文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 烷烃、课程

烷烃、课程

第二章 烃

第一节 基本概念

烃:由碳和氢两种元素形成的有机物叫烃。也叫碳氢化合物。 开链烃 例如:

饱和烃

环烃 例如:

开链不饱和烃 例如:

不饱和烃 环状不饱和烃 例如:

芳香烃 例如:

饱和开链烃

开链烃

不饱和开链烃

烃 饱和环烃

环烃

不饱和环烃

烷烃:开链饱和烃叫烷烃。特征:C 与C 以单键相连,其余原子均为氢。

通式为:C n H 2n+2

C H 2C H 2

C H 2

C H 2

C H 2C

H 2C

H 3C H 2

C H 2

C H 3

C

H 3C H 2

C H C H 2

C

H 3C H 3

C H

C H

C H 3

C

H 3C

H 1

C

2

C H 3

3

C H 2

1

C H

2

C H

3

C

H 4

C H

5

C H

1C H

2

C H 3

C H

4

C

H 5C

H 6

C H 2C H C H

C H 2

1234

56

7

8

910C H 2

1

C H 2

2

C

H 23

C H 3

C

H 3C H 2

C H 2

C H 3

C H

C H

C H 3

C

H 3C H 2C H 2

C H 2

C H 2

C H 2C

H 2C H

1C H

2

C H 3

C H

4

C

H 5C

H 6

C H 2

1

C H

2

C H

3

C

H 4

C H

5

最简单的烷烃为甲烷。

以下几个化合物均为烷烃。 烷烃的通式:从上面的几个化合物来看,从甲烷开始,每增一个C 分子要增加2个C ,故可用C n H 2n+2表示烷烃的组成。

同系列:这些结构相似,而在组成上相差一个CH 2或其他的基团的倍数的许多化合物,组成一个系列,叫同系列。

同系物:同系列中的各化合物叫同系物。

同系物有相似的化学性质,物理性质也显示出一定的规律性。 同分异构体:象如下两式,分子式相同,而结构不同的,叫做同分异构体。

伯、仲、叔、季碳原子:

只与另外一个碳原子相连,其他三个键与氢结合的碳原子称为一级碳原子,也称伯碳原子。用1O 表示。

只与另外二个碳原子相连,其他二个键与氢结合的碳原子称为二级碳原子,也称仲碳原子。用2O 表示。

与另外三个碳原子相连,剩余一个键与氢结合的碳原子称为三级碳原子,也称叔碳原子。用3O 表示。

与另外四个碳原子相连,不与氢结合的碳原子称为四级碳原子,也称季碳原子。用4O

表示。 例如:

其中:C 1、C 5、C 6、C 7、C 8均为伯碳原子; C 4为仲碳原子; C 2为伯叔原子; C 3为伯季原子;

基:烷烃去掉一个H 原子后剩余部分称为基。 例如:CH 4 — CH 3 甲基

CH 3CH 3 —CH 2CH 3 乙基

正丙基 仲丙基(二级丙基) 正丁基 仲丁基(二级丁基)

异丁基 叔丁基(三级丁基) 正戊基 异戊基

C

H 31

C 2C H

3

C H 24

C H 3

5

C H 36C H 3

7C H 3

8

C H

H

H H

C C H H

H

H H

H

C C C H H

H

H H

H

H H

C C C C H H

H

H H

H H

H H

H

C C C C H H

H

H H

H H

H H

H

C C C H H

H H C H

H H H

H

H

C

H 3C H C H 2C H 3

C

H 3C C H 3C H 3

C

H 3C H 2C H 2C H 2C H 2C

H 3C H C H 2C H 3

C H 2C

H 3C H 2C H 2C

H 3C H C H 3C

H 3C H 2C H 2C H 2C

H 3C H 2C H C H 3

第二节 命名

一、 普通命名法

1.烷烃名称称为“烷”;

2.碳原子数目小于10则以“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”来表示碳原子数目大于10的则以“十一、十二、十三……”来表示。 3.为区别同分异构体,常用一些词头来表示。 例如:⑴ 正表示直链;⑵ 异表示有(CH 3)2CH — 结构; ⑶ 新表示有(CH 3)3C —结构 例如:

乙烷 丁烷 正戊烷 异丁烷 异戊烷 新戊烷 二、 系统命名法

IUPAC (International Union of Pure and Applied Chenistry )国际纯粹与应用化学联合会的命名原则。

1. 选主链 选最长碳链为主链,根据碳原子数目称为某烷,并以它为母体,其他为取代基(支链)。例如:

母体为辛烷。 2. 编号 从距离支链最近的一端开始,依次编号。(支链的位置即为所连碳原子的位号) 例如上例:

3. 书写

支链名称写在母体名称前,支链位号写在支链前,二者之间用“-”隔开。例如上例的命名应为:4-乙基辛烷 ,读作四位乙基辛烷

注意:两种错误 a :4—乙基辛烷 b :4-乙基-辛烷

4.如果有几个相同支链,则在支链前加上二、三、四……等字样,表示支链的个数,位号之间用逗号隔开。

2,3,4-三甲基己烷

如果有几个不相同的支链,则要按照次序规则中次序较小的在前,次序较大的在后依次写出。例如:

3-甲基-8-乙基-5-丙基癸烷

C

H 3C H 3

C H 3C H 2C H 2C H 3

C H 3C H 2C H 2C H 2C H 3

C H 3C H C H 3

C H 3

C H 3C H C H 2C H 3

C H 3

C H 3C C H 3

C H 3C H 3

C

H 31

C H 22

C H 23

C H

4C H 25

C H 26

C H 27

C H 3

8

C H 29C H 3

10C

1

C 22

C 23

C 4C 5

C 26

C 27

C 8

C 2C C

H 3C H C H C H C H 2C H 3

C H 3C H 3C H 3

C H 31C H 22

C H 3

C H 24

C H 5

C H 26

C H 2

7

C H 8

C H 29

C H 3

10

C

H 311

C

H 212

C H 3

C

H 214

C H 2

C H 3

16

次序规则:在立体化学中,为了确定原子或基团在空间排列的次序而制定的规则。内容如下:⑴ 单原子取代基按原子序数大小排列,原子序数大(次序大)的基团为较优基团,原子序数小(次序小)的基团为较小基团,同位素中质量高的为较优基团。例如: I > B r >Cl >S >……>C >D >H

⑵ 若取代基为多原子基团,则比较与碳原子相连的原子的次序大小,

若取代基为多原子基团,且与碳直接相连的原子B 均相同时,则比较与B 相连的原子的次序大小,比较时,按原子序数排列,先比较原子序数大的,若相同,再向下依次比较。例如:

—CH 2Cl 和—CH 2F 两个基团距离母体两端相同,此时要比较两个基团的大小,以确定如何编号,两个基团与母体相连的原子均为C 原子,比较不出大小次序,因此要继续向下比较与此C 相连的原子,分别为(Cl 、H 、H ) (F 、H 、H ),Cl 的原子序数要大于F 的原子序数,不用再比较下去,就可确定两基团的大小,即—CH 2Cl 的优先次序大于—CH 2F 。 因此应从离近的一端开始编号,如例所示。

⑶ 含有双键或叁键的基团。可以认为连有两个或三个相同的原子。 例如:

—C C —H —C (CH 3)3 —CH CH 2 —CH (CH )2 —CH 2CH 3 —CH 3 C C H 3C

H 3C H 3

C H C H 3

C H 3C H H

C H 3C H H

H

C

C

C C H C C C

C

C H H H C

例如:

2-甲基-4-乙基-3-氯庚烷

5.如果两个不同取代基所取代的位置按两种方法编号,位号相同,则从(按次序规则)次序较小基团开始编号。例:

应命名为:4-丙基-8-异丙基十一烷

C H 31

C H 22

C H

3

C H 24

C H

5

C H 26

C H 3

7

C H 2

8

C

H 29

Cl

F

C

C H

H

Cl

C

C H H H

Cl

C H 31

C H

2

C H

3

C H 4

C H 25

C H 26

C H 27

C H 3

8

C H 3Cl C H 2C H 3

C H 31

C H 22

C H 23

C H

4

C H 25

C H 26

C H 27

C H

8

C H 29

C H 210

C H 3

11

C H 2C H 2C H 3C H C H 3C H 3

C H 3

1

C H 22

C H 2

3

C H

4

C H 25

C H 26

C H 27

C H 8

C H 29

C H 210

C

H 311

C H C H 3C H 3

C H 2C H 2C H 3

第三节 烷烃的结构

以甲烷为例(引入立体模型,出示模型)

甲烷的分子模型 球棍模型 斯陶特模型 透视模型

甲烷的四个C —H 键完全相同,键角为109.5°,键长为109.1pm 。

甲烷中的碳为sp 3杂化,四个杂化轨道完全一样,分别与氢形成σ键,故呈四面体。 这种σ键,电子云重叠是沿键轴方向,键的旋转不影响电子云的重叠,故可以自由旋转。

在烷烃中,C 均以sp 3杂化轨道成键,价键分呈四面体形,且又由于σ键可以自由旋转,所以烷烃的结构不象我们所写的那样一层不变,而是运动的,一般以锯齿形存在。并且在平衡位置不断振动。例如丁烷的分子。

第四节 烷烃的构象

一、

构象

由于单键可以自由旋转。使分子中原子或基团在空间产生不同的排列,这种特点的排列形式称为构象。 二、 几种构象的表示形式

伞形式 锯架式 纽曼投影式 表示前碳 表示后碳 乙烷的构象:乙烷有两种典型的构象

重叠式 交叉式

其中重叠型分子中,由于C 上H 与H 之间的距离比较近,斥力大,因此能量高,分子不稳定。

交叉型分子中,由于C 上H 与H 之间的距离比较远,斥力小,能量较低,分子比较稳定,为乙烷的优势构象。

二者的能量相差约为12.5KJ ·mol -1,低温下以交叉式存在为主,温度升高重叠式含量增加。在室温下分子之间的碰撞能量约为84 KJ ·mol -1

,足以使分子自由旋转,因此不可把

H

109.5°

C

H 31

C H 2

2

C H 2

3

C H 3

4C

H 31

C

H 2

2

C H 2

3

C

H 34

H

C C

H

H

H H H

H

H H H

H A Eclipsed

B Staggered

各种构象严格区分开来。

扭转能:构象之间转化所需的能量。

当外界能量大于扭转能时,则构象相互转化。 乙烷分子构象转化能量示意图如下:

三、 正丁烷的构象

其中对位交叉式为优势构象,从图中可以看出各构象的能量相对大小。 从丁烷的构象可以解释为什么丁烷的分子呈锯齿形。

第五节 性质 一、物理性质

1.存在状态:室温下,1~4个C 的烷烃为气体,5~16个C 的烷烃为液体,大于16个C 的烷烃为固体。

2.熔沸点:随分子量的增大而升高,原因:⑴ 分子大,接触面积大,范德华力大;⑵ 分子大,分子运动所需能量大。(增加一个C ,bp 升高20~30℃)

E

Degrees of Rotation

θ

300601201802400360

旋转角度

H

H

H

H

H

H

H

H

A A

A B

B

B

B

B B

B

B

C

C C

C

C

C C

A

B

B

B

C

H CH

3

3

H CH

H H CH

A Eclipsed

B Gauche

C Eclipsed

D Anti

E Gauche E

Degrees of Rotation θ

300601201802400360

重叠式

邻位交叉式

部分重叠式

对位交叉式

邻位交叉式

旋转角度

3.同分异构体中,支链多的沸点低,原因:支链多,接触面积小,分子间作用力小。但是支链的影响远小于碳数增加的影响。

分子接触示意图

4. 比重随分子量的增加而升高。 5. 非极性或弱极性,不溶于水及强极性溶剂中,可溶于氯仿、乙醚、四氯化碳等溶剂中。(相似相溶)

二、化学性质

烷烃非常稳定,一般不易反应,但是在高温、光照、及催化剂存在下,也可反应。 1. 氯代 取代反应:指烷烃中的氢原子被其他原子或基团所取代。

C H 4

Cl 2

Cl 2

Cl 2

2

光照

光照

光照

光照

C H 3Cl

CH 2Cl 2

3

CCl 4

⑴ 甲烷与Cl 2的反应历程

甲烷与Cl 2的反应有如下的反应事实: ① 在室温、黑暗中不反应; ② 高于250℃发生反应;

③ 在室温下如有光存在能发生反应;

④ 用光引发反应,吸收一个光子就能产生几千个氯甲烷分子;

⑤ 如有氧或有一些能捕捉自由基的杂质存在,反应有一个诱导期,诱导期时间

长短与存在这些杂质多少有关。根据以上事实,提出以下反应机理。

反应得到的是混合物。

以上为生成CH 3Cl 的过程,生成CH 2Cl 2、CHCl 3、 CCl 4的历程也是自由基反应历程,只不过是Cl 2过量。

从下图看CH 3Cl 生成过程能量的变化:

反应第一步①需要吸收242.7kJ ·mol ,可见此步反应需要光或高温才能进行; 反应第二步②只需要吸收7.5kJ ·mol ,就可进行; 反应第三步③则为放热反应,放出112.9kJ ·mol 。

C

H 3C H 2

C H 2C H 3

Cl 2Cl·链转移:

链引发:

Cl·

C H 4

Cl

H CH 3·+Cl 2CH 3·+Cl

H C H 3Cl

initiation

propagation

temination

Cl·

Cl·Cl·CH 3·+CH 3·+

CH 3·

Cl 2C H 3Cl C H 31

C H 3

2

△H°=+242.7kJ·mol

△H°=+7.5kJ·mol

△H°=-112.9kJ·mol

①C

H 3C H 2

C H 2

C H 3

在链终止阶段,各步反应均为放热反应,因此可知反应一旦形成Cl ·,反应即可进行,从下图中可以看出,②③步反应均有一定的活化能,其中Ea1=16.7kJ ·mol ,因此在实际反应的过程中反应引发所需的能量要更高一些。(可进一步解释)

3

② 自由基的稳定性

丙烷和异丙烷的一氯代反应如下:

上述两个反应产物的比例与反应物中该种氢的比例比相一致,其原因是由于中间体的稳定性不同,两个反应的中间体均为自由基, 自由基越稳定则越易生成,又由于自由基反应的定速步骤为自由基的生成,因此自由基越稳定,生成相应的产物的反应越快。

第一个反应中,反应的中间体分别为:

C H 3C H 2C H 2C H 3C H 2C H 2Cl

C

H 3C H C H 3Cl

C H 3C

H C H 3

C H 3

Cl C

H 3C H C H 2Cl

C H 3

C

H 3C

C H 3C H 3

Cl

光照

光照

1

1

1

2

2°∶1°=6∶2

3°∶1°=9∶1

C H 2C H 2·

C

H 3C

H 3C

H C H 3

·

第二个反应中,反应的中间体分别为:

一般情况下,自由基的稳定性为:

2.氧化和燃烧 ⑴ 氧化

烷烃在有催化剂存在的条件下可以进行氧化反应,反应生成混合物,反应式如下所示:

⑵燃烧

在有从充足的氧存在时,发生如下的反应:

有机氧化的概念:无机中的氧化的概念以电子的得失,氧化数的变化来判断是否是氧化还原反应。

有机中的氧化的概念同无机中的氧化的概念有所不同,在有机中,加氧去氢为氧化,加氢去氧为还原。

(*实际上,更广泛的概念为:加上原子比去掉原子的电负性强则为氧化,加上原子比去掉原子的电负性弱则为氧化。)

例如:反应中,分子去掉了氢,加上了比氢电负性大的氯原子,因此反应为氧化反应。以后我们还会遇到还原反应。

第六节 自然界中的烷烃 自学

R

C H 2·

R

C H R

·C H C H 2·C H 3C H 3

R C R

·R

C H 3

C C H 3

·C

H 3〉

例如:

C H 2C H 2·

C H 3C H 3C H C H 3

·〉

O 2

R

R O

H 2CO 2

R

R O 2

R O H

C

O

O H

R C H

O

R R O H

……

'C H 4

2

Cl 2

Cl 2

Cl 2

光照

光照

光照

光照

C H 3Cl

CH 2Cl 2

1

CHCl 3

1

4

1

C H C H 2·C

H 3C H 3

C

H 3C C H 3

·C H 3

相关文档
相关文档 最新文档