c2-烷烃

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
测定辛烷值是以异辛烷224三甲基戊烷的辛烷值定为100正庚烷辛烷值定为0任何汽油在标准的引擎试验中所产生的爆震正好与97异辛烷3正庚烷的混合油的爆震程度相同即称此汽油之辛烷值为97号
第二章 烷 烃 (Alkanes )
1
◇烃
只有碳氢两种元素的原子组成的化合物叫碳氢化合物,简称烃 (hydrocarbon)。烃是化学人造字:碳中之火加氢中之 组合而成。
◇烷烃(alkane)
一类饱和烃(saturated hydrocarbon)。“烷”有“完满”、“饱和” 之意,即C与H的结合已达饱和。
一、烷烃的同系列和异构
1. 烷烃同系列
◇烷烃通式及其导出: 通式:CnH2n+2(n≥1) 导出:
2
H C H H H H H C H H
H C H H C H C H H H H
C
2
H H
2
H

H H
1
H H
伞形式 (也叫透视式)
锯架式
纽曼(投影)式
19
交叉式:
H C H H
1
H H C
2
H C
2
H
H H

H
H C
1
H
2 1
H H
H H

H
H
伞形式
锯架式
纽曼(投影)式
◇乙烷构象的位能关系图
▲扭转角:ABC三原子所在平面与BCD三原子所在平面的夹角称扭
转角(torsional angle)或二面角(dihedral angle)
21
2.丁烷的构象
H CH2 CH2 H 被CH3取代 H (乙烷) H3C CH2 CH2
H H C
1
只看C2-C3的旋转
CH3
H C
4
H C
2
H H
C
3
◇丁烷的几种极端构象为:
H CH3CH3 H H H H H H CH3 H H
H H
H CH3 H H
H
H
CH3 H CH3 (6)无对称面,无对称 H HH
◇同系物
同系列中的化合物彼此或互称为同系物(homolog)。
◇系差
CH2叫做同系列的系差。
◇C及H分类
▲ C分类 ◎与一个C相连的,为一级碳原子或伯碳(primary),示为1°C ◎(类推之 )二级碳原子或仲碳(secondary),2°C ◎三级碳原子或叔碳(tertiary),3°C ◎四级碳原子或季碳(quaternary),4°C
CH2 CH3
2 3 1
上例2:
CH3CH2 CH2 CH CH2 CH3
3 4
CH3 CH CH2 CHCH2 CH3
4 5 6
CH3 CH CH CH3
2 5
CH2 CH2 CH3
7 8
CH3 CH3
1 6
▲列取代基:写出取代基的位置和名称,不同取代基按“次序规则” (sequence rule),由“小”到“大”排列,相同取代基合并写。 上例1:3-甲基-5-乙基辛烷( 5-ethyl-3-methyloctane )
4
▲ H分类 ◎伯氢,1°H (与1°C相连)
◎仲氢,2°H (与2°C相连)
◎叔氢,3 °H (与3°C相连) ◎无季氢
例:指出下列烷烃中有几个1°C,2°C,3°C,4°C,几个1°H,
2°H,3°H ?
H3C CH3 C CH3 CH2 CH3 C CH3 CHCH2 CH3
CH CH3 CH3
C C C C C C C C C C C C
∴己烷有五种异构体,构造式为:
7
(构造式)
CH CH3CH2 2 CH2CH2CH3 CH3CH CH2 CH2CH3 CH3 CH CH3CH2 CH2CH3 CH3 CH3CH CH CH3 CH3 CH3 CH3 CH CH3C CH2 3 CH3
C C C C C C
第二步:写出少一个碳原子的直链,把剩下的一个碳原子当作支链 加在主链上,并依次变动支链的位置:
C C C C C C
≡ C
C
C
C C
C
6
第三步:写出少两个C的直链,把剩下的两个C当作一个支链加在主链上
C C C C C C
≡ C
C
C C C
C ≡ C
C
C C
C
C
第四步:最后把两个C分成两个支链加在主链上
HCH 3
φ =300°(6) 顺交叉式
22
∵E大小顺序:E1 > E3 = E5 > E2 = E6 > E4 ∴稳定次序:4 > 2 = 6 > 3 = 5 > 1,最稳定为4(反交叉式), 其中体积最大的两个CH3距离最远,排斥力最小;最不稳定为1 (全重叠式)。多以4存在,1实际不存在。 ◇例:化合物BrCH2CH2Br有几种较稳定的构象,哪一种构象最稳定? 平衡体系中,哪一种构象异构体的含量最多,为什么? 答:有三种较稳定构象:
1.
CH3 CH2 CH CH CH3 CH CH2 CH CH3 CH3 CH3 CH2 CH2 CH3
答:2,4,6-三甲基- 5- 丙基辛烷
2.
CH3 CH CH CH2 CH CH3 CH3
CH2 CH CH3 答: 2,3,7-三甲基- 5- 乙基辛烷 CH3
18
CH2 CH3
三、烷烃的构象
H C H H C H C H C H H H H H
甲烷
H H C H H H C H C H H C H H C H H C H H
乙烷 --H H H C H H H H C C C H C H
丙烷
H C H C H C H C H H
丁烷
Hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
异戊烷
HH C H H H
HH C H H H
H H C H
链可为主链时,应选有支链最多的链。 例1:
CH2CH3 CH3 CH CH2 CHCH2 CH3 CH2CH2CH3
8(> 6)碳主链,辛烷
例2:
CH3CH2 CH3 CH CH CH CH2 CH3 CH CH3
6碳,四个取代基,主链,己烷
16
CH3 CH3
▲编号:将主链上的碳原子编号。选离取代基最近一端开始编。 上例1:
新戊烷
异丁烷
HH C H H H
可见:每个烷烃分子式都为n×(CH2)+2H即CnH2n+2,任何两个烷烃分子式之 差为CH2或其倍数。
3
◇同系列
CH4(甲烷),C2H6(乙烷),C3H8(丙烷),C4H10(丁烷),两烷烃 分子式间相差为CH2或其倍数,它们的性质也相似,这样的一系列化 合物叫同系列(homologous series)。
Br H Br H H H H H Br Br H Br H
H
H
Br
H
H
对交叉式
顺交叉式
顺交叉式
对交叉式最稳定,即平衡体系中,对交叉式的含量最高,因两个Br距离最远 ,排斥力最小。
23
注意:乙二醇的主要构象为邻位交叉式(分子内氢键)
H O H H H O H
H
24
四、烷烃的物理性质
(1)状态(State)
或叫正某烷
丙烷
戊烷 庚烷 壬烷
propane
pentane heptane nonane
丁烷
己烷 辛烷 癸烷
butane
hexane octane decane
注意:~ane、~ene、~yne分别是烷、烯、炔的词尾,若将相应烷烃名 称词尾的e改为ol、al、one则分别变为醇、醛、酮。
14
2. 支链烷烃
(2)、(3)、(5)、
有对称面
HH
中心
H =0° φH 全重叠式 (1)
φ =60° 顺交叉式
(2)
CH3H
φ =120° 部分重叠式 (3)
E同,为对映体
CH3 H H CH3 H H H H
有对称面、 对称中心
H
CH3 H H
H H CH
3 (4)H φ =180° 对交叉式,也叫反交叉式
(5) φ =240° 部分重叠式
A φ
D
B A C
φ
B C
D
HH H H HH
Φ=0,重叠式
H H H
H H H
Φ=60℃,交叉式 20
▲位能关系图:
HH HH H H H H H H H H H
12kJ/mol
HH H H H H H H H H H H H H H H H H H H
HH H H H H
H H
E
H
0
60
120
(注:英文中以取代基的第一个字母顺序排列,即:ethyl > methyl)
上例2:2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷 (3,4-diethyl-2,5-dimethylhexane)
17
注:为方便简单,有时使用习惯名,但习惯名难以与结构对应。 如维生素A:
CH2OH
◇练习:写出下列烷烃的IUPAC系统名称。
1.乙烷的构象 ◇构象:
由于围绕单键旋转(如CH3-CH3中的两个CH3绕C-C单键旋转)而引 起的分子中各原子在空间不同的排布方式称为构象(conformation) ◇乙烷构象表示法: 乙烷有两种极端构象—重叠式和交叉式,可用下列几种方法表示。 重叠式:
H H C H H
1
H C
2
H H

H
H H C1 H
对直链烷烃:
C1~C4 C5~C16 ≥C17
boiling point
gas liquid solid
b.p.
(2)沸点(b.p.)
◇结论:
◎直链烷烃b.p.随分子量增加而有规律升高; ◎同碳数异构体,支链越多,b.p.越低。
CH3CH2
CH CH3
仲某基,如:
仲丁基 s-Bu- (second)
CH3
CH3 CH CH2 CH3
15
CH3CH CH3
CH2
异某基,如:
异丁基 i-Bu-(iso-)
CH3 CH3 CH2 C CH3
CH3
叔某基,如: CH3C
CH3
叔丁基 t-Bu- (tertio–)
◇命名步骤:
▲选主链:选择最长碳链作为主链母体,称某烷。当有相同长度的
值定为0,任何汽油在标准的引擎试验中所产生的爆震,正好与97%异辛烷3%
正庚烷的混合油的爆震程度相同,即称此汽油之辛烷值为97号。
12
▲ IUPAC系统命名法[1892年化学家在日内瓦会议上拟 定了一种系统的有机化合物命名法,此后经 IUPAC多 次修订。中国化学会按国际通用原则出版了《有机化 学命名原则》(1980)。我国的系统命名法基于IUPAC 法,并结合了我国的文字特点]
答: 1°C → 8个;2°C → 2个;3°C → 2个;4°C → 2个 1°H → 24个;2°H → 4个;3°C → 2个
5
2. 烷烃的异构
◇构造:分子中原子互相连接的方式和次序叫构造(constitution)。 ◇烷烃构造异构产生的原因:碳链异构。 ◇构造异构体推导法: 例:写出己烷C6H14所有异构体的构造式。 第一步:先写出最长的碳链
每个C为四面体结构。
σ键定义:两个轨道沿着轨道的对称轴方向互相重叠。 特点:成键电子云对称分布,绕键轴自由旋转不改变电 子云形状和重叠程度。
9
甲烷
乙烷
戊烷
10
二、烷烃的命名 ◇方法 ▲ 习惯命名法 CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 正戊烷 CH3CHCH2CH3 异戊烷
C H3 C H3 C C H3 异辛烷中的异不符合命名的规定,是一个特例。
1. 直链烷烃
◇方法
IUPAC = International Union of Pure and Applied Chemistry
碳数(C1~C10用天干甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、 辛、壬、癸,C11以上直接用汉字数字)+烷
13
◇例子:
CH3CH2CH2CH3 CH3(CH2)4CH3 CH3(CH2)13CH3 请记住十个烷烃的英文名称: 甲烷 methane 乙烷 ethane 丁烷(butane) 己烷(hexane) 十五烷(pentadecane)
180
240
300
360
Degrees of Rotation φ q
可见: ◎重叠式处波峰,交叉式处波谷,即重叠式能量最高,交叉式能量最低,重叠 式能量高是由于其中的H原子距离最近,排斥力大。 ◎ △E(重叠式-交叉式)=12kJ.mol-1,即从一个交叉式转变成另一个交叉式, 需越过12kJ.mol-1的能垒。 ◎因△E很低,室温下乙烷分子中C-C键可迅速旋转,故不能分离出乙烷的某一 构象。
11
CH3 CH3-C-CH3 CH3 新戊烷
C H3
异辛烷
C H2
CH
C H3
辛烷值是表示汽油抗爆性的指标,它是反映车用汽油使用性能最重要的质量 指标。辛烷值越高,抗爆性能越强,在使用时车辆动力性越强。目前,一般 都以辛烷值来区分汽油的牌号,按规定97号汽油的辛烷值应不得低于97。测 定辛烷值是以异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷)的辛烷值定为100,正庚烷辛烷
(简写式)
◇烷烃异构体数目随C数增加而迅速增加,如:C数=15时,有4347种。没有 一个通式来计算烷烃异构体数目。 问题:C7H16有几个异构体?
答:9个
8
3. 烷烃的结构
最简单的烷烃是甲烷( CH4 ),甲烷分子中碳原子是sp3 杂化,乙烷(C2H6)分子中碳原子也是sp3杂化,碳碳键 ( Csp3-Csp3σ键)和碳氢键( Csp3-H1sσ键)都是σ键。
◇取代基命名法
▲直链烷基: CH3- 甲基 Me- (Methyl) CH3CH2- 乙基 Et – (Ethyl) CH3CH2CH2- 正丙基 n-Pr- (normal Propyl) CH3CH2CH2CH2- 正丁基 n-Bu- (normal Butyl)
例:
▲支链烷基:
CH3 CH2 CH
相关文档
最新文档