烃是指只含有碳和氢两种元素的化合物

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1、第二章烷烃(Alkane)概述：烃是指只含有碳和氢两种元素的化合物。饱和烃：烷烃链状烃,不饱和烃：烯烃，炔烃烃分类叱j脂环烃 环状烃芳香烃烷烃指具有通式为CnH2n+2的碳氢化合物，是大家公认的没有官能团的化合物。烷烃是一类饱和烃(Saturated hydrocarbon )，分子中除碳碳键外，其它键被氢饱和。即 碳原子结合氢原子的数目已达到饱和程度。主要来源：天然气和石油。用途：可作为燃料，也是现代化学工业的原料。一烷烃的同系列和异构(Homologous series and isomerism of alkanes) 1同系列CnH2n+2n为碳原子个数n分子式构造式命名12CH4C2

2、H6CH。甲烷 乙烷3C3H8丙烷4C4H102正丁烷、异丁烷5C5H123正戊烷、异戊烷、新戊烷659M35107515434720366319可见随碳原子数增加，异构体数目迅速增加。但实际存在并没有这么多，n和异构体数 目的关系，到目前还没有找到一个关系式。系差：ch2 (从上述看出，相邻成员之间差一个ch2)同系列：凡具有一个通式，结构相似，化学性质相似，物理性质随着碳原子数增加而有 规律性的变化的化合物系列。同系物：同系列中的各个化合物彼此互称同系物。构造(Constitution ):指分子中原子互相连接的方式和次序。构造异构体(Constitutional isomerism):分

3、子式相同，分子中原子互相连接的方式和次 序不同的异构体。构型分子中个原子或基团在空间的不同排列，这种排列的相互转化必须通过键的 断裂和生成。构型异构体构象一一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。构象异构体2碳原子和氢原子的类型叔碳（3）：与一个氢原子相连的碳。 仲碳（2）：与两个氢原子相连的碳。伯碳（1）：与三个氢原子相连的碳。 季碳：与四个碳原子相连的碳。伯氢：与伯碳相连的氢原子。 仲氢：与仲碳相连的氢原子。叔氢：与叔碳相连的氢原子。C 季碳；-仲碳|-叔碳CH3CpH3CH3CH2CH2CH2CH3CHqCHCHCHq332223323CH3伯碳CH33二 烷烃的

4、命名（Nomenclature of alkanes）1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、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，十 个碳原子以上用数字表示。正表示直链：ch3ch2ch2ch3异表示有下列结构的支链：ch3ch-ch3CH3CH3 新表示分子中有季碳原子：CH3cch3CH3例：正己烷ch3ch2ch2ch2ch2ch3异己烷CH3CHCH2CH2CH3CH3新戊烷新己烷CH3CH3CH3-cch3CH3-CCH2CH3CH3CH3下列结构用普通命名无法命名：CH3 CH3CHCHCH3ch3ch2chch2ch3CH3CH32系统命名法（IUPAC）I

5、UPAC： International union of pure and applied chemistryCCS: Chinese chemical society】）.1）.直链烷烃以烷作为母体，十个碳原子以下用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，十 个碳原子以上用数字表示。CH3(CH2)6CH3 辛烷CH3(CH2)9CH3 十一烷2).支链烷烃 烷基的命名 烷基：烷烃分子中取掉一个氢剩下的部分。CH3甲基Me (Methyl)CH3CH2乙基Et(Ethyl)ch3ch2ch2正丙基n-Pr (Propyl)CH3CH.CH异丙基i-Pr (isopropyl)ch3ch2

6、ch2ch2正丁基n-Bu (Butyl)CH3CHCH2CH3异丁基i-Bu (isobutyl)CH3CH2CHCH3CH3CHrc仲丁基s-Bu ( sec-butyl )CH3叔丁基t-Bu (tert-butyl )ch3chch2ch2CH3异戊基(isopentyl)CH3CH2CH2CHCH3仲戊基(sec-pentyl)CH3CH3叔戊基(tert-pentyl )CH3ch3_c_ch2CH3新戊基(Neopentyl).支链烷烃的命名规则：a.选主链：选最长的、取代基最多的碳链作主链。CH3CH2CHCH2CH3CH-CH3CH3b. 编号：从离取代基最近的一端编号，并满

7、足最低系列原则。2, 3, 32, 2, 3_CH3CH3C_chCH3CH3 CH3c. 若主链上有几种取代基时，应按“次序规则”，较优基团后列出。甲基 乙基 丙基丁基 戊基 异戊基 异丁基 新戊基 异丙基 仲丁基 叔丁基列在后面的是较优基团d.写法位次半字线取代基名称 母体取代基位相同的取代基由主链上碳原置合并起来，用 子个数确定一、二、三表用阿拉伯示数字，数字间用逗号隔开例：1 2cH3 4 5CH3CCH2CHCH3CH3 CH32,2,4 -三甲基戊烷2,5-二甲基-4-异丙基庚烷chch2 -ccCCh ch3CH3 CH2 CH3 CH3CH2CH32,3,5-三甲基-4-丙基庚

8、烷CH3ch3ch2chch2ch2cch2ch3CH3CHCH3ch32,6,6-三甲基-3 -乙基辛烷CH3Chch2ch3ch3chch2cch2ch2ch2ch3CH3 c（CH3）3CH3ch3chch2ch2ch2ch2chchch2ch3CH3CH32-甲基-4 -仲丁基-4-叔丁基辛烷2,7,8 -三甲基癸烷三烷烃的构象（Conformation of alkanes）概述：a.构象：指分子中原子或原子团由于围绕单键的旋转而产生的分子中原子在空间的不 同排列。c.b.构象异构体：分子组成相同，构造式相同，因构象不同而产生的异构体。 构象异构体表示方法：透视式（伞形式，锯架式），

9、纽曼投影式。以乙烷的重叠式构象说明：伞形式心纽曼投影式Hh锯架式d. 注意：构象异构体的互相转换不需发生共价键的断裂。分子的构象异构体有无数个,无法画出，采用抓两头，选中间（选内能最高及最低构象），中间选几个典型。1乙烷构象扭转角：ABCD为有机化合物中排列成链的四个原子，ABC所在平面与BCD所在平面之间的夹角称为扭转角。HH HH飞飞_HHHQ =0Q =60Q =120Q =180=240.Q =300 =360从乙烷构象可看出： .扭转角Q由0逐渐变到360。可得到无数个构象，它们之间差别在于原子在空间 的排列不同。 .扭转角Q = 0 120 240 360为重叠式Q =60 180

10、 300 为交叉式 重叠式、交叉式构象为乙烷的两个典型构象，其它构象处于这两个构象之间。.重叠式中两个碳原子上的CH键相距最近，能量较高，不稳定。交叉式中两个碳 原子上的CH键相距最远，能量较低，稳定。.能量曲线图.乙烷有无数个构象，乙烷最稳定的构象是交叉式。乙烷由一个交叉式变成另一个交叉式构象，只需克服12 kJ/mol能量即可。而分子相互 碰撞时可产生83 kJ/mol能量，所以乙烷分子可绕C-C键自由旋转。因此，平时我们讲的乙 烷是许许多多乙烷构象的平衡混合物，但交叉式比例较大。当T=0时，乙烷构象只有一种: 交叉式，所以讲自由旋转是有条件的。2 丁烷构象1234Hg =240g =30

11、0从丁烷构象可看出: .扭转角Q由0逐渐变到360可得到无数个构象，其中有四种典型构象。 .扭转角Q =180为反交叉式。C2上CH3与C3上CH3离的最远，斥力最小，能量 最低，最稳定。Q =60 300为顺交叉式。C2上CH3与C3上CH3离的相对较近，斥力相对较 大，稳定性不如。Q =0为全重叠式。C2上CH3与C3上CH3离的最近，斥力最大，能量最高， 最不稳定。Q =120 240为部分重叠式。C2上CH3与C3上CH3离的较近，斥力也较大, 较不稳定。.能量曲线图060120180240300360.丁烷有无数个构象，最稳定的构象是反交叉式。在室温下，丁烷主要以反交叉式和顺交叉式构

12、象存在，前者约占63%，后者约占37%, 其它构象所占的份额很小。注意：ClCH2CH2OH主要以邻位交叉式存在，因为邻位交叉式能形成分子内氢键。3高级烷烃的构象锯齿状排列，其中C-H，C-C都处于交叉式，碳链看起来向锯齿。 最稳定的构象：整个碳链是锯齿状的。四 烷烃的物理性质(Physical properties of alkanes)存在状态：室温下，14个C的烷烃为气体，516个C的烷烃为液体，大于16个C的烷烃为固 体。熔沸点：随分子量的增大而升高。原因：(1)分子大，接触面积大，范德华力大； 分子大，分子运动所需能量大(增加一个C，bp升高2030C)。同分异构体中，支链多的沸点低

13、。同分异构体中，分子越对称，熔点越高。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。比重：随分子量的增加而升高。极性：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)。五 烷烃的反应(The reactions of alkanes)概述：根据烷烃的结构特点：分子中碳原子都是Sp3杂化，分子中只有共价单键O键，O键较 稳定。因此，在常温常压下烷烃不与强酸、强碱、强氧化剂和强还原剂发生反应或反应速度 很慢。但随着石油工业的发展，人们对烷烃的化学性质进行了大量研究，发现在适当温度、压 力、催化剂等作用下，烷烃可起反应，生成许多

14、工业产品，现在烷烃已成为有机化学工业重 要的原料之一。1 卤化反应(Halogenation reactions)卤化反应：烷烃分子中的氢原子被卤素取代的反应。烷烃和卤素(Cl2、Br2)在暗处不发生反应，但在光照时反应猛烈甚至引起爆炸。 例：甲烷与氯在高温或光照下反应：hvCH4 + Cl2CH3CI + HCIhvCH3CI + Cl2 CH2CI2 + HCIhvch2ci2 + Cl2 chci3 + HCIhvCHCI3 + Cl2CCI4 + HCI注意：得到混合物，控制条件，可使某一种产物占主要。合成上无价值，重要性在于机理 的研究。1).氯化反应的机理(Mechanism of

15、 halogenation reactions)反应机理：反应经历的过程。是综合实验事实作出的理论假设。公认的机理，能够解释 实验事实。链引发：hv CLCICl + Cl-or 链增长：Cl + CH4 -CH3 + HCICl2 + CH3ch3ci + CI 链终止：cr + ci ci2CH3 + CH3CH3CH3Cl- + ch3ch3ci 具有链引发、链增长、链终止的反应在化学上叫自由基反应（Free radical reaction）（自 由基链反应，连锁反应）。决定反应速度的步骤是：CI + CH4CH3 + HCI链增长反应中的夺氢过程 不同卤素的反应活性氟氯溴碘 各种氢的

16、相对反应活性结论：叔氢仲氢伯氢CH3CH2CH3 + Cl2CH3CH2CH2CI + CH3CHCH3Cl43%57%6个伯氢所得2个仲氢所得仲氢/伯氢=CH357/243/6_4_=1仲氢的反应活性是伯氢的4倍。口hvcH3cH3ch3_c_h+Cl2CH3CCl+叫一9一Hch3ch3ch2ci叔氢/伯氢=36/164/9叔氢的反应活性是伯氢的5倍。解释：三种氢的键裂解能为:1 C-H410.3Kj / mol2 C-H397.7Kj / mol3 C-H389.4Kj / mol键裂解能越小，键越弱，越易均裂。 选择性（卤素对取代反应的选择性）由于有机反应副反应多，若反应的选择性大，得

17、到几种可能产物所占比例差别大。若反应的选择性小，得到几种可能产物所占比例差别小。ch3ch2ch3hvch3ch2ch2xCH3CHCH3XCl243%57%Br23%97%4在氯化反应中：仲氢/伯氢=i97在溴化反应中：仲氢/伯氢=在溴化反应中，仲氢比伯氢活性大的多。因此溴化具有很高的选择性，在合成上有应用 价值。例：CH3hvCH3CH。一q-H+ Br2CH3丁Br99.5%CH3CH32）.烷基自由基的稳定性在自由基链反应中，决定速度步骤中的中间体是烷基自由基，自由基越稳定，反应越易 进行。结论：（CH3）3C （CH3）2CH-ch3ch2 ch3解释：键裂解能H_CH3 CH3 -

18、 + H 439.6kJ / molCH3CH2HCH3CH2+ H397.7kJ / mol3H33Y9H接近sp2SP2Sp2sp3接近 sp2有3个C-H o电子有6个C-H键o电子有9个C-H键o电子(CH3)3C + H 389.4kJ / mol3 3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。.超共轭效应超共轭效应：定义：烷基上的碳原子与体积极小的氢原子结合，氢对电子云屏蔽作用很小，所以C-H 上的o电子比较容易与邻近的n电子（或P轨道）共轭，使电子重新分配，基团稳定。这种o键与n键（或P轨道）的共轭称为超共轭效应，o键与n键的共轭叫o - n超共 轭效应，o键

19、与P轨道的共轭叫o - p超共轭效应。H HCIHHCI同p轨道交盖同p轨道交盖同p轨道交盖3）.甲烷氯化反应的能线图在甲烷氯化反应中，决定反应速度的步骤是链增长反应中的第一步：夺氢过程工HCIh过渡态链增长反应中的第一步：吸热反应jEkJ/molCH. + Cl4kch3、ci”ci 丨 H反应坐标 链增长反应中的第二步放热反应（放出大量的热）反应坐标 过渡态：在能线图的峰顶，无法证实。中间体：在能线图的峰谷，实验方法可证实。 活化能：过渡态与初始态之间的能量差。反应热：生成物与反应物之间的能量差，正值为吸热，负值为放热。2氧化反应CnH2n+2 + 02 CO2 + H2O + 热量合成上

20、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。石油在催化氧化时可得到有用的产物：MnOcCH22 + O2J RCOOHn 2n+2210C3热解反应热解反应：化合物在热作用下的分解。ch3ch2ch2ch3 热解 ch4 + ch3ch3 + ch2=ch2 + ch2=chch3 + ch2二chch2ch3 + h2 煤油：C忙c16烷烃11 16柴油：C15-C18烷烃汽油：C5-C12烷烃4CHrCHJr剂 C5 C12烷烃汽油注意：会用生成热（HfQ ）计算反应的焓变。键裂解能（DH ）计算反应的焓变。4硝化反应RH + HNO3”00-450 C 一rno2

21、+ h2o5磺化反应400 CCH3CH3 + h2so4ch3ch2so3h + h2o六 烷烃的制备(Preparations of alkanes)1格氏试剂(Grignard)水解RMgX + H2O RH + Mg(OH)XRX + Mg 无水乙醉- RMgX用于制备特殊烷烃。2武慈反应2RBr + Na 1 R_R + NaBr练习：命名CH3 CH3 CH3CHCHCHCH3 CH2 ch2ch2ch32-甲基-3-异丙基庚烷3-isopropyl-2-methylheptaneCH3CH2CH3CH3CH2CH2CCHCHCH3CH2 CH3h3c-chCH32,3,6-三甲基

22、-4-乙基-4-丙基庚烷4-ethyl-2,3,6-trimethyl-4-propylheptaneCH3CH3CH3CHCH2CHCHCH3 cH2 CH32,5-二甲基-3 -乙基己烷3-ethyl-2,5-dimethylhexane基本要求：了解烷烃的来源。掌握烷烃的异构和命名。理解烃的定义和分类、烷烃的同系列。了 解转动能垒、扭转角的概念；初步掌握构象的定义、表示方法、构象的命名、乙烷和丁烷的 稳定构象。理解烷烃的沸点、熔点、比重、折射率、溶解度等物理性质及其与结构的关系。 了解键离解能、燃烧热、生成热和平均键能的概念，掌握卤化反应及其反应的历程：自由基 反应。初步掌握烷烃的制备。