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1、第二章 烷烃,只有碳氢两种元素的原子组成的化合物叫碳氢化合物,简称烃。烃是化学人造字：碳中之火加氢中之 组合而成。烃为碳氢的谐音)。,烃是最基本的有机化合物,习惯上把它们看成是有机化合物的母体.,火+=烃,烃的分类：,在烷烃分子中,碳原子与氢原子的结合已达到了最高限度,不能再增加了,故烷烃又叫饱和烃.,本章讲授提要,第一节:烷烃的同系列及同分异构现象第二节:烷烃的命名第三节:烷烃的结构第四节:烷烃的构象第五节:烷烃的物理性质第六节:烷烃的化学性质第七节:烷烃卤代反应的历程,1、烷烃的命名2、烷烃的构象透视式和newman投影式 3、烷烃的卤代反应,烷烃的构象,烷烃卤代反应的历程,第一节 烷烃的
2、同系列与同分异构,一、烷烃的同系列,共同特点：具有同一个通式 CnH2n+2,二、烷烃的同分异构现象,开链烷烃只有碳链异构；分子中C原子相互连接的顺序不同，构成不同的碳链。其中，CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3 没有异构体。丁烷C4H10 开始有同分异构体 烷烃分子的碳链异构体数目和异构体的构造式，可用逐步缩短碳链法推导得到。,己烷C6H14 的碳链异构,1.写出己烷的最长碳链(省去了 H 原子)：CCCCCC(1),2.写出比(1)式少一个 C 原子的碳链，将减下来的一个 C 原子作为甲基支链，依次连接在碳链的各个 C 原子上(首、尾 C 原子除外),3.写出比(1)式少两个 C 原
3、子的碳链，即四个C的碳链；将减下来的两个 C 原子作为两个甲基支链，分别连接在碳链的各个 C 原子上,减下来的两个 C 原子不能作为一个乙基支链，因为得到的是和(3)一样的构造式,碳原子、氢原子的分类：按照所连接的碳原子的数目，可分为四类：连有一个碳原子，称为伯(10)碳原子；连有二个碳原子称为仲(20)碳原子；连有三个碳原子称为叔(30)碳原子；连有四个碳原子称为季(40)碳原子。,有机化合物数目庞大种类繁多，同分异构体现象又普遍存在，如果没有一套科学的命名方法来区别不同的化合物，那就会给有机化学的学习和研究造成困难和混乱。因此认真学习每一类有机化合物的命名方法是有机化学学习的一项重要内容。
4、,第二节 烷烃的命名,要求：,一、普通命名法 普通命名法要抓住：正（n）、异（i）、新（neo）三个字,1、对十碳以内的直链烷烃根据中国的天干记时法（甲、乙、丙、壬、癸）叫正某烷。,CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3,正某烷 正戊烷,十碳以上用数字表示：CH3（CH2）10CH3 正十二烷,2、对链端第二个碳原子上有一个甲基侧链的烷烃叫异某烷。,异某烷 异戊烷,3、对链端第二个碳原子上有两个甲基侧链的烷烃叫新某烷。,新某烷 新戊烷,请记住十个烷烃的英文名称：,甲烷 methane 乙烷 ethane 丙烷 propane 丁烷 butane 戊烷 pentane 己烷 hexa
5、ne 庚烷 heptane 辛烷 octane壬烷 nonane 癸烷 decane,ane、ene、yne分别是烷、烯、炔的词尾，若将相应烷烃名称词尾的e改为ol、al、one则分别变为变为醇、醛、酮。,二、烷基的命名：,甲基 乙基 正丙基 异丙基 Me Et n-Pr i-Pr,正 n(normal)仲 s(second)异 i(iso)叔 t(tertio)新 neo(neo),CH2 CH3CH=CH亚甲基 亚乙基 次甲基,叔丁基 叔戊基 新戊基 t-Bu t neo,注意叔戊基与新戊基的区别,正丁基 异丁基 仲丁基n-Bu i-Bu s-Bu,注意异丁基与仲丁基的区别,三 系统命名法
6、：说明：IUPAC命名法与系统命名法并 不等同.IUPAC命名法:是国际纯粹与应用化学联合会(International Union of Pure and Applied Chemistry)制定的命名法.系统命名法:是中国化学会根据IUPAC的命名原则，结合我国文字特点所制定的命名法.,在系统命名法中，直链烷烃不需要正字。,关于烷烃的命名主要原则有三条：选择主链、给主链碳原子编号、排列取代基,1、选择最长碳链作为主链，其它侧链作为取 代基。,2、从最靠近取代基的一端起依次给主链碳原 子编号。,3、按由小到大的顺序排列取代基。如果含有 相同的取代基，须逐个标明他们的位次用 数目二、三、四.把
7、他们合并起来，写 在取代基名称前。,例1：,2，5二甲基 4 乙基庚烷 正确,2甲基 4仲丁基己烷 错误,注意书写规则：阿拉伯数字之间用逗号隔开，阿拉伯数字与汉字之间用半字线“”连接。,补充规定：1、当有两条等长碳链可供选择时，选 含取代基最多的碳链作为主链。2、当两条碳链上的取代基数目也相等 时，循最低系列原则：使取代基的 位次号码尽可能小。,确定主链：水平编号碳链有四个取代基，拐弯编号碳链有两个取代基，取水平编号碳链为主链。,确定编号：黑字编号2、3、4、4，红字编号2、2、3、4，选红字编号。,名 称：2，2，4三甲基3乙基戊烷,例2：,例3：对于支链上又连有支链的烷烃的命名,4丙基5(
8、1异丙基丁基)十一烷,一、碳原子的sp3杂化,第三节 烷烃的结构,二、烷烃分子的形成与-键(1)甲烷分子的形成,(2)乙烷分子的形成,(3)、-键:,形成:由原子轨道头碰头重迭而形成.特征:电子云沿键轴呈圆柱状对称分布，成 键两原子可围绕键轴自由旋转不会影 响电子云密度的分布。,烷烃分子构型的表示：,甲烷分子的楔形式 乙烷分子的楔形式,简言之:楔前、虚后、实平面。,所谓直链烷烃，碳链并非是直的，只是它不含侧链而已。C3的直链烷烃固态时碳链呈锯齿状，气态、液态下由于围绕-键的旋转而呈多种不规则的形状：,戊烷的多种不规则形状,构造：指分子中的原子相互连接的顺序 及方式。构型：指具有一定构造的化合物
9、分子 中的原子在空间的排列形式。构象：指具有一定构型的化合物分子 中的原子，由于围绕碳碳单 键的旋转而产生的在空间的不 同排列形式。,有机化学结构的概念包括三个层次：,第四节 烷烃的构象,一、乙烷沿键旋转有两种极限构象,锯架式:,重叠式,重点：锯架式的书写,交叉式,乙烷的Newman投影式,重叠式 交叉式,能量高，不稳定 能最低，稳定,扭转张力，键电子云的排斥（立体张力）,交叉式构象,重叠式构象,锯架式,Newman投影式,楔型式,能量分析：,2H之间的距离：0.250nm 0.229nm,2H原子的范德华半径之和：0.24nm,交叉式：0.250nm 0.24nm 无范氏张力,重迭式：,0.
10、229nm0.24nm 有范氏张力,乙烷的构象势能图,二、丁烷的构象 CH3CH2CH2CH3,可看作乙烷的二甲基衍生物,丁烷绕 C2C3键 旋转的典型构象有四种,能量：全重叠 部分重叠 邻位交叉 对位交叉,结论：对位交叉式是丁烷的优势构象（最稳定构象),极少 极少 32%68%,二丁烷的构象,第五节烷烃的物理性质,2、根据物理性质来分离提纯化合物,1、用来鉴别化合物或判别化合物的纯度.,物理性质包括：外 观：状态、颜色、气味、味道。物理常数:熔点（m.p.）、沸点（b.p.）、密度（d）、折光率（nD）、比旋光度 偶极矩（）溶解度等,一、研究物理性质的意义,1、熔点(m.p.)分子熔点的高低
11、取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度.、随分子量的增大而升高.、偶数碳烷烃比奇数碳烷烃的熔点 升高值大.、分子量相同时,分子的对称性越好 m.p.越高.,二、烷烃的物理性质,正、异、新、戊烷m.p.、b.p.的比较：,2、沸点（b.p.）分子间引力越大，沸点越高、烷烃为非极性分子,一般b.p.都较低、随分子量的增大而升高、分子量相同时,支链越多,b.p.越低,m.p/：-130-160-17b.p/：36 28 9.5,3、密度：小于1 0.4660.812,5、溶解度：不溶于水易溶于非极性溶 剂如苯、四氯化碳等。,烷烃的结构特点与反应活性：1、烷烃分子中的键强度大，键能高不易断 裂。C C
12、 C H 345.6 415.5（KJ/mol）2、烷烃分子中电子云密度分布均匀，因而 不易接受富电子或缺电子试剂的进攻。,第六节 烷烃的化学性质,故：烷烃化学性质不活泼，室温下与强 酸、强碱、强氧化剂、强还原剂不 发生反应。,烷烃在高温或光照下能够进行反应：,烷烃燃烧后生成 CO2和H2O的同时放出大量的热，使烷烃（石油中的主要成分）成为人类最重要的能源。,一氧化反应：,CH4+CH2=CHCH3 CH3CH3+CH2=CH2CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH=CH2 CH2=CHCH=CH2 CH3CH=CHCH3+H2,二热裂反应 1.高温裂解：,高温,隔绝空气,高温,主要为获取
13、基本化工原料：各种烯烃,烷烃 乙烯，丙烯，丁二烯，氢气,C6C8 苯+甲苯+二甲苯 烷烃（基本化工原料）,催化重整,七种基本有机化工原料为：,乙烯、丙烯、丁二烯，苯、甲苯、二甲苯和甲烷,催化裂化可得到多支链的烷烃,主要是为获取高品质的汽油；催化重整则是为了得到苯、甲苯和二甲苯。,2催化裂化和催化重整,氟代反应太剧烈，以爆炸式进行，难以控制，碘原子不活泼使取代反应难以发生，故烷烃的卤代反应通常是指氯代和溴代反应。,1甲烷的氯代反应,三卤代反应,反应活性：F Cl Br I,产物是各种氯代甲烷的混合物,当：CH4+Cl2 10:1 CH3Cl为主 0.263:1 CCl4 为主,2、其它烷烃的卤代
14、反应,、氯代反应,43 57,10氢与20氢氯代反应的相对活性：,三种氢氯代反应的相对活性：伯氢：仲氢：叔氢=1：4：5.1,64 36,、溴代反应,3 97,1 99,三种氢溴代反应的相对活性：伯氢：仲氢：叔氢=1：82：1600,结论：1、不同类型的氢反应活性不同。2、氯代反应的活性大于溴代反应 的活性。3、溴代反应的选择性大于氯代反 应的选择性。,反 应 式：宏观给出现象。反应历程：微观揭示本性。,如何解释这些事实？,第七节 烷烃卤代反应的历程,一反应历程简介 1、什么叫反应历程？反应历程又叫反应机理或反应机制，是指反应物经过化学反应转变成产物所经历的全部过程。2、反应历程是理论上的假设
15、 反应历程是根据能够观察到的实验事实进行推理而提出的理论上的假说（化学反应是在10-1210-14秒内完成，目前还无法直接观察）。3、研究反应历程的目的 揭示反应的本质,掌握反应的规律,从而达到控制反应和利用反应的目的。,每个氯自由基可循环碰撞五千多次.,链引发：,链增长：,链终止：,自由基：具有单个未成对电子的原子或 基团叫自由基。,1、甲烷氯代反应的历程(自由基取代反应历程）,二、甲烷氯代反应的历程,三、卤代反应的取向,卤代反应的活性:30H 20H 10H CH4,反应取向:反应有生成两种或两种以上产物 的可能性时,主要生成哪一种产物。,卤代反应是通过自由基活性中间体进行的,反应的活性取决于相应的烷基自由基是否容易生成。,C _ H键的离解能与自由基的稳定性,稳定性原理：反应活性中间体的稳定 性决定着反应取向。,反应活性中间体越稳定 它就越容易生成 反应活性也就越大,30 R20 R 10 R 甲基,自由基的稳定性：,
