第二章 烷烃 alkane
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第二章 烷烃 alkane. 定义：只含碳和氢两种元素的化合物称为烃 烷烃分子中碳原子以单键互相连接，其余的价完全与氢原子相连，为饱和烃。 第一节 烷烃的同系列和异构 一、烷烃同系列 C n H 2n+2 相差 CH 2 的 n 倍 凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，物理性质则随着碳原子数目的增加而有规律地变化的化合物系列，称为同系列。同系列中的化合物互称为同系物。相邻的同系物在组成上相差 CH 2 ，这个 CH 2 称为系列差。. 伯、仲、叔、季碳原子 伯、仲、叔氢原子. 二、烷烃的异构 同分异构体 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第二章 烷烃 alkane定义：只含碳和氢两种元素的化合物称为烃烷烃分子中碳原子以单键互相连接，其余的价完全与氢原子相连，为饱和烃。第一节 烷烃的同系列和异构一、烷烃同系列 CnH2n+2 相差 CH2 的 n倍 凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，物理性质则随着碳原子数目的增加而有规律地变化的化合物系列，称为同系列。同系列中的化合物互称为同系物。相邻的同系物在组成上相差 CH2 ，这个 CH2 称为系列差。
伯、仲、叔、季碳原子 伯、仲、叔氢原子
H HCH2
CH H
H
H
CH2CH2CH C
H
H
H
H
H
CH C
H
H
C
H
H
H
H
H
CH2CH2
CH C
H
H
C
H H
H
HHCH
H
CH C
H
H
C
H
H
H
C
H
H
H
H
CH C
H
H
C
H
H
H
C
H
C
H
H
H
H
H
CH C
H
H
C
H
H
HHCH
H
HCH
H
HCH
H
CH C
H
H
C
H
H
H
C H
H
H
¶¡ Íé
Ò춡 Íé
Îì Íé
ÒìÎì Íé
ÐÂÎì Íé
二、烷烃的异构 同分异构体分子式相同，而构造不同的异构体称为构造异构体分子式相同，而构造不同的异构体称为构造异构体己烷的异构体 己烷的异构体 (( 也叫同分异构体也叫同分异构体 ))
CH C
H
H
C C
HHCH
H
H
H
H
H HCH
H
CH3CH(CH3)CH(CH3)CH3
CH C
H
H
C
H
H
H
C
H
C
H
H
C
H
H
H
H
H CH C
H
H
C
H
C
HHCH
H
HCH
H
H
H
H
HCH
H
CH C
H
H
C
H
H
H
C C
H
H H
H
H
¼òдΪ CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH(CH3)CH2CH3 CH3C(CH3)2CH2CH3
HCH
H
CH C
H
H
C
H
H
H
C C
H H
H
HH
CH3CH2CH2CH(CH3)CH3
烷烃构造异构体的数目：
碳原子数 异构体数 碳原子数 异构体数1
2
3
4
5
6
1
1
1
2
3
5
7
8
9
10
15
20
9
18
35
75
4347
366319
三、烷烃的结构∠HCH 109o28´Csp3 杂化 C-H 键长 110pm(1.10Å)C-C 键长 154pm(1.54Å) C-C-C 键角 111 ～ 113o
第二节 烷烃的命名普通命名法和 IUPAC 命名法一、直链烷烃二、支链烷烃1 ，选择分子中最长碳链为主链 ( 取代基最多 )
2 ，把支链当作取代基3 ，主链原子编号4 ，取代基系数相加最小
2,3,5- 三甲基 -4-(1- 丙基 ) 庚烷
CH3CH2CHCHCHCHCH3
CH3
CH2
CH3
CH3
CH2CH3
CH3CH2CHCHCHCHCH3
CH3
CH2
CH3
CH3
CH2CH3
1234567
1234
5
6 7
1 ，选择分子中最长碳链为主链 ( 取代基最多 )2 ，把支链当作取代基3 ，主链原子编号4 ，取代基系数相加最小
第三节 烷烃的构象由于单键的旋转，使连接在碳上的原子或原子团在空
间的排布位置随之发生变化，所以构造式相同的化合物可能有许多构象。它们之间互为构象异构体。
一、乙烷的构象 球棍模型透视法
重叠式 交叉式
纽曼投影式
H H
H HH H
H
HH
H
H
H
H
HHH
H
H
H
HH
H
HH
扭转角 ( 两面角 )
乙烷重叠式 0o 、 120o 、 240o
交叉式 60o 、 180o 、 300o
位能与扭转角的关系：
能量差别主要由原子团 相互作用引起
二、丁烷的构象
室温下主要以全交叉和顺交叉构象存在
三、高级烷烃的构象
...............
第四节 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、比重、折光率、溶解度、旋光度，这些物理常数通常是用物理方法测定出来的，可以从化学和物理手册中查出来。
烷烃的状态：常温常压下， C1-C4 气体、 C5-C16 液体、 C17 以上是固体
沸点 : 分子间作用力较小的室温下为气体，较大的为固体，中等的为液体。直链烷烃的沸点随分子量的增加而有规律的升高。
瞬时偶极或诱导偶极之间的作用力叫色散力或范德华力，为非极性分子的主要分子间作用力。
瞬时偶极的产生和相互作用
支链烷烃比相同分子量的直链烷烃沸点低。
熔点：偶数碳和奇数碳可分成两条熔点曲线：在晶体中，分子间的作用力不仅取决于分子的大小，而且取决于晶体中碳链的空间排布情况。排列紧密 ( 分子间的色散力大 ) 熔点就高。与沸点规律相似，但有例外，如球形分子
比重： 正烷烃的比重是随着碳原子的数目增加逐渐
有所增大，二十烷以下的接近 0.78 。这也与分子间引力有关，分子间引力增大，分子间的距离相应减小，比重则增大。
溶解度： 烷烃不溶于水，能溶于某些有机溶剂，尤其
是烃类中。 " 相似相溶 " ，结构相似，分子间的引力相似，就能很好溶解。
第五节 烷烃的反应一、烷烃的燃烧
燃烧热 = -ΔHөc=-(Hө
产物 -H ө原料 )
Hө 是化合物在标准状态下的焓含同数碳原子的烷烃异构体中，直链烷烃比支链烷烃的燃烧热大，说明支链烷烃比直链烷烃稳定
书上 p28图表，异构体燃烧热比较和一些烷烃的燃烧热
生成热： 4C(石墨 )＋ 5H2( 气 )＝ n-C4H10( 气 )
ΔHө=Hө产物 -H ө
原料=ΔHfө(g)=-125.66kj/mol
书上 p29
CnH2n+2£«(3n+1)/2O2 nCO2£«(n+1)H2O
二、烷烃的热解在高温及没有氧气的条件下发生键断裂的反应 称为热 (裂 ) 解反应。 (另外还有催化裂解等）
自由基均裂反应
键离解能 ( 键裂解能 )－ DHө
共价键裂解生成原子或自由基的反应焓变 (p30)
CH3CH2CH2CH3
CH3 £« CH2CH2CH3
CH3CH2 £« CH2CH3
CH3CH2CH2CH2 £« H
CH3 £« CH2CH3 CH3CH2CH3
CH3 £« CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH3
CH3CH2 £« CH2CH3 CH3CH3£«CH2=CH2................................
烷基自由基：根据键离解能及自由基生成热 (书上 p31) ，烷基自由基的稳定性次序为 叔 >仲 >伯 >CH3 C 接近 sp2 杂化
第六节 烷烃的卤化一、甲烷的氯化
还有氯乙烷等
C H
H
H .
CH4£«Cl2hv
»òCH3Cl£«CH2Cl2£«CHCl3£«CCl4£«HCl.........
C CH CH2 CH3
甲烷的氯代反应，有下列诸事实：①甲烷与氯在室温和暗处不起反应； ②在暗处，若温度高于 250oC 时，反应会立即发生；
③室温时，紫外光照射下，反应也会发生； ④当反应由光引发时，每吸收一个光子可以得到许多
个（几千个）氯甲烷分子； ⑤即使用很纯的甲烷反应，也会得到相当量的氯乙烷⑥有少量氧的存在会使反应推迟一段时间，这段时间过后，反应正常进行。这段推迟时间与氧的量有关
甲烷氯化的反应机理：
① 链引发
② ③
② ③
④ ⑤
自由基链反应、直链反应
Cl £« Cl hv
»òCl Cl
Cl £«CH4 HCl£« CH3
CH3£«Cl2 CH3Cl£« Cl
CH3£« Cl CH3Cl
CH3£« CH3 CH3CH3.....................
Á´Ôö³¤
Á´ÖÐÖ¹
过渡态理论过渡态理论化学反应可以认为是从反应物到产物逐渐过渡的一个连续过程。在这个连续过程中，必须经过一种过渡态，即反应物与产物结构之间的中间状态过渡态的位能相当于过渡态的位能相当于位能曲线的顶峰，是位能曲线的顶峰，是发生反应所需克服的发生反应所需克服的能垒。能垒。 A£«BC AB£«C
sp3 杂化 过渡态 sp2 杂化
ΔHө反应热
活化能、能垒、过渡态、 反应活性中间体。
C H£« Cl
H
HH
C H
H
HH
Cl C
H
HH
£«HCl
Eact
CH4£«Cl
[CH3 H Cl]
CH3 £«HCl
E
·´ Ó¦½ø³Ì
ΔHөCH3 £«Cl2
E
·´ Ó¦½ø³Ì
[CH3 Cl Cl]
Eact
CH3Cl£«Cl
CH3 £«Cl2 [CH3 Cl Cl] CH3Cl£«Cl
二、其它烷烃的氯化
控制反应条件可使一氯代产物为主 (如高温 )
伯氢 :仲氢＝ 6:2＝ 3:1＝ 75％ :25％ 实际＝ 43%:57%
伯氢与仲氢的相对反应活性 43/6:57/2≈1:4
CH3CH3£«Cl2hv
»òCH3CH2Cl£«CH3CHCl2£«ClCH2CH2Cl µÈ
CH3CH2CH3£«Cl2hv
CH3CH2CH2Cl£«CH3CHCH3
Cl 57£¥250oC
43£¥
CH3CH2CH3£« Cl CH3CH2CH2
Cl ClCH3CH2CH2Cl£«Cl
-HCl
CH3CH2CH3£« Cl CH3CHCH3Cl Cl
CH3CHCH3£«Cl
Cl-HCl
Me2CH2
£« Cl
E
·´ Ó¦½ø³ÌMe2CH £«HCl
MeCH2CH2 £«HCl
4.2kJ/mol
18.8kJ/mol
(书上 p31) ，
相对活性－ 伯：仲：叔≈ 1： 4： 5 叔 >仲>伯烷烃的氯代不易控制得到单一产物，除非：
(CH3)4C£«Cl2 (CH3)3CCH2Cl
CH3CH2CH2CH3CHCH3 ±È Îȶ¨
CH3CH2CH2CH3£«Cl2hv
35oCCH3CH2CH2CH2Cl£«CH3CH2CHCH3
Cl 72%28%
CH3CHCH3£«Cl2
CH3
hv35oC
(CH3)2CHCH2Cl£«(CH3)3CCl
63% 37%
三、烷烃的氟化和溴化
(吸热反应 )
溴化反应选择性高
溴化反应活性
CH4£«F2 CH3F£«HF ±¬Õ¨Ê½·´ Ó¦
CH4£«Br2 CH3Br£«HBr ·´ Ó¦»º ºÍ £¬µ«²» ³£ ÓÃ
CH4£«I2 ÊÒÎÂÏÂÎÞÃ÷ÏÔ·´ Ó¦
R H£«Br2 RBr£«HBr
R3C£ H>R2CH£ H>RCH2£ H1600 82 1
(CH3)3CCH(CH3)2£«Br2hv
CCl4(CH3)3CC(CH3)2
Br >97%
第七节 烷烃的来源和用途一、烷烃的来源 ( 主要是石油和天然气 )
二、烷烃的制备烷烃的制备1 ，偶联反应Wurtz(武慈 ) 合成法：卤代烷与二烷基铜锂的偶联 :
nC£«(n+1)H2 CnH2n+2 »ì ºÏ ÎïFeO
450oC,70mPa
2nCO£«(4n+1)H2 CnH2n£«CnH2n+2£«2nH2OCo-Th
250oC
RX + 2Na R R + 2NaX
格氏（格氏（ V.GrignardV.Grignard）试剂法）试剂法
柯尔伯法（柯尔伯法（ KolbeKolbe） ） H.KolbeH.Kolbe
22 ，还原反应，还原反应
烯烃的氢化
卤代烷的还原 :
格氏 (Grignard)试剂的水解
用金属和酸还原
CnH2n£«H2Ni
CnH2n+2
RMgX + R'X R R' + MgX2
CO2Na(K) + 2H2O2Rµç½â
R R + 2CO2 + 2NaOH + H2
RMgX + H2O RH
CH3CH2CHCH3
Br
Zn, H+
CH3CH2CHCH3
H
二、烷烃的用途－燃料、化工原料等（自学）
作业：①②③以班为单位，下周二之前，交到讲台上。（要求用质地较好的 A4 或 16开单张纸书写）