有机化学第二章-烷烃课件.ppt

第二章 烷烃,主要内容 烷烃的结构，同分异构体 烷烃的命名（普通命名法，系统命名法）烷烃的物理和化学性质环烷烃的分类和命名烷烃的污染及其危害,烷 烃,烃,完全,烷,饱和,同系物：有相同通式、组成上相差CH2及其整数倍的一系列化合物。,2.1烷烃的来源,烷烃的天然来源主要是石油和天然气。天然气成分含有75的甲烷、15的乙烷及5的丙烷，其余的是较高级的烷烃。而含烷烃种类最多的是石油，石油中含有150个碳原子的链烷烃及一些环烷烃。,2.2.1 烷烃的结构,C:sp3 杂化，成 键,2.2 烷烃的结构及异构现象,键的定义,*1 电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。*2键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以键可以自由旋转。,在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键叫键。,键的特点,2.2.2 同分异构现象和同分异构体,同分异构体:分子式相同，结构式不同的化合物。,C4 以上烷烃出现同分异构现象,C4H10,C5H12,C6H14,C20H42,366,319,同分异构体数,2,3,5,2.2.3 碳原子的四种类型,普通命名法 用于简单化合物的命名系统命名法 用于较复杂化合物的命名,基础：普通命名法,2.3 烷烃的命名,2.3.1普通命名法,中文名,甲烷,乙烷,丙烷,碳原子数目+烷,碳原子数为110用天干（甲、乙、丙、壬、癸）表示,C1,C2,C3,异构词头用“正”、“异”和“新”等区分,中文名,正丁烷,异丁烷,正戊烷,异戊烷,新戊烷,C4,C5,正庚烷,正辛烷,正壬烷,正癸烷,正十一烷,正十二烷,正十三烷,正二十烷,碳原子数大于10以上时用大写数字表示,C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13,C20,中文名,2.3.2 系统命名法,基本方法：选定一条最长链作为主链（以普通命名法命名）其它支链作为主链上的取代基。,普通命名法：异丁烷,系统命名法：2-甲基丙烷,一些常见的烷基,1、选取最长的碳链作主链，称为某烷；支链当作取代基；,2、从距离取代基近的一端开始，给主链碳原子编号，使各取代基的代数和最小 若与两端最近等距位置上有不同取代基，则按顺序规则，从取代基顺序较小的一端编号,要点：,3、含有几个相同取代基时，合并列出，取代基数目用二、三、四等中文数字表示，写在取代基名称前面，其位次用阿拉伯数字逐个表明，位次之间用“，”隔开,(4)碳链等长时，应选择取代基较多的链为主链：,2.4 烷烃的性质,化合物性质的两个方面,2.4.1 物理性质 物态：气体？液体？固体？沸点（b.p.）熔点（m.p.）密度（比重）溶解度：水中溶解度？有机溶剂中？折光率,烷烃熔点的特点（1）随相对分子质量增大 而增大。（2）偶数碳烷烃比奇数碳 烷烃的熔点升高值 大（如右图）。（3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点下降。,奇数碳,偶数碳,取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。,1 熔点,2.4.1 物理性质,烷烃的密度均小于1（0.424-0.780),烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂.,沸点大小取决于分子间的作用力,烷烃沸点的特点（1）沸点一般很低（非极性，只有色散力）。（2）随相对分子质量增大而增大（运动能量增大，范德华引力增大）。（3）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。（叉链多，分子不易接近）,3 密度,4 溶解度,2 沸点,烷烃的结构,2.4.2 烷烃的化学性质,一般情况下烷烃化学性质不活泼、耐酸碱（常用作低极性溶 剂，如正己烷、正戊烷、石油醚等）烷烃可与卤素发生自由基取代反应（烷烃的重要反应）,1 氧化：,(1)完全燃烧:,（2）控制条件，部分氧化，制备有用化工原料：,烷烃在好氧条件下，能够被某些微生物氧化。反应是通过许多步才能完成的。,另一个氧化反应途径是生物氧化,微生物降解烷烃的第一步是非常慢的，氧气分子进攻烷烃链端碳原子以生成醇。继续氧化，烷烃最终转变成了二氧化碳和水，微生物从这一过程中同时获得能量。,（1）热裂反应,在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的C-C键和C-H键发生断裂的反应称为热裂反应。,例如：,热裂化反应根据生产目的的不同可采用不同的裂化工艺。,2 裂解反应：,2.催化裂化,1)目的：提高汽油的产量和质量（生产高辛烷值的汽油）。2)裂化温度 400-500。3)加入一定的催化剂。,卤代反应分子中的原子或基团被卤原子取代的反应称为卤代反应。,3 甲烷的卤代反应,取代反应分子中的原子或基团被其它原子或基团取代的反应称为取代反应。,甲烷的氯代反应,反应特点:(1)反应需光照或加热。(2)分子中原子、原子团被卤原子取代,反应速率:F2 Cl2 Br2 I2（不反应）,F2：反应过分剧烈、较难控制Cl2：正常Br2：反应时间长 I2：不反应。即使反应,其逆反应易进行,烷烃卤代反应的选择性问题 反应对不同类型氢的反应选择性如何?（不同类型氢的相对反 应活性如何？）,3o H,2o H,1o H：哪种氢易被取代？,如:,氯代反应的选择性,总结：烷烃卤代反应的选择性,4 甲烷的卤代反应机理,什么是反应机理：反应机理是对反应过程的详细描述，应解释以下问题：,反应条件起什么作用？决速步骤是哪一步？副产物是如何生成的？,反应是如何开始的？产物生成的合理途径？经过了什么中间体？,研究反应机理的意义：了解影响反应的各种因素，最大限度地提高反应的产率。发现反应的一些规律，指导研究的深入。,甲烷的卤代反应机理：自由基反应,自由基：带有孤电子的原子或原子团,自由基反应的共性：1）链引发、链增长、链终止 2）光、热 自由基引发剂作用下 3）溶剂的极性，酸，碱，催化剂对反应无影响,甲烷的氯代反应机理的表达,自由基反应,甲烷卤代机理的循环表达式,甲基自由基的结构,根据分子内环的数目分为：单环 双环 多环在单环体系中分为：小环(C3-C4)普通环(C5-C7)五环和六环最普遍 中环(C8-C11)大环(C12),简写成：,环丙烷,2.5.1 环烷烃的分类,2.5 环烷烃的分类和命名,以环为母体，名称用“环”开头。环外基团作为环上的取代基,2.5.2 环烷烃的命名,环丙烷,环己烷,甲基环丙烷,1,3-二甲基环己烷,1-甲基-4-异丙基环己烷,取代基位置数字取最小,2.6 烷烃的污染及其危害,烷烃的污染物是伴随着石油产品的开发、应用而出现的。水上原油运输、输送过程中漏油和溢油造成的地面水污染。在土壤中，烷烃的污染是因采油、炼油、石油的应用过程造成的。烷烃虽然是有机化合物中最不活泼的一类物质，但却是最强烈的麻醉剂，我国出现了一些小型化工厂，由于工作场地通风不好，使用的烷烃类有机溶剂无法及时从车间或其他工作环境中消散，直接造成工作人员因长期吸入而产生疾患。矿坑中喷出甲烷，当其浓度达到10时，可观察到呕吐、头痛、软弱、苍白、心浊音、血压降低、腹反射减弱等中毒症状。,要求 了解并掌握烷烃的结构、同分异构现象等知识。掌握烷烃的两种基本命名方法，能用系统命名法命名结构较为复杂的烷烃分子。烷烃的卤代（氯代和溴代）反应。烷烃的卤代机理自由基取代机理，机理的各个步骤及表示方法。掌握普通环烷烃的命名方法。了解烷烃的污染和危害。,3、取代基的列出次序：,（1）原子序数大者优先，同位素质量大者优先 如：I Br Cl S P F O N C DH（2）基团的第一个原子相同时，比较与其相连的下一个原子，依次类推 如：-CH2CH3-CH3-CH2Cl-CH2F-CH2OCH3-CH2OH,（3）对不饱和基团，可认为与同一原子连接 2 或 3 次,如：,