饱和脂肪烃烷烃学习教案

会计学1饱和饱和(boh)脂肪烃烷烃脂肪烃烷烃第一页，共33页。1、定义：由碳和氢两种元素组成的饱和、定义：由碳和氢两种元素组成的饱和(boh)烃称为烷烃。烃称为烷烃。2、通式：、通式：CnH2n+23、同系列：在组成上相差一个或多个、同系列：在组成上相差一个或多个CH2，且结构和性质相似的一系列化合物称为同系列。，且结构和性质相似的一系列化合物称为同系列。4、同分异构体：分子式相同而结构式不同因而性质也不同的不同化合物称为、同分异构体：分子式相同而结构式不同因而性质也不同的不同化合物称为(chn wi)同分异构体，这种现象称为同分异构体，这种现象称为(chn wi)同分异构现象。同分异构分为构造异构和立体异构。同分异构现象。同分异构分为构造异构和立体异构。构造异构体：具有相同分子式构造异构体：具有相同分子式, , 分子中原子或基团分子中原子或基团(j tun)(j tun)因连接因连接顺序不同而产生的异构体。顺序不同而产生的异构体。由碳架不同引起的异构，称碳架异构。由碳架不同引起的异构，称碳架异构。( (属构造异构属构造异构) )一、同系列和同分异构一、同系列和同分异构第1页/共33页第二页，共33页。碳数碳数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20异构数异构数 1 1 1 2 3 5 9 18 35 75 4347 366,319例如例如(lr)：C7H16第2页/共33页第三页，共33页。5、碳原子和氢原子的类型、碳原子和氢原子的类型(lixng)与一个碳相连的碳称为与一个碳相连的碳称为(chn wi)一级碳，伯碳，一级碳，伯碳，1 C, 上面的氢为上面的氢为1 H;与两个碳相连的碳称为与两个碳相连的碳称为(chn wi)二级碳，仲碳，二级碳，仲碳，2 C, 上面的氢为上面的氢为2 H;与三个碳相连的碳称为与三个碳相连的碳称为(chn wi)三级碳，叔碳，三级碳，叔碳，3 C, 上面的氢为上面的氢为3 H;与四个碳相连的碳称为与四个碳相连的碳称为(chn wi)四级碳，季碳，四级碳，季碳，4 C。第3页/共33页第四页，共33页。第4页/共33页第五页，共33页。二、二、 烷烃的命名烷烃的命名(mng mng)1、 普通命名法普通命名法 根据分子中碳原子数目称为根据分子中碳原子数目称为“某烷某烷”，碳原子数十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊，碳原子数十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊癸表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，后面癸表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，后面(hu mian)加烷字。对于异构体，则冠以形容词加以区别，如：加烷字。对于异构体，则冠以形容词加以区别，如：第5页/共33页第六页，共33页。2、系统、系统(xtng)命名法（命名法（IUPAC命名法）命名法）烷基烷基(wn j)：烷烃分子中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烷基：烷烃分子中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烷基(wn j)。第6页/共33页第七页，共33页。系统命名法规则如下：系统命名法规则如下：（1）选择）选择(xunz)主链（母体）主链（母体）（a）选择）选择(xunz)含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。代基。（b） 分子中有两条以上等长碳链时，则选择分子中有两条以上等长碳链时，则选择(xunz)支链多的一条支链多的一条为主链。为主链。例如：例如：（2 2）碳原子的编号）碳原子的编号 (a) (a)从最接近取代从最接近取代(qdi)(qdi)基的一端开始，将主链碳原子用基的一端开始，将主链碳原子用1 1、2 2、33编号编号第7页/共33页第八页，共33页。(b) 从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简单从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简单(jindn)的一端开始编号。的一端开始编号。 (c) 若第一个支链的位置相同，则依次比较第二(d r)、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最低系列原则）为原则。第8页/共33页第九页，共33页。(3) (3) 烷烃名称的写出烷烃名称的写出(a) (a) 将支链（取代基）写在主链名称的前面将支链（取代基）写在主链名称的前面(b) (b) 取代基按取代基按“次序规则次序规则”小的基团优先列出小的基团优先列出(c) (c) 相同基团合并写出，位置用相同基团合并写出，位置用2 2，33标出标出, , 取代基数目用二，三取代基数目用二，三标出。标出。(d) (d) 表示位置的数字间要用逗号隔开表示位置的数字间要用逗号隔开( ki)( ki)，位次和取代基名称之间要用，位次和取代基名称之间要用“半字线半字线”隔开隔开( ki)( ki)。第9页/共33页第十页，共33页。1、 碳原子的四面体概念碳原子的四面体概念(ginin)（以甲烷为例）（以甲烷为例） 烷烃分子中碳原子为四面体构型。甲烷分子中，碳原子位于正四面体构的中心，四个氢原子在四面体的四个顶点烷烃分子中碳原子为四面体构型。甲烷分子中，碳原子位于正四面体构的中心，四个氢原子在四面体的四个顶点(dngdin)上，四个上，四个C-H键长都为键长都为0.109 nm，所以键角，所以键角 H-C-H都是都是109.5第10页/共33页第十一页，共33页。2 2、 碳原子的碳原子的SPSP3 3杂化杂化 杂化后形成四个能量相等杂化后形成四个能量相等(xingdng)的新轨道称为的新轨道称为SP3轨道，这种杂化方式称为轨道，这种杂化方式称为SP3杂化，每一个杂化，每一个SP3杂化轨道都含有杂化轨道都含有1/4 S成分和成分和3/4 P成分。成分。 四个四个SP3轨道对称的分布在碳原子的四周，对称轴之间的夹角为轨道对称的分布在碳原子的四周，对称轴之间的夹角为109.5，这样可使价电子尽可能彼此离得最远，这样可使价电子尽可能彼此离得最远,相互间的斥力最小，有利于成键。相互间的斥力最小，有利于成键。第11页/共33页第十二页，共33页。3、 其他其他(qt)烷烃的结构烷烃的结构 烷烃分子形成时，碳原子的烷烃分子形成时，碳原子的SP3轨道轨道(gudo)沿着对称轴的方向分别与碳的沿着对称轴的方向分别与碳的SP3轨道轨道(gudo)或氢的或氢的1S轨道轨道(gudo)相互重叠成相互重叠成键，因此也都有四面体的结构，但由于其他烷烃的碳原子上的四个基团并不完全相同，因此每个碳上的键角并不完全相等，但都接近于键，因此也都有四面体的结构，但由于其他烷烃的碳原子上的四个基团并不完全相同，因此每个碳上的键角并不完全相等，但都接近于109.5。 第12页/共33页第十三页，共33页。 4 4、烷烃分子表示、烷烃分子表示(biosh)(biosh)方法方法（1）结构简式）结构简式 C-H和和C-C单键单键(dn jin)可省略。可省略。（2）键线式键线式 端点端点(dun din)代表碳原子，不需写出每个碳原子上的氢原子，但除氢原子之外的其他原子必须写出。代表碳原子，不需写出每个碳原子上的氢原子，但除氢原子之外的其他原子必须写出。第13页/共33页第十四页，共33页。 构象：构造一定构象：构造一定(ydng)的分子，通过单键的旋转而引起的分的分子，通过单键的旋转而引起的分之中各原子在空间的不同排布称为构象。之中各原子在空间的不同排布称为构象。 构象异构体：由单键旋转而产生的异构体。单键旋转会产生无构象异构体：由单键旋转而产生的异构体。单键旋转会产生无数个构象，它们互为构象异构体。数个构象，它们互为构象异构体。 构象通常用伞形式（楔形式），锯架式（透视式）或纽曼构象通常用伞形式（楔形式），锯架式（透视式）或纽曼(Newman)投影投影(tuyng)式表示。式表示。第14页/共33页第十五页，共33页。第15页/共33页第十六页，共33页。重叠式与交叉式构象重叠式与交叉式构象(u xin)的能量分析的能量分析 氢原子半径：氢原子半径：gH = 1.2 A。 交叉式构象为乙烷交叉式构象为乙烷(y wn)的优势构象；原因：原子间的斥力小，能量最低。的优势构象；原因：原子间的斥力小，能量最低。第16页/共33页第十七页，共33页。乙烷不同乙烷不同(b tn)构象的能量曲线图构象的能量曲线图a. 转动转动(zhun dng)能：能：12.1kJ/mol，每对重叠氢，每对重叠氢H-C-C-H重叠张力重叠张力(扭扭转张力转张力)：4.0kJ/mol。b. 室温下，构象室温下，构象(u xin)异构体处于快速转化的动态平衡中，某一构异构体处于快速转化的动态平衡中，某一构象象(u xin)停留时间极短停留时间极短( 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 完完全重叠式全重叠式 室温下，正丁烷构象异构体处于快速转化的动态平衡中，不能分离室温下，正丁烷构象异构体处于快速转化的动态平衡中，不能分离(fnl)。最稳定的对位交叉构象是优势构象。最稳定的对位交叉构象是优势构象。 衍生物衍生物 对位交叉的比例对位交叉的比例%ClCH2CH2Cl 70BrCH2CH2Br 8491PhCH2CH2Ph 90一般情况下是：一般情况下是：对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式第20页/共33页第二十一页，共33页。1、状态、状态 在室温（在室温（25 oC）和）和0.1Mp下，下，C1-C4直链烃为气体，直链烃为气体，C5-C17直链烃为液体，十八个碳原子以上直链烃为固体。直链烃为液体，十八个碳原子以上直链烃为固体。2、沸点、沸点(bp) 烷烃分子同系物中，随碳原子数的增加，其沸点也相应烷烃分子同系物中，随碳原子数的增加，其沸点也相应升高。在分子式相同升高。在分子式相同(xin tn)的构造异构体中，支链越多的构造异构体中，支链越多，分子间距越大，其沸点越低。，分子间距越大，其沸点越低。第21页/共33页第二十二页，共33页。3、熔点、熔点(mp) 烷烃分子同系物中，随碳原子数的增加，其熔点也曲线升烷烃分子同系物中，随碳原子数的增加，其熔点也曲线升高。偶数碳原子直链烷烃熔点大于相邻的两个高。偶数碳原子直链烷烃熔点大于相邻的两个(lin )奇数碳奇数碳原子烷烃，在分子式相同的构造异构体中，对称性越好，分子原子烷烃，在分子式相同的构造异构体中，对称性越好，分子在晶格中的排列越紧密，其熔点越高。在晶格中的排列越紧密，其熔点越高。第22页/共33页第二十三页，共33页。4、相对密度、相对密度 烷烃分子同系物中，随碳原子数的增加，状态烷烃分子同系物中，随碳原子数的增加，状态(zhungti)趋趋于固态，相对密度趋于于固态，相对密度趋于0.8。5、溶解度、溶解度 非极性，难溶于水，易溶于非极性，难溶于水，易溶于CCl4等非极性或弱极性有机溶剂。等非极性或弱极性有机溶剂。第23页/共33页第二十四页，共33页。 烷烃（特别是正烷烃）的化学性质稳定。在常温常压下，与烷烃（特别是正烷烃）的化学性质稳定。在常温常压下，与大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂等都不起反应，大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂等都不起反应，或反应速度极慢。或反应速度极慢。 原因：（原因：（1） 其共价键都为其共价键都为键，键能大；（键，键能大；（2）分子中的共）分子中的共价键不易极化（电负性差别小价键不易极化（电负性差别小C2.5， H2.2）。但稳定性是相对）。但稳定性是相对的、有条件的，在一定的、有条件的，在一定(ydng)条件下（如高温、高压、光照、条件下（如高温、高压、光照、催化剂），烷烃也能起一些化学反应。催化剂），烷烃也能起一些化学反应。1、氧化、氧化(ynghu)反应反应a.完全燃烧完全燃烧第24页/共33页第二十五页，共33页。b. 不完全不完全(wnqun)燃烧燃烧 烷烃的不完全燃烧会产生烷烃的不完全燃烧会产生(chnshng)有毒的有毒的CO和黑烟和黑烟C，是汽车尾气所造成的空气污染之一。，是汽车尾气所造成的空气污染之一。c. 部分部分(b fen)氧化氧化 在一定条件下，烷烃也可以只氧化为一定的含氧化合物，如在在一定条件下，烷烃也可以只氧化为一定的含氧化合物，如在KMnO4，MnO2等催化下，利用空气或氧气氧化高级烷烃，可得高级脂等催化下，利用空气或氧气氧化高级烷烃，可得高级脂肪酸。肪酸。2、异构化反应、异构化反应由一个化合物转化为其异构体的反应称为异构化反应。如：由一个化合物转化为其异构体的反应称为异构化反应。如：第25页/共33页第二十六页，共33页。3、取代、取代(qdi)反应反应烷烃的氢原子被卤素取代生成卤代烃的反应称为卤代反应。烷烃的氢原子被卤素取代生成卤代烃的反应称为卤代反应。卤素的相对反应活性：卤素的相对反应活性： 氟氟 氯氯 溴溴 碘。碘。卤代反应通常是指氯代或溴代，因为卤代反应通常是指氯代或溴代，因为(yn wi)氟代反应通常非常剧烈（爆炸性反应氟代反应通常非常剧烈（爆炸性反应），碘代反应很难直接发生。），碘代反应很难直接发生。（1）甲烷）甲烷(ji wn)的氯代反应的氯代反应第26页/共33页第二十七页，共33页。 甲烷的卤代反应较难停留在一元阶段，氯甲烷还会继续发生氯化反应甲烷的卤代反应较难停留在一元阶段，氯甲烷还会继续发生氯化反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。 若控制一定的反应条件和原料的用量比，可得其中一种氯代烷为主要若控制一定的反应条件和原料的用量比，可得其中一种氯代烷为主要的产物的产物(chnw)。比如。比如 甲烷甲烷 ：氯气：氯气 = 10 ：1 （400450 时）时）CH3Cl占占98%；甲烷；甲烷 ：氯气：氯气 = 1 ：4 （400 时）主要为时）主要为CCl4。第27页/共33页第二十八页，共33页。CH3CH3CCH3CH3CHCH3CH3CH2CH3 烷烃分子烷烃分子(fnz)中处于不同状态的氢原子中处于不同状态的氢原子(伯、仲、叔氢伯、仲、叔氢)，在，在发生卤代反应时发生卤代反应时,其反应活性并不一致。因其其反应活性并不一致。因其C-H键发生均裂所需键发生均裂所需能量能量(键的离解能键的离解能)不同。根据实验测定不同氢原子的反应活性如不同。根据实验测定不同氢原子的反应活性如下：叔氢原子下：叔氢原子仲氢原子仲氢原子伯氢原子伯氢原子 各氢原子的反应活性与反应的中间产物碳自由基稳定各氢原子的反应活性与反应的中间产物碳自由基稳定性有关。自由基越稳定则在反应中越易形成，因此性有关。自由基越稳定则在反应中越易形成，因此(ync)，反应速度越快。碳自由基的稳定性如下：，反应速度越快。碳自由基的稳定性如下：第28页/共33页第二十九页，共33页。 正丙烷分子中，有六个等价伯氢，两个等价仲氢，若氢的活性一样，正丙烷分子中，有六个等价伯氢，两个等价仲氢，若氢的活性一样，则两种一氯代烃的产率，理论则两种一氯代烃的产率，理论(lln)上为：上为：6 ：2 = 3 ：1；但实际上为：；但实际上为： 43 ：57 = 1 ：1.33 这说明在室温氯代时，各类氢的反应活性是不一样的。这说明在室温氯代时，各类氢的反应活性是不一样的。氢的相对活性氢的相对活性 = 产物的数量被取代的等价氢的个数。这样可知：产物的数量被取代的等价氢的个数。这样可知： 即仲氢与伯氢的相对即仲氢与伯氢的相对(xingdu)活性为活性为4 ：1。第29页/共33页第三十页，共33页。再看异丁烷一氯代时的情况再看异丁烷一氯代时的情况(qngkung)：同上分析同上分析(fnx)，可求得叔氢的相对反应活性：，可求得叔氢的相对反应活性： 即叔氢的反应即叔氢的反应(fnyng)活性为伯氢的活性为伯氢的5倍。倍。故室温时三种氢的相对活性为：故室温时三种氢的相对活性为：3H ：2H ：1H = 5 ：4 ：1第30页/共33页第三十一页，共33页。（3）烷烃与其他卤素）烷烃与其他卤素(l s)的取代反应的取代反应溴带反应时（光照溴带反应时（光照(gungzho)，127），三种氢的相对活性为：），三种氢的相对活性为：3H ：2H ：1H = 1600 ：82 ：1故溴代反应的选择性好，在有机合成故溴代反应的选择性好，在有机合成(yuj hchng)中比氯带更有用。中比氯带更有用。第31页/共33页第三十二页，共33页。5、裂化、裂化(li hu)和裂解和裂解 裂化裂化隔绝空气加压隔绝空气加压(P=5MPa)，加热，加热(500700)，断裂成小分子，断裂成小分子 催化裂化催化裂化在催化剂存在在催化剂存在(cnzi)下的裂化，温度较低下的裂化，温度较低(400500)，常压。，常压。 催化剂：硅酸铝催化剂：硅酸铝(SiO2Al2O3)等。等。第32页/共33页第三十三页，共33页。