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1、第二章第二章 烷烷 烃烃2.1 烷烃的通式、同系列和构造异构烷烃的通式、同系列和构造异构2.2 烷烃的命名烷烃的命名2.3 烷烃的结构烷烃的结构2.4 烷烃的构象烷烃的构象2.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质2.6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质2.7 甲烷氯代反应历程甲烷氯代反应历程2.8 甲烷氯代反应过程中的能量变化甲烷氯代反应过程中的能量变化2.9 一般烷烃的卤代反应历程一般烷烃的卤代反应历程2.10 烷烃的天然来源烷烃的天然来源第二章第二章 烷烃烷烃(一一)烃的定义烃的定义(二二)烃的分类烃的分类:分子中只含有分子中只含有C、H两种元素的有机化合物叫两种元素的有机化合物叫 碳氢化合物碳氢
2、化合物,简称烃简称烃.根据烃分子中碳原子连接方式1)脂肪烃：饱和烃和不饱和烃2)脂环烃：分子中碳原子联结成闭合碳环3)芳香烃：含芳香环的一大类烃化合物，如苯环(1)烷烷烃烃碳碳原原子子的的四四个个共共价价键键，除除以以单单键键与与其其他他碳碳原原子子相相互互结结合合成成碳碳链链外外，其其余余的的价价键键也也都都和和氢氢原原子子相相结结合合，即即完完全全为为氢氢原原子子所所饱饱和和。又又叫叫饱饱和和烃烃,由由于于石石蜡蜡是是烷烷烃烃的的混混合物合物,故烷烃也称故烷烃也称石蜡烃石蜡烃.例例如如:甲甲烷烷,乙乙烷烷,丙丙烷烷,丁丁烷烷(正正丁丁烷烷,异异丁丁烷烷),戊戊烷烷(正正戊戊烷烷,异戊烷异戊
3、烷,新戊烷新戊烷).2.1 烷烃的通式烷烃的通式,同系列和同分异构同系列和同分异构丙烷丙烷 C3H8丁烷丁烷 C4H10戊烷戊烷 C5H12CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3CH4CH3CH3甲烷甲烷 CH4乙烷乙烷 C2H6名称名称 分子式分子式 构造式构造式 构造式的简写式构造式的简写式(2)烷烷烃烃的的通通式式直直链链烷烷烃烃分分子子中中，一一个个或或几几个个-CH2-基基团团（亚亚甲甲基基）连连成成碳碳链链，碳碳链链的的两两端端再再连连有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为:H-(-CH2-)n-H 或：或：CnH2
4、n+2 同分异构体同分异构体由于分子式相同由于分子式相同,但它们的构但它们的构造不同造不同(分子中各原子相连的方式和次序不同分子中各原子相连的方式和次序不同).又叫构造异构体。又叫构造异构体。戊戊烷烷可可看看成成是是正正丁丁烷烷和和异异丁丁烷烷上上的的一一个个 H被被甲甲基基-CH3 取代的产物取代的产物:(正戊烷正戊烷,异戊烷异戊烷,新戊烷新戊烷).烷烷烃烃分分子子中中，随随着着碳碳原原子子数数的的增增加加,烷烷烃烃的的构构造造异异构体的数目也越多构体的数目也越多.写出写出C7H16的同分异构体？的同分异构体？烷烃的通式烷烃的通式 CnH2n+2,直链烃的通式可写为直链烃的通式可写为:H-(
5、-CH2-)n-H同系物同系物在组成上相差一个或多个在组成上相差一个或多个 CH2同系列相邻的两个同系列相邻的两个分子式的差值分子式的差值 CH2 称为系差称为系差.(3)同系物同系物在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子（或一级碳原子，用在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子（或一级碳原子，用1表示）表示）与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子（或二级碳原子，用与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子（或二级碳原子，用2表示）表示）与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子（或三级碳原子，用与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子（或三级碳原子，用3表示）表示）与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子（或四级碳原子，用
6、与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子（或四级碳原子，用4表示）表示）(4)烷烃中碳原子的分类烷烃中碳原子的分类:与伯与伯,仲仲,叔碳原子相连的叔碳原子相连的H原子原子,分别称为分别称为 伯伯,仲仲,叔叔H原子原子如：如：有机化合物的命名的基本要求是必须能够反映出分子结有机化合物的命名的基本要求是必须能够反映出分子结构，使我们看到一个不很复杂的名称就能写出它的结构式，构，使我们看到一个不很复杂的名称就能写出它的结构式，或是看到构造式就能叫出它的名称来。烷烃的命名法是有或是看到构造式就能叫出它的名称来。烷烃的命名法是有机化合物命名的基础，应很好的掌握它。机化合物命名的基础，应很好的掌握它。2.2 烷烃
7、的命名烷烃的命名常用的命名法常用的命名法 习惯命名法习惯命名法系统命名法系统命名法衍生物命名法衍生物命名法（1）含有）含有10个或个或10个以下碳原子的直链烷烃，用天干顺序个以下碳原子的直链烷烃，用天干顺序“甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸”10个字分别表个字分别表示碳原子的数目，后面加烷字。示碳原子的数目，后面加烷字。例如：例如：CH3CH2CH2CH3 命名为正丁烷。命名为正丁烷。（2）含有）含有10个以上碳原子的直链烷烃，用小写中文数字表示个以上碳原子的直链烷烃，用小写中文数字表示碳原子的数目。碳原子的数目。如如CH3（CH2）10CH3命名为
8、正十二烷。命名为正十二烷。一一.习惯命名法习惯命名法（3）对于含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个）对于含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个汉字来区别。在链端第汉字来区别。在链端第2位碳原子上连有位碳原子上连有1个甲基时，称个甲基时，称为异某烷，在链端第二位碳原子上连有为异某烷，在链端第二位碳原子上连有2个甲基时，称为个甲基时，称为新某烷。新某烷。CH3 CH3CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3-C-CH3 CH3 正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷 系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合会
9、（会（IUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字的特点而制定的（的特点而制定的（1960年制定，年制定，1980年进行了修定）年进行了修定）系统命名法规则如下：系统命名法规则如下：三三.系统命名法系统命名法(IUPAC)烷基：烷烃分子去掉一个氢原子后余下的部分。其通式为CnH2n+1-，常用R-表示。常见的烷基有：甲基 CH3 乙基 CH3CH2 正丙基 CH3CH2CH2 异丙基 （CH3）2CH 正丁基 CH3CH2CH2CH2 异丁基 （CH3）2CHCH2 仲丁基 叔丁基 （CH3）3C (1)直链烷烃按碳原子数命名直链烷烃按碳原子数
10、命名 10以内以内：依次用天干：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬甲乙丙丁戊己庚辛壬癸癸(gui).10以上以上：用中文数字：用中文数字:十一十一.烷烷.（1）选择分子中最长的碳链作为主链，按这个链所含的）选择分子中最长的碳链作为主链，按这个链所含的碳原子数称为某烷，并以此作为母体。碳原子数称为某烷，并以此作为母体。选择主链选择主链(2)带有支链的烷烃带有支链的烷烃（2）分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。一条为主链。(1)从最接近取代基的一端开始，将主链碳原从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用子用1、2、3编号编号 碳原子的编号碳原
11、子的编号（2）若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最低系列原则）为原则。低系列原则）为原则。A 将支链（取代基）写在主链名称的前面B 取代基按“次序规则”小的基团优先列出 烷基的大小次序：甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基异丁基Cl2 Br2 I2在紫外光漫射或高温下，甲烷易与氯、溴发生反应。在紫外光漫射或高温下，甲烷易与氯、溴发生反应。甲烷的卤代反应较难停留在一元阶段，氯甲烷还会继续甲烷的卤代反应较难停留在一元阶段，氯甲烷还会继续发生氯化反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和
12、四氯化碳。发生氯化反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。若控制一定的反应条件和原料的用量比，可得其中一种若控制一定的反应条件和原料的用量比，可得其中一种氯代烷为主要的产物。氯代烷为主要的产物。比如比如 甲烷甲烷：氯气：氯气=10：1（400450时）时）CH3Cl占占98%=1 ：4 （400时）主要为时）主要为CCl4实验事实证明：1.甲烷和氯气在室温下和暗处可以长期保存而并不起反应。2.在暗处，若温度高于250时，反应立即发生。3.在室温有紫外光的照射下，反应立即发生。4.若将Cl2先用光照射，然后迅速在黑暗中与甲烷混合，则发生氯代反应。5.若将Cl2照射后，在黑暗中放置一段时间，然后与
13、甲烷混合，反应又不发生。2其他烷烃的氯代反应其他烷烃的氯代反应1）反应条件与甲烷的氯代相同（光照），但产物更为复反应条件与甲烷的氯代相同（光照），但产物更为复杂，因氯可取代不同碳原子上的氢，得到各种一氯代或多氯杂，因氯可取代不同碳原子上的氢，得到各种一氯代或多氯代产物。例如：代产物。例如：2）伯、仲、叔氢的相对反应活性伯、仲、叔氢的相对反应活性分子中，有六个等价伯氢，两个等价仲氢，若氢的活分子中，有六个等价伯氢，两个等价仲氢，若氢的活性一样，则两种一氯代烃的产率，理论上为性一样，则两种一氯代烃的产率，理论上为 6 ：2=3 ：1但实际上为但实际上为 43：57=1：这说明在室温氯代时，各：这说
14、明在室温氯代时，各类氢的反应活性是不一样的，类氢的反应活性是不一样的，氢的相对活性氢的相对活性=产物的数量产物的数量被取代的等价氢的个数。被取代的等价氢的个数。这样可知：这样可知：即仲氢与伯氢的相对活性为即仲氢与伯氢的相对活性为4：1。异丁烷一氯代物 同理可求得叔氢的相对反应活性：同理可求得叔氢的相对反应活性：即叔氢的反应活性为伯氢的即叔氢的反应活性为伯氢的5倍。倍。室温时三种氢的相对活性为：室温时三种氢的相对活性为：3H：2H：1H=5：4：1在高温时（在高温时（450）氯代时三种氢的活性接近于）氯代时三种氢的活性接近于1：1：1。溴代反应时（光照，溴代反应时（光照，127），三种氢的相对活
15、性为：），三种氢的相对活性为：3H：2H：1H=1600：82：1如：如：故溴代反应的选择性好，在有机合成中比氯带更有用。烷烃烷烃的的卤卤代反代反应历应历程程反反应历应历程程 化学反化学反应应所所经历经历的途径或的途径或过过程，又称程，又称为为反反应应机理。机理。反反应历应历程是根据大量的程是根据大量的实验实验事事实实作出来的理作出来的理论论推推导导，实实验验事事实实越丰富，可靠的程度就越大。到目前越丰富，可靠的程度就越大。到目前为为止，有些已被止，有些已被公公认认确定下来，有些尚欠成熟，有待于理确定下来，有些尚欠成熟，有待于理论论化学工作者的化学工作者的进进一步努力。一步努力。2.7 甲烷氯
16、代反应历程甲烷氯代反应历程从上可以看出，一旦有自由基生成，反应就能连续的进行下去，这样周而复始，反从上可以看出，一旦有自由基生成，反应就能连续的进行下去，这样周而复始，反复不断的进行反应，故又称为链锁反应（复不断的进行反应，故又称为链锁反应（free radical chain reaction）。）。凡是自由基反应，都是经过链的引发、链的传递、链的终止三个阶段来完成的。凡是自由基反应，都是经过链的引发、链的传递、链的终止三个阶段来完成的。(1)反反应应热热反反应应物物与与产产物物之之间间的的能能量量差差(H).负负值值为为放放热热.用键离解能估算用键离解能估算.CH3-H+Cl-Cl CH3
17、-Cl+H-Cl 435 243 349 431 678 780 H=678-780=-102 kI/mol CH3-H+Br-Br CH3-Br+H-Br 435 192 293 366 627 659 H=627-659=-32 kI/mol2.8 甲烷氯代反应过程的能量变化甲烷氯代反应过程的能量变化 说明说明:比较比较反应热反应热,溴代反应比氯代反应缓慢溴代反应比氯代反应缓慢.反应热、活化能和过渡态反应热、活化能和过渡态(1)Cl-Cl 2Cl 243 H=+243 kj/mol(2)Cl+H-CH3 H-Cl+CH3 435 431 H=+4 kj/mol(3)CH3+Cl-Cl CH
18、3-Cl+Cl 243 349 H=-106 kj/mol活活化化能能-过过渡渡态态与与反反应应物物之之间间的的能能量量差差是是形形成成过过渡渡态态所所必必须须的的最最低能量低能量,也是使该反应进行所需的最低能量也是使该反应进行所需的最低能量,叫活化能叫活化能.Cl+H-CH3 H3CHCl H-Cl+CH3 反应的能量变化反应的能量变化 X2 2X (光或热光或热)X+RH HX+R R+X2 RX+X .X +X X2 R+X RX R +R R-R2.9 一般烷烃的卤代反应历程一般烷烃的卤代反应历程(1)链的引发：链的引发：(2)链增长链增长(链传递链传递):(3)链终止链终止:自由基的
19、稳定性 两个反应产物的比例与反应物中该种氢的比例不相一致，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。2.6.1 氧化反应氧化反应1、燃烧、燃烧燃烧反应的机制非常复杂，但也是自由基反应。燃烧反应的机制非常复杂，但也是自由基反应。1、完全燃烧 用途：可用燃烧来测定它们的C、H含量。很好的燃料。2、不完全燃烧、不完全燃烧烷烃的不完全燃烧会产生有毒的烷烃的不完全燃烧会产生有毒的CO和黑烟和黑烟C，是汽车尾气，是汽车尾气所造成的空气污染之一。所造成的空气污染之一。用途：用途：炭
20、黑是黑色的颜料。炭黑是黑色的颜料。可作为橡胶的填料，具有补强作用可作为橡胶的填料，具有补强作用3、部分氧化 在控制条件时,烷烃可以部分氧化,生成烃的含氧衍生物。例如石蜡（含2040个碳原子的高级烷烃的混合物）在特定条件下氧化得到高级脂肪酸。RCH2CH2R+O2 RCOOH+RCOOHMnO2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。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。裂化：烷烃在隔绝空气的条件下加强热，分子中的碳碳键或碳
21、氢键发生断裂，生成较小的分子，这种反应叫做热裂化。如：产生的游离基：1)可相互结合生产烷烃：2)转移1个H给另1个游离基，产生1个烷烃和1个烯烃：3)石油化工的催化重整：用催化剂（Pt，Al2O3等）促使在较低温度和压力下进行裂解，来生产燃油汽油柴油，和重要的化工原料乙烯、丙烯、丁烯等(1)石油石油(分馏产物分馏产物);(2)天然气天然气 干天然气干天然气-甲烷甲烷86%99%(体积体积)湿天然气湿天然气-甲烷甲烷60%70%,还含有一定的乙烷还含有一定的乙烷,丙烷丙烷,丁烷等气体丁烷等气体.(3)油田气油田气-低级烷烃低级烷烃,如甲烷如甲烷,乙烷乙烷,丙烷丙烷,丁烷和戊烷等丁烷和戊烷等;(4)煤层气煤层气,沼气沼气-甲烷等甲烷等;(5)甲烷冰甲烷冰.2.10 烷烃的天然来源烷烃的天然来源烷烃的制备 1、甲烷的实验室制法：2、偶联反应(1).武慈合成法特点：成倍增长碳链，只能制备对称烷烃。可制备高级烷烃。(2).柯尔贝电解法特点：成倍增长碳链，只能制备对称烷烃。可制备低级烷烃。3、由不饱和烃加氢 4、卤烷还原 5、Grignard反应 6、由酮类还原