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第二章烷 烃(Alkanes)1第1页一一.烷烃同系列和异构烷烃同系列和异构二二.烷烃命名烷烃命名三三.烷烃构象烷烃构象四四.烷烃物理性质烷烃物理性质五五.烷烃反应烷烃反应六六.烷烃制备烷烃制备第二章第二章烷烷 烃烃 (Alkanes)(Alkanes)2第2页概述：概述：烃是指只含有碳和氢两种元素化合物。烃是指只含有碳和氢两种元素化合物。烷烃指含有通式为烷烃指含有通式为C Cn nH H2n+22n+2碳氢化合物。碳氢化合物。烷烃是一类饱和烃，分子中除碳碳键外，其它烷烃是一类饱和烃，分子中除碳碳键外，其它键被氢饱和。即碳原子结合氢原子数目已到达键被氢饱和。即碳原子结合氢原子数目已到达饱和程度。饱和程度。主要起源：天然气和石油。主要起源：天然气和石油。用途：可作为燃料，也是当代化学工业用途：可作为燃料，也是当代化学工业原料。原料。分类：分类：环状烃环状烃链状烃链状烃3第3页一一.烷烃同系列和异构烷烃同系列和异构 (Homologous series and isomerism of alkanes)(Homologous series and isomerism of alkanes)1.1.同系列同系列C Cn nH H2n+2 2n+2 n n为碳原子个数为碳原子个数n n分子式分子式结构式结构式命名命名乙烷乙烷C C2 2H H6 6CHCH3 3CHCH3 32 2甲烷甲烷CHCH4 41 1CHCH4 4C C3 3H H8 8CHCH3 3CHCH2 2CHCH3 33 3丙烷丙烷正丁烷、异丁烷正丁烷、异丁烷C C4 4H H10104 42 2正戊烷、异戊烷、新戊烷正戊烷、异戊烷、新戊烷C C5 5H H12125 53 36 65 54第4页C Cn nH H2n+2 2n+2 n n为碳原子个数为碳原子个数n n分子式分子式结构式结构式命名命名1010757515154347434720203663193663199 93535系差：系差：CHCH2 2同系列同系列：凡含有一个通式，结构相同，化学性质：凡含有一个通式，结构相同，化学性质相同，物理性质伴随碳原子数增加而有规律性改相同，物理性质伴随碳原子数增加而有规律性改变化合物系列。变化合物系列。5第5页同系物：同系物：同系列中各个化合物彼此互称同系物。同系列中各个化合物彼此互称同系物。结构异构体：结构异构体：分子式相同，分子中原子相互连接方分子式相同，分子中原子相互连接方式和式和 次序不一样异构体。次序不一样异构体。结构：结构：指分子中原子相互连接方式和次序。指分子中原子相互连接方式和次序。构型异构体构型异构体构型构型构象构象构象异构体构象异构体6第6页2.2.碳原子和氢原子类型碳原子和氢原子类型叔碳（叔碳（33）：与一个氢原子相连碳。）：与一个氢原子相连碳。仲碳（仲碳（22）：与两个氢原子相连碳。）：与两个氢原子相连碳。伯碳（伯碳（11）：与三个氢原子相连碳。）：与三个氢原子相连碳。季碳：与四个碳原子相连碳。季碳：与四个碳原子相连碳。叔氢：与叔碳相连氢原子。叔氢：与叔碳相连氢原子。仲氢：与仲碳相连氢原子。仲氢：与仲碳相连氢原子。伯氢：与伯碳相连氢原子。伯氢：与伯碳相连氢原子。7第7页季碳季碳伯碳伯碳仲碳仲碳叔碳叔碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳8第8页二二.烷烃命名烷烃命名(Nomenclature of Alkanes)(Nomenclature of Alkanes)1.1.普通命名（习惯命名法）普通命名（习惯命名法）以烷作为母体，十个碳原子以下用甲、乙、丙、以烷作为母体，十个碳原子以下用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，十个碳原子丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，十个碳原子以上用数字表示。以上用数字表示。正表示直链：正表示直链：异表示有以下结构支链：异表示有以下结构支链：新表示分子中有季碳原子：新表示分子中有季碳原子：9第9页新戊烷新戊烷正己烷正己烷例：例：异己烷新己烷10第10页2.2.系统命名法（系统命名法（IUPACIUPAC）IUPACIUPAC：International union of pure and International union of pure and applied chemistry applied chemistryCCSCCS：Chinese chemical societyChinese chemical society上述结构无法用普通命名（习惯命名法）法命名上述结构无法用普通命名（习惯命名法）法命名1).1).直链烷烃直链烷烃以以烷烷作为母体，十个碳原子以下用甲、乙、丙、丁、作为母体，十个碳原子以下用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，十个碳原子以上用戊、己、庚、辛、壬、癸表示，十个碳原子以上用数字表示。数字表示。11第11页辛烷辛烷十一烷十一烷2).2).支链烷烃支链烷烃.烷基命名烷基命名烷基：烷烃分子中取掉一个氢剩下部分。烷基：烷烃分子中取掉一个氢剩下部分。甲基甲基乙基乙基丙基丙基MeMe（MethylMethyl）EtEt（EthylEthyl）n-Prn-Pr（PropylPropyl）12第12页异丙基异丙基丁基丁基异丁基异丁基仲丁基仲丁基叔丁基叔丁基i-Pr i-Pr（isopropylisopropyl）n-Bu n-Bu（ButylButyl）i-Bu i-Bu（isobutylisobutyl）s-Bu s-Bu（sec-butyl sec-butyl）t-Bu t-Bu（tert-butyl tert-butyl）13第13页异戊基异戊基（isopentylisopentyl）叔戊基叔戊基 （tert-pentyl tert-pentyl）新戊基新戊基 （NeopentylNeopentyl）仲戊基仲戊基 （sec-pentylsec-pentyl）14第14页.支链烷烃命名支链烷烃命名规则规则:a.:a.选主链选主链:选最长、取代基最多碳链作主链。选最长、取代基最多碳链作主链。b.b.编号：从离取代基最近一端编号，并满足最编号：从离取代基最近一端编号，并满足最低系列标准。低系列标准。2,2,3-2,2,3-2,3,3-2,3,3-15第15页c.c.若主链上有几个取代基时，应按若主链上有几个取代基时，应按“次序规则次序规则”，较优基团后列出。，较优基团后列出。甲基甲基乙基乙基丙基丙基丁基丁基异丁基异丁基戊基戊基异丙基异丙基新戊基新戊基仲丁基仲丁基 叔丁基叔丁基异戊基异戊基列在后面是较优基团列在后面是较优基团3,3,4,5-3,3,4,5-四甲基四甲基-4-4-乙基庚烷乙基庚烷3,4,5,5-3,4,5,5-四甲基四甲基-4-4-乙基庚烷乙基庚烷16第16页d.d.写法写法位次位次取代基位置取代基位置用阿拉伯数字，数字间用逗号隔用阿拉伯数字，数字间用逗号隔开开（半字线）（半字线）取代基名称取代基名称相同取代基合并起来，用一、二、三相同取代基合并起来，用一、二、三 表示表示母体母体1 12 2 3 34 45 52,2,4-2,2,4-三甲基戊烷三甲基戊烷例：例：2,5-2,5-二甲基二甲基-4-4-异丙基庚烷异丙基庚烷17第17页12345672,3,5-2,3,5-三甲基三甲基-4-4-丙基庚烷丙基庚烷2-2-甲基甲基-4-4-仲丁基仲丁基-4-4-叔丁基辛烷叔丁基辛烷18第18页2,6,6-2,6,6-三甲基三甲基-3-3-乙基辛烷乙基辛烷 1 12 23 34 45 56 67 78 82,7,8-2,7,8-三甲基癸烷三甲基癸烷19第19页三三.烷烃构象烷烃构象(Conformation of Alkanes)(Conformation of Alkanes)概述：概述：a.a.构象：构象：指分子中原子或原子团因为围绕单键指分子中原子或原子团因为围绕单键旋转而产生分子中原子在空间不一样排列。旋转而产生分子中原子在空间不一样排列。b.b.构象异构体：构象异构体：分子组成相同，结构式相同，分子组成相同，结构式相同，因构象不一样而产生异构体。因构象不一样而产生异构体。c.c.构象异构体表示方法：构象异构体表示方法：透视式（伞形式，透视式（伞形式，锯架式），锯架式），纽曼投影式纽曼投影式20第20页以乙烷重合式构象说明：以乙烷重合式构象说明：伞形式伞形式锯架式锯架式透视式：透视式：21第21页纽曼投影式：纽曼投影式：d.d.注注意意：构构象象异异构构体体相相互互转转换换不不需需发发生生共共价价键键断断裂裂。分分子子构构象象异异构构体体有有没没有有数数个个，无无法法画画出出，采采取取抓抓两两头头，选选中中间间（选选内内能能最最高高及及最最低低构构象象），中间选几个经典。中间选几个经典。22第22页1.1.乙烷构象乙烷构象扭转角：扭转角：A AB BC CD D121 12 223第23页.=60.=60.=0.=0.=120.=120.=180.=180.=240.=240.=360.=360.=300.=30024第24页从乙烷构象可看出：从乙烷构象可看出：.扭转角扭转角由由00逐步变到逐步变到360 360 可得到无数可得到无数个构象，它们之间差异在于原子在空间排列不一个构象，它们之间差异在于原子在空间排列不一样。样。.扭转角扭转角=0120 240 360=0120 240 360为重合式为重合式=60180 300=60180 300 为交叉式为交叉式重合式、交叉式构象为乙烷两个经典构象，其重合式、交叉式构象为乙烷两个经典构象，其它构象处于这两个构象之间。它构象处于这两个构象之间。.重合式中两个碳原子上重合式中两个碳原子上CHCH键相距最近，能键相距最近，能量较高，不稳定。交叉式中两个碳原子上量较高，不稳定。交叉式中两个碳原子上CHCH键键相距最远，能量较低，稳定。相距最远，能量较低，稳定。25第25页.能量曲线图能量曲线图.乙烷有没有数个构象，乙烷最稳定构象是交叉式。乙烷有没有数个构象，乙烷最稳定构象是交叉式。12kj/mol12kj/mol26第26页2.2.丁烷构象丁烷构象.=0.=0.=60.=60.=120.=120.=180.=180.=240.=240.=300.=300.=360.=36027第27页从丁烷构象可看出：从丁烷构象可看出：.扭转角扭转角由由00逐步变到逐步变到360 360 可得到无数个可得到无数个构象，其中有四构象，其中有四 种经典构象。种经典构象。=60300=60300 为顺交叉式。为顺交叉式。C C2 2上上CHCH3 3与与C C3 3上上CHCH3 3离相对较近，斥力相对较大，稳定性不如离相对较近，斥力相对较大，稳定性不如。=120 240=120 240 为部分重合式。为部分重合式。C C2 2上上CHCH3 3与与C C3 3上上CHCH3 3离较近，斥力也较大，较不稳定。离较近，斥力也较大，较不稳定。.扭转角扭转角=180=180 为反交叉式。为反交叉式。C C2 2上上CHCH3 3与与C C3 3上上CHCH3 3离最远，斥力最小，能量最低，最稳定。离最远，斥力最小，能量最低，最稳定。=0=0为全重合式。为全重合式。C C2 2上上CHCH3 3与与C C3 3上上CHCH3 3离最近，离最近，斥力最大，能量最高，最不稳定。斥力最大，能量最高，最不稳定。28第28页.能量曲线图15.9kj/mol3.7kj/mol.丁烷有没有数个构象，最稳定构象是反交叉式。29第29页2.2.高级烷烃构象高级烷烃构象锯齿状排列，其中锯齿状排列，其中C-HC-H都处于交叉式，碳链看起来都处于交叉式，碳链看起来像锯齿。像锯齿。最稳定构象是：整个碳链是锯齿状。最稳定构象是：整个碳链是锯齿状。30第30页31第31页32第32页四四.烷烃物理性质烷烃物理性质 (Physical Properties of Alkanes)(Physical Properties of Alkanes)（自学）（自学）五五.烷烃反应烷烃反应(Chemical Reactions of Alkanes)(Chemical Reactions of Alkanes)1.1.卤化反应卤化反应概述：概述：烷烃和卤素（烷烃和卤素（ClCl2 2、BrBr2 2）在暗处不发生反应，）在暗处不发生反应，但在光照时反应猛烈甚至引发爆炸。但在光照时反应猛烈甚至引发爆炸。卤化反应：烷烃分子中氢原子被卤素取代反应。卤化反应：烷烃分子中氢原子被卤素取代反应。例：例：33第33页注意：得到混合物，控制条件，可使某一个产物占注意：得到混合物，控制条件，可使某一个产物占主要。主要。合成上无价值，主要性在于机理研究。合成上无价值，主要性在于机理研究。1).1).氯化反应机理氯化反应机理反应机理：反应经历过程。是综合试验事实作出反应机理：反应经历过程。是综合试验事实作出理论假设。公认机理，能够解释试验事实。理论假设。公认机理，能够解释试验事实。链引发链引发34第34页链增加链增加链终止链终止35第35页.含有链引发、链增加、链终止反应在化学上含有链引发、链增加、链终止反应在化学上叫自由基反应（自由基链反应，连锁反应）。叫自由基反应（自由基链反应，连锁反应）。.决定反应速度步骤是决定反应速度步骤是链增加反应中链增加反应中夺氢过程夺氢过程.不一样卤素反应活性不一样卤素反应活性氟氯溴碘氟氯溴碘.各种氢相对反应活性各种氢相对反应活性结论：叔氢仲氢伯氢结论：叔氢仲氢伯氢36第36页6 6个伯氢所得个伯氢所得 2 2个仲氢所得个仲氢所得仲氢仲氢/伯氢伯氢=仲氢反应活性是伯氢仲氢反应活性是伯氢4 4倍。倍。36%36%64%64%叔氢叔氢/伯氢伯氢=叔氢反应活性是伯氢叔氢反应活性是伯氢5 5倍。倍。37第37页解释：三种氢键裂解能为：解释：三种氢键裂解能为：1C-H 410.3Kj/mol1C-H 410.3Kj/mol2C-H 397.7Kj/mol2C-H 397.7Kj/mol3C-H 389.4Kj/mol3C-H 389.4Kj/mol键裂解能越小，键越弱，越易均裂。键裂解能越小，键越弱，越易均裂。.选择性（卤素对取代反应选择性）选择性（卤素对取代反应选择性）因为有机反应副反应多，若反应选择性大，得到因为有机反应副反应多，若反应选择性大，得到几个可能产物所占百分比差异大。几个可能产物所占百分比差异大。若反应选择性小，得到几个可能产物所占百分比若反应选择性小，得到几个可能产物所占百分比差异小。差异小。38第38页43%43%57%57%3%3%97%97%在氯化反应中：在氯化反应中：仲氢仲氢/伯氢伯氢在溴化反应中：在溴化反应中：仲氢仲氢/伯氢伯氢在溴化反应中，仲氢比伯氢活性大多。在溴化反应中，仲氢比伯氢活性大多。所以溴化含有很高选择性，在合成上有应用价值。所以溴化含有很高选择性，在合成上有应用价值。39第39页2).2).烷基自由基稳定性烷基自由基稳定性在自由基链反应中，决定速度步骤中中间体是烷在自由基链反应中，决定速度步骤中中间体是烷基自由基，自由基越稳定，反应越易进行。基自由基，自由基越稳定，反应越易进行。99.5%99.5%例：例：结论：结论：解释：解释：.键裂解能键裂解能439.6Kj/439.6Kj/molmol40第40页键裂解能越小，键越弱，越易均裂，自由基越易键裂解能越小，键越弱，越易均裂，自由基越易形成，即自由基稳定。形成，即自由基稳定。410.3Kj/410.3Kj/mol mol397.7Kj/397.7Kj/molmol389.4Kj/389.4Kj/molmol41第41页.超共轭效应超共轭效应定义：烷基上碳原子与体主动小氢原子结合，定义：烷基上碳原子与体主动小氢原子结合，对电子云屏蔽作用很小，所以对电子云屏蔽作用很小，所以C-HC-H上上电子电子 比较轻易与邻近比较轻易与邻近电子（或电子（或P P轨道）共轭，使轨道）共轭，使电子重新分配，基团稳定。这种电子重新分配，基团稳定。这种键与键与键键（或（或P P轨道）共轭称为轨道）共轭称为超共轭效应超共轭效应，键与键与键共轭叫键共轭叫-超共轭效应超共轭效应，键与键与P P轨道共轨道共轭叫轭叫-p-p 超共轭效应超共轭效应。42第42页.spsp2 2.spsp2 2spsp3 3有有3 3个个C-H C-H 电子同电子同P P轨道交盖轨道交盖43第43页有有9 9个个C-H C-H 键键电子同电子同P P轨道交盖轨道交盖靠近靠近spsp2 2.靠近靠近spsp2 2有有6 6个个C-H C-H 键键电子同电子同P P轨道交盖轨道交盖44第44页3).3).甲烷氯化反应能线图甲烷氯化反应能线图在甲烷氯化反应中，决定反应速度步骤是在甲烷氯化反应中，决定反应速度步骤是链增链增加反应加反应中第一步：中第一步：夺氢过程夺氢过程过渡态过渡态45第45页HHE Eactact反应坐标反应坐标 E E kj/molkj/mol吸热反应吸热反应链增加反应中第一步链增加反应中第一步链增加反应中第二步链增加反应中第二步放热反应（放出大量热）放热反应（放出大量热）HHE E1 1actact反应坐标反应坐标 E E kj/kj/molmol46第46页过渡态：在能线图峰顶，无法证实。过渡态：在能线图峰顶，无法证实。中间体：在能线图峰谷，试验方法可证实。中间体：在能线图峰谷，试验方法可证实。活化能：过渡态与初始态之间能量差。活化能：过渡态与初始态之间能量差。反应热：生成物与反应物之间能量差。正值为吸反应热：生成物与反应物之间能量差。正值为吸热，负值为放热。热，负值为放热。2.2.氧化反应氧化反应热量热量合成上无意义，但能作燃料。合成上无意义，但能作燃料。当不完全燃烧时，生成碳黑，在橡胶应用中广泛。当不完全燃烧时，生成碳黑，在橡胶应用中广泛。47第47页3.3.热解反应热解反应热解反应：化合物在热作用下分解。热解反应：化合物在热作用下分解。煤油：煤油：C C1111-C-C1616烷烃烷烃 柴油：柴油：C C1515-C-C1818烷烃烷烃汽油：汽油：C C5 5-C-C1212烷烃烷烃C C5 5-C-C1212烷烃烷烃汽油汽油48第48页4.4.硝化反应硝化反应5.5.磺化反应磺化反应注意：会用生成热（注意：会用生成热（HHf f）计算反应焓变。键裂）计算反应焓变。键裂解能（解能（DHDH）计算反应焓变。）计算反应焓变。49第49页2.2.武慈武慈 (Wurtz)(Wurtz)反应反应六六.烷烃制备烷烃制备(Preparations of Alkanes)(Preparations of Alkanes)1.1.格利雅试剂格利雅试剂（GrignardGrignard）水解水解用于制备特殊烷烃。用于制备特殊烷烃。格利雅试剂格利雅试剂50第50页 格林雅格林雅（Victor Grignard,18711935,法国化学家）法国化学家）格林雅试剂是有机化学工作所熟知最有用和最多功效试剂之一，格林雅试剂是有机化学工作所熟知最有用和最多功效试剂之一，它是由法国化学家格林雅发觉。它是由法国化学家格林雅发觉。格林雅格林雅1871年生于法国塞堡年生于法国塞堡(Cherbourg France)。在里昂。在里昂(Lyons)他跟他跟 L.Bouceault学习一年后，在巴比埃学习一年后，在巴比埃(P.A.Barbier)指导下攻读博士指导下攻读博士学位。学位。19他在巴比埃指导下着手把金属镁用于缩合反应研究。他很快他在巴比埃指导下着手把金属镁用于缩合反应研究。他很快发觉一个卤代烷与镁在绝对乙醚中反应，在没有任何副反应情况下，发觉一个卤代烷与镁在绝对乙醚中反应，在没有任何副反应情况下，这个反应就能顺利完成。这个反应就能顺利完成。19格林雅发表关于混合有机镁化合物论文，格林雅发表关于混合有机镁化合物论文，并把有机镁应用到合成羧酸、醇和烃类化合物。这个发觉主要性是每并把有机镁应用到合成羧酸、醇和烃类化合物。这个发觉主要性是每个化学家所共知。在里昂和以后在南锡个化学家所共知。在里昂和以后在南锡(Nancy)，格林雅继续研究有，格林雅继续研究有机镁化合物。在南锡他成为有机化学教授。机镁化合物。在南锡他成为有机化学教授。19他回到里昂接替巴比埃他回到里昂接替巴比埃任化学系主任。因为格林雅创造了格林雅试剂于任化学系主任。因为格林雅创造了格林雅试剂于19取得了诺贝尔奖金取得了诺贝尔奖金。返回返回51第51页 武慈武慈（Charles Adolph Wurtz,1817-1884年，法国化学家）年，法国化学家）武慈出生于法国斯特拉斯堡（武慈出生于法国斯特拉斯堡（Strasbourg）。）。1843年取得博士年取得博士学位，是李比希和杜马学生。他是巴黎医学院及索尔本教授。从学位，是李比希和杜马学生。他是巴黎医学院及索尔本教授。从1854年起与年起与A.W.霍夫曼成为好朋友。霍夫曼成为好朋友。1849年发觉甲胺。年发觉甲胺。1855年，年，发觉当卤代烷用金属钠处理时得到烷烃，这个反应命名为武慈烷发觉当卤代烷用金属钠处理时得到烷烃，这个反应命名为武慈烷烃合成反应。烃合成反应。1846-1855年，武慈与菲特格（年，武慈与菲特格（Fittig）发觉卤代烷和）发觉卤代烷和卤代芳香烃用金属钠处理时得到烷基芳烃，由此闻名于世。他撰卤代芳香烃用金属钠处理时得到烷基芳烃，由此闻名于世。他撰写过基础化学方面著作。在法国从事过对李比希和布特列夫学术写过基础化学方面著作。在法国从事过对李比希和布特列夫学术思想传输工作。他是十九世纪后半期著名化学家。思想传输工作。他是十九世纪后半期著名化学家。返回返回52第52页