有机化学第2章 烷烃.ppt

1、1,一、烷烃的同系列和异构 二、烷烃的命名 三、烷烃的结构 四、烷烃的构象 五、烷烃的物理性质 六、烷烃的化学性质 七、烷烃的来源及其主要用途,第二章 烷 烃 (Alkane),2,烃是指分子中只含有碳和氢两种元素的化合物。,烷烃指具有通式为CnH2n+2的碳氢化合物。 烷烃是一类饱和烃，分子中除碳碳单键外，其它键被氢饱和，即碳原子结合氢原子的数目已达到饱和状态。,分类：,饱和烃(烷烃),芳香烃,脂环烃,不饱和烃(烯、炔烃),烷烃概述,3,烷烃概述,4,凡具有一个通式，结构相似，化学性质相似，物理性质随着碳原子数增加而有规律性变化的化合物系列。 同系物： 同系列中的各个化合物彼此互称同系物。

2、系差：CH2,2-1 烷烃的同系列和异构,同 系 列 （Homologous series）,5,构 造： 指分子中原子间互相连接的次序。 构造异构体：分子式相同，因构造不同而形成的异构体。 构型、构型异构（见3.2.2节） 构象、构象异构（见2.4节）,2-1 烷烃的同系列和异构,同 分 异 构,正丁烷,异丁烷,b.p. -0.5 -11.7,6,烷烃的构造异构实质是:,书写烷烃同分异构体的步骤(以己烷为例) A：写出这个烷烃的最长直链式,（省略了氢）,碳干异构,2-1 烷烃的同系列和异构,构 造 异 构,B：写出少一个碳原子的直链式作为主链。该碳原子(甲基)当作支链(取代基),依次连在各碳

3、原子上，就能写出可能的同分异构体的构造式。,7,C：写出少两个碳原子的直链式作为主链。把两个碳原子当作支链（2个甲基），依次接在各碳原子上；或把两个碳原子当作（乙基），依次接在各碳上。,2-1 烷烃的同系列和异构,8,CnH2n+2 n为碳原子个数,2-1 烷烃的同系列和异构,9,伯碳（1）：与一个碳原子相连的碳,仲碳（2）：与两个碳原子相连的碳,叔碳（3）：与三个碳原子相连的碳,季碳（4） ：与四个碳原子相连的碳,叔氢（3） ：与叔碳相连的氢原子,仲氢（2） ：与仲碳相连的氢原子,伯氢（1） ：与伯碳相连的氢原子,1 2 2 2 1,1 3 2 1,1,1 4 1,1,1,2-1 烷烃的同系

4、列和异构,碳氢原子的类型,10,按照烃中所含碳原子数称为“某烷”：C10及C10以下用“天干”数表示（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸），C10以上就用中文“十一、十二”表示。 C4H10 C10H22 C11H24 C20H42 丁 烷 癸 烷 十一烷 二十烷,2-2* 烷烃的命名,普通命名(习惯命名法),11,新戊烷,正丁烷,异丁烷,2-2 烷烃的命名,普通命名(习惯命名法),“正”表示直链（正构），“异”表示分子中带有一个支链，“新”表示有两个支链。,12,直链烷烃,同习惯命名法，无需加形容词“正”。,辛 烷,十一烷,支链烷烃：直链烷烃的烷基衍生物,烷烃分子中去掉一个氢原子后剩下的

5、部分，用R (或CnH2n+1 )表示。,2-2 烷烃的命名,系统命名法(IUPAC),烷基的命名,13,甲基,乙基,正丙基,Me（Methyl）,Et（Ethyl）,n-Pr（Propyl）,2-2 烷烃的命名,烷基的命名,异丙基,i-Pr （isopropyl）,正丁基,n-Bu （Butyl）,14,异丁基,仲丁基,叔丁基,i-Bu （isobutyl）,s-Bu （sec-butyl ）,t-Bu （tert-butyl ）,新戊基 （Neopentyl）,15,支链烷烃的命名,A、选主链：选最长的、取代基最多的碳链作主链。,B、编号：从离取代基最近的一端编号，并满足最低系列原则。,2

6、,2,3-,2,3,3-,2-2 烷烃的命名,系统命名法,16,C、 若主链上有几种取代基时，应按“次序规则”(见教材3.3节），较优基团后列出。,不论原子数多少，只要原子序数大，就视为较复杂，若连在主体上的第一原子的原子序数相同，则比较连在第一原子上的第二原子，大者较复杂，以此类推，直到比出大小。,甲基 乙基 正丙基 正丁基 正戊基 异戊基 异丁基 新戊基 异丙基 仲丁基 叔丁基,2-2 烷烃的命名,系统命名法,17,D、写法,位次,取代基位置,用阿拉伯数字，数字间用逗号隔开,（半字线）,取代基名称,相同的取代基合并起来，用二、三 表示,母体,1,2,3,4,5,2,2,4三甲基戊烷,按 主

7、 链 上 碳 原 子 个 数 称 为 某 烷,2-2 烷烃的命名,系统命名法,18,1,2,3,4,5,6,7,2,3,5三甲基4正丙基庚烷,2-2 烷烃的命名,系统命名法,2,5二甲基4异丙基庚烷,1,2,3,4,5,6,7,19,2,6,6三甲基3乙基辛烷,1,2,3,4,5,6,7,8,2,7,8三甲基癸烷,2-2 烷烃的命名,系统命名法,20,不论分子中有多少个碳，一律称为“甲烷”，其它均视为取代基。取代基的书写次序按“由小到大”依次书写，取代基数目用大写中文“二、三”表示，并写在取代基名称前。,四甲基甲烷,二甲基乙基甲烷,2-2 烷烃的命名,衍生命名法,甲基甲烷,21,具有一定构造的

8、分子中原子在空间的排列状况。 碳原子的四面体概念及分子模型,2-3 烷烃的构型（Configuration）,22,激发,2-3 烷烃的构型,碳原子的sp3杂化,23,键,键,2-3 烷烃的构型,烷烃分子的形成,24,构象：指由于围绕单键(键）的旋转而产生的分子中原子在空间的不同排列方式。,构象异构体：分子组成相同、构造式相同，因构象不同而产生的异构体。表示方法有：透视式(伞形式，锯架式) 、纽曼投影式,伞形式,锯架式,2-4 烷烃的构象,25,构象异构体的互相转换不需发生共价键的断裂。分子的构象异构体有无数个，无法画出。故采用抓两头， 选中间(选内能最高及最低的构象)，从中选几个典型。,乙烷

9、的构象,扭转角,2-4 烷烃的构象,纽曼投影式,26,=60,=0,=120,=180,=240,=360,=300,交叉式,重叠式,2-4 烷烃的构象,乙 烷,27,乙烷有无数个构象，最稳定的构象是交叉式。,2-4 烷烃的构象,能量曲线图,28, =0, =60, =120, =180, =240, =300, =360,全重叠式,部分重叠式,顺位交叉式,反位交叉式,部分重叠式,顺位交叉式,全重叠式,丁 烷,29,反位交叉式,能量曲线图,30,高级烷烃的构象,高级烷烃的构象更为复杂，但主要以反位交叉式构象的形式存在，其中CH都处于交叉式，碳链看起来像锯齿。 最稳定的构象：整个碳链是锯齿状的。

10、,31,物质状态 室温和0.1 MPa下，C1C4是气体，C5C17是液体，C18 是固体。 沸点 正构烷烃的沸点是随着分子量的增加而有规律升高；在碳原子数相同的烷烃中，支链越多，沸点越低。 正戊烷：36.1 新戊烷：9.5 ,2-5 烷烃的物理性质,32,共价化合物晶格中的质点是分子，偶数碳的烷烃具有较高的对称性,使碳链之间的排列比奇数的紧密,故分子间的色散力大,熔点高。,直链烷烃熔点与分子中碳原子数关系,2-5 烷烃的物理性质,熔 点,正戊烷 异戊烷 新戊烷 m.p./ -129 -159.9 -16.8,33,相对密度 烷烃的相对密度是随相对分子质量增加而有所增大，二十烷以下的按近于0.

11、78。 解释：相对分子质量增加，分子间引力增大，使分子间的距离相应减小，相对密度则增大。 溶解度 烷烃不溶于水，能溶于某些有机溶剂。 解释：“相似相溶”，结构相似，分子间的引力相似，就能很好地溶解。,34,烷烃分子中的氢原子被卤素取代的反应。,合成上无价值，重要性在于反应机理的研究,2-6 烷烃的化学性质,卤代反应,35,链引发,2-6 烷烃的化学性质,甲烷氯代反应历程,链增长或 链传递,36,2-6 烷烃的化学性质,甲烷氯代反应历程,具有链引发、链增长、链终止的反应在化学上叫自由基反应（自由基链反应，连锁反应）。,说 明,37,链增长反应中的夺氢过程,不同卤素的反应活性,氟 氯 溴 碘,各种

12、氢的相对反应活性及烷基自由基的稳定性(重点),决定反应速度的步骤是,说 明,38,各种氢的相对反应活性,6个伯氢所得,2个仲氢所得,仲氢/伯氢=,仲氢的反应活性是伯氢的4倍。,43% 57%,说 明,39,叔氢/伯氢=,叔氢的反应活性是伯氢的5倍。,叔 氢 仲 氢 伯 氢,？,36% 64%,各种氢的相对反应活性,说 明,40,三种氢的CH键离解能为：,3CH D 389.4 KJ/ mol,2CH D 397.7 KJ / mol,1CH D 410.3 KJ / mol,3 R 2 R 1 R CH3,H3CH D 439.6 KJ / mol,烷基自由基稳定性,依 次 减 弱,氢的相对反

13、应活性及烷基自由基的稳定性,说 明,41,选择性（卤素对取代反应的选择性）,若反应的选择性大，得到几种可能产物所占比例差别大；若反应的选择性小，得到几种可能产物所占比例差别小。,43%,57%,3%,97%,仲氢 / 伯氢,仲氢 / 伯氢,因此溴代具有很高的选择性，在合成上有应用价值。,99.5%,42,异构化反应,2-6 烷烃的化学性质,氧化反应,合成上无意义，但能作燃料。,H0,点燃,43,硝化反应,2-6 烷烃的化学性质,裂化反应,高温下使烷烃分子发生裂解的过程,44,主要来源：天然气、石油,天然气主要成分：甲烷 石油组成：主要是烃类(烷烃、环烷烃和芳香烃) 人造石油：煤在高温、高压和催

14、化剂存在下，加氢气可以得到烃类的复杂混合物。,2-7 烷烃的来源及其主要用途,45,未来几种新能源： 波 能 海洋波浪能 达90万亿千瓦 可燃冰 天然气与水结合在一起的固体化合物，外形如水 煤成气 煤在形成过程中由于温度及压力增加，要释放出可燃气体 微生物 发酵制成酒精,2-7 烷烃的来源及其主要用途,46,2-8 烷烃的制备,孚兹反应（见教材P185）,格氏试剂（Grignard）水解（见教材P185）,只能制备对称的烷烃RR，即R相同。,烯烃的氢化（见教材P49）,47,【本章重点】,烷烃的系统命名及烷烃的卤代反应。,【必须掌握的内容】,1. 烷烃的习惯命名法、衍生命名法及系统命名法；,【

15、本章难点】,烷烃卤代反应机理及烷基自由基的稳定性。,烷 烃 小 结,48,【必须掌握的内容】,2. 烷烃的形成、结构及构象异构；,3. 烷烃物理性质(物态、熔沸点、溶解性);,4. 烷烃的化学性质：卤代和氧化 各种H反应活性及各种烷基自由基的稳定性比较 根据卤代产物构造推导烷烃构造。,烷 烃 小 结,49,课 后 作 业,必作题目：1、(1)(2)(4)(5)(7)(8) 2、(2)(4)(5)(8) 5、 9、14 思考题：3、11,50,51,例 哪一种或哪几种相对分子质量为86的烷烃有：(1) 三个一溴代物；(2) 五个一溴代物。 解：由题设知，该烷烃分子式为C6H14 步骤：a)写出所有构造异构体的构造简写式； b)写出每种构造异构体的一溴代物结构 答案： （1） 和 （2）,烷烃的卤代,52,返回吧,53,烷烃分子的形成,返回吧,54,乙烷的重叠式构象,返回,55,与分子的极性有关 极性越大，分子间力越大，沸点越高 。 极性相同，与分子量有关 分子量越大，沸点越高。,沸点的影响因素,主要取决于分子间力的大小,极性相同，M相近，与分子间接触面积有关 分子间接触面积越大，沸点越高 。 分子量相近，与分子间形成氢键数目有关 形成氢键数目越多，沸点越高。,56,与分子间力有关 分子间力越大，熔点越高。,熔点的影响因素,