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1、第二章 饱和烃A 烷烃1、烷烃的通式、结构和命名2、乙烷和丁烷的构象3、烷烃的物理性质4、化学性质及自由基取代反应历程B 自然界的烷烃,含有碳碳重键的烃类化合物。 烯烃、炔烃等。,2-1 烷烃的同系列、通式和同分异构现象,一、烷烃的同系列、通式,烷烃的通式 ： CnH2n+2,同系列：通式相同，结构、性质相似，组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物。同系列中的化合物互为同系物。系列差：CH2,二、同分异构现象,请写出C6H14的同分异构体？,三、烷烃中碳原子和氢原子的类型,伯碳原子，第一碳原子：1。 伯氢原子，第一氢原子 仲碳原子，第二碳原子：2。 仲氢原子，第二氢原子 叔碳原子，第三碳原子
2、：3。 叔氢原子，第三氢原子 季碳原子，第四碳原子：4。,四、烷基(alkyl groups):,概念：从烷烃和环烷烃中去掉一个H原子,剩余的结构部分 。,名称 缩写,2-2 烷烃的命名,用“正”、“异”、“新”分别表示直链、一端具有异丙基或叔丁基的构造异构体。,直链烷烃的命名与普通命名法相同。,(2)系统命名法,International Union of Pure and Applied Chemistry，缩写作IUPAC,选取最长的碳链作为主链。,(a) 选择主链，确定母体,支链烷烃的命名，按以下步骤进行：,2,5,7三甲基壬烷,对于相等长的碳链，选取含支链最多的碳链。 根据主链的碳原
3、子数，称“某”烷。,(b) 为主链上的碳原子编号,从靠近支链的一端开始依次用阿拉伯数字编号。当编号有几种可能时，要使支链的位次号较小(符合“最低系列”规则)。,( I ),( II ),(c) 确定化合物的名称,将取代基的名称写在烷烃名称的前面，在取代基名称的前面，加上它的位次号，并用半字线“”将两者连接。,当含有几个不同的取代基时，按照“次序规则”，将“优先”的基团列在后面，各取代基之间用半字线“”连接。,当含有几个相同的取代基时，用“一、二、三、四”表示其个数，逐个标明其位次号 ，并用逗号分开。,5丙基4异丙基壬烷,3,7二甲基4乙基壬烷,1 2 3 4,“优先”基团顺序： a.把与主链碳
4、直接相连的原子按原子序数大小排列，原子序数大的优先。,b.如果直接相连的原子相同，则比较第二个原子，依次类推。,次序规则：“优先”基团在后,优先基团顺序：-C(CH3)3 -CH=CH2 -CH(CH3)2,c.含有双键和三键基团可以认为连有两个或三个相同的原子。 例：比较大小: -C(CH3)3 、-CH=CH2 、 -CH(CH3)2,思考：下列各基团的优先顺序为？,思考：请命名下列各化合物,2-3 烷烃的结构,碳原子在基态时的电子构型：,s 轨道成分：1/4； p 轨道成分：3/4。,图 2.2 sp3杂化轨道,图 2.3 sp3杂化的碳原子,几何构型：四面体,二、甲烷的构型、sp3杂化
5、、键,sp3 1s 键,4个CH 键,图 2.4 甲烷的结构,图 2.5 甲烷的球棍模型,图 2.6 甲烷的比例模型,键的特性：,键沿键轴呈圆柱形对称，键能较大，可极化性小，较牢固，稳定，可沿键轴自由旋转。,CC 键是由两个碳原子各以一个sp3杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的。 如：乙烷分子的结构,乙烷的结构,由两个和两个以上碳原子组成的烷烃，除了具有CH键外，还有CC 键。,由于键是沿成键轨道方向交盖而成， 在碳链中， CCC的键角保持接近109.5。对于直链烷烃，其三维形状是曲折形，而不是直线形。,1个C键,6个CH键,sp3 sp3 键,sp3 1s 键,图 2.7 乙烷的球棒模型,图 2
6、.8 乙烷的比例模型,图 2.9 乙烷的棍棒模型,图2.10 正丁烷的球棒模型,图2.11 正丁烷的比例模型,几个概念：,构型是固定的，而构象一般是瞬间的。构型的变化须破坏化学键，而构象的变化则不会发生键的断裂。,3）构象（conformation）：一定构型的分子中，由于单键的 旋转而导致原子和基团在空间的不同排列方式。,2）构型（configuration）：一定构造的分子中，原子和基团 在空间的排布；,1）构造（constitution）：分子中原子间的连接次序和方式；,由于键呈圆柱状对称，C单键能够发生旋转，由此而导致的分子中的其它原子或基团在空间的排布方式不同，分子的这种立体形象构象
7、。,三、烷烃的构象,1、乙烷的构象,由此产生的异构体构象异构体(conformers),乙烷的构象,纽 曼 投 影 式,透 视 式,纽曼(Newman)投影式：,交叉式与 重叠式是 乙烷分子 的极限构象,重叠式、交叉式构象比较：,交叉式构象因两个碳原子上的氢原子距离最大，其排斥力较小，分子内能最低，因而较稳定，为优势构象。,乙烷分子的能量曲线,交叉式最稳定为优势构象,由C2C3 键旋转 产生的构象：,图 2.13 正丁烷构象的模型,2、丁烷的构象,固定C2原子，反时针 旋转C3原子，得到以 下正丁烷的极限构象,稳定性： 对位交叉 邻位交叉 部分重叠 全重叠,对位交叉式,部分重叠式,邻位交叉式,
8、全重叠式,邻位交叉式,稳定性: 对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式,丁烷构象的能量曲线图,2-4 烷烃的物理性质有机化合物的物理性质包括：化合物的状态、熔点、沸点、密度、折光率和溶解度等称为物理常数。,烷烃为非极性分子，分子间作用力是色散力，随分子量的增大而增大，随分子间距离的增大而迅速减小。,烷烃同系列中，m.p， b.p，d 都随分子量增加而增加，即随碳数增加而增加。,一、物质状态（25，一个大气压下） C1C4烷烃：气体 C5C16正烷烃：液体 C17以上：固体,二、密度直链烷烃的密度随分子量的增加而增大，最后趋向于最大值0.78。,三、溶解度烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有
9、机溶剂。如苯、 氯仿、四氯化碳、其它烷烃。,四、沸点正烷烃的沸点随着分子量的增加而增高。烷烃异构体中，支链愈多，沸点愈低。,b.p( )： 36.1 28 9.5 m.p()： -129.7 -159.9 -16.6,思考题,不要查表将下列烃类化合物按沸点降低的次序排列。,（1）3,3-二甲基戊烷 （2）正庚烷 （3）2-甲基庚烷 （4）正戊烷 （5）2-甲基己烷,答: (3)(2)(5)(1)(4),五、熔点正烷烃的熔点随着分子量的增加而增高。分子结构的对称性越大，熔点也越高。,烷烃的结构,五、烷烃的化学性质,烷烃化学性质不活泼,一般情况下不与强氧化剂、强还原剂、强酸、强碱等反应。,sp3
10、杂化,键：牢固、稳定,一、取代反应(主要指氯代与溴代，不讨论氟与碘)烷烃分子中的氢原子被其他原子或基团所取代的反应。卤代反应：被卤素取代的反应。也称卤化反应。,（1）黑暗中不反应,（2）强光直射下：,（3）紫外光或加热：,CH4 : Cl2 = 10 : 1 温度：400450 主要产物：一氯甲烷 CH4 : Cl2 = 0.263 : 1 温度：400 主要产物：四氯化碳,什么是反应机理？反应机理是对反应过程的详细描述，应解释以下问题：,研究反应机理的意义：了解影响反应的各种因素，最大限度地提高反应的产率。发现反应的一些规律，指导研究的深入。,甲烷的卤代反应机理（反应机制、反应历程）,二、烷
11、烃的卤代反应历程： （以CH4 Cl2反应为例）,图 Cl + HCH3 CH3Cl + Cl 能量变化,甲烷氯代反应过程的能量变化,活化能,三、卤代反应取代的位置与自由基的稳定性：,仲氢：伯氢=57/2：43/6=4：1 叔氢：伯氢=36/1：64/9=5 ：1 叔氢：仲氢：伯氢=5：4：1 氢的相对活性: 叔氢仲氢伯氢,用自由基（游离基)的稳定性来解释： （自由基碳原子连接的取代基越多越稳定）,小结,a) 反应类型：,b) 反应特点：,c) 反应条件：,d) 卤素活性：,e) 氢原子的活性：,f) 烷基自由基的稳定性：,自由基反应,链反应，分三阶段进行,光照、加热,F2Cl2 Br2 I2
12、,3o H 2o H 1o H CH4,3o 2o 1o CH3,二、氧化和燃烧 1.燃烧完全氧化,氧化、还原的概念 有机分子中加入氧或脱去氢，氧化。 有机分子中加入氢或脱去氧，还原。 有机分子中加入N、X等，氧化；反之，还原。 烷烃醇醛（酮） 羧酸 烷烃烯烃， 氧化 烷烃卤代烃， 氧化,三. 裂化反应在高温（4001000）及隔绝空气条件下使烷烃分子发生键断裂的反应叫裂化反应。,热裂化：在5MPa，500600进行的裂化反应。 催化裂化：在450500、常压及催化剂存在下进行的裂化。 石油工业利用裂化反应来提高汽油（C6C9）的产量和质量。(原油分馏只能得到10-20%的汽油,且质量不好),
13、裂解：石油馏分在700以上进行的深度裂化。目的：获取基本化工原料。如：乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、乙炔等。,2-8 天然气和石油烷烃的天然来源一、天然气：存在于地下岩石储集层中以烃类为主的混合气体的统称。干气：甲烷：8699%（体积）常温加压不易液化。 湿气：甲烷（4060%），乙烷、丙烷、丁烷等及少量H2S、N2、He等气体。常温加压可部分液化。,天然气水合物(可燃冰),主要成分： CH4 H2O,白色固态结晶，外观像冰，极易燃烧，燃烧产生的 能量比同等条件下，煤、石油、天然气产生的多得多， 污染小。,形成条件：1、甲烷气体；2、水；3、低温高压。,蕴藏量?,开采？,二、石油存在于地下的一种液
14、态、气态或固态的复杂烃类化合物，主要是烷烃，也有芳香烃和环烷烃。石油是由古地质年代有机物质（主要是单细胞植物，如蓝-绿海藻类；单细胞动物，如有孔虫类）沉积后，经过长期物理、化学变化而生成。,原油是一种深褐色或暗绿色液体。C：8387%；H：1114%；O、S、N：67%。,石油各馏分的组成和用途,关于可燃冰的几篇参考文献： 胡 春等 ：天然气水合物的结构性质及应用 天然气化 工 2000.04 刘芙蓉等：冰-水-气生成天然气水合物的实验研究西安交通大学学报 2000 ，12 孙志高等：天然气水合物研究进展 天然气工业 2001,01 陈作义等：新世纪的新能源天然气水合物 辽宁化工 2001,10,第二章作业：2, 6, 12, 16,
