《环境工学工程系第二章 烷烃》由会员分享，可在线阅读，更多相关《环境工学工程系第二章 烷烃（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章第二章 烷烃烷烃营口职业技术学院环境工学工程系营口职业技术学院环境工学工程系【学习要求】【学习要求】1.能正确书写烷烃的构造异构体，掌握烷烃的命名原则。能正确书写烷烃的构造异构体，掌握烷烃的命名原则。2.能用原子轨道杂化理论解释烷烃中碳原子的构型。能用原子轨道杂化理论解释烷烃中碳原子的构型。 3.掌握掌握键的形成、结构特点及特性键的形成、结构特点及特性 。4.掌握构象式（纽曼式和透视式）的写法。掌握构象式（纽曼式和透视式）的写法。5.掌握烷烃的物理性质（沸点，熔点，溶解度，比重等）掌握烷烃的物理性质（沸点，熔点，溶解度，比重等）存在的规律性的变化。存在的规律性的变化。6.掌握烷烃的氧化，
2、裂化，取代反应。掌握烷烃的氧化，裂化，取代反应。7.掌握烷烃的卤代反应、自由基反应的条件、历程及自掌握烷烃的卤代反应、自由基反应的条件、历程及自由基的稳定性。由基的稳定性。烃烃烃烃：分子中只有分子中只有C C、H H两种元素的有机化合物叫做烃。两种元素的有机化合物叫做烃。烷烃：烷烃：分子中的碳除以分子中的碳除以碳碳单键相连碳碳单键相连外，碳的其他价键外，碳的其他价键都都为氢原子所饱和为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。 甲烷甲烷乙烯乙烯乙炔乙炔环己烷环己烷苯苯乙烷乙烷不饱和烃不饱和烃 同系列：同系列：具有同一个通式，具有同一个通式，结构和化学性质相似结构和化学
3、性质相似在组成上相差一个或几个在组成上相差一个或几个CHCH2 2的一系列化合物。的一系列化合物。 同系差：同系差：同系列组成上的差异同系列组成上的差异CHCH2 2。 同系物：同系物：同系列中的化合物彼此互为同系物。同系列中的化合物彼此互为同系物。 2-1 烷烃的通式及构造异构现象一、一、 烷烃的同系列和通式烷烃的同系列和通式最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷 、丁烷、戊烷、丁烷、戊烷、丁烷、戊烷、丁烷、戊烷等，它们组成了烷烃的同系列等，它们组成了烷烃的同系列等，它们组成了烷烃的同系
4、列等，它们组成了烷烃的同系列烷烃通式烷烃通式：CnH2 n + 2+ 2 烷烃烷烃烷烃烷烃 分子式分子式分子式分子式 构造式构造式构造式构造式 构造简式构造简式构造简式构造简式 CHCHCHCH4 4 4 4CHCHCHCH3 3 3 3CHCHCHCH3 3 3 3甲烷甲烷甲烷甲烷 CH CH CH CH4 4 4 4 乙烷乙烷乙烷乙烷 C C C C2 2 2 2H H H H6 6 6 6丙烷丙烷丙烷丙烷 C C C C3 3 3 3H H H H8 8 8 8CHCHCHCH3 3 3 3CHCHCHCH2 2 2 2CHCHCHCH3 3 3 3丁烷丁烷丁烷丁烷 C C C C4 4
5、 4 4H H H H10101010CHCHCHCH3 3 3 3CHCHCHCH2 2 2 2CHCHCHCH2 2 2 2CHCHCHCH3 3 3 3二、二、 烷烃的同分异构现象烷烃的同分异构现象同分异构体：同分异构体：具有相同分子式而结构不同，性质各异的化合物。具有相同分子式而结构不同，性质各异的化合物。（包括构造异构、构型异构、构象异构）（包括构造异构、构型异构、构象异构）其中其中构造异构体：构造异构体：具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺序不同而产生的异构体。序不同而产生的异构体。 正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷烷烃构造异构体
6、的数目烷烃构造异构体的数目如何写全构造异构体如何写全构造异构体练习：练习：9页页1题题写出己烷的所有构造异构体。2-2 烷烃的命名一、一、 伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子在烃分子中在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子仅与一个碳相连的碳原子叫做叫做伯碳原子伯碳原子（或一级碳原子，用（或一级碳原子，用11表示）表示）在烃分之中在烃分之中仅与两个碳相连的碳原子仅与两个碳相连的碳原子叫做叫做仲碳原子仲碳原子（或二级碳原子，用（或二级碳原子，用22表示）表示）在烃分之中在烃分之中仅与三个碳相连的碳原子仅与三个碳相连的碳原子叫做叫做叔碳原子叔碳原子（或三级碳原子，用（或三级碳原子，用33表示）表示）
7、在烃分之中仅在烃分之中仅与四个碳相连的碳原子与四个碳相连的碳原子叫做叫做季碳原子季碳原子（或四级碳原子，用（或四级碳原子，用44表示）表示） 与伯、仲、叔碳原子相连的氢原与伯、仲、叔碳原子相连的氢原与伯、仲、叔碳原子相连的氢原与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子。子，分别称为伯、仲、叔氢原子。子，分别称为伯、仲、叔氢原子。子，分别称为伯、仲、叔氢原子。不同类型的氢原子的反应性能有一不同类型的氢原子的反应性能有一不同类型的氢原子的反应性能有一不同类型的氢原子的反应性能有一定的差别。定的差别。定的差别。定的差别。 二、二、 烷基烷基为了学习系统命名法，应先认识烷基。为了学习系统
8、命名法，应先认识烷基。烷基烷基烷烃分之中烷烃分之中去掉一个氢原子去掉一个氢原子而剩下的原子团而剩下的原子团称为烷基。称为烷基。烷基烷基烷基烷基名称名称名称名称通常符号通常符号通常符号通常符号CHCH甲基甲基甲基甲基 Me Me CHCH3 3CHCH2 2 乙基乙基乙基乙基EtEt CH CH3 3CHCH2 2CHCH2 2 丙基丙基丙基丙基n-Prn-Pr常用常用R-R-表示表示异丙基异丙基异丙基异丙基i-PrCH3i-PrCH3烷基烷基烷基烷基名称名称名称名称通常符号通常符号通常符号通常符号 CHCH3 3CHCHCHCH2 2 异丁基异丁基异丁基异丁基i-Bui-Bu CHCH3 3
9、CH CH3 3CHCH2 2CHCH | | 仲丁基仲丁基仲丁基仲丁基 s-Bu s-Bu CH CH3 3CH3CH3| | CH3CCH3C叔丁基叔丁基叔丁基叔丁基t-Bu t-Bu | |CH3CH3新戊基新戊基烷基烷基烷基烷基名称名称名称名称通常符号通常符号通常符号通常符号 叔戊基叔戊基new-Amylt-Amyl 二价基二价基 亚基：亚基： 三价基三价基次基：次基：外还有外还有“亚亚”某基某基,“次次”某基。某基。三、烷烃的命名三、烷烃的命名三、烷烃的命名三、烷烃的命名1 1 1 1、普通命名法（习惯命名法）、普通命名法（习惯命名法）、普通命名法（习惯命名法）、普通命名法（习惯命名
10、法）根据分子中碳原子数目称为根据分子中碳原子数目称为根据分子中碳原子数目称为根据分子中碳原子数目称为“某烷某烷某烷某烷”，碳原子数十，碳原子数十，碳原子数十，碳原子数十个以内的用个以内的用个以内的用个以内的用“天干天干天干天干”方法：甲、乙、丙、丁、戊方法：甲、乙、丙、丁、戊方法：甲、乙、丙、丁、戊方法：甲、乙、丙、丁、戊癸癸癸癸表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、新表示同分异构体。新表示同分异构体。新表示同分异构体。新表示同分异构体。例如
11、：例如：例如：例如： 正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷普通命名法简单方便，但只能适用于构造比较简普通命名法简单方便，但只能适用于构造比较简普通命名法简单方便，但只能适用于构造比较简普通命名法简单方便，但只能适用于构造比较简单的烷烃。对于比较复杂的烷烃必须使用系统命名法。单的烷烃。对于比较复杂的烷烃必须使用系统命名法。单的烷烃。对于比较复杂的烷烃必须使用系统命名法。单的烷烃。对于比较复杂的烷烃必须使用系统命名法。复习复习1.写出下列烷基的构造式写出下列烷基的构造式:异丁基异丁基异丁基异丁基仲丁基仲丁基仲丁基仲丁基叔丁基叔丁基叔丁基叔丁基新戊基新戊基叔戊基叔戊基2 2、衍生命名法、衍生命名
12、法一般把连接烷基最多的碳原子作为母体（一般把连接烷基最多的碳原子作为母体（甲烷甲烷），其他），其他基团基团视为取代基取代基由简单到复杂写在母体（甲烷）前。由简单到复杂写在母体（甲烷）前。三、系统命名法（三、系统命名法（IUPAC命名法）命名法）系统命名法是中国化学学会根据系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联国际纯粹和应用化学联合会合会（IUPACIUPAC）制定的有机化合物命名原则，再）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字结合我国汉字的特点的特点而制定的（而制定的（19601960年制定，年制定，19801980年进行了修定）年进行了修定）系统命名法规则如下：系统命名法规则如下
13、：1. 1. 选择主连（定母体）选择主连（定母体）（1 1） 选择选择最长最长的碳链作为主链，根据主链碳原子数，的碳链作为主链，根据主链碳原子数，定母定母体，体，称为称为“某烷某烷”母体：戊烷母体：戊烷母体：庚烷母体：庚烷当最长碳链不只一条时，则含当最长碳链不只一条时，则含选择支链最多的碳链为主碳链。选择支链最多的碳链为主碳链。 例例1：应选择应选择返回返回 例例2：选择支链选择支链位号较小位号较小的为主碳链。的为主碳链。 返回2. 2. 主链的编号主链的编号把主把主链上的碳原子从靠近支上的碳原子从靠近支链的一端开始的一端开始编号，依次号，依次标以以1 1，2 2，3 3。并遵守并遵守“最低系
14、列最低系列编号号规则”CCCCCCCC78CC87654321234615234615CCCCCCCC162编 号 正 确编 号 错 误编号正确编号错误）取代基取代基编号号最小最小）小的小的取代基取代基编号号最小最小3 3烷烃名称的写出烷烃名称的写出A A 将支链（取代基）写在母体名称的前面将支链（取代基）写在母体名称的前面幻灯片幻灯片 19 19B B 取代基按取代基按“次序规则次序规则”小的基团优先列出小的基团优先列出烷基的大小次序：甲基烷基的大小次序：甲基 乙基乙基 丙基丙基 丁基丁基 戊基戊基 己基己基 异戊基异戊基 异异丁基丁基 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全
15、重叠式室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中， 不能分离。不能分离。最稳定的对位交叉构象最稳定的对位交叉构象是优势构象。是优势构象。 一、状态一、状态 常温、常压常温、常压(0.1MPa)(0.1MPa) C5C16：液态液态 C1C4：气态气态C17：固态固态直链直链烷烃烷烃二、沸点（二、沸点（b.p） 1. .直链烷烃直链烷烃 （1）相对分子量）相对分子量M，b.p；庚烷：庚烷：100100(98.4)(98.4)。 解释解释： 2-5 2-5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质分子间力分子间力静电引力静电引力诱导力诱导力 色散力色散力
16、( (烷烃烷烃 =0) ) (2)相邻同系物的沸点差相邻同系物的沸点差( b.p)b.p)，随，随M， b.pb.p。 ( (1) )支链支链，b.p。 2. .支链烷烃支链烷烃( (同分异构体同分异构体) ) ( (2) )支链数相同：支链数相同：对称性对称性，b.p； 由此可见：含由此可见：含偶数偶数C，m.p的的多；多；含含奇数奇数C，m.p的的少。少。 从而形成了从而形成了“偶上奇下偶上奇下”两条曲两条曲线。 小结小结：沸点高低的判断方法沸点高低的判断方法 A：数碳原子数目：数碳原子数目数目数目，b.p； B B：碳原子数目相同：碳原子数目相同支链支链，b.p； C C：支链数目相同：
17、支链数目相同对称性对称性，b.p； 三、熔点三、熔点(m.p)(m.p) 1直链烷烃直链烷烃 M，m.pm.p(C(C3 3以后以后) )。 解释解释： 在晶体中，分子间作用力不仅取决于分子的在晶体中，分子间作用力不仅取决于分子的大小，还于晶体中晶格排列的大小，还于晶体中晶格排列的对称性对称性有关。有关。 含偶数碳原子的含偶数碳原子的碳链具有较好的对称性，晶碳链具有较好的对称性，晶格排列紧密。格排列紧密。 2. 同分异构体同分异构体 支链支链M，m.pm.p( (不利于晶格的紧密排列不利于晶格的紧密排列) )。 对称性对称性，m.pm.p； 高度对称高度对称的异构体的异构体 m.p m.p 直
18、链异构体直链异构体 m.p m.p 。 四、相对密度：四、相对密度： 分子量分子量，密度密度，但但1 1； 支链支链，密度，密度。 五、溶解度五、溶解度烷烃都烷烃都不溶于水不溶于水，能溶于有机溶剂。，能溶于有机溶剂。“相似者相溶相似者相溶” 总结：总结：在制备有机化合物时，应用的是它们的化学性质，即化学反应。在制备有机化合物时，应用的是它们的化学性质，即化学反应。而在分离、提纯、鉴定时，则必定要涉及到它们的物理性质。而在分离、提纯、鉴定时，则必定要涉及到它们的物理性质。习题21页9题2-6 2-6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质烷烃的化学性质稳定（特别是正烷烃）。在一般条件下（常温、烷烃的化学性
19、质稳定（特别是正烷烃）。在一般条件下（常温、烷烃的化学性质稳定（特别是正烷烃）。在一般条件下（常温、烷烃的化学性质稳定（特别是正烷烃）。在一般条件下（常温、常压），与大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂及金属常压），与大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂及金属常压），与大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂及金属常压），与大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂及金属钠等都不起反应，或反应速度极慢。钠等都不起反应，或反应速度极慢。钠等都不起反应，或反应速度极慢。钠等都不起反应，或反应速度极慢。原因：原因：原因：原因： （1 1） 其共价键都为其共价键都为键，键，键能大键能大C
20、-H 390435KJ/molC-H 390435KJ/mol C-C 345.6KJ/mol C-C 345.6KJ/mol （2 2）分子中的）分子中的共价键不易极化共价键不易极化 （电负性差别小（电负性差别小C2.5C2.5， H2.2 H2.2）但稳定性是相对的、有条件的，在但稳定性是相对的、有条件的，在但稳定性是相对的、有条件的，在但稳定性是相对的、有条件的，在一定条件下一定条件下一定条件下一定条件下（如（如（如（如高温、高压、高温、高压、高温、高压、高温、高压、光照、催化剂光照、催化剂光照、催化剂光照、催化剂），烷烃也能起一些化学反应。），烷烃也能起一些化学反应。），烷烃也能起一些
21、化学反应。），烷烃也能起一些化学反应。 一、氧化反应一、氧化反应二、二、 热裂反应热裂反应在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的C-CC-C键和键和C-HC-H键发生键发生断裂的反应称为热裂反应。断裂的反应称为热裂反应。例如：例如：热裂化反应根据生产目的的不同可采用不同的裂化工艺。热裂化反应根据生产目的的不同可采用不同的裂化工艺。1.1.催化裂化催化裂化1)1)1)1)目的：提高汽油的产量和质量（生产高辛烷值的汽油）目的：提高汽油的产量和质量（生产高辛烷值的汽油）目的：提高汽油的产量和质量（生产高辛烷值的汽油）目的：提高汽油的产量和质量（生产高辛烷值的汽油
22、）2)2)2)2)裂化温度裂化温度裂化温度裂化温度 400-500 400-500 400-500 400-5003)3)3)3)加入一定的催化剂加入一定的催化剂加入一定的催化剂加入一定的催化剂三、三、 卤代反应卤代反应烷烃的烷烃的氢原子被卤素取代氢原子被卤素取代生成卤代烃的反应称为卤生成卤代烃的反应称为卤代反应。通常是指氯代或代反应。通常是指氯代或溴代溴代。1 1 1 1甲烷的氯代反应甲烷的氯代反应甲烷的氯代反应甲烷的氯代反应1.1.目的：主要是得到目的：主要是得到基本化工原料基本化工原料（乙烯，丙烯，丁二烯，乙炔）（乙烯，丙烯，丁二烯，乙炔）2 2 2 2. . . .裂化温度裂化温度 8
23、00-1100 800-11002.2.2.2.深度裂化深度裂化深度裂化深度裂化（裂解）（裂解）（裂解）（裂解）在在紫外光漫射或高温紫外光漫射或高温下，甲烷易与氯、溴发生反应。下，甲烷易与氯、溴发生反应。甲烷的卤代反应较甲烷的卤代反应较难停留在一元阶段难停留在一元阶段，氯甲烷还会继，氯甲烷还会继续发生氯化反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。续发生氯化反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。若控制一定的反应条件和若控制一定的反应条件和原料的用量比原料的用量比，可得其中一种，可得其中一种氯代烷为主要的产物。氯代烷为主要的产物。甲烷甲烷甲烷甲烷 ：氯气：氯气：氯气：氯气 = 10 = 10 =
24、10 = 10 ：1 1 1 1 （400-450400-450400-450400-450时）时）时）时）CHCHCHCH3 3 3 3ClClClCl占占占占98%98%98%98%例如：例如： 甲烷甲烷甲烷甲烷 ：氯气：氯气：氯气：氯气 = 1 = 1 ：4 4 （400400时）主要为时）主要为CClCCl4 42 2其他烷烃的氯代反应其他烷烃的氯代反应 1 1） 反应条件与甲烷的氯代相同（光照），但产物更为反应条件与甲烷的氯代相同（光照），但产物更为复杂，因氯可取代不同碳原子上的氢，得到各种一氯代或多复杂，因氯可取代不同碳原子上的氢，得到各种一氯代或多氯代产物。氯代产物。例如：例如：
25、 2 2） 伯、仲、叔氢的相对反应活性伯、仲、叔氢的相对反应活性 分子中，有六个等价伯氢，两个等价仲氢，若氢的活性一样，则分子中，有六个等价伯氢，两个等价仲氢，若氢的活性一样，则两种一氯代烃的产率，两种一氯代烃的产率，理论上为理论上为 6 6 ：2 = 3 2 = 3 ：1 1但实际上为但实际上为 43 43 ：57 = 1 57 = 1 ：1.331.33这说明在室温氯代时，各类氢的反应活性是不一样的，这说明在室温氯代时，各类氢的反应活性是不一样的，氢的相对活性氢的相对活性 = = 产物的数量产物的数量被取代的等价氢的个数。被取代的等价氢的个数。即仲氢与伯氢的相对活性即仲氢与伯氢的相对活性为
26、为4 4 ：1 1。 再看异丁烷一氯代时的情况：再看异丁烷一氯代时的情况：同上分析，可求得叔氢的相对反应活性同上分析，可求得叔氢的相对反应活性：即叔氢的反应活性为伯即叔氢的反应活性为伯氢的氢的5 5倍倍。故故室温时室温时三种氢的相对活性为：三种氢的相对活性为： 3H 3H ：2H 2H ：1H = 1H = 5 5 ：4 4 ：1 1在在高温时高温时（450450）氯代时三种氢的活性接近于：）氯代时三种氢的活性接近于： 3H 3H ：2H 2H ：1H = 1H = 1 1 ：1 1 ：1 1溴带反应时（光照，溴带反应时（光照，127127），三种氢的相对活性为：），三种氢的相对活性为：3H
27、3H 3H 3H ：2H 2H 2H 2H ：1H = 1600 1H = 1600 1H = 1600 1H = 1600 ：82 82 82 82 ：1 1 1 1例如：例如：故故溴代反应的选择性好溴代反应的选择性好，在有机合成中比氯带更有用。，在有机合成中比氯带更有用。 四四 . .异构化反应异构化反应一个异构体转化为另一个异构体一个异构体转化为另一个异构体 。 工业上改善油品质量工业上改善油品质量 烷烃的卤代反应历程烷烃的卤代反应历程反应历程反应历程：化学反应所经历的：化学反应所经历的途径或过程途径或过程，又称为，又称为反应机理。反应机理。反应历程是根据大量的实验事实作出来的理论推导，
28、实验事实越反应历程是根据大量的实验事实作出来的理论推导，实验事实越丰富，可靠的程度就越大。到目前为止，有些已被公认确定下来，有些丰富，可靠的程度就越大。到目前为止，有些已被公认确定下来，有些尚欠成熟，有待于理论化学工作者的进一步努力。尚欠成熟，有待于理论化学工作者的进一步努力。一、甲烷的氯代历程一、甲烷的氯代历程一、甲烷的氯代历程一、甲烷的氯代历程 实验事实实验事实： CH4、Cl2混合物在黑暗中长期保存，混合物在黑暗中长期保存，不反应。不反应。 CH4经光照后与经光照后与Cl2混合，混合，也不反应。也不反应。 Cl2经经光照光照后，后，迅速迅速在黑暗中与在黑暗中与Cl2混合，反应混合，反应立
29、即发生。立即发生。 Cl2经经光照光照后，后，过一段时间后过一段时间后在黑暗中与在黑暗中与Cl2混合，反应混合，反应不能发生不能发生。 实验事实告诉我们：实验事实告诉我们：烷烃的卤代反应烷烃的卤代反应是从是从Cl2的光照开始的。的光照开始的。 且且Cl2生成生成的活性质点的活性质点寿命较短寿命较短实验证明，甲烷的氯代反应为自由基历程实验证明，甲烷的氯代反应为自由基历程. CH3 + . CH3 CH3-CH3 一个自由基能使链增长反应重复一个自由基能使链增长反应重复5,0005,000次，一个光量次，一个光量子可以引发两个子可以引发两个自由基，故可使自由基，故可使链增增长反反应重复重复10,00010,000次。次。 凡是自由基反应，都是经过凡是自由基反应，都是经过链的引发、链的传递、链的终链的引发、链的传递、链的终止止三个阶段来完成的。三个阶段来完成的。从上可以看出，一旦有自由基生成，反应就能连续的从上可以看出，一旦有自由基生成，反应就能连续的进行下去，这样周而复始，反复不断的进行反应，故又称进行下去，这样周而复始，反复不断的进行反应，故又称为链锁反应。为链锁反应。2-7 2-7 烷烃的来源及主要用途烷烃的来源及主要用途习题：26页-12、13、16 作业：26页- 14、15 更多资源初二语文初二英语初二数学初二物理初二政治初二历史初二地理初二生物
