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第二章第二章 烷烷 烃烃1、掌握烷烃的结构、命名、同分异构、掌握烷烃的结构、命名、同分异构2、了解烷烃的构像、了解烷烃的构像3、初步掌握烷烃的物理、化学性质、初步掌握烷烃的物理、化学性质4、了解反应机理的一般概念，掌握烷烃的卤代、了解反应机理的一般概念，掌握烷烃的卤代 反应机理反应机理教学要求：教学要求：碳氢化合物及其衍生物碳氢化合物及其衍生物 有机化合物有机化合物碳氢化合物碳氢化合物 烃烃烃烃饱和烃饱和烃不饱和烃不饱和烃链烃链烃环烃环烃烷烃烷烃如甲烷、乙烷、丙烷等如甲烷、乙烷、丙烷等烯烃烯烃炔烃炔烃如乙烯、丙烯、丁烯等如乙烯、丙烯、丁烯等如乙炔、丙炔、丁炔等如乙炔、丙炔、丁炔等饱和环烃饱和环烃不饱和环烃不饱和环烃如环戊烷、环己烷等如环戊烷、环己烷等如环戊烯、环己烯等如环戊烯、环己烯等第一节第一节 烷烃的结构烷烃的结构一一、甲烷的结构、甲烷的结构 甲烷分子式甲烷分子式CHCH4 4，四个氢原子正好位于以碳原子为中心的正，四个氢原子正好位于以碳原子为中心的正四面体的四个顶点上，四面体的四个顶点上，分子中分子中CH的键长为的键长为110pm，HCH的角的角度为度为109o28 二、其它烷烃的结构二、其它烷烃的结构烷烃的这种结构是怎么形成的烷烃的这种结构是怎么形成的？C采取采取SP3杂化，杂化，C的的SP3杂化轨道与杂化轨道与H的的S轨道或其它轨道或其它C的的SP3轨道沿着对称轴的方向以轨道沿着对称轴的方向以“头碰头头碰头”的方式重叠形成的方式重叠形成键键键电子云沿键轴呈圆柱形对称分布，原子可自由旋转而不键电子云沿键轴呈圆柱形对称分布，原子可自由旋转而不影响电子云重叠的程度影响电子云重叠的程度第二节第二节 烷烃的同系列与同分异构烷烃的同系列与同分异构一、同系列一、同系列通式通式：CnH2n+2 系差系差：CH2 凡具有同一通式，化学性质相似，物理性质随着碳原子凡具有同一通式，化学性质相似，物理性质随着碳原子数的增加而有规律的变化，分子式间相差数的增加而有规律的变化，分子式间相差N个个CH2的一系列的一系列化合物称为化合物称为同系列同系列 同系列中各化合物互称同系列中各化合物互称同系物同系物 甲烷乙烷 丙烷丁烷十二烷、CH4C2H6C3H8C4H10C12H26 、二、同分异构二、同分异构C4H10CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3C5H12分子式相同的不同化合物之间互称为分子式相同的不同化合物之间互称为同分异构体同分异构体因分子中原子或原子团（基团）的连接方式或顺序不同而因分子中原子或原子团（基团）的连接方式或顺序不同而产生的同分异构称为产生的同分异构称为构造异构构造异构分子式相同而结构和性质不同的现象称为分子式相同而结构和性质不同的现象称为同分异构同分异构C6H14有多少构造异构体？有多少构造异构体？四十烷有四十烷有62491178805831个构造异构体，怎样才能快速个构造异构体，怎样才能快速准确地推导出全部构造异构体？准确地推导出全部构造异构体？伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子 和伯、仲、叔氢原子和伯、仲、叔氢原子CH3CCH3CCH3HH3CCHHCHHH4o 3o2o1oC3o 2o 1oH(季)(叔)(仲)(伯)一、一、烷基的概念及名称烷基的概念及名称第三节第三节 烷烃的命名烷烃的命名烷烃分子中去掉烷烃分子中去掉1个个H剩余的原子团称为烷基，常用剩余的原子团称为烷基，常用R-表示表示CH3CH2仲基CHCH3CH3CH2CHCH3仲丁基Bus(CH3)2CHCH2基异(CH3)2CH(CH3)2CHCH2(CH3)2CHCH2CH2异丙基异丁基异戊基amyliiiPrBu(CH3)3C叔丁基基CH3CH2CCH3CH3叔叔戊基CH3CH2CCH3CH3ButamyltCH3CCH3CH3CH2新戊基neopentyl直链烷烃链端烷基叫（正）基CH3CH3CH2CH2CH2MeEtBun甲基正丁基CH3CH2乙基CH3CH2CH2正丙基Prn二、命名方法二、命名方法1）普通命名法（适用于简单化合物）普通命名法（适用于简单化合物）有异构体可能时，必须用正、异、新等词头区分有异构体可能时，必须用正、异、新等词头区分 正己烷正己烷 异己烷异己烷 新己烷新己烷根据根据C原子数目称原子数目称烷，烷，110个碳的烷烃，用甲、乙、丙、个碳的烷烃，用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示；丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示；10个碳以上，用数字个碳以上，用数字十一、十二等表示十一、十二等表示CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3(CH2)10CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3CCH2CH3CH3CH3CH3正十二烷正十二烷2）系统命名法（）系统命名法（IUPAC命名法）命名法）a.选择最长碳链作主链，根据主链碳原子数称为选择最长碳链作主链，根据主链碳原子数称为烷，烷，以其作为母体以其作为母体CH3CH2CHCH3CH2CH3主链C-C-C-C-C-C-CC-C-CCC C123b.从靠近支链一端开始对主链编号，用阿拉伯数字表示从靠近支链一端开始对主链编号，用阿拉伯数字表示 戊烷戊烷 庚烷庚烷CH3CH2CH2CHCH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH31234512345c.把支链烷基当作取代基，将其名称写在母体前面，再把表示支把支链烷基当作取代基，将其名称写在母体前面，再把表示支链位置号的数字写在最前面，数字和名称之间用短横线隔开链位置号的数字写在最前面，数字和名称之间用短横线隔开d.如果含有几个相同的支链，则在支链名称之前，用汉字数字如果含有几个相同的支链，则在支链名称之前，用汉字数字表示支链的数目。但表示位置的数字不能省略，而且在阿拉伯表示支链的数目。但表示位置的数字不能省略，而且在阿拉伯数字之间要用逗号隔开。如含有几个不相同的支链，则按支链数字之间要用逗号隔开。如含有几个不相同的支链，则按支链的顺序依次列出，顺序小的列前面的顺序依次列出，顺序小的列前面3甲基戊烷甲基戊烷CH3CH2CH2CHCH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH312345123452甲基戊烷甲基戊烷CH3CHCHCHCH3CH3CH2CH3CH32,4二甲基二甲基3乙基戊烷乙基戊烷CH3CHCH2CHCH2CH3CH3CH32,4二甲基己烷二甲基己烷顺序规则：顺序规则：首先比较与主链直接相连的原子，原子序数大顺序大，原子首先比较与主链直接相连的原子，原子序数大顺序大，原子序数小顺序小，同位素中质量高的顺序大序数小顺序小，同位素中质量高的顺序大I Br Cl F O N C D H 直接相连的原子相同直接相连的原子相同,则依次比较与其相连的其它原子则依次比较与其相连的其它原子含双键或叁键的基团含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子则作为连有两个或叁个相同的原子CCH C(CH3)3CHCH2CCH(C)(C)(C)(C)(C)CCH3CH3CH3CHCHH(C)CH3CCH3CH3CH3CHCH3CH3CH2CH2CH3CH2CH3主链选择规则：主链选择规则：存在多条等长碳链时，以支链数目多的作为主链存在多条等长碳链时，以支链数目多的作为主链2,3,5-三甲基三甲基-4-丙基庚烷丙基庚烷 CCCCCCCCCCCCC 最长碳链作为主链最长碳链作为主链以支链位置号较小的作为主链以支链位置号较小的作为主链CCCCCCCCCCCCC2,5-二甲基二甲基-4-异丁基庚烷异丁基庚烷 CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH3取代基位号 2，3，5取代基位号 2，4，5从顺序小的基团一端开始编号从顺序小的基团一端开始编号以支链位置号之和最小的方式编号以支链位置号之和最小的方式编号主链编号规则主链编号规则:从靠近支链一端开始编号从靠近支链一端开始编号2,3,5-三甲基己烷三甲基己烷CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 114-丙基丙基-8-异丙基十一烷异丙基十一烷支链上连有支链（取代基）时，从直接与主链相连的碳原子支链上连有支链（取代基）时，从直接与主链相连的碳原子开始将支链碳原子依次编号，并将取代基位号、名称连同支开始将支链碳原子依次编号，并将取代基位号、名称连同支链名写在括号内链名写在括号内CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3H3CCH2CH31 2 3 4 5 6 7 8 9 102312-甲基甲基-5-(1,1-二甲基丙基二甲基丙基)癸烷癸烷支链编号规则：支链编号规则：2-甲基甲基-5-1,1-二甲基丙基癸烷二甲基丙基癸烷4-isopropyl-5-propylnonane5-丙基丙基-4-异丙基壬烷异丙基壬烷2,3,4,8,9-五甲基五甲基-7-乙基癸烷乙基癸烷CH3CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2CH3由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方由单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称为式称为构象构象一、乙烷的构象一、乙烷的构象两种极端构象：重叠式和交叉式两种极端构象：重叠式和交叉式第四节第四节 烷烃的构像烷烃的构像介于重叠式与介于重叠式与交叉式之间的交叉式之间的无数构象称为无数构象称为扭曲式扭曲式构象构象楔形式楔形式 锯架式锯架式 纽曼式纽曼式 两种构象的稳定性：两种构象的稳定性：不直接相连的原子间的作用力称为不直接相连的原子间的作用力称为非键张力，非键张力，张力张力总是使体系的内能增加总是使体系的内能增加构象的稳定性与内能有关，内能越低的构像越稳定，交构象的稳定性与内能有关，内能越低的构像越稳定，交叉式构像较重叠式构像稳定，其它扭曲式构像的内能及叉式构像较重叠式构像稳定，其它扭曲式构像的内能及稳定性介于这两者之间，内能最低的构象称为稳定性介于这两者之间，内能最低的构象称为优势构象优势构象HCCHHHHHCCHHHHHH0.23nm0.25nm乙烷不同构象的能量曲线图乙烷不同构象的能量曲线图 转动能：转动能：12.5kJ/mol 每对重叠氢每对重叠氢H-C-C-H 重叠张力重叠张力(扭转张力扭转张力)：4.2kJ/mol 室温下，构象异构体室温下，构象异构体 处于迅速转化的动态处于迅速转化的动态 平衡中，平衡中，不能分离不能分离二、正丁烷的构象二、正丁烷的构象 绕绕C-2和和C-3之间的之间的键旋转，形成的四种典型构象键旋转，形成的四种典型构象HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3H3CHHHCH3H3C对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 全重叠式全重叠式 部分重叠式部分重叠式构象稳定性构象稳定性：对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全重叠式室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，不能分离。最稳定的对位交叉构象是不能分离。最稳定的对位交叉构象是优势构象优势构象第五节第五节 烷烃的物理性质烷烃的物理性质 状态状态 、沸点、沸点(bp)、熔点、熔点(mp)、相对密度、相对密度 、溶解度等物理性、溶解度等物理性质与化合物的结构密切相关质与化合物的结构密切相关一、状态一、状态烷烃均无色。室温下，烷烃均无色。室温下，C1-C4为气体，为气体，C5-C16为液体，为液体，C17以以上是固体上是固体。低级烷烃易挥发有特殊气味，高级烷烃难以挥。低级烷烃易挥发有特殊气味，高级烷烃难以挥发无气味发无气味二、沸点二、沸点总体是随分子量的增加而增加总体是随分子量的增加而增加CH4 -162 C2H6 -88.6 C3H8 -42 C4H10 -0.5bp沸点呈现出的规律如何解释？沸点呈现出的规律如何解释？bp 36.1oC 25oC 9oC同分异构体间直链烃最高，支链越多沸点越低同分异构体间直链烃最高，支链越多沸点越低三、熔点三、熔点总体也是随总体也是随分子量的增分子量的增加而增加，加而增加，但不像沸点但不像沸点那样有简单那样有简单规律，呈现规律，呈现出奇偶两条出奇偶两条曲线增加曲线增加同分异构体间，通常支链使熔点降低同分异构体间，通常支链使熔点降低熔点呈现出的规律又如何解释？熔点呈现出的规律又如何解释？分子的对称性越好，在晶格中堆积得越紧密，分子间作用力分子的对称性越好，在晶格中堆积得越紧密，分子间作用力越大，熔点也就越高越大，熔点也就越高C C C C CC C C CCC C C CC C CCC C C C C CC C C C CCC C C CCCC C CCC-138-145-94-153-129.8-159-17-100讨论讨论（1）为什么）为什么1,2-二溴乙烷的偶极矩为零，而乙二醇却有一二溴乙烷的偶极矩为零，而乙二醇却有一定的偶极矩？定的偶极矩？四、密度四、密度五、溶解性五、溶解性随分子量的增加而增加，但小于随分子量的增加而增加，但小于1比水轻比水轻不溶于水，易溶于有机溶剂尤其是非极性有机溶剂不溶于水，易溶于有机溶剂尤其是非极性有机溶剂 化学性质取决于分子的结构。化学性质取决于分子的结构。C-C、C-H键键能较大，键键能较大，极性较小，很稳定。极性较小，很稳定。特殊条件下具有反应活性特殊条件下具有反应活性 一、光卤代反应一、光卤代反应hvCH4Cl2hvCl2hvCl2CH3ClCH2Cl2CHCl3hvCl2CCl4第六节第六节 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 CH3CH2CH3 Cl2 CH3CH2CH2Cl CH3CHClCH3 hv 烃分子中的烃分子中的H H被卤素取代的反应称为被卤素取代的反应称为卤代反应卤代反应 由反应物到产物所经历的全部过程称为反应机理亦称反由反应物到产物所经历的全部过程称为反应机理亦称反应历程、反应机制应历程、反应机制1.反应机理反应机理氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生氯自由基：氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生氯自由基：h hv vC Cl l2 2o or r2 2 C Cl l产生甲基自由基：产生甲基自由基：链增长链增长 C Cl l+C CH H4 4C CH H3 3 +H HC Cl l产生新的氯自由基：产生新的氯自由基：链引发链引发 C CH H3 3+C CH H3 3C Cl l +C Cl lCl2链增长链增长 氯甲基自由基的形成：氯甲基自由基的形成：C CH H3 3C Cl l C Cl l+C CH H2 2C Cl l H HC Cl l+链增长链增长 氯甲基自由基再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：氯甲基自由基再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：C CH H2 2C Cl l+C Cl l2 2C CH H2 2C Cl l2 2 +C Cl l 链增长链增长 .自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：C Cl l+C Cl lC Cl l2 2C CH H3 3+C Cl lC CH H3 3C Cl l+C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2C Cl l+C CH H2 2C Cl lC Cl lC CH H2 2C CH H2 2C Cl l链终止链终止 整个反应经历三个阶段：链引发、链增长、链终止整个反应经历三个阶段：链引发、链增长、链终止此自由基反应也称此自由基反应也称链锁反应或链反应链锁反应或链反应讨论讨论 1 1）将氯气用光照射后在黑暗中放置一段时间再与甲烷混合，）将氯气用光照射后在黑暗中放置一段时间再与甲烷混合，会发生氯代反应吗会发生氯代反应吗？2 2）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？几个关键步骤的能线图几个关键步骤的能线图CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CH4 kJ/mol 422.2 414.2 400.8 439ClCl 2432.H的反应活性与自由基的稳定性的反应活性与自由基的稳定性CH3CH2CH3+Cl2hv25oCCH3CH2CH2Cl+CH3CHCH3Cl45%55%1oH与与2oH被取代的概率为被取代的概率为 6 2CH3CHCH3 +Cl2CH3hv25oCCH3CHCH2Cl +CH3CCH3CH3ClCH364%36%1oH与与3oH氢被取代的概率为氢被取代的概率为 9:1 氯代反应三种氢的活性：氯代反应三种氢的活性：1H :2H :3H=1:3.8:5氯代：氯代：溴代：溴代：9 99 9%(CH3)2CH CH3CH2 CH33020 10 甲基自由基甲基自由基烷基自由基的结构：烷基自由基的结构：CCH3HHCCH3HCCH3CH3CH3CH3乙基自由基乙基自由基 异丙基自由基异丙基自由基 叔丁基自由基叔丁基自由基中心碳中心碳 sp杂化杂化孤单电孤单电 子占据未参与杂化的子占据未参与杂化的P轨道轨道P轨道垂直于三个轨道垂直于三个sp杂化轨道所在的杂化轨道所在的平面平面甲基自由基甲基自由基3.卤素的反应活性卤素的反应活性 C CH H4 4C CH H3 3 +H HX XF F +4 4.2 2C Cl l +1 16 6.7 7B Br r +7 75 5.3 3I I +1 14 41 1 E Ea a(k kJ J/m mo ol l)+X X卤素的活性：卤素的活性：F Cl Br I氟代反应一旦引发将剧烈反应、碘代难以进行氟代反应一旦引发将剧烈反应、碘代难以进行卤代反应的选择性：溴大于氯（卤代反应的选择性：溴大于氯（Br Cl)影响卤代产物异构体相对产率的主要因素：影响卤代产物异构体相对产率的主要因素：概率因素、概率因素、H原子的反应活性、原子的反应活性、X原子的反应活性原子的反应活性二、燃烧反应二、燃烧反应烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热C Cn nH H2 2n n+2 2+3 3n n+1 12 2O O2 2n nC CO O2 2+(n n+1 1)H H2 2O O +()Q Q理论研究上反应热有何用途？理论研究上反应热有何用途？三、三、热裂反应热裂反应化合物在高温和无氧存在下的分解反应化合物在高温和无氧存在下的分解反应CH3CH2CH2CH2CH2 CH2CH2CH2CH3+CH3CH2CH2 +CH2=CH2.CH3 +CH2=CH2.CH3(CH2)7CH3.第七节第七节 烷烃的合成烷烃的合成一、碳骨架（碳原子数）不变的合成反应一、碳骨架（碳原子数）不变的合成反应RXZn+HClRH (X=Cl Br I)RXRH LiAH4CH3(CH2)14CH2IZn+HClCH3(CH2)14CH3CH3CHCH2ClCH3LiAH4CH3CHCH3CH3RH+Mg OHXRX+Mg无水乙醚RMgXH2OCH3CH=CH2+H2ptCH3CH2CH3ptCH3CCCH3+2H2CH3CH2CH2CH3
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