高校化工-有機化學-課件-Org_Ch02烷烴

1、1第二章作業(yè)（第二章作業(yè)（P39P39） 1 (11 (1、3 3、5 5、7)7)2 (12 (1、3 3、5 5、7)7)3 3、4 (24 (2、4 4、6)6)5 5、7 7、8 8（注意：注意：指構象異構、構造異構、等同）指構象異構、構造異構、等同）9 9、10 10 、12 (1)12 (1)1414。23本章重點內(nèi)容：本章重點內(nèi)容：1. IUPAC命名法命名法2. 烷烴的構象烷烴的構象3. 烷烴的游離基取代反應，包括選擇性、機理和能量變化烷烴的游離基取代反應，包括選擇性、機理和能量變化； 分之中只有分之中只有C、H兩種元素的有機化合物叫做烴兩種元素的有機化合物叫做烴(hydroc

2、arbon)； 烴可分為開鏈烴和閉鏈烴烴可分為開鏈烴和閉鏈烴(環(huán)烴環(huán)烴)。4烷烴烷烴又叫又叫飽和烴飽和烴，由于石蠟是烷烴的混合物，故烷烴也稱，由于石蠟是烷烴的混合物，故烷烴也稱石蠟烴石蠟烴。例如例如：甲烷，乙烷，丙烷，丁烷：甲烷，乙烷，丙烷，丁烷(正丁烷，異丁烷正丁烷，異丁烷)，戊烷，戊烷 (正正戊烷，異戊烷，新戊烷戊烷，異戊烷，新戊烷). (見下頁見下頁)2.1 烷烴的通式、同系列和構造異構烷烴的通式、同系列和構造異構5CH4C2H6HCHHHHCCHHHHHCH4CH3CH3分子 式結構式結構 簡式C4H10HCCHHCHHHHCHHHCH3CH2CH2CH3結構最簡式CH3(CH2)2C

3、H36NameCondensed Structuremethane（甲烷）（甲烷）CH4ethane（乙烷）（乙烷）CH3CH3propane（丙烷）（丙烷）CH3CH2CH3butane（丁烷）（丁烷）CH3(CH2)2CH3pentaneCH3(CH2)3CH3hexaneCH3(CH2)4CH3heptaneCH3(CH2)5CH3octaneCH3(CH2)6CH3nonaneCH3(CH2)7CH3decaneCH3(CH2)8CH3undecaneCH3(CH2)9CH3dodecaneCH3(CH2)10CH3甲基甲基: methyl7烷烴的通式烷烴的通式直鏈烷烴分子中，一個或幾

4、個直鏈烷烴分子中，一個或幾個-CH2-基團（基團（亞甲亞甲基基）連成碳鏈，碳鏈的兩端再連有兩個氫原子，因此直鏈烷烴）連成碳鏈，碳鏈的兩端再連有兩個氫原子，因此直鏈烷烴的通式可寫為的通式可寫為: H-(-CH2-)n-H 或：或： CnH2n+2乙烷乙烷可看成甲烷的一個氫原子被甲基可看成甲烷的一個氫原子被甲基-CH3取代；取代；丙烷丙烷可看成乙烷上的一個可看成乙烷上的一個H被甲基被甲基-CH3取代取代;丁烷丁烷可看成丙烷的一個可看成丙烷的一個H被甲基被甲基 -CH3 取代：取代：8戊烷可看成是正丁烷和異丁烷上的一個戊烷可看成是正丁烷和異丁烷上的一個 -H被甲基被甲基 -CH3 取代取代的產(chǎn)物的產(chǎn)

5、物: (正戊烷正戊烷,異戊烷異戊烷,新戊烷新戊烷).9 分子式相同，但構造分子式相同，但構造 (分子中各原子相連的方式和次序分子中各原子相連的方式和次序)不不同而產(chǎn)生的異構現(xiàn)象叫構造異構現(xiàn)象。同而產(chǎn)生的異構現(xiàn)象叫構造異構現(xiàn)象。 構造異構體是構造異構體是不同不同的化合物的化合物。性質(zhì)具有一定的差異。性質(zhì)具有一定的差異。 如：正丁烷的沸點：如：正丁烷的沸點：- 0.5，熔點：，熔點：- 138.3， 異異丁烷的沸點：丁烷的沸點：- 11.7，熔點：，熔點：- 159.4， 隨著碳原子數(shù)的增加隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴的構造異構體的數(shù)目也越多，烷烴的構造異構體的數(shù)目也越多，而且增加越來越迅速。而且增加

6、越來越迅速。C7H16有有9個構造異構體，個構造異構體，C8H18有有18個個，C12H26有有366319個。個。10同系物同系物 烷烴的通式烷烴的通式 CnH2n+2, 直鏈烴直鏈烴的通式可寫為的通式可寫為: H-(-CH2-)n-H同系物同系物在組成上相差一個或多個在組成上相差一個或多個 CH2，且結構和性質(zhì)相似，且結構和性質(zhì)相似的一系列化合物稱為同系列。同系列中的各化合物互稱同系的一系列化合物稱為同系列。同系列中的各化合物互稱同系物。物。 （表表2-1中的化合物都是烷烴同系列中的同系物中的化合物都是烷烴同系列中的同系物）系差系差同系列相鄰的兩個分子式的同系列相鄰的兩個分子式的差值差值C

7、H2稱為系差。稱為系差。(?)11烷烴中碳原子的分類烷烴中碳原子的分類一級碳原子一級碳原子(伯碳原子伯碳原子)，用，用“1”表示；表示；二級碳原子二級碳原子 (仲碳原子仲碳原子)，用，用“2”表示；表示；三級碳原子三級碳原子 (叔碳原子叔碳原子)，用，用“3”表示；表示；四級碳原子四級碳原子 (季碳原子季碳原子)，用，用“4”表示。表示。12烷烴中碳原子的分類英文表示烷烴中碳原子的分類英文表示primarysecondarytertiaryquaternary13 烷烴去掉一個氫原子后的原子團被稱為烷基。常用烷烴去掉一個氫原子后的原子團被稱為烷基。常用R-，或或(CnH2n+1-)表示，表示，

8、所以烷烴又可用通式所以烷烴又可用通式RH表示。表示。 對去掉一個直鏈烷烴末端氫原子所得的原子團，命名時對去掉一個直鏈烷烴末端氫原子所得的原子團，命名時“正正”字常用字常用n-代表。代表。屬于簡單取代基的烷基：甲基，乙基以及下列烷烴衍生的烷屬于簡單取代基的烷基：甲基，乙基以及下列烷烴衍生的烷基基，對簡單取代基的結構和名稱要清晰記憶對簡單取代基的結構和名稱要清晰記憶。對于丙烷：對于丙烷： CH3CHCH3異 丙 基 ， iso-丙 基CH3CH2CH2丙 基 ， 正 丙 基 ， n-丙 基CH3CHCH3(CH2)n異烷基n=0所有的正烷基和所有的正烷基和異烷基都是簡單異烷基都是簡單取代基取代基1

9、4對于丁烷：CH3CH2CH2CH2丁基 ，一級丁基，正丁 基，n-丁 基CH3CH2CHCH3二級 丁基，仲丁基，sec-丁基CH3CHCH2CH3異 丁 基 ， iso-丁 基對 于 異 丁 烷CH3CHCH3CH3CH3CCH3CH3三 級 丁 基 ， 叔 丁 基 ， tert-丁 基 ， t-丁 基15CH3CCH3CH3CH2新戊基，neo-戊基CH3CH2CCH3CH3叔戊基，t-戊 基CH3CH2CH2CH2CH2戊基，正戊基，n-戊基16Me甲基；甲基； Et乙基；乙基；Pr丙基；丙基；Bu丁基丁基Ar芳基；芳基；Ph苯基；苯基；Ac乙?；?；乙酰基；R烷基烷基常用基團的英文簡寫

10、常用基團的英文簡寫17 2.2 烷烴的命名烷烴的命名一、習慣命名法一、習慣命名法 烷烴烷烴碳原子總數(shù)決定烷烴名稱的碳原子數(shù)，使用正、異、碳原子總數(shù)決定烷烴名稱的碳原子數(shù)，使用正、異、新等區(qū)分異構體，顯然具有局限性。新等區(qū)分異構體，顯然具有局限性。CH3CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CCH3CH3CH3正戊烷異戊烷新戊 烷18二、衍生物命名法二、衍生物命名法 以甲烷為母體。分子大時取代基命名就很復雜，因此也以甲烷為母體。分子大時取代基命名就很復雜，因此也具有局限性。具有局限性。CH3CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CCH3CH3CH3二 乙基

11、甲烷二甲基乙基甲烷四甲 基甲烷19二、脂肪族有機化合物的二、脂肪族有機化合物的IUPAC命名法命名法準備知識準備知識-次序規(guī)則：次序規(guī)則：1.1.單原子基團：原子序；中子數(shù)；單原子基團：原子序；中子數(shù)； 例：例：Cl HCl H；3 3H H 2 2H H 1 1H H2.2.多原子基團：首先比較第一個原子，如果相同則比較第二個，余此類推。多原子基團：首先比較第一個原子，如果相同則比較第二個，余此類推。 例：例：-CH-CH2 2CHCH3 3 -CH -CH3 33.3.含有重鍵的基團必須將重鍵展開，然后按第含有重鍵的基團必須將重鍵展開，然后按第2 2條比較。條比較。CCHCCHCCCCCH

12、OCHOOC注意：展出的原子不能再次展開注意：展出的原子不能再次展開20IUPAC命名法又稱系統(tǒng)命名法。制定與命名法又稱系統(tǒng)命名法。制定與1892年，最后修訂于年，最后修訂于1993年。中文年。中文版是版是1960年制定，年制定，1980年根據(jù)年根據(jù)1979年英文版進行了修訂。年英文版進行了修訂。 特點是特點是主鏈碳原子數(shù)決定化合物母體名稱的碳原子數(shù)主鏈碳原子數(shù)決定化合物母體名稱的碳原子數(shù)。對開鏈化合物。對開鏈化合物應用得很好。應用得很好。 碳數(shù)表示：碳數(shù)表示：10及以內(nèi)依次使用天干；及以內(nèi)依次使用天干；11及以上使用數(shù)字十一、十及以上使用數(shù)字十一、十二二 應用中要注意與英文的命名的應用中要注

13、意與英文的命名的差別差別。包括以下步驟：包括以下步驟：注意：本命名法中所說的注意：本命名法中所說的“大大”、“小小”在本學院均以次序規(guī)則為準。在本學院均以次序規(guī)則為準。21(一一)選母體官能團并確定母體：選母體官能團并確定母體： 當官能團不止一個時，按下列次序選擇母體：當官能團不止一個時，按下列次序選擇母體：-COOH，-SO3H，-COOR，-COX，-CONH2，-CN，-CHO，C=O，-OH(醇醇)，-OH(酚酚)，-SH，-NH2，-OR，-SR。( (二二) )選主鏈：選主鏈： 有官能團時，主鏈必須包含母體官能團或與母體官能團直接相連；有官能團時，主鏈必須包含母體官能團或與母體官能

14、團直接相連； (1)(1)最長規(guī)則；最長規(guī)則； (2)(2)在在(1)(1)條的基礎上的最多規(guī)則；條的基礎上的最多規(guī)則；22( (三三) )編號編號 (1)(1)母體官能團的最低序列原則；母體官能團的最低序列原則； (2)(2)取代基的最低序列原則；取代基的最低序列原則； (3)(3)”小小”取代基優(yōu)先獲得較小的編號；取代基優(yōu)先獲得較小的編號； (4)(4)編號和最小原則；編號和最小原則； 上述編號規(guī)則上述編號規(guī)則有優(yōu)先考慮有優(yōu)先考慮，只有前邊的規(guī)則無法確定化合物的編號時，只有前邊的規(guī)則無法確定化合物的編號時才考慮后面的規(guī)則。才考慮后面的規(guī)則。23( (四四) )寫出名稱：寫出名稱：(1)(1

15、)名稱的寫法：按名稱的寫法：按構型、取代基、母體構型、取代基、母體的順序。的順序。 有如下注意事項，無優(yōu)先級之分。有如下注意事項，無優(yōu)先級之分。(2)(2)構型的寫法：構型的寫法： 如果從表達式中能看出構型，則必須寫出構型；如果從表達式中能看出構型，則必須寫出構型；如果分子只有一個位置需要構型表述，則只需寫出構型，構型不必如果分子只有一個位置需要構型表述，則只需寫出構型，構型不必標出位置，也不必寫括號；標出位置，也不必寫括號； 如果不止一個位置需要寫出構型，則既要標出位置也要寫括號，不如果不止一個位置需要寫出構型，則既要標出位置也要寫括號，不同位置的構型必須用逗號分割。同位置的構型必須用逗號分

16、割。24(3)(3)取代基的寫法：取代基的寫法：無論編號如何，總是先寫無論編號如何，總是先寫“小小”取代基，后寫取代基，后寫“大大”取代基；取代基；相同取代基必須合并寫出；相同取代基必須合并寫出；對于每一個取代基都要指出編號；對于每一個取代基都要指出編號； (4)(4)母體的寫法：母體的寫法：有些情況下母體編號可以省略，有些情況下母體編號必須省略；有些情況下母體編號可以省略，有些情況下母體編號必須省略；如果一個化合物的名稱中涉及兩種或兩種以上的母體名稱，則第一個如果一個化合物的名稱中涉及兩種或兩種以上的母體名稱，則第一個母體名稱出現(xiàn)時母體名稱出現(xiàn)時即即指出主鏈的碳數(shù)，以后則指出主鏈的碳數(shù)，以后

17、則不再不再指出；換句話說，一個化指出；換句話說，一個化合物中只能指出一次主鏈碳數(shù)。合物中只能指出一次主鏈碳數(shù)。252.3 烷烴的結構烷烴的結構2.3.1 甲烷的結構甲烷的結構109.5o正四面體型鍵長0.110nm鍵角109o28Stuart模型模型262.3.2 其它烷烴的結構其它烷烴的結構乙 烷的結構丙烷的結構0.154nm0.110nm27丁烷的結構丁烷的結構28鍵線式：鍵線式： 對于每一條線段，如末端不標基團，則標示碳，并用對于每一條線段，如末端不標基團，則標示碳，并用H原子飽和所缺原子飽和所缺的價鍵。的價鍵。292.3 烷烴的構象烷烴的構象2.4.1 乙烷的構象乙烷的構象乙烷的重疊式

18、構象乙烷的重疊式構象30乙烷的交叉式構象乙烷的交叉式構象重疊式、交叉式構象比較重疊式、交叉式構象比較31(3)紐曼投影式紐曼投影式(2)鋸架式表示乙烷的構象鋸架式表示乙烷的構象32乙烷分子各種構象的能量曲線乙烷分子各種構象的能量曲線12.6kJ/mol重疊式重疊式交叉式交叉式交叉式33丁烷的結構（模型）丁烷的結構（模型）2.4.2丁烷的構象丁烷的構象342.4.2丁烷的構象丁烷的構象(續(xù)續(xù))為為主主35丁烷丁烷C(2)-C(3)鍵旋轉(zhuǎn)引起的各構象的能量變化鍵旋轉(zhuǎn)引起的各構象的能量變化36 室溫下，分子熱運動即可越過構象轉(zhuǎn)變的能壘，所以單鍵是可以自由室溫下，分子熱運動即可越過構象轉(zhuǎn)變的能壘，所以

19、單鍵是可以自由旋轉(zhuǎn)的。旋轉(zhuǎn)的。372.5 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì)(C5C18為液體為液體)(1)(1)沸點沸點: :沸點大小取決于分子間的作用力沸點大小取決于分子間的作用力 烷烴沸點的特點烷烴沸點的特點（a a）沸點一般很低（非極性，只有色散力）。）沸點一般很低（非極性，只有色散力）。（b）隨相對分子質(zhì)量增大而增大。）隨相對分子質(zhì)量增大而增大。（c）相對分子質(zhì)量相同、叉鏈多、沸點低。）相對分子質(zhì)量相同、叉鏈多、沸點低。38烷烴熔點的特點烷烴熔點的特點 (a) 隨相對分子質(zhì)量增大而增大；隨相對分子質(zhì)量增大而增大； (b) 偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳烷烴的偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳烷烴的熔點升高值熔點升高值

20、 大大(如右圖如右圖)；(c) 相對分子質(zhì)量相同的烷烴，叉相對分子質(zhì)量相同的烷烴，叉鏈增多，熔點下降；鏈增多，熔點下降；(d) 高度對稱的異構體熔點特高。高度對稱的異構體熔點特高。奇數(shù)碳奇數(shù)碳偶數(shù)碳偶數(shù)碳(2) (2) 熔點：取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度。熔點：取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度。39(3)相對密度相對密度: 隨著相對分子量的增加而有所增加，最后接近隨著相對分子量的增加而有所增加，最后接近0.8左右。左右。 作用力隨著分子質(zhì)量的增加而增加，使分子間的距離相對地減少作用力隨著分子質(zhì)量的增加而增加，使分子間的距離相對地減少的緣故。的緣故。40(4)溶解度溶解度 當溶劑

21、分子之間的吸引力和溶質(zhì)分子之間，以及溶劑分子與溶質(zhì)分子之當溶劑分子之間的吸引力和溶質(zhì)分子之間，以及溶劑分子與溶質(zhì)分子之間的相互吸引力相近時，溶解容易進行。間的相互吸引力相近時，溶解容易進行。氯化鈉的溶劑比氯化鈉的溶劑比 烷烴不溶于水，而易溶于四氯化碳烷烴不溶于水，而易溶于四氯化碳“結構相似者相溶結構相似者相溶”412.6 烷烴的化學性質(zhì)烷烴的化學性質(zhì) 總的來說不活潑。室溫下不與強酸、強堿、強氧化劑反應。一定條件總的來說不活潑。室溫下不與強酸、強堿、強氧化劑反應。一定條件下也能發(fā)生一些化學反應。下也能發(fā)生一些化學反應。2.6.1 氧化反應氧化反應完全氧化完全氧化: CH4 + 2O2 CO2 +

22、 2H2O =-881kJ/mol CH3CH3 + 7O2 4CO2 + 6H2O =-1538kJ/mol不完全氧化：不完全氧化：其中其中C10C20的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂.RCH2CH2R錳 鹽 ， 1.53MPaO2， 120oCRCOOH + RCOOH其中其中C10C20的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂.422.6.2 異構化反應：異構化反應：用于提高汽油的商品質(zhì)量。用于提高汽油的商品質(zhì)量。CH3CH2CH2CH320%AlBr3, HBr, 27oCCH3CHCH3CH380%432.6.3 裂化反應裂化反應CH4

23、+CH3CHCH2CH2CH2+CH3CH3H2+CH3CHCH2CH3CH2CH2CH3 可以提高汽油的產(chǎn)量。可以提高汽油的產(chǎn)量。 要了解熱裂化、催化裂化的概念及條件。要了解熱裂化、催化裂化的概念及條件。 要了解裂解的概念及條件。要了解裂解的概念及條件。442.6.4 取代反應取代反應(1)甲烷的氯代反應甲烷的氯代反應注 意反應條件：CH4 + Cl2強烈日光HCl + C + 熱量CH4 + Cl2CH3Cl + HCl漫射光CH3Cl + Cl2漫射光CH2Cl2 + HCl漫 射 光CH2Cl2 + Cl2CHCl3 + HCl漫射 光CHCl3 + Cl2CCl4 + HCl1 1

24、該反應一般只適宜工業(yè)生產(chǎn)該反應一般只適宜工業(yè)生產(chǎn)而不適宜實驗室制備。而不適宜實驗室制備。2 2 該反應不適宜制備二氯甲烷該反應不適宜制備二氯甲烷和三氯甲烷。和三氯甲烷。3 CH3 CH4 4、C C2 2H H6 6、 C(CH3 3)4 4和無取和無取代基的環(huán)烷烴的一氯化物可以代基的環(huán)烷烴的一氯化物可以通過控制物料比進行。通過控制物料比進行。45(2)其它烷烴的氯代反應其它烷烴的氯代反應乙烷一氯代沒有異構體，但二氯代是有異構體的：CH3CH2Cl + Cl2CH3CHCl2 + ClCH2CH2Cl光進一步氯代會更復雜，略，見教材。CH3CH2CH3CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH

25、3Cl光43%57%yx6223571:4:yx46H的活性：的活性：3oH 2oH 1oH CH3-H離解能離解能(kJ/mol)一級氫一級氫(伯氫伯氫)CH3CH2CH2-H410二級氫二級氫(仲氫仲氫)(CH3)2CH-H395三級氫三級氫(叔氫叔氫)(CH3)3C-H380CH3CHCH3CH3+ Cl2光CH3CCH3CH3Cl + CH3CHCH3CH2Cl36%64%yx9164361:5:yx47(3)烷烴與其它鹵素的取代反應烷烴與其它鹵素的取代反應3oH2oH1oH V : V : V = 1 : 82 : 1600CH3CH2CH3 + Br2127 oChvCH3CHCH2Br + CH3CHCH3Br3%97%CH3