第二章福州大学 有机化学ppt课件.ppt
第二章 烷烃（Alkanes） （4学时）,一、烷烃的通式、同系列和异构二、烷烃的命名三、烷烃的结构四、烷烃的物理性质五、烷烃的化学性质六、烷烃的来源,烃：是由C、H两种元素组成的有机物烷烃：烃中的碳碳共价键均是单键的链状烃,脂环烃,芳香烃,一、烷烃的通式，同系列和异构,（一）、通式：CnH2n+2,（二）、同系列,甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 methane ethane propane butane CH4 C2H6 C3H8 C4H10,CH2,CH2,CH2,(CH2)2,(CH2)3,系差,定义：组成上相差一个或几个（CH2)n1,2,，结构和性质 相似的一系列化合物。,同系物：同系列中各化合物互称同系物,（三）、同分异构,1. 定义：分子式相同而结构式、物理化学性质不同的化合物,2.分类：构造异构， 分子中各原子连接的顺序不同 如 立体异构， 分子中各原子在空间的位置不同,3.烷烃的同分异构：碳链异构，不存在官能团异构 C数4，才有异构体出现（P17）,碳原子数 4 5 6 9 10 30异构体数 2 3 5 35 75 4.11010,以C5H12为例，利用逐步缩短碳链的方法，推导出异构 体的数目及构造式,5个C,4个C，一个CH3,3个C，二个CH3一个CH2CH3,碳骨架确定后，补上氢原子, C是四价，H不要多写，也不要少写,CCCCC ,二、烷烃的命名,（一）、碳原子类型和氢原子类型,1. 碳原子类型,伯碳原子（1C） 只和一个C原子相连,仲碳原子（2C） 和二个C原子相连,叔碳原子（3C） 和三个C原子相连,季碳原子（4C） 和四个C原子相连,1C,1C,1C,2C,3C,4C,2. 氢原子类型,伯氢原子（1H） 与伯碳原子相连仲氢原子（2H） 与仲碳原子相连叔氢原子（3H） 与叔碳原子相连,1H,1H,1H,2H,3H,（二）、烷基的命名（alkyl),1. 定义：烷烃分子去掉任一个氢原子剩下的基团 CnH2n+1,烃基： R ， Ar（芳香基）,2. 常见烷基的命名,甲基，methyl ，Me,乙基， ethyl, Et,CH3CH2CH3,CH4,CH3CH3,正丙基 ，npropyl，npr,异丙基 ，ipropyl，ipr,去掉2H,去掉1H,CH3CH2CH2CH3,正丁基 nbutyl, nbu,仲丁基 secbutyl, sbu,异丁基 ibutyl, ibu,叔丁基 tbutyl, tbu,异某基,异戊基,新戊基,叔戊基,（三）、烷烃的命名,1.习惯命名法,1）C: 110 , 用天干数字命名 ，甲、乙、丙、丁、戊、 己、庚、辛、壬、癸,2）C10， 用汉文数字命名 C20H42 二十烷,3）直链，则加“正 ” CH3CH2CH2CH2CH2CH3 正己烷,异戊烷,5）有4C的用“新”,新戊烷,缺点：只能命名简单的烷烃，C数增多，异构体多，不适用,2.衍生物命名法 所有烷烃看成甲烷的衍生物，选择连有 烷基最多的碳原子作为甲烷碳原子,二甲基乙基甲烷,3. 系统命名法,1）命名体系,IUPAC（Internation union of pure and applied chemistry）: 1892年日内瓦，经多次修订,CCS (Chinese chemistry society):中国化学会根据IUPAC命名原则，结合中国汉字特点，经多次修订而成的命名体系。,二者区别：IUPAC 取代基的书写顺序按英文字首先后顺序 CCS 取代基的书写顺序按从小到大顺序,2) CCS系统命名法,直链烷烃：根据含碳数称某烷，不用“正”， C10，用中文数字表示,支链烷烃：,a. 选择主链 选择取代基最多、最长的主链作为母体，命名为某烷, 不能把书面上的直链看作主链，只要是连续的碳原子都 应包括在一条碳链之内，支链作为取代基(P20),b. 主链上的碳原子编号 从靠近取代基一端开始,1 2 3 4 5 6 7 8,8 7 6 5 4 3 2 1,红笔为正确编号,c. 标出取代基的位置和数目,1 2 3 4 5 6,6 5 4 3 2 1,红笔为正确编号,合并相同的取代基，先小后大把取代基写在母体之前，并标出位置和数目,阿拉伯数字,大写数字,1 2 3 4 5,5 4 3 2 1,2,2,4三甲基戊烷,2,4,4三甲基戊烷,最长碳链，最低系列，先小后大，相同合并,次序规则：甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，异戊基， 异丁基， 新戊基，异丙基，仲丁基，叔丁基,d. 几种符号的正确应用,“”短划，阿拉伯数字和汉字之间，读作“位”,“，” 阿拉伯数字之间用逗号隔开，汉字之间不需要“”分开,4甲基5乙基壬烷,2,3,5三甲基4丙基庚烷,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11,5甲基5乙基4异丙基7仲丁基十一烷,IUPAC与CCS命名的差别,2,3,4,8,9五甲基7乙基癸烷,3甲基5乙基4丙基庚烷,练习：P39 4,三、烷烃的结构,（一）甲烷的结构,1.近代物理方法得出的结构数据,呈四面体结构键角约为109.5 CC 键的平均键长为0.154nm，CH 键的平均键长为0.110nm,2.解释： 价键理论 C：1S22S22P2,键成键特点：头对头重叠，呈圆柱形，稳定 轴可自由旋转， 键 连接的两个原子 可以相对旋转而不影响电子云分布,（二）其它烷烃的结构,CC键长：0.154nmCH键长：0.110nm键角：109.5,高级烷烃碳链呈锯齿形,ZigZag geometry,据物理方法测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在一条直线，而是曲折地排布在空间。所谓直链，是指不分支的碳链。,3甲基庚烷,端点是C原子，除氢以外的原子需要写出,（三）、 烷烃的构象(Conformation),构象：由单键旋转所产生的分子中原子或基团在空间的特定排列形式。构象异构体(Conformers)：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。,1.乙烷的构象：乙烷有无数个构象。最典型有两 种，交叉式和重叠式。,1）透视式（锯架式）,重叠式,交叉式,2）纽曼投影式（Newman）,重叠式,交叉式,圆心：前面碳圆周：后面碳,3）构象的稳定性,乙烷的能量-构象关系,重叠式构象与交叉式构象,能量差 12.6 KJmol-1,4）构象特点：室温下，无数构象处于动态平衡混合 体系，要分出单一构象是不可能的。,3.丁烷的构象,C2C3相对旋转产生的构象,丁烷的构象,丁烷的能量-构象关系,练习：P40 ，7，8,四、烷烃的物理性质（P2628）(physical properties),通过手册查阅得到，对初步了解某物质有一定帮助，在实验中经常用到,1.物态,C1C4 气体 C5C16 液体 C17 固体,2.沸点,4C 丁烷 0.55C 戊烷 36.1 6C 己烷 68.7 2甲基戊烷 60.3 2,3二甲基丁烷 58.0 ,M 沸点同C数条件下， 支链越多，沸点,练习：沸点由高到低的顺序排列己烷， 辛烷， 3甲基庚烷，戊烷，2,3二甲基戊烷， 2甲基己烷,6C 8C 8C 5C 7C 7C,3.熔点,和分子的对称性有关，一般M 熔点，变化不如沸点有规律,4.密度,M ，d 0.8左右,5.溶解度,不溶于水，易溶于有机溶剂（苯，乙醚，汽油等）,五、烷烃的化学性质,烷烃均由极性小的共价单键组成 （CC 347kj/mol，CH 414kj/mol），很稳定，在一般条件下（酸、碱、氧化剂）难于反应,（一）燃烧,氧化：引入氧或脱氢 还原：失氧或加氢,（二）异构化反应（P29）,(三）、裂化和裂解,裂化隔绝空气加压加热(500700)，断裂成小分子催化裂化在催化剂存在下的裂化，温度较低(400500),裂化伴随脱氢、环化和异构化,（四）烷烃的取代反应及反应机理（reaction mechanism),1.有机化学反应机理（反应历程）的有关概念,定义： 对化学反应过程进行理论上的解释或推测,裂解深度裂化(700),裂解的目的不是提高汽油的产量和质量，而是为了获得更多的三烯、三苯、乙炔和萘这8种基本有机化工原料。三烯：乙烯、丙烯、丁二烯三苯：苯、甲苯、二甲苯,应用：合理改变反应条件，提高产率，了解有机物 的结构与反应活性之间的关系,2. 烷烃卤化反应机理（自由基链反应机理） (free radical chain reaction mechanism),1) 甲烷的氯代,a.自由基的产生（链的引发）,ClCl：213 kj/mol CH：414 kj/mol,b.自由基的转移（链的增长）,c.自由基的消失（链的终止）,继续反应：, 得到CHCl3，CCl4,2) 理解反应机理，控制反应条件，提高产物得率,可以控制加入过量的CH4，得到产率较高的CH3Cl可以加入过量Cl2，得到CCl4,如:,3) 其它卤代， 速度 氟代 氯代 溴代 碘代,4) 卤代反应取代的位置与自由基的稳定性,CH3CH2CH2Cl （） （45）,得率比： 1H : 2H = 45 : 55取代几率： 1H : 2H = 6 : 2 = 3 : 1,2H 比 1H 易于取代,36%,64%,3H : 1H = (36/1)/(64/9) 5 : 1,3H : 2H : 1H = 5 : 4 : 1,活泼性： 3H 2H 1H,键离解能/ kjmol伯氢 CH3CH2CH2H 410仲氢 (CH3)2CHH 395叔氢 (CH3)3CH 380,烷基自由基的稳定性顺序是： 321甲基,即,六、烷烃的来源 （P38）,石油和天然气,掌握： 1. 烷烃的命名 （ccs) 2. 烷烃的物理性质（沸点等） 3. 烷烃的化学性质（自由基的稳定性） 4. 烷烃的SP3杂化形状，键的特点,作业:P39 1, 2 (7) (8), 3 (1) , 9 , 14,
