1、第二章 飽和烴(烷烴),Alkanes,第二章 烷烴 2.1 烷烴的通式和構造異構 2.1.1 烷烴的通式 烷烴的通式為：CnH2n+2 2.1.2 同系列和系差 同系列：烷烴中具有同一個通式，結構相似，化學性質相似，物理性質隨著碳原子數(shù)的增加而有規(guī)律地變化的化合物，稱為同系列。 同系物：同系列中的化合物互稱為同系物。 系差：同系列中相鄰兩個化合物在組成上的差別。烷烴系差為CH2,2.1.3 烷烴的同分異構 從丁烷開始： 正丁烷 CH3CH2CH2CH3 異丁烷 CH3CH(CH3)2 同分異構體的推導： 寫出最長鏈： 寫出少一個碳原子的直鏈，把一個碳當支鏈，找出可能的異構體 寫出少二個碳原子

2、的直鏈，把二個碳當兩個支鏈，或一個支鏈， 找出可能的異構體。 同分異構：分子式相同，結構不同。是不同的化合物。 構造異構：分子式相同，分子內原子原子間相互連接的順序不同， 即分子的構造不同。 碳架異構：分子式相同，碳的骨架不同。,2.2 烷烴的命名 2.2.1 伯、仲、叔和季碳原子 伯碳原子：一級碳原子,1,與一個碳原子(三個氫原子)相連的碳原子。 仲碳原子:二級碳原子,2,與二個碳原子 (二個氫原子)相連的碳原子 叔碳原子：三級碳原子,3,與三個碳原子(一個氫原子)相連的碳原子。 季碳原子：四級碳原子，4，與四個碳原子相連的碳原子。 分別與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子稱為伯、仲、叔氫原子。,

3、aCH3bCH2bCH2bCH2aCH3 aCH3bCH2cCHaCH3 aCH3 CH3 aCH3dCaCH3 CH3,戊烷（正戊烷）,2-甲基丁烷（異戊烷）,2，2-二甲基丙烷（新戊烷）,a:一級（1）(伯)碳原子b:二級（2）(仲)碳原子 c:三級（3）(叔)碳原子d:四級（4）(季)碳原子 伯氫、仲氫、叔氫,2.2.2 烷基的概念 烷基：烷烴中，去掉一個氫原子后剩余的基團。用“-”來表示，如 (1)某基：甲基 CH3- Me- ；乙基 CH3CH2- Et- ； 丙基 CH3CH2CH2- n-Pr- ； 丁基 CH3CH2CH2CH2- n-Bu- (2)異某基: 異丙基 (CH3)

4、2CH- i-Pr- ； 異丁基 (CH3)2CHCH2- i-Bu- 3)仲某基: CH3 仲丁基: CH3CH2CH - s-Bu-,CH3 (4)叔某基: 叔丁基: (CH3)3C- t-Bu- ; 叔戊基: CH3CH2C CH3 CH3 (5)新某基: 新戊基 : CH3CCH2 CH3,2.2.3 普通命名法 按碳原子的數(shù)目稱：甲,乙,丙,丁,戊,己,庚,辛,壬,癸烷,十一烷,十二烷 直鏈的稱為正某烷，正丁烷： CH3CH2CH2CH3 碳鏈一端帶有兩個甲基的稱為異某烷，異丁烷: (CH3)2CH2CH3 有季碳原子的稱新某烷，新戊烷：(CH3)3CCH2CH3 石油工業(yè)上，“#”

5、表示辛烷值，異辛烷(辛烷值定為100)不屬于習慣命名，是商品名或俗名：,2.2.4衍生物命名法: 次序規(guī)則： (CH3)3C-CH3CH2(CH3)CH-(CH3)2CH-(CH3)2CHCH2- CH3CH2CH2CH2-CH3CH2CH2-CH3CH2-CH3- 把甲烷作為母體，把其它烷烴看作是甲烷的烷基取代衍生物。,二甲基乙基甲烷,二甲基乙基異丙基甲烷,甲基乙基異丁基叔丁基甲烷,2.2.5 系統(tǒng)命名法 IUPAC命名法, International Union of Pure and Applied Chemistry 1.選取含碳原子最多支鏈數(shù)目最多的碳鏈為主鏈；當最長碳鏈有 多種時，

6、選支鏈最多者為主鏈：,2.主鏈碳原子的位次編號： (1).離取代基最近的一端開始編號，最低系列原則： 碳鏈以不同方向編號時，若有多種可能系列，則需順次逐項比較各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者為最低系列。,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,1 2 3 4 5 6 7 8 9,9 8 7 6 5 4 3 2 1,10 9 8 7 6 5 4 3 2 1,(2).若支鏈中又帶支鏈，用帶撇的數(shù)字表示支鏈中支鏈的位置：,9 8 7 6 5 4 3 2 1,1 2 3,3甲基5(1，2二甲基丙基)壬烷,3.寫出名稱： (1).取代基的 名稱寫在烷烴前，用其所連碳原子的編號注明位置； (2).

7、相同取代基合并，用二、三、四表明數(shù)目，其位置須逐個注明； (3).數(shù)字與漢字間用“”隔開，數(shù)字間用“，”分開； (3).特別注意：“某基”和“某烷”之間不能用“”隔開。,2.3 烷烴的結構 2.3.1 碳原子的電子躍遷,基態(tài) 激發(fā)態(tài),2.3.2 碳原子軌道的sp3雜化 一個s軌道和三個p軌道雜化后，形成四個完全相等的雜化軌道，這種軌道稱為sp3雜化軌道。 a 雜化軌道有更強的方向性； b 四個SP3雜化軌道完全等值； c 四個鍵盡可能遠離； d 每兩個雜化軌道之間的夾角都是10928,2.3.3 甲烷的正四面體結構 鍵長：0.110nm 鍵角：10928 球棒模型：,sp3 軌道和甲烷分子的形

8、成,-鍵,2.3.4 烷烴分子的模型和表示方法 鍵線表示法：,己烷 2-甲基戊烷, 楔形式 ：,乙烷,（3)模型： Kekule(凱庫勒)模型：球和棍棒，表示原子和鍵； Stuart（斯陶特)模型：原子半徑和鍵長的比例；,2.3.5 乙烷的構象 透視式 ：,交叉式 重疊式,兩種構象能量差：12.6KJ/mol;絕對0K左右，分子均以交叉式構象存在；常溫時，兩種構象以極快的速度相互轉化；構象不可分離。乙烷分子的位能曲線圖見P23圖2-8,2.紐曼投影式：,2.3.6 丁烷的構象,全重疊式 鄰位交叉式 部分重疊式,對位交叉式 部分重疊式 鄰位交叉式,能量高低：全重疊式 部分重疊式 鄰位交叉式 對位

9、交叉式 旋轉時能量的變化見P24圖2-9,2.4 烷烴的物理性質 2.4.1沸點的規(guī)律 14個碳氣體；516個碳液體；17個碳以上固體由色散力決定：隨碳原子數(shù)增加而升高；正烷烴的沸點高于它的異構體。隨著分子量的增加，相對分子質量增加的相對百分比越來越小，所以對沸點的影響漸漸變小。分子間的距離越近，引力越大。 2.4.2熔點的規(guī)律 分子間引力及分子的對稱性決定（排列緊密）：隨碳原子數(shù)增加而升高；偶數(shù)烷烴的熔點比奇數(shù)的升高的更多；對稱性好的新戊烷的熔點（-16.6 C）高于異戊烷(-159.9 C)和戊烷(-129.7C),2.4.3相對密度的規(guī)律 分子間引力決定: 隨碳原子數(shù)增加而增大, 接近0

10、.78 2.4.4溶解性規(guī)律 不溶于水，易溶于有機溶劑，尤其是烴類中，相似相溶的規(guī)律。 2.4.5同分異構體的物理性質規(guī)律： 同分異構體中，沸點：支鏈越多，沸點越低。 熔點：支鏈越多，熔點越高。,2.5 烷烴的化學性質 烷烴沒有官能團，和其他各類有機物相比，化學性質最穩(wěn)定。 不易發(fā)生化學反應;不易發(fā)生異裂反應。 但在高溫，光照或催化劑作用下，烷烴分子中的C-H可以均裂，發(fā)生自由基反應。 2.5.1 取代反應 烷烴分子中的氫原子被氯原子取代的反應。 1. 鹵化反應：在光照射下，或高溫下，烷烴分子中的氫原子能逐步被氯取代，得到不同的產物。如甲烷在350400 oC時：,CH4 + Cl2 CH3C

11、l (一氯甲烷) + HCl ； CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 (二氯甲烷) + HCl ； CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 (三氯甲烷) + HCl ； CHCl3 + Cl2 CCl4 (四氯化碳) + HCl 。 反應有時很劇烈，控制不好會爆炸。甲烷過量(10:1)時，主要得到一氯甲烷；甲烷與氯氣體積比0.26:1時，主要得到四氯化碳。 鹵化反應的相對活性：F2Cl2Br2I2,2 鹵化的反應機理 反應物轉變產物所經過途徑叫做反應機理或反應歷程。,3.鹵化反應的取向與自由基的穩(wěn)定性：,丙烷 45% 55%,仲氫：伯氫=55/2：45/64：1,異丁烷 63% 37%,叔氫：

12、伯氫=37/1：63/95：1,總結： 烷烴中，氫原子的活性順序為： 叔氫原子仲氫原子伯氫原子 氯化時，叔氫：仲氫：伯氫 = 5：4：1 原因：叔CH鍵解離能較小，易斷裂，被Cl.奪取 自由基的穩(wěn)定性順序： (CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH3,溴的活性比氯小，溴原子取代烷烴分子中 活性較大的氫原子，比取代活性較小的氫原子容易得多。 溴化時，叔氫：仲氫：伯氫 = 1600：82：1,4 .反應活性與選擇性,同樣說明，烷烴鹵化時，鹵原子的選擇性是：IBrClF,2.5.2 氧化反應 1.燃燒生成CO2和水： 高溫和足夠的空氣中燃燒，完全氧化，生成CO2和水，大量放熱： CH4 + 2

13、O2 CO2 + 2H2O + 熱能 C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O + 熱能 CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 n CO2 + (n+1)H2O + 熱能 低級烷烴的蒸氣和空氣混合至一定比例，遇火爆炸，如煤礦中瓦斯爆炸。甲烷的爆炸極限是5.53%14%；在這比例外，只燃燒不爆炸。,2. 在催化劑存在下可發(fā)生部分氧化,合成了乙酸,高級脂肪酸等產品。甲烷在催化劑的存在下，可發(fā)生氧化生成甲醛、甲醇等化合物：,2.5.3異構化反應,從化合物的一種異構體轉變成另一種異構體的反應。,直鏈烷烴異構體為帶支鏈的烷烴可以提高汽油的辛烷值，同時，因異構化產生叔碳原子而增加了化學反應的活性。,2.5.4裂化、裂解和脫氫 裂化反應: 隔絕氧氣,高溫下,化合物發(fā)生鍵斷裂的反應。一般生成分子量更小