2 烷烃 有机化学B 201109

第二章饱和脂肪烃之烷烃Alkanes学习要求第一节烷烃的概念和命名第二节烷烃的结构和同分异构现象第三节烷烃的物理性质第四节烷烃的化学性质作业P463、5、6、8、12学习要求3学时【基本知识点】烷烃的命名；链烷烃的物理性质；构象异构；链烷烃的化学性质；自由基历程。【主要内容】了解：烷烃的同系列和同分异构，物理性质等。熟悉：命名（习惯命名、衍生物命名、系统命名）。掌握：乙烷和丁烷的构象；烷烃的物理性质；烷烃的化学性质，卤代反应及其链反应机理。【教学重点】饱和烃的化学性质及构象异构。【教学难点】自由基反应机理。烃：由C、H两种元素组成的有机化合物。烷烃：分子中有两种成键方式，C-C和C-H（σ键）CnH2n+2（n≥1）饱和烃(烷烃、环烷烃)通式：表示一系列化合物的组成的一个公共式子。同系列Homologousseries：凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，物理性质则随着碳原子数目的增加而有规律地变化的化合物系列。同系物：同系列中的化合物互称。系差：相邻同系物组成上相差象CH2的“公差”。第一节烷烃的概念和命名伯、仲、叔、季碳及烷基的概念伯碳伯氢伯碳伯氢仲碳仲氢叔碳伯碳叔氢季碳伯碳直接与一个碳原子相连的称为“伯”（Primary）或一级碳原子，用1o表示；直接与二个碳原子相连的称为“仲”（Secondary）或二级碳原子，用2o表示；直接与三个碳原子相连的称为“叔”（Tertary）或三级碳原子，用3o表示；直接与四个碳原子相连的称为“季”（Quaternary）或四级碳原子，用4o表示；与各个C原子相连的氢亦分别称为：1oH即伯氢，2oH即仲氢，3oH即叔氢。烷基：烷烃分子中去掉一个氢之后剩余的部分（原子团）。通式CnH2n+1，R几种常用的烷基：甲基Me乙基Et－伯氢－仲氢正丙基n-Pr异丙基i-Pr－仲氢－伯氢正丁基n-Bu仲丁基s-Bu－叔氢－伯氢异丁基i-Bu叔丁基t-Bu通常把烷烃称为“某烷”，“某”是指烷烃中碳原子数目。Cn≤10，用天干数字表示（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）。Cn>10，用汉字数字表示（十一…）。1.烷烃的普通命名法或习惯命名法正：表示不含支链（直链）的分子。异：分子中在碳链的一末端有两个甲基的特定结构（一个甲基侧链）的分子。新：Cn为5、6的含有季碳（40C）原子的烷烃分子例：正戊烷异戊烷新戊烷2.衍生物命名法将所有烷烃看作是甲烷的烷基衍生物来命名。在命名时，选择连有烷基最多的碳原子作为甲烷碳原子，而把与此碳原子相连的基团作为甲烷氢原子的取代基，只适用于简单的有机化合物。例：二甲基乙基仲丁基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷有机化合物最常用的命名法是国际纯粹与应用化学联合会(InternationUnionofPureandAppliedChemistry,简称IUPAC)制订的系统。我国现用的系统命名法（CCS）是依据IUPAC规定的原则，再结合结合中文特点制订的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 命名法。3.烷烃的系统命名法（IUPAC命名原则）支链烷烃：直链烷烃的烷基衍生物主链选择连续最长、取代基（支链）最多（“某基某烷”3-甲基己烷选择上面红色为主链2,2,5-三甲基-3-乙基己烷6个碳原子2个支链6个碳原子4个支链编号离取代基最近的一端开始，依次用阿拉伯数字给主链碳编号、确定取代基位次。绿色编号正确3,3,4-三甲基己烷取代基位次数字和最小3+3+4=103+4+4=113-甲基-4-乙基己烷若有相同编号，则小基团先编号命名取代基位次-取代基名称母体名称写取代基时，先简后繁，相同合并（位次逐个从小到大标明，位次数字之间用“，”；取代基的数目用“二、三、四……”表示），位次和取代基名称之间用短横线“-”表位。写母体名称时，主链碳数在10以内用“天干”，10以上用“十一、十二、十三……”。烷基大小：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基等次序规则2，4-二甲基-3-乙基戊烷2，5-二甲基-3，4-二乙基己烷2，3，7-三甲基-5-乙基辛烷取代基位次数字和最小、简单者优先3-甲基-5-乙基庚烷2，2，4-三甲基戊烷3-甲基-5-乙基辛烷bdacef取代基上还有支链时从与主链相连的碳原子开始，把取代基上的碳原子依次编号，得取代基上支链的位次。取代基上支链的位次、名称及取代基的名称作为一个整体写在括号“（）”内，置于取代基位次之后。g2，2-二甲基-3-乙基-4-（1，2-二甲基丙基）辛烷学习要点：1系统名称反映分子的组成、构造2加深理解同分异构体3构造式与名称关联性。互推方法、正误判断4对各类有机物的正确命名是基础，很重要。写出C7H16的9种同分异构体，标出碳原子类型，并给出系统名称。烷烃的命名总结：最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁。注意：有机化合物系统名称中取代基的列出次序中文系统名称，依据取代基的大小（次序规则）；英文系统名称，依据取代基的字母顺序（1）碳原子所连接的原子或基团按原子序数大小排序。同位素按相对原子质量大小次序排列。I>Br>Cl>S>P>O>N>C>D>H（2）当碳原子连接的基团的第一个原子相同时，则还需逐一对应比较后面的原子。4.次序规则（3）当取代基为不饱和基团时，则把双键或三键原子看作是它以单键和多个原子相连接。相当于相当于第二节烷烃的结构和同分异构现象1.甲烷CH4的结构C-H键长0.109nmHCH键角109.5º最简单的烷烃，空间结构是正四面体。碳原子位于正四面体的中心，和碳原子相连的四个氢原子，位于四面体的四个角。sp3杂化σ键2.其他烷烃的结构碳原子都是以sp3杂化轨道与别的原子（C、H）形成σ键，都具有四面体的结构。　因为各个碳原子上连接的原子或原子团并不完全相同，因此每个键角并不完全相等，但都接近109.5º。Cn3的烷烃分子的碳链并不排布在一条直线上，而是曲折地排布在空间。各原子之间都是以σ键相连，所以两个碳原子可以绕σ键相对旋转而形成不同的空间排布（构象）。丁烷丙烷乙烷戊烷己烷庚烷随碳原子数增加，异构体数目迅速增加。正丁烷bp:-0.5℃mp:-135℃异丁烷bp:-11.2℃mp:-135℃3.烷烃的构造异构4个碳原子以上的烷烃存在碳链异构体碳链或碳架不同有机分子中由于围绕C-C键可以自由旋转，在旋转过程中，由于分子中原子或基团的相对位置不断发生变化，就形成了许多不同的空间排列方式。这种仅仅由于围绕单旋转而引起的分子中原子或基团在空间的不同排列方式称为构象。甲烷的结构乙烷的构象　在乙烷分子中固定一个甲基，使另一个甲基沿C－C键键轴旋转，两个甲基中的氢原子的相对位置就会不断改变，产生各种不同的构象。在无数种构象中，有两种典型构象(交叉式构象，和重叠式构象）。乙烷的交叉式构象能量最低的最稳定构象乙烷的重叠式构象能量最高的最不稳定构象60012.6KJ/mol由交叉式转变为重叠式时必须吸收12.5KJ/mol的能量；由重叠式转变为交叉式时会放出12.5KJ/mol的能量。这只是乙烷的两个极限式，低温时，交叉式构象增多。从理论上讲，乙烷分子的构象是无数的，其他构象则界于上述两种极限构象之间。构象的表示方法（以乙烷为例）Sawhores透视式（锯架式）纽曼投影式（Newman）丁烷的构象邻位交叉式构象对位交叉式构象部分重叠式构象完全重叠式构象空间阻碍和基团电性相同的排斥作用Ph，苯环或芳基氢键形成增强稳定性第三节烷烃的物理性质有机化合物的物理性质包括化合物的状态、熔点、沸点、比重、折光率、溶解度、旋光度等。这些物理常数通常是用物理方法测定出来的，可以从化学和物理手册中查。1.物质状态C1-4g，C5-17l，C18以上s；2.沸点随相对分子质量增加而增加；同分子量时，支链较多，沸点较低。直链烷烃的沸点即C原子数目增加3.熔点直链烷烃的熔点随相对分子质量增加而增加，但偶数碳链的正烷烃由于分子对称性较高，熔点比高一个碳原子的奇数碳原子正烷烃稍高。正烷烃的熔点，同系列C1-C3不那么规则，但C4以上的是随着碳原子数的增加而升高。其中偶数的升高多一些，以至含奇数和含偶数的碳原子的烷烃各构成一条熔点曲线，偶数在上，奇数在下。在晶体中，分子间的作用力不仅取决于分子的大小，而且取决于分子中碳链的空间排布情况。排列紧密（分子间的色散力就大）熔点就高。4.相对密度（比重）正烷烃的是随着碳原子数目增加逐渐有所增大，二十烷以下的按近于0.78。都小于水的1.0这也与分子间引力有关，分子间引力增大，分子间的距离相应减小，则增大。5.溶解度烷烃不溶与水，能溶于某些有机溶剂，尤其是烃类中。"相似相溶"，结构相似，分子间的引力相似，就能很好溶解。6.折光（射）率正烷烃的是随着碳原子数目增加逐渐有所增大，都大于1.0。液体有机物纯度非极性分子，不溶于水第四节烷烃的化学性质非or弱极性分子，分子中只有键，所以化学性质不活泼。只有在较剧烈的条件下才能发生化学反应。烷烃是一类不活泼有机物。一般不与强酸、强碱、强氧化剂等作用。在一定条件（高温or光照or高压or催化剂）下才可以发生一些反应。烷烃分子中也没有未共享电子以提供被酸进攻的位置1.氧化⑴在空气中燃烧完全氧化⑵在高温/催化剂下使烷烃部分氧化，生成醇、醛、酸等着火点以下烷烃在隔绝空气下加热和加压，分子发生断键，生成较小分子量的分子。催化裂解温度低些2.热裂反应400-7000C2.0-2.5MPa裂化多以C-C断裂石油的分馏产物及用途石油气(C1～C4)燃料、化工原料石油醚(C5～C6)溶剂气油(C7～C8)内燃机燃料、溶剂溶剂油(C9～C11)溶剂煤油(C11～C16)燃料、工业洗涤油航空煤油(C10～C15)飞机燃料柴油(C16～C18)柴油机燃料炼油厂外景图3.4.取代反应(卤代反应)烷烃可以与某些试剂发生反应，使分子中H原子被其他基团所取代。卤代反应是最典型的（1）甲烷的氯代反应。光热hr或某些催化剂作用下大量CCl4四种氯代物的混合物（2）其他烷烃的氯代反应。产物更复杂正丙基氯45%异丙基氯55%烷烃氢原子的活泼性顺序丙烷中可被氯原子取代的伯氢原子有六个，仲氢原子有两个，但生成的两种异构体的数量并不是3：1，说明这两种氢原子被氯原子取代的反应活泼性是不一样的。设伯氢原子的活泼性为1，仲氢原子的相对活泼性为X：所以仲氢原子的活泼性为伯氢原子的4倍。36%64%同理可算出叔氢原子的相对活泼性。设伯氢原子的活泼性为1，叔氢原子的相对活泼性为X，则有：所以叔氢原子的活泼性为伯氢原子的5倍。在卤代反应中烷烃中的氢原子的反应次序即活泼性次序为：这也可以用C-H键离解能的不同来解释：377(CH3)3C－H叔氢393(CH3)2CH－H仲氢406CH3CH2CH2－H伯氢键离解能/kJ·mol-1叔氢>仲氢>伯氢30H>20H>10H（3）烷烃的溴代反应等在光、热或某些催化剂作用下，烷烃与溴也能发生溴代反应，反应比氯缓慢，但更具有选择性。痕量99%不反应5.卤代反应机理甲烷的氯代反应，有下列诸事实：①在室温和暗处甲烷与氯不反应；②在暗处，若温度高于250oC，反应会立即发生；③室温时，紫外光影响下，反应也会发生；④当反应由光引发时，每吸收一个光子可以得到许多个（几千个）氯甲烷分子；⑤少量氧的存在会使反应推迟一段时间，而后，反应又正常进行。这段推迟时间与氧的量有关。游离基（自由基）取代反应反应活性：叔氢>仲氢>伯氢链引发：自由基生成；链增长：自由基从分子中夺取电子后，产生出稳定分子和新的自由基；链终止：两自由基之间反应，生成稳定分子。反复，尽可能多方式烷烃被夺取一个氢原子后形成游离基。各种烷基游离基形成的难易程度？游离基越稳定，氢原子越易被夺去即活泼性就越强。烷基游离基的稳定性次序为：游离基（自由基）：非常活泼的不稳定体，有获得一个电子，形成稳定体的倾向，易引起反应。游离基活泼性越大则选择性就越小，产物越接近于从几率因素所能预料到的那种产物。从有机化学反应的机理研究，可了解有机化学反应的变化过程及一般规律，从而提供控制反应、创造新的合成方法的理论依据。