2-第二章-饱和烃-1

本章学习要求:掌握烷烃系统命名法（IUPAC）与普通命名法，自由基取代反应历程，Newman投影式的书写，环烷烃的结构与化学性质的关系及其重要化学反应，环己烷的一元，二元取代物的优势构象；了解烷烃的物理性质及其变化规律和单环、螺环、桥环烷烃的命名。第二章烷烃引言烃--分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物(或称为碳氢化合物)。烃是组成最简单的一类有机化合物，其它有机化合物可以看作是烃的衍生物。甲烷（沼气的主要成分）是最简单的烷烃，也是最简单的有机化合物。第二章烷烃烃的分类烃开链烃碳环烃饱和烃不饱和烃烷烃单烯烃炔烃二烯烃环烷烃环烯烃苯系芳烃脂环烃芳香烃非苯芳烃烷烃---分子中碳原子之间都以单键相连成链状，其余价键都与氢原子相连的化合物烷烃属于饱和脂肪烃烷烃的通式CnH2n＋2同系列--凡是在组成上相差一个或多个CH2，而且结构和性质相似，具有同一个通式的一系列化合物。系差:CH2第一节烷烃的概述同分异构现象同分异构体(现象）--分子式相同而结构不同的化合物（现象）。CH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH3正丁烷沸点-0.5℃异丁烷沸点-11.℃为什么这二种化合物的p.b.不同哪？思考题:CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3CH3CCH3CH3CH3例如：正戊烷新戊烷异戊烷戊烷2-甲基丁烷2,2-二甲基丙烷显然烷烃分子的碳原子数目越多，则同分异构体就越多。另外，在理论上存在，但并不一定在实际中存在。第二节烷烃的命名***普通命名法[1]碳原子数在十以内用天干数“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”表示;[2]十以上的用汉文数字表示;[3]区别异构体用“正、异、新”表示.CH3CH3CH2甲基乙基CH3CH2CH2CH3CHCH3CH3CCH3CH3丙基异丙基叔丁基碳原子和氢原子的类型***烷烃分子中的氢原子根据它所连接的情况不同可分为三类：即伯、仲、叔氢原子，而烷烃分子中的碳原子…可分为？类，……系统命名法也称IUPAC命名法***（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry简写为IUPAC）命名原则：1．主键的选定：（1）最长的碳链为主链。（2）在满足第（1）条的前提下，使支链最多。CH3CH2CHCH3CH2CH3主链C-C-C-C-C-C-CC-C-CCCC1232.编号:（1）从靠近支链的最近的一基端开始编号。（2）并遵守“最低系列编号规则”取代基距链两端位号相同时,编号从次序小的基团端开始。CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH3取代基位号2，3，5取代基位号2，4，5顺序规则1.多原子基团第一个原子相同,则依次比较与其相连的其它原子。CH2CH2CH3C（C、H、H、）C（C、C、H）CHCH3CH3CH2ClCHF2C（Cl、H、H）C（F、F、H）顺序：-C-C-C-C-CCC-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C1098765432111C-C-CC-C-CCCHC(CH3)3CHCH2CCH(C)(C)(C)(C)(C)CCH3CH3CH3CHCHH(C)次序大的基团称较优基团。2.含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。CCHC(CH3)3CHCH23.命名：中文名称按基团次序规则，较小的基团写在前；根据碳原子的数目命名为“某烷”CH3CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2HC35-丙基-4-异丙基壬烷333CHCHCHCH2CH2CHCH33CHCHCHCH2CH2123456789333CHCHCHCH2CH2CHCH33CHCHCHCH2CH29876543212,6,7－三甲基壬烷3,4,8－三甲基壬烷最低系列原则3-甲基-4-乙基-5-异丙基辛烷3,3-二甲基-4-乙基己烷HC2H5CH3CH3CH3C2H53,3,4-三甲基己烷CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH3CHCHCHCHCH2CH3CH3CH3(CH3CH2)2CHCCH2CH3第三节烷烃的分子结构构型:109o28’键长0.109nm平均键能410KJ.mol-1非极性分子碳原子的sp3杂化轨道二、烷烃的结构特点**烷烃分子中仅含有碳碳单键和碳氢单键；碳碳单键是由成键的两个碳原子各以一个SP3杂化轨道沿着对称轴的方向相互重叠形成共价键，称为键；碳的SP3杂化轨道和氢原子的1S轨道沿着其对称轴的方向相互重叠而形成的也是键。键的特点电子云分布均匀(圆柱型),可旋转，重叠大33CHCHCH2CHCHCHCH2222CH2CH23CHCHCH2CHCHCH2222CH2CH23CH固态时，碳链一般为锯齿型锯齿型旋转烷烃的构象异构构象:由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方式。HHHHHHHHCCHHHHHHHHHHHH楔形式锯架式纽曼式1）乙烷的构象a.两种极端构象重叠式（由H-C-C-H组成的两面角为0o）交叉式（由H-C-C-H组成的两面角为60o）HHHHHHHHHHHH乙烷分子各种构象的能量曲线图HHHHHHHHHHHHHHHHHHEkJ/molC-C12.51）丁烷的构象四种极端构象HHHHHHHHCH3CH3CH3CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHH3C对位交叉式邻位交叉式部分重叠式完全重叠式正丁烷的构象第四节烷烃的物理性质---物理状态、沸点、熔点、相对密度、溶解度和折光率等。直链烷烃在室温（25℃）和0.1MPa压力下:1-4个碳原子的是气体；5-17个碳原子的是液体；十八个碳原子以上的是蜡状固体物理状态直链烷烃m.p.随分子量的增加而有规律升高。偶数与奇数碳原子m.p.有何区别？为什么？在相同碳原子数目的情况下，支链愈多沸点愈低。***相对密度烷烃的相对密度都小于1。直链烷烃的相对密度随分子量的增加而略有增加。溶解度烷烃属非极性化合物，不溶于极性的水而易溶于氯仿、苯等弱极性或非极性溶剂之中。(服从“相似相溶”经验规律)。第五节烷烃的化学性质化学性质稳定原因表现碳原子是SP3杂化，C-C之间是键结合，键键能大，不易断裂。键电子云分布均匀，不易极化一般不与强氧化剂、强还原剂、强酸、强碱等起反应，但在一定条件下，可氧化、卤代、裂解等。CH4+O2CO2+H2O点燃一、燃烧和氧化烷烃在空气或氧气中完全燃烧生成二氧化碳和水，并放出大量的热。可作为燃料，如石油，天然气。△H＝－890kJ／mol部分氧化烷烃比较稳定，一般条件下难以氧化，但在特殊的条件和特殊的催化剂作用下，才可以发生氧化反应。RH催化、T、P醇、醛、酸T、PRCH2CH2RO2锰盐RCOOH+RCOOH二、裂化反应裂化---在隔绝空气的高温下,烷烃分子发生裂解的过程。主要包括热裂化和催化裂化CH3CH2CH2CH3CH2＝CH2＋CH3CH3CH2＝CHCH3＋CH4CH2＝CHCH2CH3＋H2热裂裂化反应过程复杂，烷烃分子中所含的碳原子数愈多，裂化产物也愈复杂。反应条件不同产物亦不同，所形成的是混合物。三、卤代反应***取代反应---烷烃分子中氢原子被其他原子或原子团所取代的反应称为取代反应(若被卤原子取代则称为卤代反应)。混合卤代物RHX233CHCHCHCH3Cl+233CCHCHCH3+Cl33CCHCHCH2Cl(36%)(64%)伯、仲、叔氢的反应活性键能：RH2C－H----410KJ/molR2HC－H----395KJ/molR3C－H----380KJ/mol反应活性:***R3C－H﹥R2HC－H﹥RH2C－HR3C·﹥R2HC·﹥RH2C·自由基活性:***第六节自由基反应历程反应历程---化学反应所经历的过程,又称反应机理链的引发、链的增长和键的终止自由基反应(链反应)历程的三个阶段:自由基反应Ｍ*＋ＡＢ====ＭＡ＋Ｂ*（活性质点反应后生产另一个活性质点）自由基--具有未成对价电子的的原子、原子团或称游离基）ClCl2ClCl+H-CH3CH3+HClCH3+Cl2Cl+CH3-ClCl+H-CH2-ClCH2Cl+HClCH2Cl+Cl2Cl+CH2Cl2一、甲烷氯代反应历程1．链的引发2．链的增长Cl+ClCl2CH3+ClCH3Cl　CH3+CH3CH3CH33．链的终止反应的最终产物是多种卤代烷的混合物！！二、甲烷卤代反应过程中的能量变化CH4+Cl2CH3-Cl+HCl△H＝-102kJ／molCl—Cl2Cl*△H＝243kJ／molCl*+H-CH3*CH3+HCl△H＝4kJ／mol*CH3+Cl2Cl*+CH3-Cl△H＝-106kJ／mol三、自由基的稳定性***烷基自由基的稳定性次序为***：卤代反应的选择性与烷基自由基稳定性有关外，还与卤自由基种类有关。如：CH3CH2CH3＋X2(CH3)2CHX＋CH3CH2CH2XX＝CI57％43％X＝Br99％1％卤素的反应活性：F2Cl2Br2I2叔自由基仲自由基伯自由基甲基自由基第七节烷烃的来源和用途烷烃的主要来源是石油和天燃气。石油的主要成分是烷烃、环烷烃和芳香烃。从石油中可分馏出甲烷到五十烷的各种烷烃。应用中的石油产品许多是某种沸程的馏分，而每一馏分又都是许多烃的混合物，其用途各异。2.判断在下列条件下甲烷氯化反应能否进行：(1)甲烷和氯气的混合物在室温下和黑暗中长期放置。(2)将氯气先用光照射，然后迅速在黑暗中与甲烷混合。(3)将氯气用光照射后，在黑暗中放一段时间后再与甲烷混合。(4)将甲烷先用光照射后，然后迅速在黑暗中与氯气混合。(5)将甲烷用光照射后，在黑暗中放一段时间后再与氯气混合。