第二章 饱和烃

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CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 3 CH 3 H 3C C CH 3 CH 3
正(n-)戊烷 异(iso-)戊烷
新(neo-)戊烷
烷基 CH3CH 3
通式:CnH2n+1 , R-。 甲基
CH
C2H5异丙基 仲丁基
乙基
CH3CH2CH2-
乙烷
C-C σ 键
- +
+
- +
C-Hσ键(SP3-S)
C-Cσ键(SP3-SP3)
σ键:价电子云具有轴对称的共价键。 σ电子: σ键上的电子。 单键是σ键,可以自由旋转。
- +
分子模型:
球棒模型 凯库勒(Kekü )模型 lé
比例模型 斯陶特(Stuart)模型
其它烷烃的结构:成锯齿型
CH 2 H 3C CH 2
1)构造(constitution):分子中原子间的连接方式和次序; 2)构型(configuration):一定构造的分子中,原子和基 团在空间的排布; 3)构象(conformation):一定构型的分子中,由于单键 的旋转而导致原子和基团在空间的不同排布。 构型是固定的,而构象一般是瞬间的。构型的变化须破 坏化学键,而构象的变化则不会发生键的断裂。
CH 3 CH 2CH 2CH 3
1 2 3 4
丁烷(普通命名法:正丁烷)
• 支链烷烃: 1. 选择主链:最长、支链最多的碳链。称 “某烷”。甲、 乙、…
2. 编号:从最靠近支链的一端开始。使取代基位次最小。
3. 命名:先写取代基(标出取代基的位置),再写某烷。
CH 3
2
CH 3 CH CH 2 CH 2 CH 3
四、沸点
正烷烃的沸点随着分子量的增加而增高。 烷烃异构体中,支链愈多,沸点愈低。
沸 点 ( ) 碳 原 子 数 目
CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3
b.p(℃ ): 36.1 m.p(℃): -129.7

正烷烃的沸点曲线
CH 3 CH 3CH CH 2CH 3 CH 3 H 3C C CH 3 CH 3
CH 2 CH 3
CH 2 H 3C CH CH 3
CH 2 CH 3
键线式
二、烷烃的构象
同一构型的化合物,由于单键的旋转而产生分子中原子在 空间不同的排列形式,称为构象。 乙烷的构象:CH3-CH3
契型式
纽曼 (Newman) 投影式
透视式
H H H H H H
交叉式
重叠式
交叉式
乙烷的典型构象有两种:
·C1 + ·Cl → C1 · 3 + · 3 → CH3CH3 CH CH · 3 + ·C1 → CH3C1 CH
链终止
四、卤代反应取代的位置与自由基的稳定性:
CH 3 CH 2 CH 3
Cl2
光,25℃
Cl Cl CH 3 CH 2 CH 2 + CH 3 CH CH 3
43%
57%
CH 3
95~150℃,1~2MPa
H 3C
CH CH 3
90%
CH 3
在炼油工业上往往利用烷烃的异构化反应,使石油馏分中的 直链烷烃异构化为支链烷烃,以提高汽油的质量。
2. 裂化反应 • 在高温(400~1000℃)及无氧条件下使烷烃分子发
生键断裂的反应叫裂化反应。
C16H34
500℃ 2~3MPa 裂化
/
R-CH2OH + R-CHO + R-COOH MnO2,O2 ~110℃
R CH 2 CH 2 R
R COOH
+ R COOH
/
工业上常用高级烷烃通过氧化反应来制备高级脂肪醇和脂肪酸
二、异构和热裂
1. 异构化
化合物从一种异构体转变成另一种异构体的反应叫异 构化反应。
AlCl3, HCl CH3CH2CH2CH3
键的离解能(kj/mol)
伯氢 伯氢 CH3-H CH3CH2CH2-H (CH3)2CH-H 435 412 395
三、取代反应 烷烃分子中的氢原子被其他原子或基团所取代的反应。 卤代反应:被卤素取代的反应。也称卤化反应。 强烈阳光
CH4 + Cl2
CH4 + Cl2 CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + Cl2 漫射光
C + 4HCl
CH3Cl + HCl CH2Cl2 + HCl CHCl3 + HCl CCl4 + HCl
二、同分异构现象 CH4 : C2H6 : C3H8: C4H10: CH4 CH3-CH3 CH3-CH2-CH3 CH3-CH2 -CH2 -CH3
CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 3
C
CH 3 CH 3 CH CH 3
C5H12:
CH 3 CH 3 C CH 3 CH 3
二、离子型反应:
Hale Waihona Puke 通过离子型中间体进行的反应。(正碳离子、负碳离子)
异裂:A∶B→A+ + :B正、负离子 在酸、碱、极性溶剂中进行。
三、烷烃的卤代反应历程: (以CH4 + Cl2反应为例) 链引发 链增长 Cl :Cl hγ 2Cl·
· + CH4 → ·CH3 + HC1 C1 · 3 + Cl2 → CH3C1 + · CH C1 …… …… · + CH3Cl → ·CH2C1 + HC1 C1 · 2C1 + C12 → CH2C12 + · CH C1 …… ……
1 3 4 5
2-甲基戊烷
CH 2 CH 3 CH 3 H 3 C CH 2 CH CH 2 CH
7 6 5 4 3
CH 2 CH 3
2 1
3-甲基-5-乙基庚烷
CH 3
1 2 3
CH 3
CH 3 C CH 2 CH CH 3
4 5
2,2,4-三甲基戊烷
CH 3
CH 3 CH 3 CH CH 2 CH 2 CH CH 2 CH CH 3 2,4,7-三甲基辛烷 2 5 4 3 1 8 7 6 CH 3 CH 3
CH 3 CH 2 CH CH CH
7 6 5 4 3
CH CH 3
2 1
CH 3 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷 CH 3
4. 支链上含有取代基时,要对支链进行编号和命名。
编号从与主链相连的碳原子开始。
CH 3 CH CH
2 6 1 5 4
CH 3
3 9 8 7
伯氢原子,第一氢原子
仲碳原子,第二碳原子:2。
叔碳原子,第三碳原子:3。 季碳原子,第四碳原子:4。
仲氢原子,第二氢原子
叔氢原子,第三氢原子
2-2
烷烃的命名
一.普通命名法(习惯命名法)
1.根据烷烃中碳原子的数目称为 “某烷”。 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一烷… 2.区分异构体。用“正、异、新等”区别。 例:C5H12 戊烷
C C C C C C
C6H14: C C C C C C
碳链异构
C C C C C C C C C C C C C C C C C
三、烷烃中碳原子和氢原子的类型
1 3 1 2 H3C CH2 CH CH3 CH3 。 1
伯碳原子,第一碳原子:1。
。 。


CH3 。 。 1 4 H3C C CH3 CH3
H
H
透 视 式
H
H
H H H H H
H H H
纽 曼 投 影 式
交叉式
重叠式
乙烷分子的能量曲线
交叉式最稳定 为优势构象
丁烷的构象: CH3-CH2-CH2-CH3
典型的构象有四种
对位交叉式
部分重叠式
邻位交叉式
完全重叠式
丁烷构象的势能图
能量:全重叠 > 部分重叠 > 邻位交叉
> 对位交叉
几个概念:
CH 3
3 2
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 C CH 2 CH 2 CH CH 3 CH CH CH 3
3 2 1
CH 3
1
CH 3
CH 3
2-甲基-5,5-二(1,2-二甲基丙基)壬烷 2-甲基-5,5-二-1/,2/-二甲基丙基壬烷
CH 3
1 2 3
CH 3 H 3C C CH 2 CH 3
1 2 3 4 5 6 7 8
H 3C CH CH 2 CH CH CH 2 CH 2 CH 3 H 3C CH CH 2 CH 3
2-甲基-4-仲丁基-5- ( 1,1-二甲基丙基 ) 辛烷
2-3
烷烃的结构
一、甲烷的构型、sp3杂化、σ 键 构型:指具有一定结构的分子中各原子在空间的排列
情况。 H
一、物质状态(25℃,一个大气压下)
C1~C4烷烃:气体 C5~C16正烷烃:液体 C17以上:固体
二、密度
直链烷烃的密度随分子量的增加而增大,最后趋向于 最大值0.78。烷烃异构体中,碳链分支使密度降低。
三、溶解度
烷烃为非极性化合物,不溶于水,溶于某些有机溶剂。 如苯、 氯仿、四氯化碳、其它烷烃。
甲烷:CH4 正四面体结构 C-H 键长: 109pm
C H
H H
H-C-H 键角: 109.5°
甲烷的正四面体结构
C:1S22S22P2
激发 sp3杂化
2p
2p
sp3
2s
基态
2s
激发态
• 杂化:不同类型的轨道相互作用而形成新轨道的过程。
每个sp3杂化轨道具有1/4s成分和3/4p成分。
- +
葫芦 形 C-H σ 键
丙基
CH 3
CH 3CH 2 CH CH 3
CH3CH2CH2CH2H 3 C CH CH 2 CH 3
丁基 异丁基
CH 3 H 3C C CH 3
CH 3
叔丁基
H 3 C C CH 2 CH 3
新戊基
二、衍生物命名法
H H 3 C C CH 2 CH 3 CH 3
二甲基乙基甲烷
三、系统命名法(IUPAC命名法) • 直链烷烃:根据碳原子数称为“某烷”。甲、乙、…
28 -159.9
9.5 -16.6
五、熔点
正烷烃的熔点随着分子量的增加而增高。 分子结构的对称性越大,熔点也越高。
熔 点 ( ℃ ) 碳原子数目
正烷烃的熔点曲线
2-5
一、氧化和燃烧 1.燃烧——完全氧化 CnH2n+2 + O2
烷烃的化学性质
燃 烧
CO2 + H2O + 热量
2.部分氧化
R-CH3 锰盐,O2 部分氧化
漫射光
漫射光 漫射光
CH4 : Cl2 = 10 : 1 温度:400~450℃ 主要产物:一氯甲烷 CH4 : Cl2 = 0.263 : 1 温度:400℃ 主要产物:四氯化碳
2-6
游离基取代反应历程简介
一、游离基反应(自由基反应):
通过游离基历程而进行的反应。 均裂:A∶B →A· + ·B 游离基或自由基 一般在热、 光或引发剂存在下进行。
C8H18 + C8H16
C8H18
C4H10 + C4H8 CH4 + C3H6
C4H10
500℃
C2H6 + C2H4
脱氢
C4H8 + H2
裂化比脱氢容易进行。 离解能:C-C:348kj/mol; CH4 1200℃以上 C-H:416kj/mol C + 2H2
• 热裂化:在5MPa,500-600℃进行的裂化反应。 • 催化裂化:在450-500℃、常压及催化剂存在下进 行的裂化。 • 石油工业利用裂化反应来提高汽油(C6~C9)的产量 和质量。原油分馏只能得到10-20%的汽油,且质量不好。 • 裂解:石油馏分在700℃以上进行的深度裂化。 • 目的:获取基本化工原料。如:乙烯、丙烯、丁烯、 丁二烯、乙炔等。
CH 3 CH 3 Cl Cl2 CH 3 C Cl + CH 3 CH CH 2 CH CH 3 CH 3 光,25℃ CH 3
36%
64%
仲氢:伯氢=57/2:43/6=4:1
叔氢:伯氢=36/1:64/9=5 :1 叔氢:仲氢:伯氢=5:4:1
氢的相对活性: 叔氢>仲氢>伯氢
• 用键的离解能解释:
烯烃 炔烃 二烯烃 环烷烃 环烯烃 单环芳烃 稠环芳烃
2-1
烷烃的同系列、通式和同分异构现象
• 饱和烃:C、C以单键相连,其它与H相连。 • 烷烃:开链的饱和烃。 • 环烷烃:闭链的饱和烃。 一、烷烃的同系列、通式
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
烷烃的通式 :CnH2n+2 • 同系列:通式相同,结构、性质相似,组成上相差一个或多个 CH2 的一系列化合物。同系列中的化合物互为同系物。 • 系列差 :CH2
2-4
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、密度、折光率和溶解度等 称为物理常数。
• 分子间作用力是影响物理性质的主要因素。 • 烷烃为非极性分子,分子间作用力是色散力,随分子量的
增大而增大,随分子间距离的增大而迅速减小。
• 烷烃同系列中,m.p, b.p,d 都随分子量增加而增加, 即随碳数增加而增加。
第二章 饱和烃
A 烷烃 烷烃的通式、结构和命名
烷烃的物理性质、化学性质 自由基取代反应历程
B C 环烷烃
通式、命名、结构、物理性质、化学性质
石油和天然气
烃:碳氢化合物,仅含C、H。
烃的衍生物:烃分子中氢被其它原子或基团所取代。
饱和烃(烷烃、石蜡烃) 开链烃 (脂肪烃) 不饱和烃 烃 脂环烃 环状烃 芳香烃
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