 普通命名法亦称为习惯命名法，适用于简单化合物。 对直链烷烃，叫正某(甲、乙、丙、

5、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二)烷。例：,对有支链的烷烃：有 结构片断者叫异某烷； 有 结构片断者叫新某烷。例：,2.2 烷烃的命名,(2) 衍生物命名法,衍生物命名法适用于简单化合物。 衍生物命名法是以甲烷为母体，选择取代基最多的碳为母体碳原子。 例如:,第二章 饱和烃（烷烃）,(3) 系统命名法,b. 有一个支链时（直链的衍生物）： 取最长碳链为主链,对主链上的碳原子标号。从距离取代基最近的一 端开始编号,用阿拉伯数字表示位次（最低系列原则）。如：,烷烃的命名,a. 直链烷烃： 与普通命名法相似,省略“正”字。如:,c. 多支链时： 合并相同的取代基。用汉字一、二、三表示取代基的个

6、数，用阿拉伯数字1,2,3表示取代基的位次，按官能团大小次序(小的在前，大的在后)命名。例如：,第二章 饱和烃（烷烃）,d. 其它情况,ii. 在保证从距离取代基最近一端开始编号的前提下，尽量使取代基 的位次和最小。例：,i. 含多个长度相同的碳链时，选取代基最多的链为主链：,烷烃的命名,e. 复杂情况（支链上含取代基不常见，不常用）,第二章 饱和烃（烷烃）,写出名称： (1).取代基的名称写在烷烃前，用其所连碳原子的编号注明位置； (2).相同取代基合并，用二、三、四表明数目，其位置须逐个注明； (3).数字与汉字间用“”隔开，数字间用“，”分开； (3).特别注意：“某基”和“某烷”之间不

7、能用“”隔开。,随堂练习：,3-甲基-5-乙基辛烷,2.5 命名下列化合物：,2,3,3,7,7-五甲基辛烷,2,3,7-三甲基-5-乙基辛烷,2,4,5,5,9,10-六甲基十一烷,2.3 烷烃的结构,键的形成及其特性,实验事实： CH2性质极不稳定，非常活泼，有形成4价化合物的倾向； CO也很活泼，具有还原性，易被氧化成4价的CO2，而CH4和 CO2的性质都比较稳定； CH4中的4个C-H键完全相同。 即： 碳有形成4价化合物的趋势，在绝大多数有机物中，碳都是4价。,两个成单电子， 呈2价？,第二章 饱和烃（烷烃）,对实验事实的解释：, sp3轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。 4个

8、sp3杂化轨道间取最大的空间距离为正四面体构型，键角为 109.5 构型原子在空间的排列方式。 四个轨道完全相同。,杂化的结果：,键的形成及其特性, CH4中的4个杂化轨道为四面体构型(sp3杂化) H原子只能从四面体的四个顶点进行重叠(因为顶点方向电子云密度最大),形成4个sp3-s键。,键电子云围绕两核间连线呈圆柱体的轴对称,可自由旋转。,第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃,甲烷的正四面体结构： 键长：0.110nm 键角：10928,由于sp3杂化碳的轨道夹角是109.5，所以烷烃中的碳链是锯齿形的而不是直线。,乙烷、丙烷、丁烷中的碳原子也都采取sp3杂化：,丁烷,键的形成及其特性,键的特点：

9、, 键电子云重叠程度大，键能大，不易断裂； 键可自由旋转(成键原子绕键轴的相对旋转不改变电子云的 形状)； 两核间不能有两个或两个以上的 键。,第二章 饱和烃（烷烃）,2.4 乙烷和丁烷的构象,2.4.1 乙烷的构象,2.4.2 丁烷的构象,饱和烃的构象,第二章 饱和烃（烷烃）,2.4.1 乙烷的构象,乙烷构象由于围绕C-C单键旋转而产生的分子中各原子或原子在 空间的排列方式。 常用Newman投影式表示烷烃的构象。,2.4 乙烷和丁烷的构象,第二章 饱和烃（烷烃）,构象：含有两个或两个以上多价原子的有机化合物，由于围绕单键 旋转而导致分子中其他原子或基团在空间排列不同的分子立 体形象。,Ne

10、wman投影式的写法：,(1). 从C-C单键的延线上观察： 前碳 后碳,(2). 固定“前”碳，将“后”碳沿键轴旋转，得到乙烷的各种构象。 最典型的有两种：重叠式和交叉式。,乙烷的构象,重叠式:,注意： 室温下不能将乙烷的两种构象分离，因单键旋转能垒很低(12.6KJ/mol),交叉式:,能量高，不稳定(因非键张力大)，一般含0.5%,非键张力小，能量低，稳定。一般含99.5%,第二章 饱和烃（烷烃）,优势构象,乙烷的构象,以能量为纵坐标，以单键的旋转角度为横坐标作图，乙烷的能量变换曲线如下：,乙烷的构象,2.4.2 丁烷的构象,丁烷有下列四种典型构象：,注意：常温下，丁烷主要是以对位交叉式

11、存在，全重叠式实际上不存在。,第二章 饱和烃（烷烃）,丁烷的构象,丁烷的能量图如下：,丁烷的构象,构象异构体： 由于绕单键旋转而产生的异构体。（异象体、构象体） 只是原子的空间排列不同，属于立体异构。IUPAC的定义：一个分子所处的某一构象，当稍被扭曲后，仍能自动 复原者，处于次此构象时的分子是一个构象异构体。,随堂练习：,1、丁烷沿C1,C2键旋转的构象为：,交叉式 重叠式,构造异构分子中原子或原子团的排列顺序不同；从一种构造转变成 另一种构造必须断裂化学键。 构象异构分子中原子或原子团的排列顺序相同，但由于CC单键自 由旋转所引起的原子或原子团的相对位置不同；从一种构 象转变成另一种构象不

12、需要断裂化学键。,2、简述构造异构与构象异构的概念,2.5 烷烃的物理性质,2.5.1 沸点,2.5.2 熔点,2.5.3 相对密度,2.5.4 溶解度,2.5.5 折射率,烷烃的物理性质,第二章 饱和烃（烷烃）,2.5 烷烃的物理性质,2.5.1 沸点 沸点化合物的蒸汽压等于外压(0.1Mpa)时的温度。 烷烃的b.p随分子量的而有规律地：(P47图2-17),第二章 饱和烃（烷烃）,每增加一个CH2，b.p的升高值随分子量的增加而减小。例： CH4 b.p -162C C2H6 b.p -88C (沸差为74C) C14H30 b.p251C C15H32 b.p268C (沸差为17C)

13、 原因： 分子间色散力(瞬间偶极间的吸引力)与分子中原子的大小和数 目成正比，分子量，色散力，因而b.p。 正构者b.p高。支链越多，沸点越低。 例： n- C5H12 (b.p 36C) i- C5H12 (b.p 28C) 新- C5H12:( b.p 9.5C) 原因：支链多的烷烃空间位阻大，体积松散，分子间距离大，色散力 小。,烷烃的物理性质,烷烃在结晶状态时，碳原子排列很有规律，碳链为锯齿形：,分子间距离松散，分子间力小，晶格能低,分子间距离紧凑，分子间力大，晶格能高,原因：,分子动能能够克服晶格能时，晶体便可熔化。 烷烃的m.p亦随分子量的增加而有规律地增加： 总趋势是分子量，m.

14、p。 但仔细观察：两条熔点曲线，偶碳数者m.p 高， 奇碳数者m.p低。,2.5.2 熔点,直链烷烃的熔点, 烷烃的熔点变化除与分子量有关，还与分子的形状有关。 对于分子式相同的同分异构体： 对称性越高，晶格能越大，m.p越高； 对称性越差，晶格能越小，m.p越低。,例如：,烷烃的物理性质,2.5.3 相对密度 随分子量，烷烃的相对密度，最后接近于 0.8(d0.8) 原因：分子量，分子间力，分子间相对距离，最后趋于一极 限。 2.5.4 溶解度 不溶于水，易溶于有机溶剂如CCl4、(C2H5)2O、C2H5OH等。 原 因：“相似相溶”，烷烃是非极性化合物。 2.5.5 折射率 （了解） 折

15、射率反映了分子中电子被光极化的程度，折射率越大，表示分子 被极化程度越大。 正构烷烃中，随着碳链长度增加，折射率增大。,第二章 饱和烃（烷烃）,第二章 饱和烃（烷烃）,1、 比较下列各组化合物的沸点高低，并说明理由。 正丁烷和异丁烷 解：b.p: 正丁烷异丁烷 正辛烷和2,2,3,3-四甲基丁烷 解：b.p: 正辛烷2,2,3,3-四甲基丁烷 庚烷、2-甲基己烷和3,3-二甲基戊烷 解：b.p: 庚烷2-甲基己烷3,3-二甲基戊烷 (含支链越多的烷烃，相应沸点越低),2、 比较下列各组化合物的熔点高低，并说明理由。 正戊烷、异戊烷和新戊烷 解：m.p: 新戊烷正戊烷异戊烷 正辛烷和2,2,3,

16、3-四甲基丁烷 解：m.p: 2,2,3,3-四甲基丁烷正辛烷 (分子的对称性越高，晶格能越大，熔点越高),2.6 烷烃的化学性质,2.6.1 自由基取代反应-氯代,2.6.2 氧化和燃烧反应,2.6.3 异构反应,2.6.4 裂化反应,烷烃的化学性质,第二章 饱和烃（烷烃）,2.6 烷烃的化学性质,烷烃和环烷烃分子中的C-C、C-H都是键 ，极性小，键能大，因而烷烃的化学性质稳定。 室温下，烷烃不与强酸、强碱、强还原剂(Zn+HCl、 Na+C2H5OH)、强氧化剂(KMnO4、K2Cr2O7)起反应或反应很慢。 但高温、高压、光照或有催化剂存在时，烷烃可发生一些化学反应。这些反应在石油化工

17、占有重要的地位。,第二章 饱和烃（烷烃）,(1) 卤化反应,(2) 卤化反应的机理,(4) 反应活性与选择性,(3) 卤化反应的取向与自由基的稳定性,2.6.1 自由基取代反应,烷烃的化学性质,烷烃的自由基取代反应,取 代 反 应：烷烃分子中的氢原子被其它原子或基团取代的反应； 自由基取代反应：通过自由基取代分子中氢原子的反应。,(1) 卤化反应 在光、热或催化剂的作用下，烷烃分子中的氢原子被卤原子取代，生成烃的卤素衍生物和卤化氢。 例：,高碳烷烃的氯代反应在工业上有重要的应用。例如：,第二章 饱和烃（烷烃）,根据反应事实，对反应做出的详细描述和理论解释叫做反应机理。 研究反应机理的目的是认清

18、反应的本质，掌握反应的规律，从而达到控制和利用反应的目的。 反应机理是根据大量反应事实做出的理论推导，是一种假说。对某一个反应可能提出不同的机理，其中能够最恰当地说明实验事实的，被认为是最可信的，而那些与实验事实不太相符的机理则需要进行修正或补充。因此，反应机理是在不断发展的。 此外，并不是对所有的反应目前都能提出明确的反应机理。但烷烃的卤代反应机理是比较清楚的。,(2) 卤化反应的机理,烷烃的自由基取代反应,以甲烷氯代反应为例：,加热或光照下进行，一经开始便可自动进行； 产物中有少量乙烷； 少量氧的存在会推迟反应的进行。 以上实验事实，说明该反应是一自由基反应! 自由基反应大多可被光照、高温

19、、过氧化物所催化，一般在气 相或非极性溶剂中进行。,实验事实,第二章 饱和烃（烷烃）,甲烷氯代反应历程如下：,链引发的特点是只产生自由基不消耗自由基。, 链增长的特点是：消耗一个自由基的同时产生另一个自由基。,烷烃的自由基取代反应,链终止的特点：只消耗自由基而不再产生自由基。,只有在大量甲烷存在时才能得到一氯甲烷为主的产物。当CH3Cl达到一定浓度时，Cl可与之反应，生成CH2Cl2，进而有CHCl3、CCl4生成。,第二章 饱和烃（烷烃）,(3) 卤化反应的取向与自由基的稳定,丙烷的氯代反应如下：,丙烷中，伯氢仲氢 = 62 ，那么正丙基氯应为异丙基氯的三倍，其实不然! 显然仲氢比伯氢活泼。, ,烷烃的自由基取代反应,设伯氢的活泼性是1，仲氢的活泼性x，则有：,即仲氢的氯代反应活性是伯氢的4倍。,第二章 饱和烃（烷烃）,即叔氢原子的氯代反应活泼性是伯氢原子的5倍。,异丁烷的氯代反应如下：,所以，烷烃中氢原子的活泼性顺序是：叔氢仲氢伯氢！,烷烃的自由基取代反应,伯、仲、叔氢的活性不同，与C-H键的解离能有关。键的解离能越小，其均裂时吸收的能量越少，因此也就容易被取代。有关键的解离能如下：,上述解离能数据说明： 形成自由基所需能量：CH3123自由基 自由基的稳定性顺序：321 CH3,第二章 饱和烃（烷烃）,自由基反应过程中生成的自由基中间体越稳定，则相应的