有機化學課件第二章烷烴

有機化學課件第二章烷烴第一頁，共七十八頁，2022年，8月28日第二章烷烴(一)烴的定義(二)烴的分類:分子中只含有C、H兩種元素的有機化合物叫碳氫化合物,簡稱烴.根據(jù)烴分子中碳原子連接方式1)脂肪烴：飽和烴和不飽和烴2)脂環(huán)烴：分子中碳原子聯(lián)結(jié)成閉合碳環(huán)3)芳香烴：含芳香環(huán)的一大類烴化合物，如苯環(huán)第二頁，共七十八頁，2022年，8月28日第三頁，共七十八頁，2022年，8月28日(1)烷烴—碳原子的四個共價鍵，除以單鍵與其他碳原子相互結(jié)合成碳鏈外，其余的價鍵也都和氫原子相結(jié)合，即完全為氫原子所飽和。又叫飽和烴,由于石蠟是烷烴的混合物,故烷烴也稱石蠟烴.例如:甲烷,乙烷,丙烷,丁烷(正丁烷,異丁烷),戊烷(正戊烷,異戊烷,新戊烷)......2.1烷烴的通式,同系列和同分異構(gòu)第四頁，共七十八頁，2022年，8月28日丙烷

C3H8丁烷

C4H10戊烷

C5H12CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3CH4CH3CH3甲烷

CH4乙烷

C2H6名稱分子式構(gòu)造式構(gòu)造式的簡寫式第五頁，共七十八頁，2022年，8月28日(2)烷烴的通式——直鏈烷烴分子中，一個或幾個-CH2-基團（亞甲基）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:

H-(-CH2-)n-H或：CnH2n+2

第六頁，共七十八頁，2022年，8月28日同分異構(gòu)體——由于分子式相同,但它們的構(gòu)造不同(分子中各原子相連的方式和次序不同).又叫構(gòu)造異構(gòu)體。第七頁，共七十八頁，2022年，8月28日戊烷可看成是正丁烷和異丁烷上的一個H被甲基-CH3取代的產(chǎn)物:(正戊烷,異戊烷,新戊烷)......第八頁，共七十八頁，2022年，8月28日烷烴分子中，隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴的構(gòu)造異構(gòu)體的數(shù)目也越多.寫出C7H16的同分異構(gòu)體？第九頁，共七十八頁，2022年，8月28日烷烴的通式CnH2n+2,直鏈烴的通式可寫為:

H-(-CH2-)n-H同系物—在組成上相差一個或多個CH2,且結(jié)構(gòu)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物.系差—同系列相鄰的兩個分子式的差值CH2稱為系差.(3)同系物第十頁，共七十八頁，2022年，8月28日在烴分子中僅與一個碳相連的碳原子叫做伯碳原子（或一級碳原子，用1°表示）與兩個碳相連的碳原子叫做仲碳原子（或二級碳原子，用2°表示）與三個碳相連的碳原子叫做叔碳原子（或三級碳原子，用3°表示）與四個碳相連的碳原子叫做季碳原子（或四級碳原子，用4°表示）(4)烷烴中碳原子的分類:與伯,仲,叔碳原子相連的H原子,分別稱為伯,仲,叔H原子如：第十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日有機化合物的命名的基本要求是必須能夠反映出分子結(jié)構(gòu)，使我們看到一個不很復雜的名稱就能寫出它的結(jié)構(gòu)式，或是看到構(gòu)造式就能叫出它的名稱來。烷烴的命名法是有機化合物命名的基礎(chǔ)，應(yīng)很好的掌握它。2.2烷烴的命名常用的命名法

習慣命名法系統(tǒng)命名法衍生物命名法第十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日（1）含有10個或10個以下碳原子的直鏈烷烴，用天干順序“甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸”10個字分別表示碳原子的數(shù)目，后面加烷字。例如：CH3CH2CH2CH3

命名為正丁烷。（2）含有10個以上碳原子的直鏈烷烴，用小寫中文數(shù)字表示碳原子的數(shù)目。如CH3（CH2）10CH3命名為正十二烷。一.習慣命名法第十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日（3）對于含有支鏈的烷烴，則必須在某烷前面加上一個漢字來區(qū)別。在鏈端第2位碳原子上連有1個甲基時，稱為異某烷，在鏈端第二位碳原子上連有2個甲基時，稱為新某烷。

CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3CH3正戊烷異戊烷新戊烷第十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日系統(tǒng)命名法是中國化學學會根據(jù)國際純粹和應(yīng)用化學聯(lián)合會（IUPAC）制定的有機化合物命名原則，再結(jié)合我國漢字的特點而制定的（1960年制定，1980年進行了修定）系統(tǒng)命名法規(guī)則如下：三.系統(tǒng)命名法(IUPAC)第十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日烷基：烷烴分子去掉一個氫原子后余下的部分。其通式為CnH2n+1-，常用R-表示。常見的烷基有：甲基CH3—乙基CH3CH2—正丙基CH3CH2CH2—異丙基（CH3）2CH—正丁基CH3CH2CH2CH2—異丁基（CH3）2CHCH2—

仲丁基

叔丁基（CH3）3C—第十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日(1)直鏈烷烴按碳原子數(shù)命名

10以內(nèi)：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(gui).

10以上：用中文數(shù)字:十一....烷.第十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日

（1）選擇分子中最長的碳鏈作為主鏈，按這個鏈所含的碳原子數(shù)稱為某烷，并以此作為母體。選擇主鏈(2)帶有支鏈的烷烴第十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日第十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日（2）分子中有兩條以上等長碳鏈時，則選擇支鏈多的一條為主鏈。第二十頁，共七十八頁，2022年，8月28日(1)從最接近取代基的一端開始，將主鏈碳原子用1、2、3……編號碳原子的編號第二十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日（2）若第一個支鏈的位置相同，則依次比較第二、第三個支鏈的位置，以取代基的系列編號最?。ㄗ畹拖盗性瓌t）為原則。第二十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日A將支鏈（取代基）寫在主鏈名稱的前面B取代基按“次序規(guī)則”小的基團優(yōu)先列出烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<異戊基<異丁基<異丙基。C相同基團合并寫出，位置用2，3……標出,取代基數(shù)目用二,三……標出。D表示位置的數(shù)字間要用逗號隔開，位次和取代基名稱之間要用“半字線”隔開。E如果支鏈上還有取代基時，則必須從與主鏈相連接的碳原子開始，給支鏈上的碳原子編號。然后補充支鏈上烷基的位次、名稱及數(shù)目。烷烴名稱的寫出第二十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日第二十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日第二十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日次序規(guī)則①將單原子取代基按原子序數(shù)大小排列，原子序數(shù)大的順序大，原子序數(shù)小的順序小，有機化合物中常見的元素其順序由大到小排列如下：

I＞Br＞Cl＞S＞P＞O＞N＞C＞D＞H第二十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日②如果多原子基團的第一個原子相同，則比較與他相連的其它原子，比較時，按原子序數(shù)排列，先比較最大的，仍相同，在順序比較居中的、最小的。如果有些基團仍相同，則沿取代鏈逐次比較。CH3CH2-＞CH3-Me3C-＞CH3CH2CH(CH3)-＞(CH3)2CHCH2-＞CH3CH2CH2CH2-特丁基仲丁基異丁基正丁基第二十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日③含有雙鍵和叁鍵的基團，可以認為連有兩個或叁個相同的原子。

-OH＞-CHO＞-CH2OH將下面基團按照次序規(guī)則排列順序第二十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日（5）如果兩個不同取代基所取代的位置按兩種編號法位號相同時，命名時按順序規(guī)則中順序較小的基團一端編號。第二十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日（6）如支鏈上還有取代基，則從主鏈相連的碳原子開始，將支鏈的碳原子依次編號，支鏈上取代基的位置就由這個編號所得的位號表示，把這個取代基的位號寫在支鏈位號的后面和支鏈名稱的前面，例如：第三十頁，共七十八頁，2022年，8月28日（7）復雜烷烴如有兩個以上等長的碳鏈，可按下列原則選擇主鏈：①選具有支鏈數(shù)目最多的為主鏈：第三十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日②選擇支鏈位號最小的為主鏈：第三十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日2，6-二甲基-4-乙基-5-異丙基辛烷

2-甲基-5-（1，1-二甲丙基）癸烷命名以及寫出結(jié)構(gòu)式第三十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日2.3烷烴的結(jié)構(gòu)2.3.1甲烷的結(jié)構(gòu)和sp3雜化軌道甲烷的球棒模型烷烴分子之中碳原子為正四面體構(gòu)型。甲烷分子之中，碳原子位于正四面體構(gòu)的中心，四個氫原子在四面體的四個頂點上，四個C-H鍵長都為0.109nm，所有鍵角∠H-C-H都是109.5o甲烷的正四面體構(gòu)型

第三十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日sp3雜化軌道一個s軌道與三個p軌道形成四個sp3雜化軌道雜化就是由若干個不同類型的原子軌道混合起來，重新組合成數(shù)目相等的.能量相同的新軌道的過程。C的電子構(gòu)型：1S22S22P2第三十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日

sp3雜化軌道的特點：(1)具有更強的方向性，能更有效地與別的原子軌道重疊形成穩(wěn)定的化學鍵。每個sp3雜化軌道，各含1/4S成份3/4P成份。(2)sp3雜化軌道的空間取向是指向正四面體的頂點。(3)sp3雜化軌道夾角是109°28′，使四個鍵角之間盡可能的遠離。第三十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日

4.在形成甲烷分子時，4個氫原子的S軌道分別沿著碳原子的SP3雜化軌道的對稱軸靠近，當它們之間的吸引力與斥力達到平衡時，形成了4個等同的碳氫σ鍵。σ鍵：沿鍵軸旋轉(zhuǎn)，它的形狀和位相符號不變。

σ鍵的特點：（1）重疊程度大，不容易斷裂，性質(zhì)不活潑。（2）能圍繞其對稱軸進行自由旋轉(zhuǎn)。第三十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日乙烷分子中C-C鍵(C-H鍵用直線表示)2.3.2其它烷烴的結(jié)構(gòu)乙烷的C-C鍵Stuart模型第三十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日其他烷烴：據(jù)測定，除乙烷外，烷烴分子的碳鏈并不排布在一條直線上，而是曲折地排布在空間。這是烷烴碳原子的四面體結(jié)構(gòu)所決定的。如丁烷的結(jié)構(gòu)：烷烴分子中各原子之間都以σ鍵相連接的，所以兩個碳原子可以相對旋轉(zhuǎn)，形成了不同的空間排布。實際上，在室溫下烷烴（液態(tài)）的各種不同排布方式經(jīng)常不斷地互相轉(zhuǎn)變著。丁烷的球棒模型第三十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日為了方便，只要寫出鋸齒形骨架,用鋸齒形線的角(120o)及其端點代表碳原子.不寫出每個碳上所連的氫原子.但其它原子必須寫出.注意:鍵線式書寫烷烴的分子結(jié)構(gòu):第四十頁，共七十八頁，2022年，8月28日烷烴的構(gòu)象由于單鍵可以“自由”旋轉(zhuǎn)。使分子中原子或基團在空間產(chǎn)生不同的排列，這種特定的排列形式稱為構(gòu)象。由單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的異構(gòu)體，稱為構(gòu)象異構(gòu)體或旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體。幾種構(gòu)象的表示形式：傘形式鋸架式紐曼投影式表示前碳表示后碳第四十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日乙烷的構(gòu)象由于碳碳鍵可以旋轉(zhuǎn)，所以按照每旋轉(zhuǎn)60°可得到的構(gòu)象分別為：第四十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日(1)球棒模型乙烷的重疊式構(gòu)象重疊式、交叉式構(gòu)象比較第四十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日(3)紐曼投影式重疊式構(gòu)象交叉式構(gòu)象重疊式構(gòu)象交叉式構(gòu)象(2)透視式表示乙烷的構(gòu)象第四十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日乙烷分子各種構(gòu)象的能量曲線12.6kJ/mol重疊式重疊式交叉式交叉式交叉式第四十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日丁烷的結(jié)構(gòu)（模型）2.4.2丁烷的構(gòu)象第四十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日為主2.4.2丁烷的構(gòu)象第四十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日丁烷C(2)-C(3)鍵旋轉(zhuǎn)引起的各構(gòu)象的能量變化第四十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日丁烷C(2)-C(3)鍵旋轉(zhuǎn)引起的各構(gòu)象的能量變化第四十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日烷烴的物理性質(zhì)：1、狀態(tài)：在常溫常壓下，1至4個碳原子的直鏈烷烴是氣體，5至16個碳原子的是液體，17個以上的是固體。2、熔沸點：隨分子量的增大而升高，原因：⑴分子大，接觸面積大，范德華力大；⑵分子大，分子運動所需能量大。A烷烴的沸點

隨C數(shù)增加的變化：1)直鏈烷烴的沸點隨著分子量(碳數(shù))的增加而有規(guī)律地升高,并且升高的趨勢漸緩；2)在含同數(shù)碳原子的烷烴異構(gòu)體中,直鏈異構(gòu)體的沸點最高,支鏈越多,沸點越低.第五十頁，共七十八頁，2022年，8月28日B烷烴的熔點：1）直鏈烷烴的熔點隨分子量(碳數(shù))的增加而升高.2）支鏈烷烴的熔點比直鏈烷烴低.3．溶解度：烷烴是非極性分子，又不具備形成氫鍵的結(jié)構(gòu)條件，所以不溶于水，而易溶于非極性的或弱極性的有機溶劑中。4．密度：烷烴是在所有有機化合物中密度最小的一類化合物。無論是液體還是固體，烷烴的密度均比水小。隨著分子量的增大，烷烴的密度也逐漸增大。第五十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日烷烴的化學性質(zhì)穩(wěn)定（特別是正烷烴）。在一般條件下（常溫、常壓），與大多數(shù)試劑如強酸、強堿、強氧化劑、強還原劑及金屬鈉等都不起反應(yīng)，或反應(yīng)速度極慢。原因：（1）其共價鍵都為σ鍵，鍵能大C-H390~435KJ/molC-C345.6KJ/mol（2）分子中的共價鍵不易極化（電負性差別小C2.5，H2.2）但穩(wěn)定性是相對的、有條件的，在一定條件下（如高溫、高壓、光照、催化劑），烷烴也能起一些化學反應(yīng)。2.6烷烴的化學性質(zhì)第五十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日2.6.4取代反應(yīng)烷烴與某試劑可以發(fā)生反應(yīng)，結(jié)果烷烴分子中的氫原子可被其他原子或原子團取代，這種反應(yīng)叫做取代反應(yīng)。

第五十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日烷烴鹵代反應(yīng)一般指氯代和溴代,而氟代劇烈（爆炸性反應(yīng)），碘代很難直接發(fā)生鹵素反應(yīng)的活性次序為：F2>Cl2>Br2>I2第五十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日在紫外光漫射或高溫下，甲烷易與氯、溴發(fā)生反應(yīng)。甲烷的鹵代反應(yīng)較難停留在一元階段，氯甲烷還會繼續(xù)發(fā)生氯化反應(yīng)，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。若控制一定的反應(yīng)條件和原料的用量比，可得其中一種氯代烷為主要的產(chǎn)物。比如甲烷：氯氣=10：1（400~450℃時）CH3Cl占98%=1：4（400℃時）主要為CCl4第五十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日實驗事實證明：1.甲烷和氯氣在室溫下和暗處可以長期保存而并不起反應(yīng)。2.在暗處，若溫度高于250℃時，反應(yīng)立即發(fā)生。3.在室溫有紫外光的照射下，反應(yīng)立即發(fā)生。4.若將Cl2先用光照射，然后迅速在黑暗中與甲烷混合，則發(fā)生氯代反應(yīng)。5.若將Cl2照射后，在黑暗中放置一段時間，然后與甲烷混合，反應(yīng)又不發(fā)生。第五十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日2．其他烷烴的氯代反應(yīng)1）反應(yīng)條件與甲烷的氯代相同（光照），但產(chǎn)物更為復雜，因氯可取代不同碳原子上的氫，得到各種一氯代或多氯代產(chǎn)物。例如：第五十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日2）伯、仲、叔氫的相對反應(yīng)活性分子中，有六個等價伯氫，兩個等價仲氫，若氫的活性一樣，則兩種一氯代烴的產(chǎn)率，理論上為6：2=3：1但實際上為43：57=1：1.33這說明在室溫氯代時，各類氫的反應(yīng)活性是不一樣的，氫的相對活性=產(chǎn)物的數(shù)量÷被取代的等價氫的個數(shù)。這樣可知：即仲氫與伯氫的相對活性為4：1。第五十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日異丁烷一氯代物同理可求得叔氫的相對反應(yīng)活性：

即叔氫的反應(yīng)活性為伯氫的5倍。第五十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日室溫時三種氫的相對活性為：3°H：2°H：1°H=5：4：1在高溫時（>450℃）氯代時三種氫的活性接近于1：1：1。溴代反應(yīng)時（光照，127℃），三種氫的相對活性為：3°H：2°H：1°H=1600：82：1如：故溴代反應(yīng)的選擇性好，在有機合成中比氯帶更有用。

第六十頁，共七十八頁，2022年，8月28日烷烴的鹵代反應(yīng)歷程反應(yīng)歷程化學反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑或過程，又稱為反應(yīng)機理。反應(yīng)歷程是根據(jù)大量的實驗事實作出來的理論推導，實驗事實越豐富，可靠的程度就越大。到目前為止，有些已被公認確定下來，有些尚欠成熟，有待于理論化學工作者的進一步努力。第六十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日2.7甲烷氯代反應(yīng)歷程從上可以看出，一旦有自由基生成，反應(yīng)就能連續(xù)的進行下去，這樣周而復始，反復不斷的進行反應(yīng)，故又稱為鏈鎖反應(yīng)（freeradicalchainreaction）。凡是自由基反應(yīng)，都是經(jīng)過鏈的引發(fā)、鏈的傳遞、鏈的終止三個階段來完成的。

第六十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日(1)反應(yīng)熱—反應(yīng)物與產(chǎn)物之間的能量差(H).負值為放熱.用鍵離解能估算.

CH3-H+Cl-ClCH3-Cl+H-Cl435243349431

678780H=678-780=-102kI/molCH3-H+Br-BrCH3-Br+H-Br435192293366

627659H=627-659=-32kI/mol2.8甲烷氯代反應(yīng)過程的能量變化說明:比較反應(yīng)熱,溴代反應(yīng)比氯代反應(yīng)緩慢.——反應(yīng)熱、活化能和過渡態(tài)第六十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日(1)Cl-Cl2Cl·

243

H=+243kj/mol(2)Cl·+H-CH3

H-Cl+·CH3

435431H=+4kj/mol(3)CH3·+Cl-Cl

CH3-Cl+·Cl

243349H=-106kj/mol活化能--過渡態(tài)與反應(yīng)物之間的能量差是形成過渡態(tài)所必須的最低能量,也是使該反應(yīng)進行所需的最低能量,叫活化能.第六十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日Cl·+H-CH3

[H3C…H…Cl]H-Cl+·CH3

反應(yīng)的能量變化第六十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日[總]：Cl·+H-CH3

…

CH3-Cl+·Cl能量變化第六十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日

X2

2X·(光或熱)

X·+RHHX+R·

R·+X2

RX+X·

................

X·+X·X2

R·+X·

RXR·+R·

R-R2.9一般烷烴的鹵代反應(yīng)歷程(1)鏈的引發(fā)：(2)鏈增長(鏈傳遞):(3)鏈終止:第六十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日自由基的穩(wěn)定性兩個反應(yīng)產(chǎn)物的比例與反應(yīng)物中該種氫的比例不相一致，其原因是由于中間體的穩(wěn)定性不同，兩個反應(yīng)的中間體均為自由基，自由基越穩(wěn)定則越易生成，又由于自由基反應(yīng)的定速步驟為自由基的生成，因此自由基越穩(wěn)定，生成相應(yīng)的產(chǎn)物的反應(yīng)越快。第六十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日2.6.1氧化反應(yīng)1、燃燒燃燒反應(yīng)的機制非常復雜，但也是自由基反應(yīng)。

1、完全燃燒用途：·可用燃燒來測定它們的C、H含量。

··很好的燃料。

2、不完全燃燒烷烴的不完全燃