《有機化學(xué)：第二章 烷烴 (2015年)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《有機化學(xué)：第二章 烷烴 (2015年)（50頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第二章 烷烴一. 通式和同分異構(gòu) 烴：有機物中只含有碳和氫兩種元素的化合物。 烷烴：分子中碳碳之間的化學(xué)鍵以單鍵相聯(lián)，碳的其他 價鍵全部為氫原子所飽和，也稱為飽和脂肪烴。CHHCHHCHHCHHCHH.HH1 1通式： Cn nH2n+2 2n+2 ( (鏈鏈烷烴）烷烴）2 2同系列：具有同一通式，組成上相差CH2 2及其整數(shù)倍的一系列化合物。 同系物：同系列中的各個化合物互稱為同系物。 系差 ：CH2 2 同系物的特點：化學(xué)性質(zhì)相似，有特例。3 3同分異構(gòu)：(碳鏈異構(gòu))3 3同分異構(gòu)：分子中各個原子結(jié)合的方式 不同而產(chǎn)生的，這種不同的結(jié)合稱為結(jié)構(gòu)。1822,魏勒發(fā)現(xiàn)異氰酸銀 (AgNCO),

2、 化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定1823,李比息發(fā)現(xiàn)雷酸銀，其化學(xué)性質(zhì)非常不穩(wěn)定，遇熱或受撞擊發(fā)生爆炸，其結(jié)構(gòu)為AgONCC2H6OH CCO HHHHHH C O C HHHHH乙醇乙醇液體液體, ,沸點沸點78.578.5度度與與NaNa反應(yīng)放出氫氣反應(yīng)放出氫氣甲醚甲醚氣體氣體, ,沸點沸點-25-25度度不與不與NaNa反應(yīng)反應(yīng)如何寫出烷烴同分異構(gòu)體：碳鏈異構(gòu)C6H14二二.烷烴的命名1. 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法(IUPAC命名法）命名法）（1）直鏈烷烴（）直鏈烷烴（nalkanes）的命名）的命名“碳原子數(shù)碳原子數(shù)+ +烷烷”當(dāng)碳原子數(shù)為當(dāng)碳原子數(shù)為110110時，依次用天干時，依次用天干甲、乙、丙、

3、丁、戊、己、庚、辛、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸壬、癸表示表示碳原子數(shù)超過碳原子數(shù)超過1010時，用數(shù)字表示時，用數(shù)字表示例：六個碳的直鏈烷烴稱為己烷。十四個碳的直鏈烷烴稱為十四烷例：六個碳的直鏈烷烴稱為己烷。十四個碳的直鏈烷烴稱為十四烷烷烴的英文名稱是烷烴的英文名稱是alkanealkane，詞尾用，詞尾用aneane表表 1 1 正烷烴的名稱正烷烴的名稱 構(gòu)構(gòu) 造造 式式 中中 文文 名名 英英 文文 名名 CHCH4 4 甲甲 烷烷 methanemethane CH CH3 3CHCH3 3 乙乙 烷烷 ethaneethane CH CH3 3CHCH2 2CHCH3 3

4、丙丙 烷烷 propanepropane CH CH3 3(CH(CH2 2) )2 2CHCH3 3 （正）（正） 丁丁 烷烷 n n-butane-butane CH CH3 3(CH(CH2 2) )3 3CHCH3 3 （正）（正） 戊戊 烷烷 n n-pentane-pentane CH CH3 3(CH(CH2 2) )4 4CHCH3 3 （正）（正） 己己 烷烷 n n-hexane-hexane CH CH3 3(CH(CH2 2) )5 5CHCH3 3 （正）（正） 庚庚 烷烷 n n-heptane-heptane CH CH3 3(CH(CH2 2) )6 6CHCH

5、3 3 （正）（正） 辛辛 烷烷 n n-octane-octane CH CH3 3(CH(CH2 2) )7 7CHCH3 3 （正）（正） 壬壬 烷烷 n n-nonane-nonane CH CH3 3(CH(CH2 2) )8 8CHCH3 3 （正）（正） 癸癸 烷烷 n n-decane-decane CH CH3 3(CH(CH2 2) )9 9CHCH3 3 （正）（正） 十一烷十一烷 n n-undecane-undecane CH CH3 3(CH(CH2 2) )1010CHCH3 3 （正）（正） 十二烷十二烷 n n-dodecane-dodecane CH CH3

6、 3(CH(CH2 2) )11 11CHCH3 3 （正）（正） 十三烷十三烷 n n-tridecane-tridecane CH CH3 3(CH(CH2 2) )1212CHCH3 3 （正）（正） 十四烷十四烷 n n-tetradecane-tetradecane CH CH3 3(CH(CH2 2) )1313CHCH3 3 （正）（正） 十五烷十五烷 n n-pentadecane-pentadecane CH CH3 3(CH(CH2 2) )1414CHCH3 3 （正）（正） 十六烷十六烷 n n-hexadecane-hexadecane CH CH3 3(CH(CH2

7、 2) )1515CHCH3 3 （正）（正） 十七烷十七烷 n n-heptadecane-heptadecane（2）支鏈烷烴的命名）支鏈烷烴的命名（i）碳和氫的分類）碳和氫的分類CH3CCH3CH3CCH3HCHHCH3(i)(i)(i)(i)(i)(ii)(iii)(iv) 與一個碳相連的碳原子是一級碳原子，用1C表示（或稱伯碳，primary carbon），1C上的氫稱為一級氫，用1H表示。 與兩個碳相連的碳原子是二級碳原子，用2C表示（或稱仲碳，secondary carbon），2C上的氫稱為二級氫，用2H表示。 與三個碳相連的碳原子是三級碳原子，用3C表示（或稱叔碳，tert

8、iary carbon），3C上的氫稱為三級氫，用3H表示。 與四個碳相連的碳原子是四級碳原子，用4C表示（或稱季碳，quaternary carbon）（ii ii）烷基的名稱）烷基的名稱烷烴去掉一個氫原子后剩下的部分稱為烷基烷烴去掉一個氫原子后剩下的部分稱為烷基英文名稱為英文名稱為alkylCH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3CHCH312甲基（甲基（methylmethyl，縮寫縮寫MeMe）乙基乙基（ethylethyl，縮寫，縮寫EtEt）乙基（乙基（ethylethyl，縮寫縮寫EtEt）（正）丙基（正）丙基（n npropylpropyl，縮寫，縮寫n nPrPr）丙基（丙

9、基（propylpropyl，縮寫縮寫PrPr）異丙基異丙基（isopropylisopropyl，縮寫，縮寫i iPrPr）1 1甲基乙基甲基乙基（1 1methylethylmethylethyl）甲烷甲烷 CHCH4 4乙烷乙烷 CHCH3 3CHCH3 3丙烷丙烷 CHCH3 3CHCH2 2CHCH3 3甲基甲基（methylmethyl，縮寫，縮寫MeMe）烷烴烷烴相應(yīng)的烷基相應(yīng)的烷基普通命名法普通命名法IUPACIUPAC命名法命名法中文名稱中文名稱（英文名稱）（英文名稱）中文名稱中文名稱（英文名稱）（英文名稱） 甲烷、乙烷分子中只有一種氫，只能產(chǎn)生一種甲基和一種乙基。丙烷分子中

10、有兩種不同的氫，可以產(chǎn)生兩種丙基。 表表2 2 一些常見烷基的名稱一些常見烷基的名稱 1甲基1乙基丁基。烷基的系統(tǒng)命名法：將失去氫原子的碳定位為1，從它出發(fā)，選一個最長的鏈為烷基的主鏈，從1位碳開始，依次編號，不在主鏈上的基團(tuán)均作為主鏈的取代基處理寫名稱時，將主鏈上的取代基的編號和名稱寫在主鏈名稱前面CH3CH2CH2CCH2CH31234CH3CH3CH2CH2CH2CH3CHCH3CH3CH3CHCH2CH3123CH3CCH3CH312（正）丁烷（正）丁烷CHCH3 3(CH(CH2 2) )2 2CHCH3 3（正）丁基（正）丁基（n nbutylbutyl，縮寫，縮寫n nBuBu）

11、丁基丁基（butylbutyl，縮寫，縮寫B(tài)uBu）二級丁基或仲丁基二級丁基或仲丁基（secsecbutylbutyl，縮寫，縮寫s sBuBu）1 1甲（基）丙基甲（基）丙基（1 1methylpropylmethylpropyl）異丁烷異丁烷異丁基異丁基（isobutylisobutyl，縮寫，縮寫i iBuBu）2 2甲基丙基甲基丙基（2 2methylpropylmethylpropyl）三級丁基或叔丁基三級丁基或叔丁基（terttertbutylbutyl，縮寫，縮寫t tBuBu）1,11,1二甲基乙基二甲基乙基（1,11,1dimethylethyldimethylethyl）

12、丁烷有兩種異構(gòu)體，每種異構(gòu)體分子中都有兩種不同的氫原子，所以能產(chǎn)生四種丁基。 詞頭正（詞頭正（n）表示該烷基是一條直鏈。）表示該烷基是一條直鏈。異（異（iso）表示鏈的端基有）表示鏈的端基有(CH3)2CH 結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，而鏈的其它部位無支鏈。，而鏈的其它部位無支鏈。新表示鏈的端基有新表示鏈的端基有(CH3)3CCH2 的結(jié)構(gòu)，而鏈的的結(jié)構(gòu)，而鏈的其它部位無支鏈。其它部位無支鏈。此外還可以用二級、三級等詞頭來表明失去氫原子的碳為二級碳和三級碳。此外還可以用二級、三級等詞頭來表明失去氫原子的碳為二級碳和三級碳。（iii）順序規(guī)則）順序規(guī)則有機化合物中的各種基團(tuán)可以按一定的規(guī)則來排列先后次序有機化合物

13、中的各種基團(tuán)可以按一定的規(guī)則來排列先后次序 將單原子取代基按原子序數(shù)（將單原子取代基按原子序數(shù)（atomic number）大小排列，原子序數(shù)大）大小排列，原子序數(shù)大的順序在前，原子序數(shù)小的順序在后，有機化合物中常見的元素順序如下：的順序在前，原子序數(shù)小的順序在后，有機化合物中常見的元素順序如下：IBrClSPFONCDH在同位素（在同位素（isotope）中質(zhì)量高的順序在前。）中質(zhì)量高的順序在前。 如果兩個多原子基團(tuán)的第一個原子相同，則比較與它相連的其它原子，比較如果兩個多原子基團(tuán)的第一個原子相同，則比較與它相連的其它原子，比較時按原子序數(shù)排列，先比較最大的，仍相同，再順序比較居中的、最小的

14、。時按原子序數(shù)排列，先比較最大的，仍相同，再順序比較居中的、最小的。如如CH2Cl與與CHF2C(Cl, H, H)C(F, F, H)（iv iv）名稱的基本格式）名稱的基本格式 有機化合物系統(tǒng)命名的基本格式如下所示：有機化合物系統(tǒng)命名的基本格式如下所示：構(gòu)型 + 取代基 + 母體R, S; D, L;Z, E; 順 反取代基位置號 + 個數(shù) + 名稱（有多個取代基時，中文按順序規(guī)則確定次序，小的在前；英文按英文字母順序排列）官能團(tuán)位置號 + 名稱（沒有官能團(tuán)時不涉及位置號）（v v）命名原則和命名步驟）命名原則和命名步驟首先要確定主鏈?zhǔn)紫纫_定主鏈?zhǔn)紫瓤紤]鏈的長短，長的優(yōu)先。若有兩條或多條

15、等長的最長鏈時，則根據(jù)側(cè)鏈的數(shù)目來確定主鏈，多的優(yōu)先。若仍無法分出哪條鏈為主鏈，則依次考慮下面的原則，側(cè)鏈位次小的優(yōu)先，各側(cè)鏈碳原子數(shù)多的優(yōu)先，側(cè)分支少的優(yōu)先。主鏈確定后，要根據(jù)最低系列原則（主鏈確定后，要根據(jù)最低系列原則（lowest series principlelowest series principle）對）對主鏈進(jìn)行編號主鏈進(jìn)行編號使取代基的號碼盡可能小，若有多個取代基，逐個比較，直至比出高低為止2 2，3 3，5 5三甲基己烷三甲基己烷2,52,5二甲基二甲基4 4（2 2甲基丙基）庚烷甲基丙基）庚烷2. 普通命名法普通命名法普通命名法對直鏈烷烴的命名與系統(tǒng)命名相同。命名有支鏈

16、的烷烴時，用正表示普通命名法對直鏈烷烴的命名與系統(tǒng)命名相同。命名有支鏈的烷烴時，用正表示無分支，用異表示端基有無分支，用異表示端基有(CH3)2CH 結(jié)構(gòu)，用新表示端基有結(jié)構(gòu)，用新表示端基有(CH3)3CCH2 結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，這與烷基的普通命名法相同這與烷基的普通命名法相同(正)戊烷異戊烷新戊烷普通命名法中，工業(yè)上常用的異辛烷是一個特例，不符合上述規(guī)定。普通命名法中，工業(yè)上常用的異辛烷是一個特例，不符合上述規(guī)定。系統(tǒng)命名: 2,2,4三甲基戊烷普通命名: 異辛烷 三. 烷烴的結(jié)構(gòu)(constitution) 碳原子的碳原子的spsp3 3雜化雜化 C: 1s22s22p2激發(fā)雜化sp3(1/4s

17、,3/4p)碳原子軌道的碳原子軌道的spsp3 3雜化雜化 甲烷的立體結(jié)構(gòu)甲烷的立體結(jié)構(gòu)spsp3 3雜化軌道形成雜化軌道形成C CC C鍵的示意圖鍵的示意圖 乙烷分子形成的示意圖乙烷分子形成的示意圖鍵：以鍵軸為對稱軸交蓋而成，電子云交蓋程度大形成的鍵比較牢固。形成鍵的兩個原子可繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)表示化合物立體形象的模型主要有Kekule模型（球棍），stuart模型（比例）球棒模型斯陶特模型四四. . 烷烴的構(gòu)象：（烷烴的構(gòu)象：（conformationconformation）構(gòu)象：由于圍繞鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子或基團(tuán)在空間的不在空間的不同排列方式同排列方式。重疊構(gòu)象：二面角為0的構(gòu)象二面角

18、：交叉型構(gòu)象：二面角為60O的構(gòu)象構(gòu)象的表示方法傘形式是眼睛垂直于CC鍵軸方向看，實線表示鍵在紙面上，虛線表示鍵伸向紙面后方，鍥形線表示鍵伸向紙面前方；鋸架式是從CC鍵軸斜45方向看，每個碳原子上的其它三根鍵夾角均為120。紐曼式是從CC鍵的軸線上看。 傘形式據(jù)架式紐曼式HHHHHH154pm229pm110.7pm氫原子的范德華半徑為120pm能量差：12.1KJ/mol分子間的碰撞能約為84kJ/mol各構(gòu)象形式不能分離范德華半徑：非金屬元素在極低的溫度下形成雙原子分子的分子晶體，相鄰的不同分子中的兩個原子的核間距的一半。乙烷構(gòu)象勢能關(guān)系圖能量差：12.1KJ/mol丁烷：構(gòu)象和勢能關(guān)系圖

19、全重疊式鄰位交叉部分重疊對位交叉寫出下列化合物最穩(wěn)定的構(gòu)象，分別用鋸架式和紐曼投影式表示： (1)CCCH3ClHCH3ClH(2)HHHClCH2CH3H3C(3)HHBrClHCH3 五烷烴的物理性質(zhì)五烷烴的物理性質(zhì)沸點、熔點、相對密度、溶解度沸點、熔點、相對密度、溶解度1.沸點沸點取決于分子間引力的大?。o電引力、誘導(dǎo)力和色散力）烷烴的沸點隨分子量增加而升高隨分子量增加而升高支鏈支鏈bp bp 直鏈直鏈bpbp同分異構(gòu)體：同分異構(gòu)體：Cl2Br2I2mol/kJ100HClClCHClCH324 漫射光HClClCHClClCH2223 漫射光HClHClClClCH 3222C漫射光H

20、ClClCClCHCl423 漫射光一氯甲烷二氯甲烷三氯甲烷（氯仿）四氯化碳紫外光或熱（250-400o)鏈引發(fā)鏈增長反應(yīng)機理：反應(yīng)機理：鏈終止Cl + H CH2ClHCl + CH2ClCH2Cl + Cl ClCH2Cl2 + ClCl + H CHCl2HCl + CHCl2CHCl2 + Cl ClCHCl3 + ClCl + H CCl3HCl + CCl3CCl3 + Cl ClCCl4 + Cl自由基反應(yīng)一般在氣相或非極性溶劑中進(jìn)行，應(yīng)排除氧氣的存在。自由基反應(yīng)一般在氣相或非極性溶劑中進(jìn)行，應(yīng)排除氧氣的存在。此外：此外：有機反應(yīng)中的熱力學(xué)和動力學(xué)有機反應(yīng)中的熱力學(xué)和動力學(xué)1.熱

21、力學(xué)與化學(xué)平衡G=-RTlnKG= H- TSCH3H + ClClCH3Cl + HCl434.7 242.4351.1430.5鍵能：烷烴鹵化反應(yīng)的熱效應(yīng) H = (434.7 +242.4) (351.1 + 430.5)= 104.5KJmol1 反應(yīng)速度與反應(yīng)平衡常數(shù)無關(guān)反應(yīng)速度過渡態(tài)理論過渡態(tài)反應(yīng)進(jìn)程A+B-CA-B+C過渡態(tài)反應(yīng)勢能圖活化能高：反應(yīng)速度慢活化能低： 反應(yīng)速度快活化能（Ea）：分子發(fā)生反應(yīng)時，分子間要相互接近，才能發(fā)生反應(yīng)，但當(dāng)分子間接近到一定程度，就有排斥力，存在一個能壘，必須提供能量，克服這個能壘。速率=PZe-Ea/RTCH3 + Cl ClCH3Cl + C

22、lH3 = 242.2-351.1= -108.7kJmol-1(3)242.4351.12ClClClH1= +242.4kJmol-1(1)242.4Cl + H CH3HCl + CH3H2 = 434.7-430.5= + 4.2kJmol-1434.7430.5(2)反應(yīng)的第一、二步是吸熱反應(yīng)，所以鏈的引發(fā)需要光照或高溫加熱來提供能量，反應(yīng)的第一、二步是吸熱反應(yīng)，所以鏈的引發(fā)需要光照或高溫加熱來提供能量，但總的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此，連鎖反應(yīng)一旦引起，反應(yīng)即可迅速進(jìn)行。但總的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此，連鎖反應(yīng)一旦引起，反應(yīng)即可迅速進(jìn)行。 烷烴鹵化反應(yīng)中的能量變化：烷烴鹵化反應(yīng)中的能量變化：

23、（2）能線圖：高級烷烴的鹵化反應(yīng)氯化1-氯丙烷2-氯丙烷2-甲基-1-氯丙烷2-甲基-2-氯丙烷145 . 75 .276/452/55伯氫活性仲氫活性取代位置的選擇及自由基的穩(wěn)定性取代位置的選擇及自由基的穩(wěn)定性比較伯仲叔氫的選擇性：151 . 7369/641/36伯氫叔氫反應(yīng)活性：叔氫仲氫伯氫 (5:4:1)活化能：叔氫仲氫鍵解離能自由基的穩(wěn)定性：3o C 2o C 1o C CH3碳自由基的定義和結(jié)構(gòu)碳自由基的結(jié)構(gòu)Sp2雜化問題2.7 已知烷烴分子式為C5H12，根據(jù)氯化反應(yīng)物的不同，試推測各烷烴的結(jié)構(gòu)并寫出結(jié)構(gòu)式。（1） 如果一元氯化產(chǎn)物只有一種；（2） 如果一元氯化產(chǎn)物可以有三種；（

24、3） 如果一元氯化產(chǎn)物可以有四種；（4） 如果二元氯化產(chǎn)物只可能有兩種；(1)(2)(3)(4)氯化溴化（引發(fā)劑）如果希望得到產(chǎn)率高、比較純凈的產(chǎn)物，常常選用溴化活化能能量差：12.5 KJ/mol活化能能量差：4.2 KJ/mol6.2 烷烴的熱裂熱裂：烷烴在無氧存在下，在高溫碳碳鍵可以斷裂，大分子 化合物變成小分子化合物6.3燃燒與氧化+ 熱能燃燒氧化：氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 引入氧或除去氫為氧化,引入氫或去掉氧為還原CH3CH2CH3+O2350oC, 170 MPaMOHCOOH + CH3COOH +H3COCH3C20C30的烷烴氧化成高級脂肪酸，代替動物油脂制造肥皂在引發(fā)劑的作用下，烷

25、烴發(fā)生部分氧化，生成各種的含氧衍生物如醇、酸、醛等。7 烷烴的來源和制法6.1 烷烴的來源來源于天然氣和石油（烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴）天然氣：75 CH4， 15乙烷，5丙烷石油的餾分，精餾組份見P37，表2-6 汽油：C4C8，bp：4075動植物蠟中含有高級烷烴例如：蘋果皮 中含有 C27-C29的高級烷烴 煙葉上含有 C27-C31的高級烷烴昆蟲外激素也含有烷烴石油醚：低烷烴的混合物混合物。沸點30-60o是戊烷和己烷的混合物 沸點60-90o是庚烷和辛烷的混合物石蠟：C20-C24的固體烷烴的混合物液體石蠟： C18-C24的液體烷烴的混合物凡士林： C18-C22的烷烴的混合物，為軟膏

26、狀半固體6.2 烷烴的制備一、偶聯(lián)反應(yīng)（C-C鍵的形成）1. Wurtz1. Wurtz合成法合成法2RBr + 2Na乙醚RR+2NaBr用來合成對稱烷烴；一般伯鹵代烷產(chǎn)率較高(C-C，C-H)2 .Kolbe 2 .Kolbe （柯爾唄（柯爾唄) )合成法合成法陰陽,2,222223323HNaOHCOCHCHOHCOONaCH333CHCH CH2233e3CO CHCOOCHCOOCH用來合成對稱烷烴；適用于六個碳以上的脂肪酸3. Crey3. CreyHouse House 合成合成RX + R2CuLiRR + RCu + LiX(CH3)2CuLi + CH3(CH3)3CH2Idry ether3.5h,98%CH3(CH2)3CH2CH3 + CH3Cu + LiI用來合成非對稱烷烴