有机化学课件饱和烃.ppt

第二章饱和烃 烷烃 Alkanes 第二章烷烃2 1烷烃的通式和构造异构2 1 1烷烃的通式烷烃的通式为 CnH2n 22 1 2同系列和系差同系列 烷烃中具有同一个通式 结构相似 化学性质相似 物理性质随着碳原子数的增加而有规律地变化的化合物 称为同系列 同系物 同系列中的化合物互称为同系物 系差 同系列中相邻两个化合物在组成上的差别 烷烃系差为CH2 2 1 3烷烃的同分异构从丁烷开始 正丁烷CH3CH2CH2CH3异丁烷CH3CH CH3 2同分异构体的推导 写出最长链 写出少一个碳原子的直链 把一个碳当支链 找出可能的异构体 写出少二个碳原子的直链 把二个碳当两个支链 或一个支链 找出可能的异构体 同分异构 分子式相同 结构不同 是不同的化合物 构造异构 分子式相同 分子内原子原子间相互连接的顺序不同 即分子的构造不同 碳架异构 分子式相同 碳的骨架不同 2 2烷烃的命名2 2 1伯 仲 叔和季碳原子伯碳原子 一级碳原子 1 与一个碳原子 三个氢原子 相连的碳原子 仲碳原子 二级碳原子 2 与二个碳原子 二个氢原子 相连的碳原子叔碳原子 三级碳原子 3 与三个碳原子 一个氢原子 相连的碳原子 季碳原子 四级碳原子 4 与四个碳原子相连的碳原子 分别与伯 仲 叔碳原子相连的氢原子称为伯 仲 叔氢原子 aCH3 bCH2 bCH2 bCH2 aCH3aCH3 bCH2 cCH aCH3aCH3CH3aCH3 dC aCH3CH3 戊烷 正戊烷 2 甲基丁烷 异戊烷 2 2 二甲基丙烷 新戊烷 a 一级 1 伯 碳原子b 二级 2 仲 碳原子c 三级 3 叔 碳原子d 四级 4 季 碳原子伯氢 仲氢 叔氢 2 2 2烷基的概念烷基 烷烃中 去掉一个氢原子后剩余的基团 用 来表示 如 1 某基 甲基CH3 Me 乙基CH3CH2 Et 丙基CH3CH2CH2 n Pr 丁基CH3CH2CH2CH2 n Bu 2 异某基 异丙基 CH3 2CH i Pr 异丁基 CH3 2CHCH2 i Bu 3 仲某基 CH3仲丁基 CH3CH2CH s Bu CH3 4 叔某基 叔丁基 CH3 3C t Bu 叔戊基 CH3CH2CCH3CH3 5 新某基 新戊基 CH3 C CH2 CH3 2 2 3普通命名法按碳原子的数目称 甲 乙 丙 丁 戊 己 庚 辛 壬 癸烷 十一烷 十二烷直链的称为正某烷 正丁烷 CH3CH2CH2CH3碳链一端带有两个甲基的称为异某烷 异丁烷 CH3 2CH2CH3有季碳原子的称新某烷 新戊烷 CH3 3CCH2CH3石油工业上 表示辛烷值 异辛烷 辛烷值定为100 不属于习惯命名 是商品名或俗名 2 2 4衍生物命名法 次序规则 CH3 3C CH3CH2 CH3 CH CH3 2CH CH3 2CHCH2 CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CH2 CH3CH2 CH3 把甲烷作为母体 把其它烷烃看作是甲烷的烷基取代衍生物 二甲基乙基甲烷 二甲基乙基异丙基甲烷 甲基乙基异丁基叔丁基甲烷 2 2 5系统命名法IUPAC命名法 InternationalUnionofPureandAppliedChemistry1 选取含碳原子最多支链数目最多的碳链为主链 当最长碳链有多种时 选支链最多者为主链 2 主链碳原子的位次编号 1 离取代基最近的一端开始编号 最低系列原则 碳链以不同方向编号时 若有多种可能系列 则需顺次逐项比较各系列的不同位次 最先遇到的位次最小者为最低系列 12345678910 123456789 987654321 10987654321 2 若支链中又带支链 用带撇的数字表示支链中支链的位置 987654321 1 2 3 3 甲基 5 1 2 二甲基丙基 壬烷 3 写出名称 1 取代基的名称写在烷烃前 用其所连碳原子的编号注明位置 2 相同取代基合并 用二 三 四表明数目 其位置须逐个注明 3 数字与汉字间用 隔开 数字间用 分开 3 特别注意 某基 和 某烷 之间不能用 隔开 2 3烷烃的结构2 3 1碳原子的电子跃迁 基态激发态 2 3 2碳原子轨道的sp3杂化一个s轨道和三个p轨道杂化后 形成四个完全相等的杂化轨道 这种轨道称为sp3杂化轨道 a杂化轨道有更强的方向性 b四个SP3杂化轨道完全等值 c四个键尽可能远离 d每两个杂化轨道之间的夹角都是109 28 2 3 3甲烷的正四面体结构键长 0 110nm键角 109 28 球棒模型 sp3轨道和甲烷分子的形成 键 2 3 4烷烃分子的模型和表示方法 键线表示法 己烷2 甲基戊烷 楔形式 乙烷 3 模型 Kekule 凯库勒 模型 球和棍棒 表示原子和键 Stuart 斯陶特 模型 原子半径和键长的比例 2 3 5乙烷的构象透视式 交叉式重叠式 两种构象能量差 12 6KJ mol 绝对0K左右 分子均以交叉式构象存在 常温时 两种构象以极快的速度相互转化 构象不可分离 乙烷分子的位能曲线图见P23图2 8 2 纽曼投影式 2 3 6丁烷的构象 全重叠式邻位交叉式部分重叠式 对位交叉式部分重叠式邻位交叉式 能量高低 全重叠式 部分重叠式 邻位交叉式 对位交叉式旋转时能量的变化见P24图2 9 2 4烷烃的物理性质2 4 1沸点的规律1 4个碳气体 5 16个碳液体 17个碳以上固体由色散力决定 随碳原子数增加而升高 正烷烃的沸点高于它的异构体 随着分子量的增加 相对分子质量增加的相对百分比越来越小 所以对沸点的影响渐渐变小 分子间的距离越近 引力越大 2 4 2熔点的规律分子间引力及分子的对称性决定 排列紧密 随碳原子数增加而升高 偶数烷烃的熔点比奇数的升高的更多 对称性好的新戊烷的熔点 16 6 C 高于异戊烷 159 9 C 和戊烷 129 7 C 2 4 3相对密度的规律分子间引力决定 随碳原子数增加而增大 接近0 782 4 4溶解性规律不溶于水 易溶于有机溶剂 尤其是烃类中 相似相溶的规律 2 4 5同分异构体的物理性质规律 同分异构体中 沸点 支链越多 沸点越低 熔点 支链越多 熔点越高 2 5烷烃的化学性质烷烃没有官能团 和其他各类有机物相比 化学性质最稳定 不易发生化学反应 不易发生异裂反应 但在高温 光照或催化剂作用下 烷烃分子中的C H可以均裂 发生自由基反应 2 5 1取代反应烷烃分子中的氢原子被氯原子取代的反应 1 卤化反应 在光照射下 或高温下 烷烃分子中的氢原子能逐步被氯取代 得到不同的产物 如甲烷在350 400oC时 CH4 Cl2CH3Cl 一氯甲烷 HCl CH3Cl Cl2CH2Cl2 二氯甲烷 HCl CH2Cl2 Cl2CHCl3 三氯甲烷 HCl CHCl3 Cl2CCl4 四氯化碳 HCl 反应有时很剧烈 控制不好会爆炸 甲烷过量 10 1 时 主要得到一氯甲烷 甲烷与氯气体积比0 26 1时 主要得到四氯化碳 卤化反应的相对活性 F2 Cl2 Br2 I2 2卤化的反应机理反应物转变产物所经过途径叫做反应机理或反应历程 3 卤化反应的取向与自由基的稳定性 丙烷45 55 仲氢 伯氢 55 2 45 6 4 1 异丁烷63 37 叔氢 伯氢 37 1 63 9 5 1 总结 烷烃中 氢原子的活性顺序为 叔氢原子 仲氢原子 伯氢原子氯化时 叔氢 仲氢 伯氢 5 4 1原因 叔C H键解离能较小 易断裂 被Cl 夺取自由基的稳定性顺序 CH3 3C CH3 2CH CH3CH2 CH3 溴的活性比氯小 溴原子取代烷烃分子中活性较大的氢原子 比取代活性较小的氢原子容易得多 溴化时 叔氢 仲氢 伯氢 1600 82 1 4 反应活性与选择性 同样说明 烷烃卤化时 卤原子的选择性是 I Br Cl F 2 5 2氧化反应1 燃烧生成CO2和水 高温和足够的空气中燃烧 完全氧化 生成CO2和水 大量放热 CH4 2O2CO2 2H2O 热能C3H8 5O23CO2 4H2O 热能CnH2n 2 3n 1 2O2nCO2 n 1 H2O 热能低级烷烃的蒸气和空气混合至一定比例 遇火爆炸 如煤矿中瓦斯爆炸 甲烷的爆炸极限是5 53 14 在这比例外 只燃烧不爆炸 2 在催化剂存在下可发生部分氧化 合成了乙酸 高级脂肪酸等产品 甲烷在催化剂的存在下 可发生氧化生成甲醛 甲醇等化合物 2 5 3异构化反应 从化合物的一种异构体转变成另一种异构体的反应 直链烷烃异构体为带支链的烷烃可以提高汽油的辛烷值 同时 因异构化产生叔碳原子而增加了化学反应的活性 2 5 4裂化 裂解和脱氢裂化反应 隔绝氧气 高温下 化合物发生键断裂的反应 一般生成分子量更小的烷 烯和氢气 催化裂化 又叫催化重整 高温裂化 又叫高温裂解 一般高于750oC石油化工 汽油 辛烷值 2 2 4 三甲基戊烷值为100 正庚烷为0 12345678910 123456789 987654321 10987654321 2 7 二甲基 8 乙基癸烷 2 3 8 三甲基 6 乙基壬烷