《饱和烃烷烃》PPT课件.ppt

只含碳和氢两种元素的有机化合物叫做烃，也叫碳氢化合物。(hydrocarbon),根据分子中的碳架，可分成开链烃（脂肪烃）与环烃两大类。,根据分子中碳原子间的结合方式，可分为饱和烃和不饱和烃。,第二章 饱和脂肪烃（烷烃 alkane）,分类：,其中，开链的饱和烃叫烷烃，它是指分子中的碳原子以单键相连，其余的价键都与氢结合而成的化合物（碳与其它原子的结合达到了饱和）。举例：见书P12。,烷烃的通式：CnH2n+2,一.同系列和同分异构,组成上相差CH2及其整数倍。同系列(homologous series)中的各化合物互为同系物(homolog)。CH2称为系差。,同分异构体：具有相同分子式的不同化合物。,构造异构体：具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺 序不同而产生的异构体。,由碳架（链）不同引起的异构，称碳（链）架异构。(属构造 异构),CH4-C2H6-C3H8,二.命名,2.烷基的概念及命名,1.伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子,烷基(R-)指烷烃中去掉一个氢原子生成的一价基团，通式为：CnH2n+1。,3.烷烃的命名,1）普通命名法（适用于简单化合物）,110个碳的烷烃，词头用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；10个碳以上，用数字十一、十二等表示。,碳架异构体用正、异、新等词头区分。,正己烷 异己烷 新己烷,正：异 新,直链烷烃,2）系统命名法（IUPAC命名法）,a.选最长碳链作主链，支链作取代基。遇多个等长碳链，则 取代基多的为主链。,b.近取代基端开始编号，并遵守“最低系列编号规则”。,c.取代基距链两端位号相同时，编号从顺序小的基团端开始。,顺序规则（次序规则）,单原子取代基,按原子序数大小排列。原子序数大,顺序大；原子次序小,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。,含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。,顺序大的基团称较优基团。,d.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,e.名称的排列顺序,中文名称按基团顺序规则，较小的基团列在前；英文名称 按基团首字母的次序先后列出。,5-丙基-4-异丙基壬烷 4-isopropyl-5-propyl nonane,注意 1）相同取代基数目用汉文数字二、三.表示；2）取代基位号用阿拉伯数字表示；3）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；4）阿拉伯数字之间必须用逗号分开。,三.烷烃的结构,1.碳的sp3杂化和键的形成,基态时 C：1S2 2S2 2Px1 2Py1 2Pz0,四个C-H键,六个C-H键 一个C-C键,C-C 键长:154pm、键能:345.6 kJ/mol,C-H键长:107pm,键角:109.5o,键:成键原子轨道沿着轨道对称轴的方向重叠，键轴（原子核间的连线）与轨道对称轴重合所形成的键。轨道重叠部分对称于键轴。,烷烃分子立体形状表示方法：,实线-键在纸平面上;实楔线-键在纸平面前;虚楔线-键在纸平面后，宽头接近观察者。,2.烷烃的构象,构象(conformation)：由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方式。,1）乙烷的构象 可有无限种。,a.两种极端构象,重叠式（由H-C-C-H组成的两面角为0o）交叉式（由H-C-C-H组成的两面角为60o）,形象地说，键是两个原子轨道以“头碰头”的方式重叠而形成的。键可以绕轴旋转。,重叠式,楔形式 锯架式（透视式）纽曼式（投影式）,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。,b.构象的稳定性,分析乙烷两个极端构象（单位：pm）,重叠式排斥力最大，交叉式排斥力最小，内能最高 内能最低,非键连相互作用力：不直接相连的原子间的作用力。,构象的稳定性与内能有关。内能低，稳定；内能高，不稳定。内能最低的构象称优势构象。,其它构象的内能介于这两者之间。,乙烷不同构象的能量曲线图,转动能（扭转能）：两构象内能之差，如：12.5kJ/mol扭张力：存在于重叠式或其它非交叉式构象,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.正丁烷的构象（见书P20-21）,绕C-2和C-3之间的键旋转，形成的四种典型构象。,对位交叉式 邻位交叉式 全重叠式 部分重叠式,构象稳定性：对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式,室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，不能分离。最稳定的对位交叉构象是优势构象。,四.物理性质,物理性质与化合物的结构有关。（自学：书p21）,1.状态 2.沸点(bp)3.熔点(mp)4.相对密度 5.溶解度,bp.36.1oC 25oC 9oC,五.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、光照或有催化剂存在等条件下烷烃具有反应活性。,1.卤代反应,1)氯代（hv或高温）,反应经历了自由基活性中间体。（自由基取代反应）,亦称反应历程、反应机制，是描述反应由反应物到产物所 经历的每一步过程。,2）反应机理,氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生氯自由基：,产生甲基自由基：,链增长,产生新的氯自由基：,链引发,链增长,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,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。,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)试分析一下反应条件对甲烷与氯气的反应有何种影响？,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（Ea）。,E,.,.,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,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,4）氯代、溴代反应的取向,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,氯代反应三种氢的活性：1H:2H:3H=1:3.8:5,溴代：,溴代反应三种氢的活性：1H:2H:3H=1:82:1600,5)卤素的活性,卤素的活性：F Cl Br I氯化试剂活性高，溴化试剂活性低。,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。,不同氢的反应活性与自由基的稳定性有关。,自由基的稳定性与共价键均裂时键的离解能大小有关.,自由基稳定性次序为_,含单电子的碳上连接的烷基越多，这样的自由基越稳定。,烷基自由基结构,带孤单电子碳 sp杂化。孤单电子占据未参与杂化的P轨道。P轨道垂直于三个sp杂化轨道所在的平面。,乙基自由基 异丙基自由基 叔丁基自由基,2.氧化和燃烧,在催化剂存在下，烷烃在其着火点以下，可以被氧气氧化生成含氧有机化合物如醇、醛、酮、酸等。（见书p26）,烷烃在高温和足够的空气中燃烧（完全氧化）生成二氧化碳和水，同时放出大量的热（燃烧热）。,可以简单认为：在有机分子中加氧或去氢的反应叫做氧化；反之加氢或去氧则叫还原。实际上，分子中的碳与电负性比碳强的元素结合形成新键的反应都是氧化，其逆反应则属还原。,（汽油在内燃机中的基本反应；用作燃料）,低级烷烃（C1-C6）蒸气与空气混合至一定比例时，遇到明火或火花便燃烧放出大量热，生成的气体膨胀而爆炸。（煤矿中爆炸事故；爆炸极限）,单电子转移用鱼钩箭头表示。,有机化合物在高温和无氧条件下发生的分解反应（键断裂；自由基反应）。,3.热裂（热解）反应,高级烷烃热解时，碳链可以在任何一处断裂，生成分子量较小的烷烃和烯烃的复杂混合物。,在工业上利用烷烃的热解使高沸点的重油转变为低沸点的汽油（裂化）。近年热裂化已为催化裂化所代替，反应机理较复杂。,Homework:,P27-28 2.2 a,d,g,h 2.4 d,e,f 2.9 P29 2.15 2.16,波函数中引入了三个常数项：n,l,m（分别称为主量子数，角量子数和磁量子数。),补充知识：,1.主量子数n：1，2，3。它表示电子距核远近，越大，离核越远，能量越高。将n相同的电子归为一组，常用K,L,M,N表示，对应于n=1，2，3，4 电子层。,2.角量子数l：0，1，2n-1。它决定原子轨道或电子云角度部分的的形状，对应用符号：s,p,d表示。在同一电子层中把l值相同的电子归于一个亚层，如L电子层中有2s,2p两个亚层。,3.磁量子数m：0，1，2l。它反映原子轨道或电子云的空间取向。l=0 s一种取向；l=1 p三种取向:px,py,pz；l=2 d5种取向:dxy,dxz,dyz,dx2-y2,dz2。,此外：自旋量子数ms：1/2。它表示电子两种不同的自旋状态。,