《烷烃有机化学》PPT课件.ppt

1,第二章 烷烃,只含有碳碳（C-C）单键和碳氢（C-H）单键,2,碳氢化合物 由碳和氢两种元素形成的有机化合物的总称，又称烃（hydrocarbon）,烃,芳香烃,脂肪烃,烷烃,炔烃,烯烃,3,2.1 烷烃的通式和构造异构,甲烷(CH4)CH4 乙烷(C2H6)CH3CH3丙烷(C3H8)CH3CH2CH3,Bp:-160,Bp:-89,Bp:-42,4,通式：CnH2n+2 同系列 结构相似，而组成上相差CH2（系差）或它的倍数的许多化合物所组成的系列。同系物结构相似,化学性质相近。同分异构体（Isomers）分子式相同而结构不同的化合物。构造异构立体异构,5,构造异构体 分子内原子的排列顺序不同所产生的异构体正丁烷 CH3CH2CH2CH3 异丁烷(CH3)3CH,Bp:-0.4,Bp:-10.2,思考：C6H14共有几种同分异构体？请写出其构造式,6,共5种,解答,7,表 2.1 烷烃异构体的数目,CH41 C8H1818C2H61 C9H2035C3H81 C10H2275C4H102 C15H324,347C5H123 C20H42366,319C6H145 C40H8262,491,178,805,831C7H169,8,2.2 烷烃的命名,碳原子和氢原子的分类及烷基的概念烷烃中碳和氢的种类伯 C（1）仲 C（2）叔 C（3）季 C（4）但是氢原子只有 伯H,仲H,叔 H,9,烷基烷烃分子中从形式上消除一个氢的部分，通常用 R-表示 甲基 CH3-乙基 CH3CH2-注意烷烃分子和烷基中碳级别的不同,10,前缀：正(n)异(i)仲(s)叔(t)新(neo)(normal)(iso-)(second)(tert-),缩写：甲基（Me），乙基（Et），丙基（Pr），丁基（Bu），戊基（amyl），己基（hex）,11,亚烷基：烷烃分子中从形式上去掉两个H生成的基团次烷基：烷烃分子中从形式上去掉三个H生成的基团,12,习惯命名法C1 C10 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳数，“某烷”C10 直接用数字表示碳数“正”，“异”，“新”区别不同异构体,CH3CH2CH2CH2CH3戊烷,异戊烷,新戊烷,13,习惯命名法的局限,己烷,异己烷,新己烷,?,?,14,系统命名法（IUPAC Rules）1.选主链：选最长碳链作主链,并以此链为母体烷烃.若遇多个等长碳链,则取代基多的为主链。,15,表2-2 直链烷烃的系统命名,16,2.编号:近取代基端开始编号,并遵守“最低系列编号规则”。取代基距链两端位号相同时,编号从次序小的基团端开始。,17,顺序规则,单原子取代基,按原子序数大小排列.原子序数大,顺序大；原子序数小,顺序小；同位素中质量高的,顺序大。多原子基团第一个原子相同,则依次比较与其相连的其它原子。,18,含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。,次序大的基团称较优基团。,19,3.命名：按基团次序规则，较小的基团列在前。,5-丙基-4-异丙基壬烷,1,2,3,4,5,6,7,8,9,20,注意 相同取代基数目用汉文数字二(di)、三(tri)、四(tetra).表示；取代基位号用阿拉伯数字表示；阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；阿拉伯数字之间必须用逗号分开。,21,7-甲基-3,3,6-三乙基癸烷,2-甲基-5-异丙基辛烷,22,4.含复杂支链烷烃的命名支链上连有取代基,则从和主链相连的碳原子开始将支链 碳原子依次编号,并将支链上取代基位号、名称连同支链 名写在括号内。,2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷,23,2.3 甲烷的结构,碳原子轨道的sp3杂化,正西面体键角=109.5键长=110 pm,24,碳原子的电子排布,只有两个未成对电子只能形成两个键两个键应该相互垂直,25,2s,2p,一个电子受激发从 2s 轨道跃迁至 2p 轨道,sp3 轨道杂化,26,2s,2p,2p,2s,sp3 轨道杂化,27,2p,2s,sp3 轨道杂化,2s 轨道与3个2p 轨道杂化,28,2p,2s,sp3 轨道杂化,2sp3,形成4 个等同的轨道,29,sp3 轨道杂化,30,sp3 轨道杂化,杂化,四个 sp3 轨道,一个 sp3 轨道,31,甲烷中的 CH 键,s,HC,形成 键,键的的形成及其特性,32,33,乙烷的结构,34,碳碳单键的旋转也需要克服一定的能量，从而产生了构象的概念乙烷（Ethane）的构象构象：由于围绕键旋转而产生的分子种原子或基团在空间的不同排列。,2.4 烷烃的构象,35,重叠式,36,重叠式构象,乙烷,37,交叉式构象,乙烷,38,乙烷,交叉式构象,39,乙烷交叉式构象的表示法,Newman投影式,透视式,40,180,反式交叉式构象,反式交叉式构象两个键夹角为180,41,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,60,邻位交叉关系,邻位交叉式构象两个键夹角为60.,0 60 120 180 240 300 360,12 kJ/mol,43,乙烷交叉式构象比重叠式构象能量低 12 kJ/mol.由交叉式构象转变为重叠式构象需要克服扭转能.是由电子对之间的斥力（扭转张力）所引起的.,扭转张力,44,丁烷（Butane）的构象,45,正丁烷,异丁烷,46,47,丁烷的构象，把C1和C4作甲基，然后C2-C3键旋转，其不同的构象可用纽曼式表示如下：,=0,360=60=120=180=240=300全重叠式 顺交叉式 部分重叠式 反交叉式 部分重叠式 顺交叉式顺叠sp 顺错+sc 反错+ac 反叠ap 反错-ac 顺错-sc A B C D E F,48,.直链烷烃的构象,正己烷,直链烷烃最稳定的构象是所有原子都处于对位交叉式,49,2.5 烷烃的物理性质,沸点 Boiling Points：与分子间的van der Waals 力有关,50,随碳原子数目增加而升高 原子数目越多，电子越多，产生诱导偶极的几率会增加,庚烷 bp 98,辛烷 bp 125,壬烷 bp 150,51,支链越多，沸点越低 空间位阻大,辛烷:bp 125,2-甲基庚烷:bp 118,2,2,3,3-四甲基丁烷:bp 107,52,熔点分子结构对称性越好，其熔点越高。因此偶数碳的直链烷烃高于奇数碳的直链烷烃，甲烷高于丙烷，新戊烷高于戊烷。,53,54,55,溶解度烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂密度烷烃的密度均小于1（）,56,2.6 烷烃的化学性质,化学性质取决于分子的结构。C-C、C-H键。键能较大，极性较小，烷烃稳定。高温、光照等条件下烷烃具有反应活性。1.卤代反应甲烷卤代反应甲烷卤代.gif1)氯代,57,氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生自由基：,产生甲基自由基：,链增长,产生新的氯自由基：,链引发,链增长,2）反应机理：自由基取代反应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。,58,氯甲基自由基的形成：,链增长,氯甲基自由基再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：,链增长,.,自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：,链终止,59,讨论题,1）将氯气用光照射后在黑暗中放置一段时间再与甲烷混合，会发生氯代反应吗？2）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？3）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？,60,3)活化能与反应速率,活化能(activating energy)：过渡态与反应物之间的能量差。,CH4+Cl,CH3Cl+Cl,CH3HCl,CH3ClCl,CH3+HCl+Cl2,H0=106Jmol-1,Eact=+8.3Jmol-1,61,在甲烷氯代的多步反应中,哪一步是控制反应速率的？,?,反应速率最慢的一步 速度控制步骤,活化能越小，反应速率越快；活化能越大，反应速率越慢第一步 Ea=+16.7kJ/mol第二步 Ea=+8.3kJ/mol,62,4）卤代反应的取向与自由基稳定性,1oH与2oH被取代的概率为:62,氢的相对反应活性：1oH:2oH=(45/6):(55/2)=1:3.8,1oH与3oH氢被取代的概率为:9:1,氢的相对反应活性：1oH:3oH=(64/9):(36/1)=1:5,CH3CH2CH3+Cl2 CH3CH2CH2Cl+CH3CHCH3,丙烷,氯丙烷 45%,2-氯丙烷(55%),63,64,自由基的稳定性,仲自由基,2o 自由基,伯自由基,1o 自由基,H0=+395 kJ mol-1,H0=+410 kJ mol-1,65,3o 2o 1o methyl,相对稳定性:,更不稳定,更稳定,66,5)卤素的活性与选择性,卤素的活性：F Cl Br I氯化试剂活性高，溴化试剂活性低。卤代反应的选择性：I Br Cl F)影响卤代产物异构体相对产率的主要因素：概率因素、H原子的反应活性、X原子的反应活性,67,1.将下列戊基自由基按稳定性排列成序，并简单说明理由：,2.如果烷烃中的伯氢、仲氢和叔氢被氯代时的活性比是1:3.8:5,计算2-甲基丁烷被一氯代时的产物的相对比及各产物的百分比。,练 习,c a b,1 伯氢：16=64 伯氢：13=3仲氢：3.82=7.6叔氢：51=5,68,产物相对比:1伯:4伯:仲:叔=6:3:7.6:5,69,3.某烷烃A，分子式为C6H14，氯代时可以得到两种一氯代产物。试推测烷烃A的结构。4.所有分子式为C5H12或C8H18的烷烃中，那些结构的烷烃只能得到一种一氯代产物？,70,2.氧化反应 在空气中燃烧：在催化剂下可以使烷烃部分氧化，生成醇、醛、酸等,71,3 裂化反应：没有氧气的条件下进行的分解反应热裂化：无催化剂，500700催化裂化：450500常用催化剂Al2(SiO3)3裂解：深度裂化700，获得低级烯烃，如：C2H4，C3H6,丁二烯、乙炔等,72,4 异构化反应：催化重整,2,2,4-Trimethylpentane(辛烷值）,Octane,73,2.6 烷烃的来源,主要来源：石油（分馏）与天然气（低级烷烃）,天然气,C1-C4,轻汽油(bp:25-95 C),C5-C12,石脑油(bp 95-150 C),煤油(bp:150-230 C),C12-C15,柴油(bp:230-340 C),C15-C25,残渣,74,制备方法1.Wurtz合成法：2.卤代烷与二烷基铜锂的偶联 Corey-House合成,75,其他合成法：,76,小结,同系列和构造异构烷烃的命名烷烃的结构：sp3杂化烷烃的物理化学性质：自由基取代来源与制法,