烷烴v5概要演示教學(xué)

1、烷烴v5概要2.1 同系列和同分異構(gòu)同系列和同分異構(gòu)(1) 同系列同系列 (homologous series) ：CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3CH2稱為稱為系列差系列差。烷烴結(jié)構(gòu)通式烷烴結(jié)構(gòu)通式：CnH2n+2 凡具有同一個(gè)通式，結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)也相似，組成上相差凡具有同一個(gè)通式，結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)也相似，組成上相差一個(gè)或幾個(gè)一個(gè)或幾個(gè)CH2（亞甲基），（亞甲基），物理性質(zhì)則隨著碳原子數(shù)的增加而物理性質(zhì)則隨著碳原子數(shù)的增加而有規(guī)律地變化的化合物系列。有規(guī)律地變化的化合物系列。(2) 同分異構(gòu)同分異構(gòu)(構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)) 官能團(tuán)異構(gòu)：甲醚、乙醇官能團(tuán)異構(gòu)

2、：甲醚、乙醇 H C C O HHHHHH CCOHHHHH 碳鏈異構(gòu)碳鏈異構(gòu)(Skeletal isomer )：直鏈和支鏈的異構(gòu)。：直鏈和支鏈的異構(gòu)。CH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH3構(gòu)造異構(gòu)體物理性質(zhì)有一定的差異構(gòu)造異構(gòu)體物理性質(zhì)有一定的差異. . 直鏈烴的沸點(diǎn)比帶有支鏈的構(gòu)造異構(gòu)體的高直鏈烴的沸點(diǎn)比帶有支鏈的構(gòu)造異構(gòu)體的高. 正丁烷（沸點(diǎn)-0.5） 異丁烷（沸點(diǎn)-10.2 ）n 烷烴中碳原子和氫原子的分類：烷烴中碳原子和氫原子的分類： 伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子。 伯氫、仲氫、叔氫伯氫、仲氫、叔氫 伯碳原子、伯碳原子、 一級(jí)碳原子一級(jí)碳原子 、 1。 (直接與

3、一個(gè)碳原子相連直接與一個(gè)碳原子相連)仲碳原子仲碳原子 、 二級(jí)碳原子二級(jí)碳原子 、2。 (直接與二個(gè)碳原子相連直接與二個(gè)碳原子相連)叔碳原子叔碳原子 、 三級(jí)碳原子三級(jí)碳原子 、3。 (直接與三個(gè)碳原子相連直接與三個(gè)碳原子相連)季碳原子、季碳原子、 四級(jí)碳原子四級(jí)碳原子 、4。 (直接與四個(gè)碳原子相連直接與四個(gè)碳原子相連)H3CCCHCH3CH3CH2CH3CH32.2 烷烴的命名烷烴的命名 母體名稱母體名稱 取代基名稱、位置和數(shù)目取代基名稱、位置和數(shù)目 選擇主鏈；主鏈上碳原子編號(hào)選擇主鏈；主鏈上碳原子編號(hào)(“最低系列最低系列”編號(hào)方法編號(hào)方法)；取代基排列順序取代基排列順序.n 普通命名法：

4、普通命名法：n 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法(IUPAC命名原則命名原則)：烷基名稱：烷基名稱： (烷基烷基 烷烴分子從形式上消除一個(gè)氫原子剩下的原子團(tuán)烷烴分子從形式上消除一個(gè)氫原子剩下的原子團(tuán))。 烷基的通用符號(hào)：烷基的通用符號(hào)： R烷基烷基 甲基甲基 Me 乙基乙基 Et 丙基丙基 n-Pr 異丙基異丙基 i-Pr 丁基丁基 n-Bu 異丁基異丁基 i-Bu 仲丁基仲丁基 s-Bu 叔丁基叔丁基 t-Bu Ar芳基芳基 Ph苯基；苯基；Ac乙?；阴；?選擇主鏈：選擇主鏈：CH3CH CH2CH CH2CHCHCH2CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CHCH3CH3CH32,3,7三甲基三甲基

5、 6 異丙基異丙基 4 異丁基壬烷異丁基壬烷 具有相同長(zhǎng)度的鏈可作為主鏈時(shí)，則應(yīng)選定具有支鏈數(shù)目最多具有相同長(zhǎng)度的鏈可作為主鏈時(shí)，則應(yīng)選定具有支鏈數(shù)目最多的碳鏈的碳鏈. 烷基大小的次序：烷基大小的次序：甲基甲基 乙基乙基 丙基丙基 丁基丁基 戊基戊基 己基己基. “最低系列最低系列”編號(hào)方編號(hào)方法：法：H3CCHCH2CHCH2CH2CH2CHCH3CH3H2CCH3CH3123456789987654321按上方的編號(hào)系列，取代基位次位按上方的編號(hào)系列，取代基位次位2，6，8按下方的編號(hào)系列，取代基位次位按下方的編號(hào)系列，取代基位次位2，4，8a:支鏈烷基名稱和位置寫在前；支鏈烷基名稱和位置

6、寫在前；b: 小基團(tuán)在前，大基團(tuán)在后；小基團(tuán)在前，大基團(tuán)在后；c:相同基團(tuán)合并，以漢字二、三、四等標(biāo)明數(shù)目；相同基團(tuán)合并，以漢字二、三、四等標(biāo)明數(shù)目；d: 表示位置的數(shù)字間要用逗號(hào)隔開，位次和取代基名稱之間要表示位置的數(shù)字間要用逗號(hào)隔開，位次和取代基名稱之間要用用“半字線半字線”隔開。隔開。H3CCH2CHCH2CH2CH3123456CH3取代基位次半字線取代基名稱母體名稱3甲基己烷 寫出名稱：寫出名稱：2.3 烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴的結(jié)構(gòu)n 分子結(jié)構(gòu)：分子結(jié)構(gòu)：分子中原子間的排列次序，分子中原子間的排列次序，原子相互間的立體位置原子相互間的立體位置，化學(xué)鍵的結(jié)合狀態(tài)以及分子中電子的分布狀態(tài)等各項(xiàng)內(nèi)

7、容在內(nèi)的總稱?；瘜W(xué)鍵的結(jié)合狀態(tài)以及分子中電子的分布狀態(tài)等各項(xiàng)內(nèi)容在內(nèi)的總稱。 構(gòu)型：構(gòu)型：一定構(gòu)造的分子中原子在空間的排列狀況。一定構(gòu)造的分子中原子在空間的排列狀況。 構(gòu)造：構(gòu)造：分子中原子間的排列次序。分子中原子間的排列次序。 n 甲烷分子甲烷分子(CH4)構(gòu)型構(gòu)型 ：正四面體型，鍵角正四面體型，鍵角109.5。 HCHHH109。280.109nm 構(gòu)造的表示方法構(gòu)造的表示方法- Kekule結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式，lewis結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式 構(gòu)型構(gòu)型(分子立體結(jié)構(gòu)分子立體結(jié)構(gòu))的表示方法的表示方法 - 楔形透視式楔形透視式，鋸，鋸架透視架透視式式 ，紐曼式（，紐曼式（Newman） 甲烷分子甲烷分子(

8、CH4)構(gòu)型構(gòu)型 楔形式楔形式CHHHH甲烷分子甲烷分子構(gòu)造構(gòu)造-Kekule結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式CHHHHIUPAC建議：即正常粗細(xì)的線表示在紙平面上的鍵，建議：即正常粗細(xì)的線表示在紙平面上的鍵，楔形楔形實(shí)線表實(shí)線表示伸出紙面向前，虛線表示伸向紙后方的鍵。示伸出紙面向前，虛線表示伸向紙后方的鍵。n 甲烷分子構(gòu)型的解釋甲烷分子構(gòu)型的解釋sp3雜化雜化 C 原子核外電子排布：原子核外電子排布：1s22s22p2 碳原子形成烷烴時(shí)碳原子形成烷烴時(shí) 電子激發(fā)電子激發(fā) 雜化雜化(s3p) 雜化軌道雜化軌道(4 sp3 )形成形成4個(gè)完全個(gè)完全相等的相等的sp3雜雜化軌道；每?jī)苫壍溃幻績(jī)蓚€(gè)個(gè)雜化軌道雜化軌道之

9、之間的夾角都是間的夾角都是109 28 sp3 軌道和甲烷分子的形成：軌道和甲烷分子的形成：n 乙烷分子的結(jié)構(gòu)：乙烷分子的結(jié)構(gòu)：鍵：鍵：CH 、CC鍵中成鍵原子的電子云沿軸向重疊，成鍵的電鍵中成鍵原子的電子云沿軸向重疊，成鍵的電子云沿鍵軸近似于園柱形對(duì)稱分布，成鍵原子可繞鍵軸旋轉(zhuǎn)。子云沿鍵軸近似于園柱形對(duì)稱分布，成鍵原子可繞鍵軸旋轉(zhuǎn)。2.4 烷烴的構(gòu)象烷烴的構(gòu)象 構(gòu)象和構(gòu)象異構(gòu)體：構(gòu)象和構(gòu)象異構(gòu)體： C CC C單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的 單鍵的旋轉(zhuǎn)使分子中的原子或基團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列單鍵的旋轉(zhuǎn)使分子中的原子或基團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列單鍵的旋轉(zhuǎn)使分子中

10、的原子或基團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列單鍵的旋轉(zhuǎn)使分子中的原子或基團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列（構(gòu)象）（構(gòu)象）（構(gòu)象）（構(gòu)象） 不同的構(gòu)象之間為構(gòu)象異構(gòu)關(guān)系（一類立體異構(gòu)現(xiàn)象）不同的構(gòu)象之間為構(gòu)象異構(gòu)關(guān)系（一類立體異構(gòu)現(xiàn)象）不同的構(gòu)象之間為構(gòu)象異構(gòu)關(guān)系（一類立體異構(gòu)現(xiàn)象）不同的構(gòu)象之間為構(gòu)象異構(gòu)關(guān)系（一類立體異構(gòu)現(xiàn)象）乙烷的兩種構(gòu)象乙烷的兩種構(gòu)象乙烷的兩種構(gòu)象乙烷的兩種構(gòu)象構(gòu)象構(gòu)象:由于圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中的原子或基團(tuán)在空間的由于圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中的原子或基團(tuán)在空間的不同排列狀況。不同排列狀況。 構(gòu)象構(gòu)象：紐曼投影式紐曼投影式 透視式透視式HHHHHHHHHHHHStaggeredNewma

11、n projection sawhorse projection 600紐曼式紐曼式Newman）透視式（鋸架式）透視式（鋸架式）p24 構(gòu)象分析：構(gòu)象分析：分析可能的構(gòu)象、優(yōu)勢(shì)構(gòu)象分析可能的構(gòu)象、優(yōu)勢(shì)構(gòu)象(內(nèi)能最低內(nèi)能最低) von der waals排斥力，排斥力，60oC1旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 97 %CH3CH3CH3溴代選擇性溴代選擇性（127oC）： 3o H : 2o H : 1o H = 1600 : 82 : 1l 烷烴烷烴溴代產(chǎn)物單一，在合成上可用溴代來制備鹵代烴溴代產(chǎn)物單一，在合成上可用溴代來制備鹵代烴. 過渡態(tài)理論過渡態(tài)理論 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)( (基元反應(yīng)基元反應(yīng)) )是一個(gè)由反應(yīng)

12、物逐漸變?yōu)楫a(chǎn)物的連續(xù)是一個(gè)由反應(yīng)物逐漸變?yōu)楫a(chǎn)物的連續(xù)過程。一個(gè)反應(yīng)由反應(yīng)物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變過程中，需要經(jīng)過一過程。一個(gè)反應(yīng)由反應(yīng)物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變過程中，需要經(jīng)過一個(gè)個(gè)過渡狀態(tài)過渡狀態(tài)。A +BCABCABC+過渡態(tài) B-C鍵伸長(zhǎng)變?nèi)蹑I伸長(zhǎng)變?nèi)? (部分?jǐn)嗔巡糠謹(jǐn)嗔? )，A-B鍵部分生成，體系的能量升至鍵部分生成，體系的能量升至最大。最大。- - 過渡態(tài)過渡態(tài)反應(yīng)進(jìn)程反應(yīng)進(jìn)程 位能曲線圖位能曲線圖 - - 反應(yīng)進(jìn)程中體系能量的變化反應(yīng)進(jìn)程中體系能量的變化活化能活化能 ：E反應(yīng)熱：反應(yīng)熱： E( (正反應(yīng)正反應(yīng)) ) E( (逆反應(yīng)逆反應(yīng)) ) ； 可由鍵的解離能來估算可由鍵的解離能來估算(p34)。

13、決定反應(yīng)速度決定反應(yīng)速度的是的是活化能活化能 E，是能壘高度，而非，是能壘高度，而非反應(yīng)熱。反應(yīng)熱。free radical ClCH3H+ClCl ClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反應(yīng)應(yīng)重重復(fù)復(fù)進(jìn)進(jìn)行行鏈鏈引引發(fā)發(fā)鏈鏈轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移（鏈鏈傳傳遞遞, ,鏈鏈增增長(zhǎng)長(zhǎng)）鏈鏈終終止止chain initiationchain propagationchain terminationhv or (2) 鹵代反應(yīng)鹵代反應(yīng)反應(yīng)歷程反應(yīng)歷程 烷烴鹵代烷烴鹵代+

14、+ 7.5 kJ/mol吸熱吸熱112.9 kJ/mol放熱放熱ClCH3H+ClClClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反應(yīng)應(yīng)重重復(fù)復(fù)進(jìn)進(jìn)行行hv or ClCH3H+ClH+CH3ClCH3H 勢(shì)能增加勢(shì)能增加勢(shì)能降低勢(shì)能降低勢(shì)能最高勢(shì)能最高l 甲烷氯代的勢(shì)能變化圖：甲烷氯代的勢(shì)能變化圖：ClH +CH3反反應(yīng)應(yīng)進(jìn)進(jìn)程程ClCH4+ClCH3H ClCH3Cl CH3Cl + ClEa 1Ea 2 H 1 H 2 勢(shì)勢(shì)能能勢(shì)能最高勢(shì)能最高處的原

15、子排列，處的原子排列，Ea：活化能（：活化能（ activation energy）；）； H: 反應(yīng)熱反應(yīng)熱活性中間體活性中間體原因：決速步驟的中間體原因：決速步驟的中間體(自由基自由基)的相對(duì)穩(wěn)定性：的相對(duì)穩(wěn)定性：2o 1o，中間體，中間體自由基愈穩(wěn)定，決速步聚活化能愈小，決速步聚愈快。自由基愈穩(wěn)定，決速步聚活化能愈小，決速步聚愈快。CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2ClCH3CHCH3Cl決速步聚CH3CH2CH3Cl2hv , 25oCCH3CH2CH2ClCH3CHCH3+Cl43%57%過渡態(tài)理論過渡態(tài)理論- 決定反應(yīng)速度決定反應(yīng)速度的是的是活化

16、能活化能 E，是能壘高度。，是能壘高度。比較伯氫、仲氫鹵代反應(yīng)比較伯氫、仲氫鹵代反應(yīng)-決速步驟決速步驟的反應(yīng)速度的反應(yīng)速度。 不同不同C-H鍵的離解能（鍵的離解能（D）不同）不同, 鍵的離解能愈小，則自游基愈容鍵的離解能愈小，則自游基愈容易生成易生成，愈容易生成的自由基愈穩(wěn)定愈容易生成的自由基愈穩(wěn)定。 自由基的相對(duì)穩(wěn)定性：自由基的相對(duì)穩(wěn)定性：3o 2o 1oCH3CH2CH3CH3CHCH3CH3CH2CH2410.0 kJ/mol397.5 kJ/mol+H+HCH3CHCH3CH3CCH3CH3CHCH2CH3CH3CH3389.1 kJ/mol410.0 kJ/mol+H+H鍵離解能（鍵離解能（DH）有機(jī)反應(yīng)相對(duì)活性的比較有機(jī)反應(yīng)相對(duì)活性的比較 反應(yīng)的區(qū)位選擇性反應(yīng)的區(qū)位選擇性(優(yōu)勢(shì)產(chǎn)物優(yōu)勢(shì)產(chǎn)物)的解釋的解釋反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理(多步反應(yīng)多步反應(yīng))反應(yīng)決速步聚反應(yīng)決速步聚決速步聚中間體決速步聚中間體(碳自由基碳自由基)的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性決速步聚活化能決速步聚活化能決速步聚過渡態(tài)的穩(wěn)定性決速步聚過渡態(tài)的穩(wěn)定性XH+R1XH