2 第二章 烷烃.ppt

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1、第二章第二章烷烃烷烃第一节第一节烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象第二节第二节烷烃的命名法烷烃的命名法第三节第三节烷烃的构型烷烃的构型第四节第四节烷烃的构象烷烃的构象第五节第五节烷烃的物理性质烷烃的物理性质第六节第六节烷烃的化学性质烷烃的化学性质第七节第七节烷烃的卤代反应历程烷烃的卤代反应历程第八节第八节过渡态理论过渡态理论第九节第九节甲烷和天然气甲烷和天然气习题习题（一）、教学要求（总共（一）、教学要求（总共4学时）学时）1、掌握碳正四面体的概念、掌握碳正四面体的概念、SP3杂化和杂化和键的形成及特点，键的形成及特点，建立有机分子的空间概念。建立有机分子的空间概念。2、掌握

2、烷烃、掌握烷烃CCS，5C以下的普通命名法、基、碳、氢的类型。以下的普通命名法、基、碳、氢的类型。3、掌掌握握乙乙烷烷、正正丁丁烷烷的的锯锯架架式式、楔楔形形式式和和Newman投投影影式式的的画法画法及各极限构象的命名法，了解各构象之间的能量关系。及各极限构象的命名法，了解各构象之间的能量关系。4、能能用用分分子子间间力力说说明明烷烷烃烃物物理理性性质质的的规规律律性性变变化化，通通过过烷烷烃烃结结构构特特点点说说明明烷烷烃烃化化学学性性质质上上的的相相对对稳稳定定性性，掌掌握握烷烷烃烃的的主主要要化学反应、用途。了解烷烃的主要来源。化学反应、用途。了解烷烃的主要来源。5、掌握烷烃的光卤化反

3、应历程，不同类型氢的活性。、掌握烷烃的光卤化反应历程，不同类型氢的活性。6、掌握下列概念：烃、烷烃通式、烷基，伯、仲、叔、季碳、掌握下列概念：烃、烷烃通式、烷基，伯、仲、叔、季碳原子及伯、仲、叔氢原子、同系列、同系差、同分异构、原子及伯、仲、叔氢原子、同系列、同系差、同分异构、构造异构、构造式、构象、构造异构、构造式、构象、键、反应历程、自由基反应。键、反应历程、自由基反应。（二）、重点与难点（二）、重点与难点重点：重点：1、烷烃的系统命名及同分异构现象；、烷烃的系统命名及同分异构现象；2、烷烃的结构与相应的物理性质，如熔点、沸、烷烃的结构与相应的物理性质，如熔点、沸点、溶解度等之间的关系；点

4、、溶解度等之间的关系；3、烷烃的构象，透视式和纽曼投影式的写法及各、烷烃的构象，透视式和纽曼投影式的写法及各构象之间的能量关系；构象之间的能量关系；4、烷烃光卤化反应的自由基反应机理及各类自由、烷烃光卤化反应的自由基反应机理及各类自由基的相对稳定性。基的相对稳定性。难点：难点：1、烷烃卤化的自由基反应机理；、烷烃卤化的自由基反应机理；2、烷烃的构象，透视式和纽曼投影式的写法及各、烷烃的构象，透视式和纽曼投影式的写法及各构象之间的能量关系。构象之间的能量关系。（三）、教学内容（三）、教学内容1、烷烃的同系列及同分异构现象。烷烃的同系列及同分异构现象。2、烷烃的命名：普通命名法、烷基、系统命名法。

5、烷烃的命名：普通命名法、烷基、系统命名法。3、烷烃的构型：碳正四面体的概念、烷烃的构型：碳正四面体的概念、SP3杂化和杂化和键的形成键的形成及特点。及特点。4、烷烃的构象：乙烷、正丁烷构象。烷烃的构象：乙烷、正丁烷构象。5、烷烃的物理性质。烷烃的物理性质。6、烷烃的化学性质：氧化、热裂、卤代。烷烃的化学性质：氧化、热裂、卤代。7、烷烷烃烃卤卤代代反反应应历历程程：甲甲烷烷的的卤卤代代历历程程、卤卤素素对对甲甲烷烷的的相相对对反应活性与烷基自由基的稳定性。反应活性与烷基自由基的稳定性。8、过渡态理论。过渡态理论。烷烃的制备、来源及其主要用途。烷烃的制备、来源及其主要用途。1、3（5、6、7、8）

6、、）、6、7、8、10、12、13、14、HomeworkAssignments烷烃烷烃(alkane)烃烃(hydrocarbon)由由C和和H两元素组成的有机化合物；两元素组成的有机化合物；烃是有机化合物的母体，其它有机化合物都可以认为烃是有机化合物的母体，其它有机化合物都可以认为是烃的衍生物是烃的衍生物烃的分类：烃的分类：第一节第一节烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象一、烷烃的同系列一、烷烃的同系列(homologousseries)同系列同系列(homologousseries)凡是有同一个通式，凡是有同一个通式，结构相似，化学性质相似，物理性质随结构相似，化学性质相

7、似，物理性质随C原子数的原子数的增加有规律地变化的一系列化合物增加有规律地变化的一系列化合物同系物同系物(homologs)同系列中的化合物同系列中的化合物系列差系列差相邻同系列相差的部分相邻同系列相差的部分烷烃的通式：烷烃的通式：CH2二、烷烃的同分异构现象二、烷烃的同分异构现象6个个C5个异构体个异构体;7个个C9个异构体个异构体8个个C18个异构体；个异构体；9个个C3510个个C7512个个C35520个个C366319个异构体个异构体在烷烃系列中，甲烷、乙烷都没有同分异构现象在烷烃系列中，甲烷、乙烷都没有同分异构现象丁烷（丁烷（4个个C）2个异构体：个异构体：戊烷（戊烷（5个个C）3

8、个：个：构造异构体构造异构体(constitutionalisomerism）分子式相同，而构造不同的异构体分子式相同，而构造不同的异构体(或称碳胳异构体或或称碳胳异构体或碳干异构体）。碳干异构体）。推导构造异构体的方法：推导构造异构体的方法：（1）写出最长的碳链）写出最长的碳链（2）写出少一个）写出少一个C的直链为主链的直链为主链（3）写出少二个）写出少二个C的直链式为主链的直链式为主链（4）把重复的剔除）把重复的剔除构造式的书写形式有构造式的书写形式有简式、碳干式、键线式简式、碳干式、键线式：例如：例如：碳干式：碳干式：键线式键线式（正规场合不能应用）（正规场合不能应用）三、碳原子类型和氢

9、原子类型三、碳原子类型和氢原子类型直接与一个碳原子相连的称为第一碳原子或直接与一个碳原子相连的称为第一碳原子或“伯伯”或或“一级一级”1二个二个第二第二“仲仲”或或“二级二级”2三个三个第三第三“叔叔”或或“三级三级”3四个四个第四第四“季季”或或“四级四级”4与与伯、仲、叔碳原子相连的氢分别称为伯、仲、伯、仲、叔碳原子相连的氢分别称为伯、仲、叔叔H1H、2H、3H由于伯、仲、叔氢所处的环境不同，共价键的强度不由于伯、仲、叔氢所处的环境不同，共价键的强度不同，表现出反应活性有一定的差别：同，表现出反应活性有一定的差别：被取代的反应活性顺序一般为：叔被取代的反应活性顺序一般为：叔H仲仲H伯伯H第

10、二节第二节烷烃的命名法烷烃的命名法烷烃的命名法是有机化合物命名的基础烷烃的命名法是有机化合物命名的基础,应特别重视应特别重视,应做到应做到:普通命名法（习惯命名法）普通命名法（习惯命名法）（适合简单、碳原子数较少的化合物）（适合简单、碳原子数较少的化合物）系统命名法（系统命名法（IUPAC 命名法）命名法）重点掌握重点掌握俗名俗名有机化合物的命名法通常有：有机化合物的命名法通常有：一、普通命名法（习惯命名法）一、普通命名法（习惯命名法）区别同分异构体，用区别同分异构体，用“正（正（normal)”、“异异(iso)”、“新新(neo)”词头表示。词头表示。异辛烷，衡量汽油品质的基准化物质。异辛

11、烷，衡量汽油品质的基准化物质。特别例外：特别例外：注意注意“异异”、“新新”的使用和区别：的使用和区别：二、烷基二、烷基表表2-3一价基的名称，英文名称将词尾一价基的名称，英文名称将词尾aneyl三、三、系统命名法（系统命名法（IUPAC命名法）命名法）(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry)系统命名法原则：系统命名法原则：1、直链烷烃称、直链烷烃称“某烷某烷”与习惯命名法相似。与习惯命名法相似。2、含侧链烷烃的命名、含侧链烷烃的命名把侧链烷基看作取代基，把侧链烷基看作取代基，作为直链烷烃的衍生物。作为直链烷烃的衍生物。命名原则：命名原则：（1

12、）选主链）选主链(母体母体)选取最长碳链为选取最长碳链为主链主链，其它，其它侧侧链链为为取代基取代基。n若有等长若有等长C链为主链时，应选取代基最多的为主链链为主链时，应选取代基最多的为主链目的使取代基团简单目的使取代基团简单2,3,5-三甲基三甲基-4-丙基庚烷丙基庚烷2,5-二甲基二甲基-4-仲丁基庚烷仲丁基庚烷（2）主链主链碳原子位次碳原子位次编号编号离取代基最近的一端开离取代基最近的一端开 始编号始编号（3）名称的书写规则：）名称的书写规则：位次位次-取代基母体名称取代基母体名称有几种可能编号时遵循有几种可能编号时遵循“最低系列最低系列”原则。原则。何谓何谓“最低系列最低系列”原则？例

13、如：原则？例如：书写名称有多个取代基时：书写名称有多个取代基时：小基团在前，大基团在后，相同合并小基团在前，大基团在后，相同合并基团大小按基团大小按次序规则次序规则，较优基团（较大基团）列后，较优基团（较大基团）列后n常见烷基的排列顺序：常见烷基的排列顺序：n甲基甲基乙基乙基丙基丙基丁基丁基戊基戊基己基己基异戊基异戊基异丁基异丁基 重叠式重叠式乙烷分子不同构象能量曲线图乙烷分子不同构象能量曲线图解释：解释：（1）能量上）能量上交叉式交叉式邻位交叉式邻位交叉式部分重叠式部分重叠式全重叠式全重叠式第五节、烷烃的物理性质第五节、烷烃的物理性质1、物态、物态：在通常情况下：在通常情况下：C1C4气态气

14、态;C5C16液态液态;C17以上以上为固体为固体物质的状态可以以沸点和熔点大小判断出来：物质的状态可以以沸点和熔点大小判断出来：一般：一般：bp20C,mp20C,为固体为固体2、沸点：、沸点：非极性分子沸点主要取决于色散力大小非极性分子沸点主要取决于色散力大小（与相对质量、分子间距、相互作用力大小成正比）（与相对质量、分子间距、相互作用力大小成正比）从表从表24可见可见:（1）正链烷烃）正链烷烃Cbp有规律有规律（图（图212）（2）从戊烷开始每增加）从戊烷开始每增加1个个C，bp2030C（3）同同C原子数的异构体，支链越多原子数的异构体，支链越多，bp正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊

15、烷bp：36.1C27.9C9.5Cmp：-129.7C-159.9C-16.6C（3）同同C原子数的异构体，支链越多原子数的异构体，支链越多，bp下降下降例如：例如：3、熔点、熔点取决于两方面：取决于两方面：（1）分子间排斥力（色散力）大小）分子间排斥力（色散力）大小（2）晶构中质点排列程度）晶构中质点排列程度分子结构的对称性分子结构的对称性对物质熔点起决定作用对物质熔点起决定作用1）直链烷烃）直链烷烃C4以上，以上，C ，mp（含偶数碳的含偶数碳的mp升高程度较大升高程度较大 丙烷到丁烷（奇丙烷到丁烷（奇偶）升高偶）升高51.3C 丁烷到戊烷（偶丁烷到戊烷（偶奇）升高奇）升高 8.7 C4

16、、比重：、比重：C，d5、溶解度、溶解度6、折射率：、折射率：C，n折射率反映了分子中电子被光极化的程度，折折射率反映了分子中电子被光极化的程度，折射率越大，表示分子被极化的程度越大。射率越大，表示分子被极化的程度越大。折射率可以作为液体物质纯度的标志，它比沸点更折射率可以作为液体物质纯度的标志，它比沸点更可靠，也可以用于鉴定未知化合物。可靠，也可以用于鉴定未知化合物。2）结构对称的烷烃结构对称的烷烃mp较高较高(比较戊烷的三个异构体的比较戊烷的三个异构体的熔点熔点)，甲烷的熔点比丙烷高，是因为甲烷分子的对称，甲烷的熔点比丙烷高，是因为甲烷分子的对称性很高，在晶格结构中较紧密，分子间的作用力较

17、大，性很高，在晶格结构中较紧密，分子间的作用力较大，熔点也就更高。熔点也就更高。第六节第六节烷烃的化学性质烷烃的化学性质烷烃是饱和烃，化学性质较稳定，难起化学反应；烷烃是饱和烃，化学性质较稳定，难起化学反应；（在强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂下都不起反应（在强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂下都不起反应)烷烃在激烈条件下主要起游离基反应；烷烃在激烈条件下主要起游离基反应；烷烃来源丰富烷烃来源丰富,其反应已成为基本有机化学工业长其反应已成为基本有机化学工业长 期重点研究的课题期重点研究的课题,近年来已取得不少成果近年来已取得不少成果.一、氧化反应一、氧化反应(oxidationreaction)在空

18、气中燃烧放热反应：在空气中燃烧放热反应：部分氧化：部分氧化：引发剂引发下，着火点以下加热，可发生部引发剂引发下，着火点以下加热，可发生部分氧化生成各种含氧衍生物。如醇、醛、酮、羟酸等。分氧化生成各种含氧衍生物。如醇、醛、酮、羟酸等。二、热裂反应二、热裂反应(pyrolysisreaction)碳原子越多热裂产物越复杂，碳原子越多热裂产物越复杂，8001100热裂主要产热裂主要产物是乙烯，其次是丙烯、丁烯、丁二烯和氢（乙烯、物是乙烯，其次是丙烯、丁烯、丁二烯和氢（乙烯、丙烯、丁烯等都是重要化工原料）丙烯、丁烯等都是重要化工原料）催化热裂催化热裂应用催化剂的热裂应用催化剂的热裂生产高辛烷值汽油生产

19、高辛烷值汽油提高汽油质量提高汽油质量三、卤代反应三、卤代反应(helogenationreaction)烷烃与卤素在常温下暗处不易反应，烷烃与卤素在常温下暗处不易反应，但在光照（紫外线）或高温下分子中的氢原子但在光照（紫外线）或高温下分子中的氢原子可被卤代：可被卤代：1、甲烷氯代反应、甲烷氯代反应：卤素活性：卤素活性：2、其它烷烃氯代反应、其它烷烃氯代反应伯、仲、叔伯、仲、叔H的反应活性的反应活性根据相对产率计算两种氢的相对活性：根据相对产率计算两种氢的相对活性：仲氢仲氢伯氢伯氢=57/2 43/64 1在丙烷分子中伯氢在丙烷分子中伯氢6个，仲氢个，仲氢2个，按理相对产率应是个，按理相对产率应

20、是3:1，这在高温（，这在高温（450）时确实如此，但是在）时确实如此，但是在室温室温下为下为43:57：同理同理利用异丁烷的氯代利用异丁烷的氯代反应的相对产率反应的相对产率可算出：可算出：叔氢和伯氢的相对活性为叔氢和伯氢的相对活性为5:1叔氢叔氢伯氢伯氢=36/1 64/951所以：烷烃在室温下氯代时所以：烷烃在室温下氯代时叔、仲、伯氢的相对活性：叔、仲、伯氢的相对活性：当升高反应温度时当升高反应温度时，各类氢相对活性接近，各类氢相对活性接近 111 通过上述相对活性可以预测烷烃在室温氯代产物中异通过上述相对活性可以预测烷烃在室温氯代产物中异构体的比例。构体的比例。例如丁烷室温氯代生成两种产

21、物比例可计算得到例如丁烷室温氯代生成两种产物比例可计算得到（见（见P35）3、烷烃的溴代反应烷烃的溴代反应按上述方法可计算溴代反应中，按上述方法可计算溴代反应中，叔、仲、伯氢相对活性为：叔、仲、伯氢相对活性为：1600821说明溴代反应中，不同氢原子活泼性相差更大。说明溴代反应中，不同氢原子活泼性相差更大。说明说明Br2对烷烃取代的对烷烃取代的选择性选择性较较Cl2大大.但无论如何，但无论如何，烷烃中的氢原子相对活性：烷烃中的氢原子相对活性：叔氢叔氢仲氢仲氢伯氢伯氢选择性反应和专一性反应：选择性反应和专一性反应：当一个有机反应当一个有机反应,有多种反应方向时，其中一种反有多种反应方向时，其中一

22、种反应方向生成的产物较多，我们就说该反应的选择性应方向生成的产物较多，我们就说该反应的选择性较大较大该反应该反应叫叫选择性反应选择性反应，如果生成的某种产物占绝对优势如果生成的某种产物占绝对优势该反应该反应叫叫专一专一性反应性反应。上述溴代可认为是专一性反应上述溴代可认为是专一性反应第七节第七节卤代反应历程（卤代反应历程（Reactionmechanism)一、甲烷的氯代历程一、甲烷的氯代历程游离基反应（连锁反应游离基反应（连锁反应）实验证明，甲烷的氯代反应为自由基历程实验证明，甲烷的氯代反应为自由基历程:凡是自由基反应，都要经过链的引发、链的传凡是自由基反应，都要经过链的引发、链的传递、链的

23、终止三个阶段来完成的。递、链的终止三个阶段来完成的。自由基的产生条件：加热、光照、引发剂。自由基的产生条件：加热、光照、引发剂。二、卤素对甲烷的相对反应活性及其分析：二、卤素对甲烷的相对反应活性及其分析：1、从、从反应热反应热看：看：一般情况下，放热反应比吸热反应容易进行。一般情况下，放热反应比吸热反应容易进行。（烷烃与（烷烃与I2的反应吸热，其逆反应比正反应快）的反应吸热，其逆反应比正反应快）v为什么卤素对甲烷的活性是为什么卤素对甲烷的活性是为什么卤素对甲烷的活性是为什么卤素对甲烷的活性是 F F2 2 Cl Cl2 2BrBr2 2II2 22、碰撞理论解释。为了使化学反应发生而必须提供的

24、碰撞理论解释。为了使化学反应发生而必须提供的 最低限度的能量称为最低限度的能量称为活化能。活化能。活化能才真正反映一个化学反应的活性活化能才真正反映一个化学反应的活性.以甲烷第二步卤代反应为例以甲烷第二步卤代反应为例:X +HCH3HX+CH3 卤卤 素素 Cl Br I E活活kJmol-1 16.7 77.8 136.4 反应所需活化能越小，反应活性越大，反应所需活化能越小，反应活性越大，故反应活性有：故反应活性有：氯氯 溴溴 碘碘 三、烷烃对卤代反应的相对活性与烷基自由基的稳定性三、烷烃对卤代反应的相对活性与烷基自由基的稳定性烷烃中烷烃中C-H键发生均裂时，键的离解能越小，键发生均裂时，

25、键的离解能越小，则自由基越容易生成，生成的则自由基越容易生成，生成的自由基自由基也较稳定：也较稳定：可见：生成自由基可见：生成自由基所需所需 能量按下列次序减少：能量按下列次序减少：则烷基自由基稳定性则烷基自由基稳定性：自由基越稳定，相对应的自由基反应越容易进行自由基越稳定，相对应的自由基反应越容易进行所以，不同类型氢原子的相对活性所以，不同类型氢原子的相对活性：自由基结构：自由基结构：大多数自由基是平面结构：大多数自由基是平面结构：碳原子为碳原子为sp2第八节第八节过渡态理论过渡态理论过过渡渡态态理理论认为论认为：反反应过应过程程是从反是从反应应物到物到产产物逐物逐渐过渐过渡渡 的一个的一个

26、连续过连续过程，程，即一个反即一个反应应由反由反应应物到物到产产物的物的转变过转变过程中，需要程中，需要经过经过一一个个过过渡状渡状态态（transition statetransition state）。）。始始态态（反（反应应物）物）过过渡渡态态 终态终态（产产物）物）通式通式为为：A+B-C ABC A-B+CA+B-C ABC A-B+C 过过渡渡态态 反反应进应进程程中体系能量的中体系能量的变变化如下化如下图图：（见书（见书P40页图页图2-14）E E活化能活化能过过渡渡态态与反与反应应物之物之间间的位能差；的位能差；HH反反应热应热产产物与反物与反应应物的内能差；物的内能差；反应

27、位能变化图：反应位能变化图：反应物反应物A、BC处于处于能谷能谷a点，产物点，产物AB、C处于处于能谷能谷c点，过渡态点，过渡态ABC处于处于能垒能垒b点。点。产物的位能低于反应物时为产物的位能低于反应物时为放热反应放热反应；产物的位能高于反应物时为产物的位能高于反应物时为吸热反应吸热反应。上图可见活化能与反应热是不同的概念、上图可见活化能与反应热是不同的概念、活化能活化能E是发生化学反应所需的最低限度的能量是发生化学反应所需的最低限度的能量 反应热反应热H是生成物与反应物能量之差是生成物与反应物能量之差 活化能大小反映化学反应速度慢快活化能大小反映化学反应速度慢快 E与与H之间没有直接的联系

28、，之间没有直接的联系，不能从不能从HH的大小来的大小来预测预测E E的大小。活化能一般只能通的大小。活化能一般只能通过过温度和反温度和反应应速率速率的关系由的关系由实验测实验测得；而反得；而反应热应热可以从反可以从反应应中中键键能的能的改改变变近似近似计计算出来。算出来。决定反应速度的是决定反应速度的是E而不是而不是H，即使反应是放热反，即使反应是放热反应，其反应的发生仍需要一定的活化能。应，其反应的发生仍需要一定的活化能。甲甲烷氯烷氯代两步反代两步反应进应进程能量程能量变变化曲化曲线图线图如下：如下：第一步为吸热反应第一步为吸热反应H1=4.1,反应的活化能反应的活化能 E1=16.7E1=

29、16.7 第二步为放热反应第二步为放热反应H2=-109,H2=-109,反应的活化能反应的活化能 E2=4.2E2=4.2中间体与过渡态的区别中间体与过渡态的区别中间体中间体：处于：处于能谷能谷，可分离出来，可证明其存在；，可分离出来，可证明其存在；过渡态过渡态：处于：处于能垒能垒，不可分离出来，无法证明其存在；，不可分离出来，无法证明其存在；因为因为E1E2，故第一步反应为决定速度的一步。，故第一步反应为决定速度的一步。自由基是活性中间体，结合时不需要活化能。自由基是活性中间体，结合时不需要活化能。Cl +Cl ClCl第九节第九节甲烷和天然气甲烷和天然气n可燃冰可燃冰自由基自由基自由基结构：自由基结构：简单的烷基是平面结构：三苯甲基自由基（C6H5）C可以在苯溶液中存在，呈现黄色溶液高碳烷烃的氯代反应在工业上有重要应用。如石蜡、聚乙烯经氯代反应可以得到氯含量不同的氯化石蜡和氯化乙烯。氯含量61%的氯化聚乙烯有良好的耐候性、耐臭氧、耐热、耐燃、耐化学试剂等作用，可用于耐腐蚀、自熄性、耐腐性涂料。氯化石蜡是高分子材料的阻燃增塑剂。END THANK!