大学无机化学第二章饱和烃

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,*,*,烃：,碳氢化合物,仅含,C,、,H;,烃的衍生物：烃分子中氢被其它原子或基团所取代。,烃,开链烃,（脂肪烃）,环状烃,饱和烃,(,烷烃,),不饱和烃,脂环烃,芳香烃,烯烃,炔烃,二烯烃,环烷烃,环烯烃,单环芳烃,稠环芳烃,烷烃：开链的饱和烃。,环烷烃：闭链的饱和烃。,第二章 饱和烃,:,烷烃,第一节,直链烷烃的同系物、同分异构现象和命名,1,烷烃的通式和同系列,CH,4,C,2,H,6,C,3,H,8,C,4,H,10,C,5,H,12,烷烃的通式 ：,C,n,H,2n+2,同系物之间联系：,同系物之间物理性质呈现规律性变化，化学性质相似。,有机化学学习中重要的规律之一！,同系列：,通式一样，构造、性质相似，组成上相差一个或多个CH2 的一系列化合物统称为同系列；,系列差 ：CH2；,同系物：,同系列中的化合物互为同系物。,同分异构现象：分子式一样而构造式不同的现象。,同分异构体：分子式一样而构造式不同的化合物。,C,2,H,6,O,乙醇（,b.p.=78.3,）,甲醚（,b.p.=-23.6,）,2,、同分异构现象和同分异构体,同分异构体：构造异构体。,本 质：由于分子构造中原子的连接次序不同。,CH,4,：,CH,4,C,2,H,6,：,CH,3,CH,3,C,3,H,8,：,CH,3,CH,2,CH,3,C,6,H,14,：,碳链异构,C,4,H,10,：,CH,3,CH,2,CH,2,CH,3,C,5,H,12,：,有机分子碳原子增加，同分异构体数目急剧增加。,烷烃的同分异构现象：,水螅毒素,C,H,3,C,H,2,C,H,C,H,3,C,H,3,C,C,H,3,C,H,3,C,H,3,C,H,3,1,。,1,。,1,。,2,。,3,。,4,。,1,。,3,、烷烃中碳原子和氢原子的类型,伯碳原子，第一碳原子：,1,。,伯氢原子，第一氢原子,仲碳原子，第二碳原子：,2,。,仲氢原子，第二氢原子,叔碳原子，第三碳原子：,3,。,叔氢原子，第三氢原子,季碳原子，第四碳原子：,4,。,正戊烷,异戊烷,新戊烷,4,烷烃的命名,3.1.1 根据烷烃中碳原子的数目称为 “某烷。,甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十、十一、十二烷,有机化合物命名：有机化学最根本知识；,4.1、烷烃普通命名法习惯命名法,普通命名法和系统命名法。,适用：,构造简单有机化合物。,例：,C,5,H,12,戊烷,C,15,H,32,十五烷。,3.1.2 分异构体:用“正、异、新等区别。,4.2、系统命名法IUPAC命名法,适用：所有有机化合物。,戊烷,1选择主链找母体：最长、支链最多的碳链。根据主链碳原子数称 “某烷。其中1-10个碳原子称为甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸烷，十一个碳原子以上称为“十一、十二烷。,2编号：从最靠近支链的一端开场。使取代基位次最小。,3命名：先写取代基(标出取代基的位置)，再写某烷。,2-,甲基戊烷,。,5 4 3 2 1,1 2 3 4 5,4.2.1 系统命名法规那么：选择主链找母体、编号、命名。,2,，,2,，,4-,三甲基戊烷,2,4,7-,三甲基辛烷,1 2 3 4 5 6 7 8,2,5,7-,三甲基辛烷：错误,2,，,3,，,5-,三甲基,-4-,丙基庚烷,1 2 3 4 5 6 7,3-,甲基,-5-,乙基庚烷,5-,甲基,-3-,乙基庚烷：错误,为什么甲基放在乙基前？,烷基,通式：,C,n,H,2n+1,，,R-,。,CH,3,-,甲基,C,2,H,5,-,乙基,CH,3,CH,2,CH,2,-,丙基。,异丙基,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,-,丁基,仲丁基,异丁基,叔丁基,新戊基,4.2.2 取代基及其次序规那么：,1取代烷基：,烷烃有机分子中除去一个氢原子剩余局部，通常用R-表示。,A.把与主链碳直接相连的原子按原子序数大小排列，原子序数大的优先基团大基团。,例：-I-Br -Cl -CH3 -H,B. 如果直接相连的原子一样，那么比较第二个原子，依次类推。,例：-CH(CH3)2 -CH2CH2CH3 -CH2CH3 -CH3,2取代基“优先基团顺序大小顺序：,在有机化合物中取代原子或取代基团的排列次序。,取代基次序规那么优先次序：,有机化合物命名时简单基团小基团在前，“优先基团大基团在后 。-中文命名规那么。,-C(CH,3,),3,:,优先基团顺序：,-C(CH,3,),3, -CH=CH,2,-CH(CH,3,),2,C. 双键和叁键分别作为两个和三个单键处理。,例：比较大小: -C(CH3)3 、-CH=CH2 、 -CH(CH3)2,-CH(CH,3,),2,:,-CH=CH,2,:,CAS编号：,物质数字识别号码 ，美国化学会的下设组织化学文摘社Chemical Abstracts Service，简称CAS。该社负责为每一种出现在文献中的物质分配一个数字组合-CAS编号登录号。,4.3 CAS编号登录号,H,2,O,：,7732-18-5,，,阿司匹林：,50-78-2,厄贝沙坦,CAS,号：,138402-11-6,CAS,已经登记了,62,164,509,种物质，并且还以每天,4,000,余种的速度增加。,这是为了防止化学物质有多种名称的麻烦，使数据库的检索更为方便。 其缩写CAS在生物、化学上便成为物质唯一识别码的代称，相当于每一种化学物质都拥有了自己的“学号。如今的化学数据库普遍都可以用CAS编号检索。,第二节 烷烃的构造和构象,构造构造：,分子中各原子的连接顺序和连接方式。,C,H,H,H,H,甲烷的正四面体结构,正四面体结构,C-H,键长：,109pm,H-C-H,键角：,109.5,1,、烷烃的构造、,sp,3,杂化、,键,1.1 烷烃的构型：,具有一定构造的分子中各原子在空间的排列情况，即分子的立体构造。,甲烷：,CH,4,C:1S,2,2S,2,2P,2,2p,2 s,激发,2p,2s,sp,3,杂化,sp,3,基态,激发态,每个,sp,3,杂化轨道具有,1/4s,成分和,3/4p,成分。,杂化：不同类型的轨道相互作用而形成新轨道的过程。,1.2,、烷烃中碳原子的杂化：,C-H ,键,葫芦形,1.3、C H间甲烷成键： 键,C-H,键,(SP,3,-S),1.4、乙烷构造CH3-CH3: C C键,C-C ,键,C-C,键,(SP,3,-SP,3,),不同,键电子云模型图：, 电子云延成键轨道的轴方向重叠交盖，重叠度最大；,C-H ,键,(SP,3,-S),-,+,C-C ,键,(SP,3,-SP,3,),1.5 ,键特点：, 成键 电子云密集成键原子之间，呈现轴对称。, 对于,单,单键，可以自由旋转。,键能较大，不易断裂，化学反响活性低。,2、烷烃的构造和模型：,键线式,2.1成锯齿型构造,球棒模型,凯库勒,(Kekl),模型,2.2,、有机分子模型：,比例模型,斯陶特,(Stuart),模型,正己烷分子模型,3,、烷烃的构象,构象：,同一构型的化合物，由于单键的旋转而产生分子中原子在空间不同的排列形式，称为构象。,是有机化合物最重要立体构造之一！,3.1,、构象定义,楔型式,纽曼,(Newman),投影式,3.2、构象构造的表示：,近端,C,原子,远端,C,原子,3.3,乙烷的构象,穿插式,透视式,纽曼投影式,重叠式,无数种,中间形式构象,乙烷的两种典型构象,3.4、不同构象间重叠式、穿插式构象比较：,穿插式构象因两个碳原子上的氢原子距离最大，其排斥力较小，分子内能最低，因而较稳定，为优势构象。,重叠式,交叉式,3.5,、乙烷分子的能量曲线,穿插式最稳定为优势构象,3.6,、正丁烷的构象和势能关系图,乙烷的构象,H-,CH,2,-CH,2,-H CH,3,-,CH,2,-CH,2,-CH,3,1,对位交叉,2,部分重叠,3,邻位交叉,4,全重叠,5,邻位交叉,6,部分重叠,7,对位交叉,正丁烷的构象：,能量,旋转角,4 全重叠,2，6 局部重叠,3，5 邻位穿插,1=7 对位穿插,2, 4, 6 是不稳定构象，,1, 3, 5, 7 是稳定构象。,1=7 是优势构象能量最低的稳定构象称为优势构象,沿,C,2,-C,3,键轴旋转的转动能垒,22.6 kJmol,-1,、正丁烷的构象和势能关系图,几个概念比较：,构造和构型是固定的，而构象一般是瞬间的。构型的变化须破坏化学键，而构象的变化那么不会发生键的断裂。,3构象conformation：一定构型的分子中，由于单键的旋转而导致原子和基团在空间的不同排布。,2构型configuration：具有确定构造的分子中，原子和基团在空间的排布；-分子的立体构造。,1构造constitution：分子中原子间的连接方式和次序；,构型和构象是反响有机分子立体构造。,有机化合物的物理性质包括：,化合物的状态、熔点、沸点、密度、折光率、偶极矩、晶型和溶解度性等称为物理常数。-同系物之间物理性质呈现规律性变化，与有机分子之间作用严密相关。,烷烃为非极性分子，偶极距为,0,，分子间作用力是色散力，随分子量的增大而增大，随分子间距离的增大而迅速减小。,烷烃同系列中，,m.p,，,b.p,，,d,都随分子量增加而增加，即随碳数增加而增加。,第三节,烷烃的物理和化学性质,1,、烷烃的物理性质,1.1 物质状态25，一个大气压下,C1C4烷烃：气体 C5C16正烷烃：液体 C17以上：固体,1.2,密度,直链烷烃的密度随分子量的增加而增大，最后趋向于最大值,0.78,。,1.3,溶解度,烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有机溶剂。如苯、 氯仿、四氯化碳、其它烷烃。,1.4,沸点,正烷烃的沸点随着分子量的增加而增高。,烷烃异构体中，支链愈多，沸点愈低。,b.p( ),：,36.1 28 9.5,m.p(),：,-129.7 -159.9 -16.6,正 烷 烃 的 沸 点 曲 线,碳 原 子 数 目,沸点（）,正 烷 烃 的 熔 点 曲 线,碳 原 子 数 目,熔点（）,1.5 熔点,正烷烃的熔点随着分子量的增加而增高。,分子构造的对称性越大，熔点也越高。,A: 稳定：,对强酸，强碱，强氧化剂，强复原剂都不发生反响。,总体特点：,烷烃分子构造中只有C-C和C-H间键。,2,烷烃的化学性质,B：烷烃的多数反响都是通过自由基机理进展的。,2.1 卤代反响,CH,4,: Cl,2,= 10 : 1,温度：,400,450,主要产物：一氯甲烷,CH,4,: Cl,2,= 0.263 : 1,温度：,400,主要产物：四氯化碳,CH,4,+ Cl,2,CH,3,Cl + HCl,光,CH,3,Cl + Cl,2,CH,2,Cl,2,+ HCl,光,CH,2,Cl,2,+ Cl,2,CHCl,3,+ HCl,光,CHCl,3,+ Cl,2,CCl,4,+ HCl,光,2.1.1、卤素反响,烷烃分子中的氢原子被其他原子或基团所取代的反响。,卤代反响：被卤素取代的反响。也称卤化反响。,2.1.2 烷烃的卤代反响机理历程：,以CH4 Cl2反响为例,有机反响机理中包括反响过程中有机分子键的断裂和形成、有机分子间电子转移 、分子几何形状变化等，与反响中间体的能量变化。,CH,4,+,Cl,2,CH,3,Cl + HCl,有机反响机理：,从反响物到产物所经历的途径的详细描述，是对化学反响过程中化学键变化的逐步描述。又称为反响历程或反响机制。Reaction Mechanism。,有机反响机理是有机化学学习和研究最重要内容！,C1 + Cl C1,2,CH,3,+ CH,3, CH,3,CH,3,CH,3,+ C1 CH,3,C1,（,3,）链终止,C1 + CH,4, CH,3,+ HCl,(,决定反应速率,),CH,3,+ Cl,2, CH,3,C1 + Cl,C1 + CH,3,Cl CH,2,C1 + HCl,CH,2,C1 + C1,2, CH,2,C1,2,+ Cl,（,2,）链增长,（,1,）链引发,Cl,：,Cl 2Cl,h,(250400,自由基反响机理：链引发、链增长和链终止。,CH,4,+,Cl,2,CH,3,Cl + HCl,分为三个步骤：,Cl + H,CH,3,CH,3,Cl + Cl,能量变化,甲烷氯代反响过程的能量变化,任何化学反响过程都伴随着反响体系能量变化！,C1 + CH4 CH3 + HCl (决定反响速率),活化能,2.1.3、卤代反响取代的位置与自由基的稳定性：,仲氢：伯氢,=57/2,：,43/6=4,：,1,叔氢：伯氢,=36/1,：,64/9=5,：,1,叔氢：仲氢：伯氢,=5,：,4,：,1,氢的相对活性,:,叔氢仲氢伯氢,43%,57%,Cl,2,光，,25,36%,64%,Cl,2,光，,25,用自由基游离基)的稳定性来解释：,自由基碳原子连接的取代基越多越稳定,36%,64%,Cl,2,光，,25,叔氢：伯氢,=36/1,：,64/9=5,：,1,2.2.1,燃烧,完全氧化,C,n,H,2n+2,+ O,2,CO,2,+ H,2,O +,热量,燃 烧,R,CH,3,R,CH,2,OH + R,CHO + R,COOH,锰盐，,O,2,部分氧化,MnO,2,，,O,2,110,+,2.2 烷烃的氧化和燃烧反响,地球上现代社会运行的动力根底之一；,地球温室效应重要原因之一。,2.2. 2 局部氧化,工业上常用高级烷烃通过氧化反响来制备高级脂肪醇和脂肪酸。,在高温4001000及无氧条件下使烷烃分子发生键断裂的反响叫裂化反响。-现代石油化工的根底反响之一。,500,2,3MPa,C,16,H,34,C,8,H,18,+ C,8,H,16,C,8,H,18,C,4,H,10,+ C,4,H,8,裂 化,脱氢,CH,4,+ C,3,H,6,C,4,H,10,C,2,H,6,+ C,2,H,4,C,4,H,8,+ H,2,500,2.2.3 裂化反响,根底高分子材料原料来源。,热裂化：在5MPa，500600进展的裂化反响。,催化裂化：在450500、常压及催化剂存在下进展的裂化。,石油工业利用裂化反响来提高汽油C6C9的产量和质量。,(原油分馏只能得到10-20%的汽油,且质量不好),裂解：石油馏分在700以上进展的深度裂化。,目的：获取根本化工原料。如：乙烯、丙烯、丁烯、,丁二烯、乙炔等。,有机分子中参加氧或脱去氢，氧化。,有机分子中参加氢或脱去氧，复原。,有机分子中参加N、X等，氧化；反之，复原。,烷烃醇醛酮 羧酸：氧化,烷烃烯烃：氧化,烷烃卤代烃：氧化,2.4 有机反响中氧化、复原的概念,存在于地下岩石储集层中以烃类为主的混合气体的统称。,干气：甲烷：8699%体积,常温加压不易液化。,湿气：甲烷4060%，乙烷、丙烷、丁烷等及少量H2S、,N2、He等气体。,常温加压可局部液化。,第四节,天然气和石油,烷烃的天然来源,1,天然气：,页岩气和可燃冰主要成分均为甲烷。,存在于地下的一种液态、气态或固态的复杂烃类化合物，主要是烷烃，也有芳香烃和环烷烃。,石油是由古地质年代有机物质主要是单细胞植物，如蓝-绿海藻类；单细胞动物，如有孔虫类沉积后，经过长期物理、化学变化而生成。,原油是一种深褐色或暗绿色液体。,C,：,83,87%,；,H,：,11,14%,；,O,、,S,、,N,：,6,7%,。,2,、石油,石油各馏分的组成和用途,状态,名称,主要成分,分馏温度,(),用途,气态,石油气,C,1,4,20,燃料，化工原料,液,态,石油醚,C,5,6,20,60,溶剂，化工原料,C,6,7,60,90,C,7,8,90,120,汽油,C,5,12,40,200,溶剂，燃料,煤油,C,11,16,170,270,燃料，工业洗涤剂,柴油,C,15,18,250,400,柴油机燃料,润滑油,C,16,20,300,润滑机器，防锈,固,态,凡士林,C,18,22,350,370,防锈，药物软膏,石蜡,C,25,34,400,蜡烛，蜡纸,沥青,C,30,40,400,铺路，绝缘材料,第二章课程作业,课本,P27-29,：,第,2.1,、,2.2,、,2.5,、,2.6,、,2.9,、,2.11,、,2.13,和,2.15,。,