2 烷烴.ppt

烷烴的系統(tǒng)命名法 同系列和同分異構(gòu)體的概念和書寫方法 烷烴構(gòu)象的表示和書寫方法 烷烴的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì) 烷烴的命名 性質(zhì) 構(gòu)型和構(gòu)象 烷烴鹵代反應(yīng)的歷程 烷烴 CH4甲烷 沼氣 凡士林 C18 C22的烷烴混合物 日常生活中常接觸到的烷烴類物質(zhì) 石油醚 C5 C9的烷烴混合物 液體石蠟 C9 C17的烷烴混合物 日常生活中常接觸到的烷烴類物質(zhì) 毒大米 液體石蠟按純度被分為粗制石蠟油和精制石蠟油 粗制石蠟油在醫(yī)學(xué)上被認(rèn)為是 致癌物質(zhì) 曾轟動全國的 毒大米 就是摻入了粗制即工業(yè)石蠟油 用陳米反復(fù)研磨后 摻進工業(yè)原料白蠟油混合而成 其色澤透明 賣相好 食用后會引起人體全身乏力 惡心 頭暈 頭疼等癥狀 烴 鏈烴 環(huán)烴 飽和烴 不飽和烴 脂環(huán)烴 芳香烴 CH3 CH3 CH2 CH2 CH CH 烴分類 烴 有機化合物中只含有碳?xì)鋬煞N元素 統(tǒng)稱為碳?xì)浠衔?簡稱為烴 烴 是取碳中之 火 氫中之 組合而成 代表碳?xì)浠衔?2 1烷烴的同分異構(gòu)體 1 烷烴的同系列 同系物 通式CnH2n 2 同系列 具有一個通式 結(jié)構(gòu)相似 性質(zhì)相似的化合物系列 同系物 同系列中的各個化合物互稱同系物 系列差 CH2稱為同系列的系列差 也稱系差 在判斷兩個化合物是否為同系物時 最重要的因素是要考慮它們的結(jié)構(gòu)而不是分子式 例如 CH3CHO C2H4O 乙醛 CH3COCH3 C3H6O 丙酮 CH3CH2CH2CHO C4H8O 丁醛 雖然通式均為CnH2nO 但并不都是同系物 非同系物 構(gòu)造式 構(gòu)造簡式 鍵線式 2 構(gòu)造式的書寫方法 構(gòu)造 分子中原子互相連接的方式和順序 3 烷烴的同分異構(gòu)體 C1 C3烷烴無異構(gòu)現(xiàn)象 C4以上烷烴出現(xiàn)同分異構(gòu)現(xiàn)象 C4H10 C5H12 C6H14 C20H42 366 319 同分異構(gòu)體數(shù)目 2 3 5 例2 C7H16 方法 逐步減碳法 同分異構(gòu)體 9個 例1 C6H14 按照所連接的碳原子的數(shù)目 可分為四類 4 碳 氫原子的分類 1 2 3 4 1 連有二個碳原子稱為仲 20 碳原子 所連的氫原子仲 20 氫原子 連有三個碳原子稱為叔 30 碳原子 所連的氫原子叔 30 氫原子 連有四個碳原子稱為季 40 碳原子 連有一個碳原子稱為伯 10 碳原子 所連的氫原子伯 10 氫原子 CH4 2 分析下列化合物所含碳原子種類 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 3 2 1 1 3 4 2 2烷烴的結(jié)構(gòu)與構(gòu)象 一 烷烴的空間結(jié)構(gòu) 有機化合物中碳是四價的 烷烴中碳都是sp3雜化 4個C H鍵全部為sp3 1s 鍵 1 甲烷的結(jié)構(gòu) 2 其他烷烴的空間結(jié)構(gòu) C C sp3 sp3 鍵 C H sp3 1s 鍵 碳原子都是sp3雜化 碳?xì)滏I和碳碳鍵都是 鍵 二 烷烴的構(gòu)象 構(gòu)象 烷烴分子中C C 單鍵可繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn) 而產(chǎn)生分子的中原子或基團在空間的不同排列形式 構(gòu)象異構(gòu)和構(gòu)造異構(gòu)的區(qū)別 構(gòu)造異構(gòu) 原子間連接順序和方式不同 構(gòu)象異構(gòu) 原子間連接順序和方式相同 在空間的排列形式不同 乙烷沿 鍵旋轉(zhuǎn)有無限個構(gòu)象 但只有兩種極限構(gòu)象 1 乙烷的構(gòu)象 重疊式 交叉式 透視式 紐曼投影式 視角 從C C鍵軸斜方450角 視角 平行于C C鍵軸 600 紐曼投影式 交叉式 重疊式 兩種構(gòu)象的穩(wěn)定性比較 交叉式 重疊式 扭轉(zhuǎn)張力 鍵電子云的排斥 1 乙烷的構(gòu)象 0 229nm 0 25nm 小于兩個H的范德華半徑 0 24nm 之和 有排斥力 重疊式 扭轉(zhuǎn)張力最大 2 C C轉(zhuǎn)動所需能量10 40kJ mol 1 室溫下分子熱運動可產(chǎn)生能量80kJ mol 1 3 研究構(gòu)象異構(gòu)主要是比較各式穩(wěn)定性的差異 并找出最穩(wěn)定的構(gòu)象 優(yōu)勢構(gòu)象 1 構(gòu)象異構(gòu)體有無數(shù)種 只研究其有代表性的幾種 三點說明 乙烷構(gòu)象的能量曲線 扭轉(zhuǎn)能 交叉式 無扭轉(zhuǎn)張力 2 丁烷的構(gòu)象 CH3 CH2 CH2 CH3 全重疊式 鄰位交叉式 部分重疊式 對位交叉式 優(yōu)勢構(gòu)象 大基團彼此相距越遠(yuǎn)越穩(wěn)定 丁烷不同構(gòu)象的能量曲線圖 二 烷烴的命名 普通命名法用于簡單化合物的命名系統(tǒng)命名法 1892年日內(nèi)瓦國際化學(xué)會議首次擬定 IUPAC 國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會 InternationalUnionofPureandAppliedChemistry 基礎(chǔ) IUPAC命名法 結(jié)合我國的文字特點 1 習(xí)慣命名法 普通命名法 以分子中所含碳原子的數(shù)目 用 天干 甲 乙 丙 丁 戊 己 庚 辛 壬 癸和大寫數(shù)字十一 十二 二十等命名的 丁烷 十二烷 庚烷 二十烷 碳鏈異構(gòu)體可以在名稱前加形容詞正 異 新來表示 正戊烷 n 異戊烷 i 新戊烷 neo 新己烷 正 直鏈化合物 異 由鏈端開始第二個碳上連有一個甲基 新 由鏈端開始第二個碳上連有兩個甲基 適用范圍 7C以下 2 烷基的命名 一個化合物從形式上去掉一個或幾個H原子后剩余的部分稱為 基 一個化合物分子去掉一個H原子后得到的基團為一價基 命名時稱為 某基 如 1 一價基 甲基 Me 乙基 Et 丙基 Pr 丁基 Bu 異丙基 i Pr 正丙基 n Pr 正丁基 n Bu 仲丁基 Sec Bu 去仲氫 異丁基 i Bu 叔丁基 t Bu 去叔氫 2 二價基 亞甲基 3 三價基 次甲基 3 系統(tǒng)命名法 某烷 系統(tǒng)命名法由母體名稱 取代基的位次和取代基名稱 1 主鏈選擇 母體 選擇一個最長的碳鏈為主鏈 母體 其它的支鏈 作為取代基 具體命名法則 注 直鏈不一定是主鏈 當(dāng)幾條碳鏈等長時 則選擇取代基最多的為主鏈 烷烴沒有官能團 最長鏈即為母體 21 2 主鏈編號 主鏈編號遵循最低系列 最早碰面 原則 從最靠近取代基一端開始 取代基位次最小 123456 345 12345 當(dāng)幾條碳鏈等長時 則選擇取代基最多的為主鏈 注 當(dāng)?shù)谝粋€取代基位置不同時 取代基位次最低 當(dāng)?shù)谝粋€取代基位置相同 第二個取代基位置不同時 取代基位次最低 同理得之 正確 支鏈編號2 3 6 不正確 支鏈編號2 5 6 1234567 7654321 3 系統(tǒng)命名 系統(tǒng)命名 取代基位次 取代基個數(shù) 取代基名稱 母體名稱 烷基和烷基的位次寫在主鏈的前面 阿拉伯?dāng)?shù)字和漢字之間用 連接 當(dāng)主鏈中包含幾個相同取代基時 合并取代基的數(shù)目用漢字?jǐn)?shù)字 如 二 五等 表示寫在取代基前面 取代基合并后位次必須逐個注明 且位次的數(shù)字之間要用 分開 命名規(guī)則 3 甲基己烷 3 甲基戊烷 2 2 3 三甲基戊烷 2 2 6 6 7 五甲基辛烷 4 甲基 3 乙基庚烷 當(dāng)主鏈中包含不同取代基時 取代基必須分開寫 小的取代基寫在前面 大的取代基寫在后面 2 6 6 三甲基 5 乙基辛烷 主鏈 取代基名稱 取代基數(shù)目 取代基位置 烷烴的命名要訣 選主鏈 最長碳鏈 連取代基多 編號 最先碰面 先小后大 2 5 二甲基 3 4 二乙基己烷 2 3 5 三甲基 4 乙基己烷 321 456 2 4 6 三甲基 3 乙基庚烷 烷烴沒有官能團 最長鏈即為母體 某烷 取代基 基團 次序規(guī)則 P53 取代基中的原子 原子序數(shù)大的較優(yōu) 原子序數(shù)相同時 則同位素的質(zhì)量數(shù)大較優(yōu) 當(dāng)取代基中的原子相同時 則依次比較和該原子相連的第二個原子 第二個原子相同時 再比較第三個 依此類推 第二條規(guī)則若多原子基團的第一個連接原子相同 則比較與它相連的其它原子 先比較原子序數(shù)最大的原子 再比較第二大的 依次類推 若第二層次的原子仍相同 則沿取代鏈依次相比 直至比出大小為至 1234 取代基 基團 次序規(guī)則 P53 如 4 丙基 5 異丙基辛烷 烷基大小順序 甲基 乙基 丙基 丁基 戊基 己基 異戊基 異丁基 異丙基 當(dāng)連接的有不飽和基團時 可以把不飽和基團看作連有相同的原子 如 雙鍵視為連接兩個相同的原子 三鍵視為連接三個相同原子等 注 兩邊不相等 此條與本章無關(guān) 在立體異構(gòu)時有用 較優(yōu)基團后列出原則 先小后大原則 不違背最先碰面原則 系統(tǒng)命名的三個步驟 選主鏈 編號 寫全稱 最應(yīng)當(dāng)注意的問題 各原則的使用層次 選主鏈的原則 最長碳鏈 取代基多 編號的原則 最先碰面 先小后大 5 丙基 4 異丙基壬烷 3 7 二甲基 4 乙基壬烷 練習(xí) 1 3 2 4 2 3 4 三甲基戊烷 4 甲基 3 乙基庚烷 2 2 5 5 四甲基己烷 2 4 二甲基 3 3 二異丙基戊烷 一 烷烴的物理性質(zhì) 是鑒定有機物的依據(jù) 體現(xiàn)同系物的變化規(guī)律 1 沸點 b p 隨含C數(shù)增加 沸點升高 隨含C數(shù)增加 沸點升高趨勢漸緩 支鏈沸點 小于直鏈 解釋 烷烴是非極性分子 分子間作用力 色散力 色散力與分子質(zhì)量成正比 CH2在不同分子中 引起的質(zhì)量增加率不同 支鏈增多 分子不易彼此靠近 物質(zhì)蒸汽壓達(dá)到外壓時的溫度 甲 161 7 乙 88 6 戊 36 1 己 68 7 異戊烷 29 9 2 4烷烴的性質(zhì) 偶奇數(shù)各循一條變化軌跡 偶數(shù)較高 2 熔點 m p 解釋 除分子間引力外 分子對稱性越好 越易排列成緊密的分子晶體 規(guī)則的晶體排列被破壞時的溫度 戊烷 129 8 異戊烷 159 9 新戊烷 16 8 3 相對密度 隨C增加 小于水 4 溶解度 不溶于水 相似相溶 1 烷烴的穩(wěn)定性 烷烴是飽和烴 C C鍵和C H鍵都是比較牢固的共價鍵 鍵 鍵能較大 分子無極性 0 碳和氫的電負(fù)性差別小 C 2 5 H 2 2 分子中的共價鍵不易極化 分子中無官能團 二 化學(xué)性質(zhì) 在常溫下 強酸 強堿 強氧化劑 強還原劑等都不能和烷烴起反應(yīng) 原因 2 氧化反應(yīng) 無機反應(yīng) 電子得失 有機反應(yīng) 得氫或失氧為還原反應(yīng) 得氧或失氫為氧化反應(yīng) 1 燃燒 完全氧化 2 部分氧化 控制氧化 3 異構(gòu)化反應(yīng) 從一個異構(gòu)體轉(zhuǎn)化為另一個異構(gòu)體 該反應(yīng)在石油工業(yè)中 將質(zhì)量差的直鏈烷烴轉(zhuǎn)化為支鏈烷烴 4 裂化反應(yīng) 1 熱裂化 溫度越高 烷烴的裂化越徹底 在450 500 常壓下 用催化劑硅酸鋁 使石油工業(yè)的重餾份轉(zhuǎn)變?yōu)檩p餾份 提高汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量 2 催化裂化 催化裂化裝置 5 取代反應(yīng) 光照hv或加熱 烷烴分子中氫原子被其它原子或基團取代的反應(yīng) 氯甲烷 二氯甲烷 三氯甲烷 四氯化碳 1 甲烷的氯代 甲烷的氯代反應(yīng)很難停留在一氯甲烷階段 2 其他烷烴的氯代 鹵代反應(yīng) 被鹵原子取代的反應(yīng) 1 氯丙烷 43 2 氯丙烷 57 1 H與2 H的活性比 等價氫 周圍環(huán)境相同的氫 64 36 1 H與3 H的活性比 2 其他烷烴的氯代 3 H 2 H 1 H 5 4 1 由此得出氯代反應(yīng)氫的活性 H的鹵代活性 3 H 2 H 1 H 3 H 2 H 1 H 5 4 1 由此得出氯代反應(yīng)氫的活性 1 氯丁烷 A 2 氯丁烷 B H的鹵代活性 3 H 2 H 1 H 或 叔H 仲H 伯H 3 其他鹵代反應(yīng) 溴代反應(yīng) 比氯代反應(yīng)緩慢 99 3 H 2 H 1 H 1600 82 1 溴代反應(yīng)中氫的活性差別較大 溴對各種氫的選擇性較好 特別是三級氫 叔氫 F2與烷烴反應(yīng)劇烈并放出大量熱 無法控制易爆炸 無價值 I2的活性太低則基本不發(fā)生反應(yīng) F2 Cl2 Br2 I2 反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所經(jīng)過的途徑或過程叫做反應(yīng)歷程或反應(yīng)機理 反應(yīng)機理是在綜合實驗事實后提出的理論假說 如果一個假說能完滿地解釋觀察到的實驗事實和新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象 同時根據(jù)這個假說所作的推斷被實驗所證實 它與其它有關(guān)反應(yīng)的機理又沒有矛盾 這個假說則稱為反應(yīng)機理 6 鹵代反應(yīng)歷程 通過反應(yīng)歷程可以告訴我們 反應(yīng)分幾步進行 反應(yīng)的活性中心在哪里 分子內(nèi)部如何調(diào)整 包括鍵的變形 電子云分布情況 鍵的破裂與形成等 氯與甲烷反應(yīng)有如下的實驗現(xiàn)象 CH4 Cl2 CH4 Cl2 CH4 Cl2 反應(yīng)很快停止 CH4 Cl2 Cl2 CH4 Cl2停止一段時間 室溫 暗 高溫 暗 室溫 hv 停止hv hv hv hv CH4 甲烷的鹵代反應(yīng)歷程 幾點反應(yīng)事實 文字描述1 3 光照或加熱Cl2氣和CH4氣混合物 反應(yīng)可以進行 4 光照CH4氣后 迅速和Cl2氣混合 反應(yīng)不能進行 5 光照Cl2氣后 迅速和CH4氣混合 反應(yīng)可以進行 6 光照Cl2氣 延時再和CH4氣混合 反應(yīng)不能進行 6 取代反應(yīng)的反應(yīng)歷程 機理 1 甲烷的氯代反應(yīng)歷程 途徑或過程 鏈引發(fā) 鏈傳遞 鏈終止 碳自由基外層只有7個電子 是缺電子的 能奪取其它分子中的某原子形成中性分子 同時產(chǎn)生新的自由基 甲烷氯代反應(yīng)的能量變化 鏈引發(fā) 為什么不是 鏈增長 為什么不是 能量變化是反應(yīng)的基本動力 斷裂價鍵 需要能量生成價鍵 放出能量 Cl Cl 243 CH3 H 435 需要的能量越少 放出的能量越多 反應(yīng)越容易進行 H Cl 431 CH3 Cl 349 甲烷氯代的勢能變化圖 過渡態(tài) 勢能最高處的原子排列 Ea 活化能 activationenergy DH 反應(yīng)熱 過渡態(tài)與反應(yīng)起始物之間的能量差 過渡態(tài) TransitionState 理論 在化學(xué)反應(yīng)中 反應(yīng)物相互接近 總是先達(dá)到一勢能最高點 活化能 相應(yīng)結(jié)構(gòu)稱為過渡態(tài) 然后再轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物 例 機理步驟 2 過渡態(tài) 勢能增