中科大有机化学课件2-烷烃
合集下载
相关主题
- 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、"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、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)。
六.烷烃的化学性质
烷烃中仅含有C-C键和C-H键化合物,无极性或 极性很弱，化学性质不活泼。与强碱、强酸、 强氧化剂强还原剂不反应，但在适当条件下可 反应。
1.烷烃的卤代
取代反应定义：分子中的原子或原子团被 其他原子或原子团取代； 如果被卤原
子 取代则为卤代。
(i)氯代反应 CH4+Cl2 hν HCl+CH3Cl
第二章 烷烃
主要内容
1.
4.
5.
6.烷烃的化学性质
一.烷烃的结构
最简单的烷烃是甲烷，甲烷分子中碳原 子是sp3杂化，乙烷分子中碳原子也是sp3 杂化，碳碳键和碳氢键都是σ键。 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。
溴代反应中 叔、仲和伯氢的相对活性： ∶∶
溴在反应中选择性好
2.自由基反应机理
反应机理是指反应物到产物经过的途径 和过程，是根据大量实验事实作出的理 论假设。烷烃的卤代反应是典型的自由 基反应机理，分三个步骤进行： 反应式：CH4+ hν CH3 + H
、、、、
和
等。
1.状态：常温(25℃)常压(760mmHg)下含 有四个碳以下的烷烃为气体，含五到十 六个碳的直链烷烃为液体，含十七个碳 以上直链烷烃为固体。
2.沸点:(i)直链烷烃随分子量增加有规律升高 (ii)
同数碳的烷烃异构体，直链的沸点最高，支链
越多沸点越低。例：
戊烷
异戊烷 新戊烷
沸点℃ 36.1
普通命名法和系统命名法是目前被广泛采用的命名法
1.
： (i)用天干名称甲、乙、丙……癸表示一到
十的碳，十以上则用中文数字，直链烷烃为
，如
CH3(CH2)5CH3 (正)庚烷 (ii)只有(CH3)2CH- 端链的为
(CH3)2CHCH3 异丁烷 (iii)只有(CH3)3C- 端链的为
，如
CH3
CH3-C-CH2CH3 CH3
29.9
9.4
化合物的沸点与分子间的吸引力有关。
3.熔点：随分子量增加而升高，含奇数碳原子的 烷烃和偶数碳原子的烷烃分别构成两条曲线如 图； 熔点不仅取决于分子大小，而且与分子在 晶格中排列有关，分子对称性好，熔点高。
2,2,3,3-四甲基丁烷
熔点℃
102
辛烷 158.8
4.密度：烷烃的密度都小于1 (0.424-0.780) 5.溶解度：烷烃不溶于水，溶于非极性溶 剂.
重叠式
H
锯
架
式
H
伞H
H
式
H
H
H
H
钮
HH
曼
式
交叉式
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
在重叠式中两个碳上氢原子间距为229pm(小于两个氢原子的半 经之和240pm)相互间排斥，能量高。 在交叉式中，两个氢原子的间距为250pm，交叉式能量最低， 两者能差约为12KJ/mol，能量图如下：
A
A
HH
H
A
H
HH
E
0
B
甲烷
乙烷
戊烷
二.烷烃的同分异构
分子式相同，原子互相连接的次序和方
式不同的化合物叫
。它们的
性质，如熔点、沸点有差别。
正丁烷
异丁烷
CH3CH2CH2CH3
CH3CHCH3
熔点℃ -135
-1C45H3
沸点℃ -0.5
-11.7
异构体数目随碳原子数目增加而增加，如15个碳的异
构体数目为4347。
三.烷烃的命名
普通命名法只能命名简单化合物
2.
1892年化学家在日内瓦会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)
(i)选择最长的、取代基最多的碳链为主链
(ii)把支链作为取代基，烷烃中去掉一个氢原子的
一价原子团为烷基:甲基(Me)CH3-,乙基(Et)CH3CH2-
CH3
2,2,3,5-四甲基己烷(不是2,4,5,5-四甲基己烷)
CH3-CH-CH3 CH3CH2CH-CH-CHCH3
CH2CH3CH3
2-甲基-4-乙基-3-异丙基己烷
(iv)若支链上还有取代基，可用带撇的数 字标明或支链全名放在括号中
CH3 CH3CH2CH2CH2CH2-CH-CH2CH2-CHCH3
异丙基(iso-Pr)(CH3)2CH-,仲丁基(sec-Bu) CH3CH2CH-
CH3
CH3
叔丁基(t-Bu) CH3-C-
CH3
(iii)主链上碳原子编号从离取代基最近一端开始， 遵循最低系列规则、次序规则(次序规则在第三 章中介绍)
例
CH3CH3
CH3
CH3 C CH-CH2-CH-CH3
CH3-C-CH3 CH3
2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷 或2-甲基-5-1′,1″-二甲基丙基癸烷
四.烷烃的构象
1.乙烷的构象 乙烷分子中两个甲基围
绕碳碳σ键旋转时，其氢原子在空间的相
对位置将不断改变，形成无数个不同的
空间排列方式，这种通过
而引
起不同Baidu Nhomakorabea排列方式叫 ，它们互为
或称
。
表示方法如下：
CH3CH2CH3+Cl2
hν
25℃
CH3CH2CH2Cl (
)
+CH3CHCH3( )
Cl
H CH3CCH3+Cl2
CH3
hν
25℃
CH3
CH3
CH3CHCH2Cl + CH3CCH3
CH3
由此可算出1o、2o、3o(或伯、仲、叔)三种氢的相对活性：
仲氢 伯氢
=
57/2 = 4 43/6 1
叔氢 伯氢
A C
A C
E
B
E D
0
60
120
180
240
300
360
Degrees of Rotation
取代乙烷衍生物的构象 例：1,2-二溴乙烷(对
Br
H
位交叉式构象约占84％) H
H
乙二醇(分子内氢键, 主要为邻位交叉式构 象)
H
Br
H
O
OH
H H
H H
五.烷烃的物理性质
物质的物理性质主要包括 、 、
=
37/1 = 5.2 63/9
相对活性：叔氢>仲氢>伯氢
(ii)溴化反应 溴化反应速度比氯化反应慢得多，溴的反应活性比氯小。
CH3CH2CH3
+
Br2
hν 127℃
CH3CH2CH2Br
+CH3CHCH3
Br
CH3CHCH3
+ Br2
hν 127℃
(CH3)2CHCH2
+(CH3)3CBr
CH3
B
B
60
120
180
240
300
Degrees of Rotation
360
B
H H
H
H H
H
2.正丁烷的构象
H CHH3CH3
H
CH 3
H CH3
H CH3H
H H
H
H
H CH3
H
H
H CH3
H
H CH3
HH
CH 3
H H
HH
H
H
HH
H
H
CH 3
H
H
A.全重叠式 B.顺交叉式 C.部分重叠式 D.反交叉式 E.顺交叉式
烷烃中仅含有C-C键和C-H键化合物,无极性或 极性很弱，化学性质不活泼。与强碱、强酸、 强氧化剂强还原剂不反应，但在适当条件下可 反应。
1.烷烃的卤代
取代反应定义：分子中的原子或原子团被 其他原子或原子团取代； 如果被卤原
子 取代则为卤代。
(i)氯代反应 CH4+Cl2 hν HCl+CH3Cl
第二章 烷烃
主要内容
1.
4.
5.
6.烷烃的化学性质
一.烷烃的结构
最简单的烷烃是甲烷，甲烷分子中碳原 子是sp3杂化，乙烷分子中碳原子也是sp3 杂化，碳碳键和碳氢键都是σ键。 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。
溴代反应中 叔、仲和伯氢的相对活性： ∶∶
溴在反应中选择性好
2.自由基反应机理
反应机理是指反应物到产物经过的途径 和过程，是根据大量实验事实作出的理 论假设。烷烃的卤代反应是典型的自由 基反应机理，分三个步骤进行： 反应式：CH4+ hν CH3 + H
、、、、
和
等。
1.状态：常温(25℃)常压(760mmHg)下含 有四个碳以下的烷烃为气体，含五到十 六个碳的直链烷烃为液体，含十七个碳 以上直链烷烃为固体。
2.沸点:(i)直链烷烃随分子量增加有规律升高 (ii)
同数碳的烷烃异构体，直链的沸点最高，支链
越多沸点越低。例：
戊烷
异戊烷 新戊烷
沸点℃ 36.1
普通命名法和系统命名法是目前被广泛采用的命名法
1.
： (i)用天干名称甲、乙、丙……癸表示一到
十的碳，十以上则用中文数字，直链烷烃为
，如
CH3(CH2)5CH3 (正)庚烷 (ii)只有(CH3)2CH- 端链的为
(CH3)2CHCH3 异丁烷 (iii)只有(CH3)3C- 端链的为
，如
CH3
CH3-C-CH2CH3 CH3
29.9
9.4
化合物的沸点与分子间的吸引力有关。
3.熔点：随分子量增加而升高，含奇数碳原子的 烷烃和偶数碳原子的烷烃分别构成两条曲线如 图； 熔点不仅取决于分子大小，而且与分子在 晶格中排列有关，分子对称性好，熔点高。
2,2,3,3-四甲基丁烷
熔点℃
102
辛烷 158.8
4.密度：烷烃的密度都小于1 (0.424-0.780) 5.溶解度：烷烃不溶于水，溶于非极性溶 剂.
重叠式
H
锯
架
式
H
伞H
H
式
H
H
H
H
钮
HH
曼
式
交叉式
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
在重叠式中两个碳上氢原子间距为229pm(小于两个氢原子的半 经之和240pm)相互间排斥，能量高。 在交叉式中，两个氢原子的间距为250pm，交叉式能量最低， 两者能差约为12KJ/mol，能量图如下：
A
A
HH
H
A
H
HH
E
0
B
甲烷
乙烷
戊烷
二.烷烃的同分异构
分子式相同，原子互相连接的次序和方
式不同的化合物叫
。它们的
性质，如熔点、沸点有差别。
正丁烷
异丁烷
CH3CH2CH2CH3
CH3CHCH3
熔点℃ -135
-1C45H3
沸点℃ -0.5
-11.7
异构体数目随碳原子数目增加而增加，如15个碳的异
构体数目为4347。
三.烷烃的命名
普通命名法只能命名简单化合物
2.
1892年化学家在日内瓦会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)
(i)选择最长的、取代基最多的碳链为主链
(ii)把支链作为取代基，烷烃中去掉一个氢原子的
一价原子团为烷基:甲基(Me)CH3-,乙基(Et)CH3CH2-
CH3
2,2,3,5-四甲基己烷(不是2,4,5,5-四甲基己烷)
CH3-CH-CH3 CH3CH2CH-CH-CHCH3
CH2CH3CH3
2-甲基-4-乙基-3-异丙基己烷
(iv)若支链上还有取代基，可用带撇的数 字标明或支链全名放在括号中
CH3 CH3CH2CH2CH2CH2-CH-CH2CH2-CHCH3
异丙基(iso-Pr)(CH3)2CH-,仲丁基(sec-Bu) CH3CH2CH-
CH3
CH3
叔丁基(t-Bu) CH3-C-
CH3
(iii)主链上碳原子编号从离取代基最近一端开始， 遵循最低系列规则、次序规则(次序规则在第三 章中介绍)
例
CH3CH3
CH3
CH3 C CH-CH2-CH-CH3
CH3-C-CH3 CH3
2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷 或2-甲基-5-1′,1″-二甲基丙基癸烷
四.烷烃的构象
1.乙烷的构象 乙烷分子中两个甲基围
绕碳碳σ键旋转时，其氢原子在空间的相
对位置将不断改变，形成无数个不同的
空间排列方式，这种通过
而引
起不同Baidu Nhomakorabea排列方式叫 ，它们互为
或称
。
表示方法如下：
CH3CH2CH3+Cl2
hν
25℃
CH3CH2CH2Cl (
)
+CH3CHCH3( )
Cl
H CH3CCH3+Cl2
CH3
hν
25℃
CH3
CH3
CH3CHCH2Cl + CH3CCH3
CH3
由此可算出1o、2o、3o(或伯、仲、叔)三种氢的相对活性：
仲氢 伯氢
=
57/2 = 4 43/6 1
叔氢 伯氢
A C
A C
E
B
E D
0
60
120
180
240
300
360
Degrees of Rotation
取代乙烷衍生物的构象 例：1,2-二溴乙烷(对
Br
H
位交叉式构象约占84％) H
H
乙二醇(分子内氢键, 主要为邻位交叉式构 象)
H
Br
H
O
OH
H H
H H
五.烷烃的物理性质
物质的物理性质主要包括 、 、
=
37/1 = 5.2 63/9
相对活性：叔氢>仲氢>伯氢
(ii)溴化反应 溴化反应速度比氯化反应慢得多，溴的反应活性比氯小。
CH3CH2CH3
+
Br2
hν 127℃
CH3CH2CH2Br
+CH3CHCH3
Br
CH3CHCH3
+ Br2
hν 127℃
(CH3)2CHCH2
+(CH3)3CBr
CH3
B
B
60
120
180
240
300
Degrees of Rotation
360
B
H H
H
H H
H
2.正丁烷的构象
H CHH3CH3
H
CH 3
H CH3
H CH3H
H H
H
H
H CH3
H
H
H CH3
H
H CH3
HH
CH 3
H H
HH
H
H
HH
H
H
CH 3
H
H
A.全重叠式 B.顺交叉式 C.部分重叠式 D.反交叉式 E.顺交叉式