第二章烷烃-有机化学课件

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,*,有 机 化 学,(Organic chemistry),第二章,饱和脂肪烃（烷烃）,Alkanes,本章提要,2.1,烷烃的同系列及同分异构现象（,B,）,2.2,烷烃的命名法（,A,）,2.3,烷烃的构型（,B,）,2.4,己烷和丁烷的构象（,B,）,2.5,化学性质（,A,）,2.6,取代反应历程（,B,）,本章重点,1,、烷烃的系统命名法,2,、烷烃的化学性质,本章难点,1,、烷烃的卤代反应机理,烃：由碳和氢两种元素形成的有机物叫做烃，也叫 碳氢化合物。,(hydrocarbon),2.1,烷烃的同系列和同分异构,烷烃：开链的饱和烃，分子中碳原子以单键相连，其余的价键都与氢结合而成的化合物。,烃,开链烃,(aliphatic hydrocarbon),环 烃,(cyclic,hydrocarbon),饱和烃,(saturated hydrocarbon,)烷烃,(alkane),不饱和烃,(unsaturated hydrocarbon),脂环烃(,cycloalkane,),芳香烃,(aromatic hydrocarbon),2.1.2,同分异构,(isomerism),（碳架异构,constitutional isomerism,）,正戊烷,(normal pentane),异戊烷,(isopentane),新戊烷,(neopentane),构造异构体：分子式相同而构造不同的异构体。,烷烃同分异构体的推导：,(1) 写出这个烷烃的最长直链式,(2) 写出少一个碳原子的直链式做主链,把一个碳当作支链,依次取代支链碳上的氢。,(3),再写出少了两个碳原子的直链式，把两个原子当作,两个支链或一个支链分别取代氢原子。,2.1.3,伯仲叔季碳原子,伯碳原子：只连有一个碳的碳原子,(primary 1),仲碳原子：连有两个碳的碳原子,(secondary, 2),叔碳原子：连有三个碳的碳原子,(tertiary, 3),季碳原子：连有四个碳的碳原子,(quaternary, 4),伯、仲、叔氢原子：与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子。亦称,1 23,氢原子。,2.2,命名,(naming),2.2.1,普通命名法,十个碳以下的数目：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸（烷）,十个碳以上的数目：十一、十二、十三,2.2.2,烷基,(alkyl group),：,烷烃分子从形式上消除一个氢原子而剩下的基团。,甲烷,Methane,甲基,Methyl;,乙烷,Ethane,乙基,Ethyl,丙烷,Propane,丙基,Propyl,丁烷,Butane,丁基,butyl,戊烷,Pentane,戊基,Pentyl,己烷,Hexane,己基,Hexyl,庚烷,Heptane,庚基,Heptyl,辛烷,Octane,辛基,Octyl,壬烷,Nonane,壬基,Nonyl,癸烷,Decane,癸基,decyl,2.2.3 系统命名法（IUPAC ）,直链烷烃：与普通命名法相同，把“正” 字去掉。,支链烷烃：按如下步骤,1 2 3 4 5 6,2,3,3,-三甲基己烷,2.2.4,次序规则,次序规则的主要内容,原子序数大的次序大，原子序数小的次序小，同位素中质量高的次序大。同位素中，质量高的，顺序大。,I,Br,Cl,S,P,F,O,N,C,D,H,如果与母体相连的第一个原子相同，则比较与第一个原子相连的第二个原子，以此类推。,含有双键或叁键的原子团，可以认为连有两个或叁个相同的原子。,顺序较大的基团称较优基团,2.3,烷烃的构型,2.3.1,碳原子的四面体概念及分子模型,甲烷的构造式：,(平面投影式),甲烷的正四面体构型式：,楔形透视式 Kekule模型,2.3.2,碳原子的,Sp,3,杂化（hybrid）,每一个杂化轨道含有, s,成分，, p,成分。空间取向指向正四面体的顶点，各对称轴之间的夹角为,109.5,。,2s,轨道,2p,轨道,sp,3,轨道,基态时 C：1S,2,2S,2,2P,x,1,2P,y,1,2P,z,0,四个C-H,键,六个,C-H键,一个C-C键,Sp,3,- Sp,3,键,2.3.3 烷烃分子的形成,2.3.3,烷烃分子的形成,甲烷分子中原子轨道重叠：4个C-H,键 (SP,3,-S),乙烷分子中原子轨道重叠：,6,个,C-H,键,(SP,3,-S),1,个,C-C,键,(SP,3,- SP,3,),键,：成键原子的电子云,是沿着,它的,对称轴方向重叠，这种键的电子云分布具有圆柱形的轴对称，以,键相连接的两个原子可以,围绕键轴自由旋转,。,烷烃分子立体形状表示方法：,实线-键在纸平面上; 楔线-键在纸平面前;,虚线-键在纸平面后。,重,叠,式,楔形式 锯架式 纽曼式,交,叉,式,楔形式 锯架式 纽曼式,介于重叠式与交叉式之间的无数构象称为扭曲式构象。, 室温下，构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，不能分离。,2.4.2,丁烷的构象,2.5,物理性质,烷烃的物理性质,(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：,每增加一个CH,2,，b.p的升高,随分子量的增加而增加,。例：,CH,4,b.p -162C C,2,H,6,b.p -88C,C,14,H,30,b.p251C C,15,H,32,b.p268C,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- C,5,H,12,(b.p 36C) i- C,5,H,12,(b.p 28C),新- C,5,H,12,:( b.p 9.5C),原因：支链多的烷烃体积松散，分子间距离大，色散力小。,(2) 熔点,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.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。,原因：,烷烃在结晶状态时，碳原子排列很有规律，碳链为锯齿形：,分子间距离紧凑，分子间力大，晶格能高,分子间距离松散，分子间力小，晶格能低,(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。,(4) 溶解度,不溶于水，易溶于有机溶剂如CCl,4,、(C,2,H5),2,O、C,2,H,5,OH等。,原因：“相似相溶”，烷烃极性小。,2.6 烷烃的化学性质,烷烃中的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+C,2,H,5,OH)、强氧化剂(KMnO,4,、K,2,Cr,2,O,7,)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占有重要的地位。,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。,有机反应的机理 mechanism,2.6,化学性质,2.6.1,氯代反应,一氯甲烷 二氯甲烷,三氯甲烷 四氯化碳,爆炸：,2.6.2,氧化反应,C10-C20 的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂,燃烧: (放出热能),爆炸: C,1,C,6,的烷烃蒸汽与空气混合至一定比例遇明,火爆炸，甲烷的爆炸极限为5.53%14%。,甲烷氯代反应的实验事实：,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、过氧化物所催化，一般在气相或非极性溶剂中进行。,例如：烷烃的氧化和裂化都是自由基反应。,2.7 卤代反应机理,2.7.1 甲烷的卤代反应历程,整个反应经历三个阶段：链引发、链增长、链终止。此自由基反应也称链锁反应或链反应。,Initiation, Propagation, Termination,链引发 (1),2.7 卤代反应机理,2.7.1 甲烷的卤代反应历程,链增长,链终止,2.7.2,卤素对甲烷的相对反应活性,F,2,Cl,2,Br,2,I,2,F,2,： 常温、黑暗，反应剧烈并放出大量热。(无价值),Cl,2,：紫外光、日光或高温，较快。,Br,2,：紫外光、日光或高温，较慢，尽量取代叔氢原子,仲氢原子。(在合成中更有用),I,2,： 通常不反应。,2.7.3,伯、仲、叔氢原子的反应活性,(1) 丙烷,(6个1H 2个2 H ),理论 实际,1H取代产物2H取代产物 3 1 11,(2) 异丁烷,( 9个1H 1个3 H ),理论 实际,1H取代产物3H取代产物 9 1 21,取代反应速度：叔氢仲氢伯氢,3H 2H 1H,键离解能kJmol,-1,甲烷 CH,3,H 435,伯氢 CH,3,CH,2,CH,2,H 410,仲氢 (CH,3,),2,CHH 395,叔氢 (CH3)3CH 380,2.7.4,自由基的稳定性,形成自由基的能量,:CH,3,1R,2R,3R,自由基的稳定性,: 3R,2R,1R,CH,3,(CH,3,),3,C,(CH,3,),2,CH,CH,3,CH,2,CH,3,取代反应速度：,3H,2H,1H,过渡态的特点:,（1）能量高。,（2）极不稳定，不能分离得到。,（3）旧键未完全断开，新键未完全形成。,任何一个化学反应都要经过一个过渡态才能完成。,=,2.7.5,过渡态理论 (trasition state),甲烷氯代反应势能图,本章重点,1,、烷烃的命名,2,、烷烃的化学性质,3,、烷烃的卤代反应机理,作业：课后习题 2.3 2.8 2.9 2.13 2.16,