有机化学第二章烷烃

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 烷 烃,2-1 烷烃的同系列和同分异构体现象,2-2 烷烃的命名法,2-3 烷烃的分子结构,2-4 烷烃的性质,2-5 卤代反应历程,2-6 烷烃的来源,在组成上仅含有,碳,与,氢,两元素的化合物叫,碳氢化合物,也称为,烃,。,脂肪烃分子中只含有,C-C,单键和,C-H,键的叫做,烷烃,。,第二章 烷 烃,根据烃分子中碳原子间连接方式可分为：,烃,开链烃,饱和烃：,烷烃,不饱和烃：,烯烃,炔烃,脂环烃,芳香烃,环状烃,（脂肪烃）,一、同系列,在烷烃的一系列化合物中，其分子组成中所含的,碳原子,和,氢原子,在数量上存在着,一定的关系,，即,每增加,一个,C,原子,，就,相应地增加,二个,H,原子,。,可用一个,式子,代表：,H,C,H,H,H,n,(,),烷烃通式：,C,n,H,2n+2,这些构造上相似而组成上相邻的两个烷烃的组成都是相差CH2。CH2 叫做同系列差。,2-1 烷烃的同系列和同分异构表达象,HCH HCCH HCCCH HCCCCH,H H H H H H H H H H,H H H H H H H H H H,甲烷 乙烷 丙烷 丁烷,CH,4,C,2,H,6,C,3,H,8,C,4,H,10,具有,同一个通式,，组成上相差只是,CH,2,或其,整数倍,的一系列化合物叫做,同系列,。,同系物具有相似的化学性质，其物理性质例如沸点、熔点、相对密度、溶解度等一般是随着相对分子质量的改变而呈现规律性的变化。,二、同分异构现象,分子式一样的构造不同化合物叫做同分异构体简称异构体。这种现象叫做同分异构现象。,从丁烷开场出现同分异构体,HCCCH,H H H,H H H,HCCC,CH,H H H,H,H H H,H,HCCCH,H H H,H H,H-C-H,H,链,端被-,CH,3,取代,中间被-,CH,3,取代,H,H,异构体数目,如 戊烷,C,5,H,12,3,己烷,C,6,H,14,5,壬烷,C,9,H,20,35,一个分子式的烷烃终究有多少个异构体？,利用逐步缩短碳链的方法，推导出异构体的数目及其构造式。,根本步骤：以己烷C6H14为例,同分异构现象,是有机化合物中存在的,普遍现象,。随着化合物分子中所含,碳原子数目,的增加，同分异构体的,数目,也,越多,。,根本步骤：以己烷C6H14为例,1.,写出己烷的最长直链式：,2.,写出比 式少一个碳原子的直链式：,3.,再写出比 式少两个碳原子的直链式：,C-C-C-C-C-C,C-C-C-C-C C-C-C-C-C C-C-C-C-C,C,C,C, , ,C-C-C-C C-C-C-C C-C-C-C C-C-C-C C-C-C-C C-C-C-C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,化合物的构造式不仅能代表化合物分子的组成，而且能反映出分子中的成键顺序。因此，常用构造式来表示有机化合物。,CH,3,C(CH,3,),2,CH,2,CH,3,或,(,CH,3,),3,CCH,2,CH,3,结构简式,如：,CH,3,-C-CH,2,-CH,3,构造式,CH,3,CH,3,CH,3,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,3,CH,3,-CH-CH,2,-CH,2,-CH,3,CH,3,CH,3,-CH-CH-CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,-CH,2,-CH-CH,2,-CH,3,CH,3,CH,3,-C-CH,2,-CH,3,CH,3,CH,3,分子式,是在其,碳干,上配上相应的,H,原子,。,与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子分别称为伯、仲、叔氢原子。不同类型的氢原子在同一反响中的反响性能是有一定差异。,如：,CH,3,C,CH,2,CH,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,只连有,四个碳原子,的称为,季碳原子,，常以,4,表示（,四级碳原子,）。,只连有,一个碳原子,的称为,伯,碳原子,，常以,1,表示（,一级碳原子,）；,只连有,二个碳原子,的称为,仲碳原子,，常以,2,表示（,二级碳原子,）；,只连有,三个碳原子,的称为,叔碳原子,，常以,3,表示（,三级碳原子,）；,1,1,1,1,1,2,3,4,三、伯、仲、叔和季碳原子,碳链中的碳原子按照它们所连结的碳原子数目可分为四类：,一、普通命名法,“天干甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。,十一碳以上用汉字数字表示：,一般按烷烃所含碳原子数目来命名，碳原子在十以内用“天干表示，称“某烷。,如,：,C,6,H,14,C,8,H,18,C,12,H,26,己烷,辛烷,十二烷,区别异构体用“正、“异、“新。,2-2 烷烃的命名法,异戊烷,如：,CH,3,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,3,CH,3,-CH-CH,2,-CH,3,CH,3,-C-CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,正戊烷,新戊烷,将直链烷烃叫“正,具有 结构，即,端位第二,个碳原子有,2,个,CH,3,叫“,异,”,CH,3,-CH-,CH,3,具有 结构，即,端位第二,个碳原子有,3,个,CH,3,叫“,新,”,CH,3,-C-,CH,3,CH,3,例题：用普通命名法命名以下化合物,二、系统命名法,系统命名法是采用国际纯化学与应用化学联合会简称IUPAC的命名原那么，结合我国文字的特点，制定了中文系统命名法1960年。,1.,烷基,烷烃分子中去掉一个,氢原子,后，剩下的原子团叫,烷基,。烷基是,一价基,，通式为,C,n,H,2n+1,，,常用,R-,代表烷基。,烷基的名称由相应的烷烃而得。,例如：,异丙基,-CH,2,CH,2,CH,3,丙基,CH,3,CH,3,-CH,2,CH,3,乙基,CH,3,CH,2,CH,3,CH,3,-CH-CH,3,CH,4,-CH,3,甲基,-H,-H,中间碳,-H,链,端碳,-H,缩写符号,名称,构造式,缩写符号,名称,构造式,CH,3,-CH-CH,3,CH,3,-CH,2,-CH-CH,3,-CH-CH,2,CH,3,CH,3,-C-CH,3,CH,3,CH,3,-CH,3,-CH,2,CH,3,-CH,2,CH,2,CH,3,-CH,2,(CH,2,),2,CH,3,甲基,乙基,正丙基,异丙基,正丁基,异丁基,-CH,2,CH,2,CHCH,3,CH,3,-CH,2,-C-CH,3,CH,3,CH,3,-C-CH,2,CH,3,CH,3,CH,3,仲丁基,叔丁基,叔戊基,新戊基,异戊基,Me,Et,n-Pr,i-Pr,n-Bu,i-Bu,s-Bu,t-Bu,i-Pent,t-Pent,neo-Pent,常见的烷基名称,2.,直链烷烃的命名,与普通命名法根本一样，但不用“正字。具有110个碳原子数的烷烃采用我国古代记数的“天干。10个碳以上的烷烃那么用汉字数字说明。,如：,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH,3,正戊烷,（,普通命名法,）,戊 烷,（,系统命名法,）,3、,支链烷烃的命名,把它看作是,直链烷烃,取代衍生物,如：,CH,3,-CH,2,-CH-CH,2,-CH,2,-CH,3,CH,3,3-甲基己烷,（看作是,己烷的衍生物,）,1 2 3 4 5 6,取代基位置,位置与名称用短线连接,母体名称,取代基名称, 选取主链,选择,最长,的碳链为,主链,。支链当作取代基。, 编号1从靠近支链的一端开场，编号时应尽可能使,取代基具有最低编号。,步 骤,如：,CH,3,-CH,2,-CH,2,-CH-CH,3,CH,2,-CH,3,CH,3,-CHCH,2,CH-CH,2,CH,3,CH,2,CH,3,CH,2,CH,2,CH,3,CH,3,CH,2,CHCH,2,CH-CH,2,CH,2,CH,3,CH,3,CH,2,CH,3,如上例,2 1,6 5 4 3,2 1,6 7 8,3 4 5,1 2 3 4 5 6 7 8,2当几种可能的编号方向时，应中选定使取代基具有“最低系列的那种编号即顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到位次最小者定为最低系列。,3两端一样长时，从小取代基一端开场编号。,CH,3,-CH,CH-CH,2,-CH,2,-C-CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CHCH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,CHCH,2,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CH,2,CHCH,2,CHCH,2,CH,3,CH,3,CH,2,CH,3,从左到右：,2，,3,，6，6,从右到左：,2，,2,，5，6,1 2 3 4 5 6 7,7 6 5 4 3 2 1,1 2 3 4 5 6 7,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,2, 7, 8-三甲基癸烷不叫3,4,9-三甲基癸烷,3-,甲基-5-乙基,庚,烷,4有多种等长的最长碳链可供选择时，应选择取代基最,多的碳链为主链。,CH,3,-CH,2,-CH,CH-CH,2,-CH,3,CH,3,CH,CH,3,CH,3,CH,CH,3,CH,3,CH,2,CH,2,-CH,CH-CH-CH,3,CH,3,CHCH,3,CH,3,CH,3,CH,2,4 3 2 1,5 6 7,3 2 1,4 5 6,2, 5-二,甲基-3,4-,二,乙基,己,烷,2, 3, 5-三,甲基-4-丙基,庚,烷,不是,2, 3-二,甲基-4-仲丁基,庚,烷, “先小后大，同基合并,如前例,烃基大小的次序按“对映异构中的次序规那么决定:,甲基,乙基,丙基,丁基,戊基,己基,异戊基,异丁基,异丙基,CH,3,-CH,C-CH,2,-CH,2,-CH,3,CH,3,CH,2,CH,3,CH,3,2, 3-二,甲基-3-乙基,己,烷,1 2 3 4 5 6,有不同取代基时，把小取代基名称写在,前面，大取代基写在后面。一样取代基,合并起来，取代基数目用二、三、,等表示。,小结： 命名规那么：,(1)选主链：最长碳链。取代基最多；,(2)编号：a:从离支链最近的一端开场编号；,b: “位置和最小-“最低系列规那么,(3)写知名称：a:支链烷基名称和位置写在前；,b: 小基团在前，大基团在后次序规那么；,c:一样基团合并，以汉字二、三、四等标明数目。,注意： (1).数字与汉字间用“隔开，数字间用“，分开；,(2). “某基和“某烷之间不能用“隔开;,(3).汉字二、三、四等不能用阿拉伯数字2,3,4等替换,课堂习题：1.对以下烷烃进展命名,3,3,5-,三甲基庚烷,2,，,4-,二甲基,-4-,乙基已烷,2.指出以下两化合物的命名不正确的地方并重新命名,2,，,4-,二甲基,-6-,乙基庚烷,4-,乙基,-5,5-,二甲基戊烷,4-,丙基,-6-,异丙基壬烷,课堂练习,一、碳原子的,SP,3,杂化轨道、,键,1.,碳原子的,sp,3,杂化轨道,碳原子在基态时电子构型：,1,S,2,、2S,2,、2p,2,键角：,109.5,杂化,SP,3,跃迁,2,S,2,P,y,2,P,x,2,P,Z,2,S,2,P,1S,E,2-3 烷烃的分子构造,SP,3,杂化轨道含,1/4,S,轨道,3/4,P,轨道,1,个,SP,3,杂化轨道形状,4个,SP,3,杂化轨道,2、,甲烷的分子模型,虚线,表示伸向纸平面后方,实线,表示在纸平面前上,楔线,表示伸向纸平面前方,甲烷模型,凯库勒模型,斯陶特模型,H,C,H,H,H,甲烷凯库勒模型,甲烷的立体构造式,（透视式）,甲烷斯特模型,乙烷分子构造虽然是四面体，但不是正四面体，键角也不是109. 5而是接近109. 5。,甲烷的形成示意图,键,乙烷的结构,键,3.,成键方式,二、烷烃的构象,构象,围绕碳碳,键,旋转而使分子中原子或基团在,空间,的,不同排列方式,。,纽曼投影式,重叠式,交叉式,锯架式,（透视式）,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,乙烷分子中两个极端的空间形象：,1.,乙烷的构象,2.,丁烷的构象,全重叠式,CH,3,H,3,C,H,H,H,H,邻位交叉式,H,H,H,H,CH,3,CH,3,转60,部分重叠式,CH,3,H,3,C,H,H,H,H,转60,对位交叉式,H,H,H,H,CH,3,CH,3,转60,2.,丁烷的构象,一、物理性质,烷烃是,无色物质,，具有一定的气味。直链烷烃的物理性质，例如,熔点,、,沸点,、,相对密度,等，随着分子中碳原子数（或相对分子质量）的增大，而呈,规律性,的变化。,（表,2-1,）,1.,物理状态,C,1,C,4,气态,C,5,C,16,液态,C,17,以上,固态,2. 沸点b.P.,2-4 烷烃的性质, 同数碳烷烃，直链比支链沸点高。, 直链烷烃，碳数 则沸点 。,3、熔点m.P.,一般含碳原子数一样的烷烃的熔点是随着分子的对称才增加而升高的，分子越对称，它们在晶格中排列越严密，分子之间的范德华作用力也越强，故熔点越高。, 碳数 ，则熔点 。,偶数,碳链比,奇数,碳链,稍高,。,同数碳,异构体：,新,正,异,。,5. 水溶性,烷烃几乎不溶于水，但易溶于有机溶剂。,构造相似或极性大小相近的化合物可以彼此互溶，这就是“相似相溶的经历溶解规律。,4. 相对密度D,碳数 ，则,相对密度,，最后近于,0.78,相对密度与分子引力有关，分子间引力增大，分子间,的距离相应减少，故相对密度就增大。,对称性逐渐增高,熔点逐渐增大,新戊烷 正戊烷 异戊烷,CH,3,-C-CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,3,CH,3,CH,3,-CH-CH,2,-CH,3,mP：-17, -130 -160 ,烷烃的稳定性不是绝对的，在一定条件下如光、高温或催化剂的影响下也可以发生某些反响。,二、化学性质,在常温下烷烃的化学性质很不活泼，与强酸、强碱、强氧化剂和复原剂等都不起作用。,烷烃化学性质比较稳定的主要原因：,（,C-C,键能为345.6,KJ/mol；C-H,键能为415.3,KJ/mol,）,C-C,及,C-H ,键较牢固,烷烃为,非极性分子,，一般条件下试剂不易进攻。, 局部氧化选择性氧化,1. 氧化反响, 燃烧,CH,4,+ 2 O,2,CO,2,+ 2 H,2,O,+ 891.2 kJ / mol,点燃,C,n,H,2n+2,+ O,2,n CO,2,+ (n-1) H,2,O +,热能,3,n+1,2,点燃,CH,3,CH,2,-CH,2,CH,3,+ O,2,2 CH,3,COOH + H,2,O,乙酸钴,5,2,150225,5,Mpa,50 %,R-CH,2,-CH,2,-R,/,R-COOH + R,/,-COOH +,其它酸,MnO,2,107110,高级脂肪酸,R,R,/,R-OH + R,/,-OH,催化剂,2. 裂化反响,烷烃在高温下分子中的C-C 键与C-H 键间易发生断裂而生成分子量较小的烷烃与烯烃，这称为烷烃的裂化。这个反响在石油化工生产中极为重要。,裂化反应,热裂化,指在500700高温、加压下进行。,催化裂化,在400500 常压催化下进行。,CH,3,-CH=CH,2,+ H,2,CH,2,=CH,2,+ CH,4,CH,3,CH,CH,2,H,H,460,CH,3,-CH,2,-CH,2,-CH,3,CH,2,=CH,2,+ CH,3,-CH,3,CH,3,-CH=CH,2,+ CH,4,CH,3,-CH,2,-CH=CH,2,+ H,2,500,3. 卤代反响,烷烃分子中的氢原子被卤素所取代的反响称为卤代反响。,烷烃与卤素在室温和黑暗中并不发生反响，但在强烈日光照射下，那么发生猛烈反响。,在漫射光、加热或某些催化剂作用下，能够进展可以控制的卤代反响。,CH,4,+ 2 Cl,2,4 HCl, +,C,强日光,一氯甲烷,CH,4,+ Cl,2,CH,3,Cl,+,HCl,h,或250,二氯甲烷,CH,3,Cl + Cl,2,CH,2,Cl,2,+,HCl,h,或250,三氯甲烷,CH,2,Cl,2,+ Cl,2,CHCl,3,+,HCl,h,或250,四氯化碳,CHCl,3,+ Cl,2,CCl,4,+,HCl,h,或250,其它烷烃的卤代,碳链较长的烷烃进展氯化时，可以取代不同的氢原子得到不同的氯化烃。,丙烷,1-氯丙烷,2-氯丙烷,CH,3,-CH,2,-CH,3,+ Cl,2,CH,3,CH,2,CH,2,Cl,+,CH,3,-CH-CH,3,Cl,h,25,43 %,57 %,氯代叔丁烷,氯代异丁烷,CH,3,-C-H + Cl,2,CH,3,-C-Cl,+,CH,3,-C-H,CH,3,CH,3,h,25,CH,3,CH,3,CH,3,CH,2,Cl,异丁烷,36 %,64 %,伯氢,叔氢,=,36 / 1,64 / 9,1,5,仲氢,伯氢,=,57 / 2,43 / 6,1,4,在室温下，,叔,、,仲,、,伯氢原子,被,氯原子,夺取的相对速率为,5 : 4 : 1,。,反应活性：,3,2,1,H,H,H,在溴代反应中，烷烃分子中的各种,H,的活性次序也是,3,2,1,，,但是它们的反应活性相差很大。,H,H,H,烷烃的溴代反响的选择性比氯代要好。,反应活性：,3,: 2 : 1 = 1600 : 82 : 1,H,H,H,丙烷,CH,3,-CH,2,-CH,3,+ Br,2,CH,3,CH,2,CH,2,Br,+,CH,3,-CH-CH,3,Br,h,127,3 %,97 %,CH,3,-C-H + Br,2,CH,3,-C-Br,+,CH,3,-C-H,CH,3,CH,3,h,127,CH,3,CH,3,CH,3,CH,2,Br,异丁烷,99 %,微量,游离能,1,mol,烷烃,被夺取,1个氢原子,后形成游离基说所,需要的能量。,三、游离基的稳定性,键离解能,（,KJ / mol,）,乙基游离基,丙基游离基,甲基游离基,异丙基游离基,叔丁基游离基,CH,3,-H CH,3,+ H 435.1,CH,3,CH,3,CH,2,CH,3,+ H 410,CH,3,CH,2,CH,3,CH,2,CH,2,CH,3,+ H 410,CH,3,CHCH,3,CH,3,CHCH,3,+ H 397.5,H,(CH,3,),3,C-H (CH,3,),3,C + H 380.7,形成各种类型的,游离基,所需的,能量,按如下次序降低：,CH,3,1,2,3,一般讲，越稳定的游离基越容易生成，其反响速率也越快，这是一个非常有用的通那么。可以认为，在许多有游离基生成的反响中，游离基的稳定性支配着反响的取向和活性。,形成,游离基,的,能量,越小，这种,游离基,越,稳定,，故,游离基的稳定性,次序为：,3,2,1,CH,3,R,R,R,游离基,的结构：,碳原子,为,SP,2,杂化，为,平面型,。,甲基游离基,（,CH,3,）,C H,H,H,一、烷烃的天然来源,烷烃的天然来源主要是,石油,和,天然气,。,1.,天然气,2.,石油,主要是,烃类的混合物,。从地下开采出来的石油,一般是深褐色液体，叫,原油,。,2-6 烷烃的来源,干性天然气,主要成分是,甲烷,。,湿性天然气,主要成分除,甲烷,外还含有,乙烷,、,丙烷,、,丁烷,等。,石油,经炼制可产生,汽油,、,煤油,、,柴油,等轻质燃料，以及,润滑油,、,石油沥青,等产品。,1. 武慈Wurtz 反响,利用卤代烷和金属钠以制得烷烃的反响称武慈反响。,范围：,X = Cl、Br、I,R =,一般要求为伯烃基,反响物R-X要一样，产物为碳链总长一倍的对称化合物。,如果烷基不一样的两种卤代烷，反响得到三种烷烃混合物。,二、烷烃的制备,CH,3,Cl + CH,3,CH,2,Cl,Na,CH,3,-CH,3,CH,3,CH,2,-CH,3,CH,3,CH,2,-CH,2,CH,3,2,CH,3,CH,2,CH,2,Br + Na CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,3,+ NaBr,R-X + R-X + 2Na R-R + 2NaX,二烷基铜锂,的制备,范围：,X = Cl、Br、I,R =,伯、仲、叔、乙烯型等烃基,R,/,=,一般为伯烃基,乙醚,二烷基铜锂,R,2,CuLi + R,/,X R-R,/,+ RCu + LiX,RX + Li RLi R,2,CuLi,烷基锂,CuI,乙醚,如：,试合成,CH,3,CH,2,-CH-CH,2,CH,2,CH,3,CH,3,2. 科瑞 (,Corey,) -,郝思 (,House,),反应,（,铜锂试剂合成法,）,3. 柯尔贝Koble电解法,将高浓度的羧酸钠或钾盐溶液进展电解而制得碳数增加一倍的烷烃。,4.,烯烃的氢化,在某些金属催化剂下，烯烃和氢反响可以生成烷烃。,正极,负极,2,R-COONa + 2H,2,O R-R + 2CO,2, + 2NaOH + H,2,电解,R-CH=CH,2,R-CH,2,-CH,3,H,2,/ Pt,该法较为适用,R,为,C,6,以上,的,烷烃,的制备。,甲烷,是,天然气,、,油田气,、,沼气,等的重要成分。埋藏在水底或地下的生物尸体，在腐烂和分解时所产生的气体都含有大量的,甲烷,。,天然气,是多种气体的,混合物,，主要是,甲烷,，占,80 90%,。其它的还有少量,乙烷,、,丙烷,、,丁烷,、,戊烷,等,甲烷的实验室制法：,CH,3,COONa + NaOH (CaO) CH,4, + Na,2,CO,3,碱石灰,三、甲烷,