4第四章 烷烃 自由基取代反应
04烷烃的自由基反应与烯烃的亲电加成反应

反应进程
卤素相对反应活性: F2 > Cl2 > Br2 > I2 (不反应) 甲烷与其它卤素的反应:
CH 4 X2
hv or
CH 3 X CHX 3
+ +
CH 2 X 2 + CX 4
+ +
+
HX
CH 4 ( 过 量 ) + CH 4
+
hv or
X2
hv or
CH 3 X CX 4
+
难
与溴的加成反应:在光照条件下,环状烷烃与溴 主要发生卤化反应,但环丙烷在室温条件下、环 丁烷在加热条件下可以与溴发生加成反应。五元 及以上环烷烃只发生卤化反应。
+ Br2 rt BrCH2CH2CH2Br
+
Br2
Br
BrCH2CH2CH2CH2Br
+
Br
日光
+
HBr
与溴化氢的加成反应:环丙烷可以与溴化氢发生 加成反应,四元及以上环烷烃不发生该反应。对 于取代环丙烷,键的断裂主要发生在取代基最多 与取代基最少的碳之间,且溴原子加到取代基最 多的碳原子上 。
思考:比较下列碳正离子的稳定性
CH3 CH3 HC CH3
1.
A
CH
>
H2 C
CH B
>
H3C
C CH3 C
2.
H3C
C OCH3 CH3 A
H3C
C
NO2
H3C
C
CH3
CH3 B
CH3 C
A
>
C
>
B
实验事实:
H3C C CH2 H3C + HBr Br H3C C CH3 CH3 + H H3C C CH3 CH2Br
有机化学 烷烃

3
5
2
4
3
2
1
C H
C H
C H C H
3
C H C H C H
2 2
C H C H
3
C H C H
3
C H
3
C H 3 2 , 3 , 5 - 三 甲 基 - 4 - 丙 基 庚 烷
六个碳的主链上有四个取代基
六个碳的主链上有两个取代基
主链选最长;侧链当作基;编号近侧链;基位注在前。 (6)若在主链的等距离两端同时遇到取代基且多 于两个时,则要比较第二个取代基的位次大小,依 次类推(使取代基位次之和最小)。 6 5 4 3 2 1 CH3 CH CH2 CH CH CH3
戊烷C6H14有3个构造异构体
• 戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个 H被甲基-CH3 取代的产物。
随着碳原子数的增加,异构体的数目增加很快
• • • • • •
己烷C6H14有5个构造异构体, 庚烷C7H16有9个构造异构体, 辛烷C8H18有18个构造异构体. C10H22有75个构造异构体. C13H28有802个构造异构体, C25H52有3679个构造异构体…
对简单烷基可以用普通命名法:烷变基
CH3
甲基 Methyl (Me)
CH3CH2
乙基 Ethyl (Et)
CH3CH2CH2
(正)丙基 Propyl (Pr)
CH3CHCH3
异丙基
Isopropyl (i-Pr)
CH3 CH3
CH3CH2CH2CH2— CH3CHCH2CH3 CH3CHCH2— CH3-C— CH3
3、系统命名原则 1)选主链(母体)和取代基
•选择主链 ——把构造式中连续的最长碳链作为母体
邢其毅《基础有机化学》(第3版)(上册)章节题库-烷烃 自由基取代反应(圣才出品)

第4章烷烃自由基取代反应一、选择题1.下列自由基中最稳定的是()。
【答案】B【解析】p-π共轭使自由基稳定。
2.下列1,2,3-三氯环己烷的三个异构体中,最稳定的异构体是()?【答案】(c)3.下列化合物按沸点由高到低排列(不要查表)()。
a.3,3-二甲基戊烷b.正庚烷c.2-甲基庚烷d.2-甲基己烷A.d>a>b>cB.b>c>d>aC.c>b>d>aD.a>d>c>b【答案】C4.反应的反应类型属于()。
A.碳正离子重排B.亲核加成C.亲电加成D.自由基反应【答案】D5.分子式为的三元环化合物,其可能的异构体总数为()?A.6个B.5个C.4个D.3个【答案】B二、填空题1.两环烷烃的分子式均为,燃烧热较大的是。
【答案】(a)2.比较环丁烷、环己烷、环庚烷分子中1mol的燃烧值大小。
【答案】环丁烷>环庚烷>环己烷3.写出烷烃中熔点与沸点最接近的一个异构体。
【答案】4.排列自由基稳定顺序(由高到低)。
A.B.C.D.【答案】A>B>C>D三、简答题1.以环己烷、乙炔为原料(其他试剂任选)合成答:2.某化合物A的分子式为,A在其同分异构体中熔点和沸点差距最小,A的一溴代物只有一种B,B进行反应都很慢,但在Ag+的作用下,可以生成烯烃C。
试写出A、B、C的构造式。
答:3.用普通命名法与系统命名法给下列化合物和烷基命名。
答:(1)异丁基;2-甲基丙基(2)二级丁基;1-甲基丙基(3)3-甲基-4-乙基辛烷(4)2-甲基-4-叔丁基庚烷;2-甲基-4-(1,1-二甲基乙基)庚烷4.利用17中得到的烷烃中伯、仲、叔氢在氯化时的活性比,求氯化时得到的各种一氯化产物的相对含量。
答:不同一氯化产物的相对含量与它们相应的原子数和活性比有关。
原子数之比为伯氢:仲氢=6:4=3:2其活性比为伯氢:仲氢=1:4所以1-氯丁烷的相对含量为2-氯丁烷的相对含量为5.如何用试管测试快速地鉴别下列化合物,写出反应结果:己烷,答:己烷很容易与其他3种物质区分出来,它不能使溴水褪色,用溶液处理以测定的存在,己烷的反应呈阴性。
第四章 烷烃 自由基取代反应

键解离能 平均键能和自由基
1、键解离能 和自由基稳定性
键的解离能: 某一键断裂所吸收的热量, 是键解离反应的焓( ΔHο反应热),用 DHο 表示,如: CH3-H → CH3 ·+ H · ΔHο= DHο= + 439.3 kJmol-1
1
CH3CH2- H → CH3CH2 ·+ H · CH3CH2CH2-H → CH3CH2CH2 ·+ H · ( CH3 )2CH-H → ( CH3 )2CH · + H ·
甲烷氯化的反应热如下所示:
(1) Cl2 (+242.7 ) (2)Cl · CH4 + (+439.3 ) (3)CH3· Cl2 + CH3· HCl + (- 431.8) CH3Cl + Cl · ΔHο= (+439.3 )+(-431.8) = + 7.5 kJmol-1 ΔHο = (+ 242.7)+ (-355.6) 2Cl · ΔHο= + 242.7 kJmol-1
第四章 烷烃 自由基取代反应
一、烷烃的结构
Alkanes: CnH2n+2 (通式,同系列,同系物) Cycloalkanes: CnH2n
H 109.5° H H H C: sp3 杂化 键角:109.5 ° C C C 平均键长: 154 pm H 平均键长:107 pm
甲烷的伞形式表示法
二、烷烃的结构特点 1、非极性分子,偶极矩为0 2、在运动中可以产生瞬时偶极矩 3、分子间有色散力(瞬时偶极矩间的相互 作用)、vander waals 引力
一步反应 A + BC [A---B---C] 过渡态 AB + C
二步反应 A + B 反应物 C 中间体 D 产物
第四章烷烃与环烷烃(新)

正丁烷C2—C3 s键旋转能量图如下:
从正丁烷的能量曲线图可见,4种构象的稳定性次序是:
随着正烷烃碳原子数的增加,它们的构象也随之而复杂,但 其优势构象都类似正丁烷,是能量最低的对位交叉式。因此, 直链烷烃碳链在空间的排列,绝大多数是锯齿形,而不是直 链,只是为了书写方便,才将其结构式写成直链。
思考题 预测2,3-二甲基丁烷在室温下进行氯代反应时,所得 各种一氯代产物的得率之比。
烷烃的溴代反应生成相应的溴代物。 溴代反应3°、2°、1°氢原子的相对反应活性比为 1600:82:1。
卤代反应所用的卤素不同或反应条件不同,各种异构体产物的 相对数量有着显著的差异。
丙烷1o、2o 氢氯代能
量图
受体:指对特定的生物活性物质(包括药物、激素等)具 有识别能力,并可选择性结合的生物大分子。
四.烷烃的物理性质 有机化合物的物理性质,一般是指物态、沸点、熔点、密度、 溶解度、折光率、旋光度和光谱性质等。烷烃同系物的物理 性质常随碳原子数的增加,而呈现规律性的变化。
烷烃的沸点、 熔点、密度 随碳数变化
☆链终止(chain-terminating step):清除自由基
两个活泼的自由基相互结合,生成稳定的分子或加入少量能抑制自由基生成 或降低自由基活性的抑制剂,使反应速率减慢或终止反应。
★甲烷氯代反应的机制不仅适用于甲烷的溴代反应,而且也 适用于其他烷烃的卤代反应,甚至还适用于分子中含有类似 烷烃结构的许多非烷烃化合物。
卤代反应(halogenation reaction):烷烃分子中的氢原子被卤 素原子取代的反应。
1.甲烷的卤代
在紫外光照射或高温250~400℃ 的条件下,甲烷和氯气混合可剧烈地发 生氯代反应,得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)、四氯甲烷 (四氯化碳)和氯化氢的混合物。
第4章烷烃自由基取代反应

A
B
A + B
这种由于分子经过均裂产生自由基而引发的反应称为自由基型反应。 这种由于分子经过均裂产生自由基而引发的反应称为自由基型反应。
2Cl
+ H3C
H
H3CCl + HCl
2. 离子型反应 化学键断裂时原来的一对成键电子为某一原子或基团所占有, 化学键断裂时原来的一对成键电子为某一原子或基团所占有,这种 断裂方式称为异裂( 断裂方式称为异裂(heterolysis)。异裂产生正离子(cation)和负离 ) 异裂产生正离子( ) 子 ( anion)。 有机反应中的碳正离子和碳负离子只有瞬间寿命 , 也 ) 有机反应中的碳正离子和碳负离子只有瞬间寿命, 是活性中间体的一种。 是活性中间体的一种。
自由基取代反应
预备知识
(1) 有机反应及分类 (2) 有机反应机理 (3) 热力学和动力学 (4) 过渡态理论 (5) 反应势能图
预备知识
(1) 有机反应及分类 )
在一定的条件下,有机化合物分子中的成键电子发 在一定的条件下,有机化合物分子中的成键电子发 生重新分布,原有的键断裂,新的键形成, 生重新分布,原有的键断裂,新的键形成,从而使原有 的分子中原子间的组合发生了变化,新的分子产生。 的分子中原子间的组合发生了变化,新的分子产生。这 种变化过程称为有机反应 有机反应( 种变化过程称为有机反应(organic reaction)。 )
苯甲基自由基
CHCH2 > (CH3)3C > (CH3)2CH
三级丁基自由基 异丙基自由基
烯丙基自由基
> CH3CH2 > CH3
>
乙基自由基 甲基自由基 苯基自由基
两点说明
自由基取代反应举例

自由基取代反应举例自由基取代反应是有机化学中的一种重要反应类型。
在这类反应中,自由基(即带有一个未成对电子的中性原子或分子)与其他化合物发生作用,从而取代原有的化学键。
以下是十个例子,以帮助理解自由基取代反应的应用和机理。
1. 卤代烷的氯代反应:自由基取代反应常用于制备卤代烷。
例如,当氯气(Cl2)与甲烷(CH4)在紫外光的作用下反应时,产生氯甲烷(CH3Cl)和氯自由基(Cl•)。
2. 醇的氧代反应:自由基取代反应也可用于合成醇的氧代衍生物。
例如,当氢氧自由基(HO•)与乙烯(C2H4)反应时,产生乙醇(CH3CH2OH)和乙醇自由基(CH3CH2O•)。
3. 烷烃的氢代反应:自由基取代反应还可用于制备烷烃的氢化衍生物。
例如,当氢气(H2)与丙烷(C3H8)在高温和高压下反应时,产生丙烷(C3H6)和氢气自由基(H•)。
4. 芳香化合物的取代反应:自由基取代反应也可用于合成芳香化合物的取代衍生物。
例如,当苯(C6H6)与氯气(Cl2)在紫外光的作用下反应时,产生氯苯(C6H5Cl)和氯自由基(Cl•)。
5. 醛的氢代反应:自由基取代反应还可用于制备醛的氢化衍生物。
例如,当氢气(H2)与甲醛(CH2O)在催化剂存在下反应时,产生甲醇(CH3OH)和甲醇自由基(CH3O•)。
6. 碳酸酯的酯化反应:自由基取代反应也可用于合成酯类化合物。
例如,当碳酸二甲酯(CH3OCOOCOCH3)与乙醇(CH3CH2OH)在催化剂存在下反应时,产生乙酸甲酯(CH3COOCH2CH3)和乙酰自由基(CH3COO•)。
7. 烯烃的氯代反应:自由基取代反应可用于合成烯烃的卤代衍生物。
例如,当氯气(Cl2)与丁二烯(C4H6)在紫外光的作用下反应时,产生1,4-二氯丁烯(CH2=CHCHClCH2Cl)和氯自由基(Cl•)。
8. 酮的氢代反应:自由基取代反应还可用于合成酮的氢化衍生物。
例如,当氢气(H2)与丙酮(CH3COCH3)在催化剂存在下反应时,产生异丙醇(CH3CHOHCH3)和异丙醇自由基(CH3CHOH•)。
第四章 烷烃自由基取代反应

3. 有机反应的分类
按反应时键断裂和生产的方式 :自由基型、离子型、协同 亲电反应: 决进攻而发生的反应。 协同反应: 旧键的断裂与新键的生成都相互协调地在同一步骤中完成。 按反应物和生成物的结构关系 : 酸碱 (acid-base) 、 取代 ( substitution reaction) 、 加成 (addition reaction) 、 消除 (elimination reaction) 、 重排 ( rearrangement reaction) 、氧化还原( oxidation and reduction) 、缩合( condensation) 。
→ R3COOH + R3C·
过氧化物易产生爆炸的原因: -O-O-键是个弱键,在适当温度下很容易分解,产生自由基,自由基引发链反应,产生大量自由基,促使反应很快 进行,并放出大量热。
10. 烷烃的硝化
烷烃与硝酸或四氧化二氮进行气相(400~450℃)反应,生成硝基化合物(RNO2) 。 硝基烷烃可以转变成多种其他类型的化合物,如胺、羟胺、腈、醇、醛(Nef 反应) 、酮及羧酸等。硝基烷烃在工业上是很有用的溶剂,例如溶 解醋酸纤维、假漆、合成橡胶以及其他有机化合物。低级硝基烷烃都是可燃的,而且毒性很大。
6. 自由基反应
自由基碳呈 sp2 杂化(碳正离子 P 248 也是一样;碳负离子一般为 sp3 杂化,中的一对负电子占用的轨道会对其他 σ 轨道有排斥, 而成三角锥形,即这对负电子占有一个 sp3 杂化轨道) , p 轨道被一个孤电子占据。 在同系列中第一个化合物往往是比较特殊的。 解离能越低的碳自由基越稳定。 数据表明断裂 C-C 键所需的能量比 C-H 键小,因此 C-C 键易断同时还可以看出断裂 CH3CH2CH2CH3 中 C-C 键,形成两个 CH3CH2· 时H 最小, 说明大分子在中间断裂的机会是比较多的。 慢引发,快增长,速终止,有转移。 自由基反应的特点是没有明显的溶剂效应,酸、碱等催化剂对反应也没有明显影响当反应体系中有氧气(或有一些能捕捉自由基的杂质存在,如 下)时,反应往往有一个诱导期。所以自由基反应要做到防水防氧防铁。
- 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)。
③ 深度裂化:温度高于700℃,又称为裂解反应,主
要是提高烯烃(如乙烯)的产量。
15
五、重要的烷烃
1、甲烷——天然气、沼气、坑道气、可燃冰;
2、石油醚(戊烷和己烷的混合物);
3、石蜡
16
石油
C1-C4(40℃以下时的馏分)是石油气(燃料);
C5-C11(40-200℃时的馏分)是汽油; C9-C18(150-250℃时的馏分)是煤油; C14-C20(200-350℃时的馏分)是柴油; C20以上的馏分是重油,再经减压蒸馏能得到润滑油、 沥青等物质。
CH3
4、裂化反应
无氧、高温
CH3CH2CH2CH3
500 C
。
CH4 + CH3CH=CH2 CH2=CH2 + CH3CH3 H2 + CH3CH2CH=CH2
CH3CH3
600 C
。 CH2=CH2 + H2
14
裂化反应——提高汽油的产量 ——用于合成乙烯
裂化反应的分类:
① 热裂化:5.0MPa,500~700℃,可提高汽油产量; ② 催化裂化:450~500℃,常压,硅酸铝催化,除 断C—C键外还有异构化、环化、脱氢等反应,生成 带有支链的烷、烯、芳烃,使汽油、柴油的产、质 量提高;
3n+1 2
CO2 + 2H2O 2CO2 + 3H2O O2
H=-881KJ/mol-1 H=-1538KJ/mol-1
nCO2 + (n+1)H2O + 热量
11
(2)部分氧化反应
CH4 + O2 。 600 C
NO
HCHO + H2O
甲醛
目前用得最多的是 甲烷氧化合成甲醇
RCH2CH2R'
条件——光照、高温
9
甲烷氯代
CH4 + Cl2 hv CH3Cl + HCl
CH3Cl + Cl2
hv
CH2Cl2 + HCl
CH2Cl2 + Cl2
hv
CHCl3 + HCl
CHCl3 + Cl2
hv
CCl4 + HCl
10
2、氧化反应
(1)完全氧化反应
CH4 + 2O2 CH3CH3 + 7O2 CnH2n+2 +
(3)其它烷烃的取代
Cl
+ Cl2
hv -HCl 57%
+ 43%
Cl
Cl
+ Cl2
hv -HCl 36%
+ 64%
Cl
Br
+ Br2hv源自22>99%
不同卤原子与不同氢原子反应的相对速率:
卤原子
F
伯氢
1
仲氢
1.3
叔氢
1.8
Cl
Br
1
1
4.4
80
6.7
1800
I
1
1850
210000
23
七、环烷烃的特性
第四章 烷烃 自由基取代反应
• 烃——碳氢两种元素组成的化合物 • 分类——烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃 • 烷烃——开链烃、环烷烃
1
一、烷烃的同系列及同分异构现象
1、烷烃的同系列(Homologous series)
烷烃通式——CnH2n+2
系列差——CH2
2
2、烷烃的同分异构现象
随着碳原子数的增加,烷烃异构体的数目增加得很快。
1、五、六元环及大环烷烃 普通脂环烃具有开链烃的通性。 环烷烃主要是起自由基取代反应,难被氧化。
+ Br2 300oC
Br
CH3 CH3
+
Br2
300oC
Br
24
2、小环烷烃的特性反应
(1)加氢
Ni 80oC CH3CH2CH3
Ni + H2 200oC CH3CH2CH2CH3
Pd >300oC CH3CH2CH2CH2CH2CH3
丁烷——2种;
戊烷——3种
己烷——5种
3
二、 烷烃的结构
1、烷烃的构型
构型——原子在空间的排列方式。
2P SP3 2S
4
2、碳原子的种类
种类: 伯 另称:一级 表示: 1o
仲 二级 2o
叔 三级 3o
季 四级 4o
5
3、不同的氢原子
连在伯碳上氢原子叫伯氢原子(一级氢,1°H) 连在仲碳上氢原子叫仲氢原子(二级氢,2°H) 连在叔碳上氢原子叫叔氢原子(三级氢,3°H)
17
石油加工产品
• • • • • • • 石油燃料 润滑油 蜡、沥青和石焦油 溶剂和石油化工产品 石油提炼: 汽油 柴油 成品油率% 国内 0.215 0.394 63.7 国际 0.29 0.49 71
18
六、自由基取代反应
1、自由基和自由基反应
自由基(游离基):带有孤单电子的原子或原子团。
不同类型的氢原子在反应性能上是有差别的。
6
三、烷烃的物理性质 (P130-132)
P132表4-1 一些链烷烃和环烷烃的物理常数
7
四、烷烃的化学性质
化学性质稳定,能做一般反应的溶剂。 但能发生游离基反应(光照、高温)。
8
1、取代反应
烷烃的氢原子被其它原子或原子团取代的反应。
C
H
+ X2
C
X
+
HX
③少量氧的存在会推迟反应的进行。
以上实验事实,说明该反应是一自由基反应!
参考P141.
20
(2)甲烷氯代反应机理
Cl2 hv 2Cl
链引发
+ HCl + CH3Cl
Cl CH3
+ CH4 + Cl2
CH3 Cl
链增长
2Cl CH3 CH3 + + Cl CH3
Cl2 CH3Cl CH3CH3
21
链终止
+ HBr
Br
H2O + H2SO4
OSO3H OH
主要产物为“氢多加氢,氢少加负离子” 环烷烃的性质总的来说,小环似烯,大环似烷。 但小环不被高锰酸钾氧化,以此与烯烃区别。
27
作业
P130-154 4-4,4-6,4-9,4-10,4-14,4-23
28
25
(2)加卤素
+ Br2/CCl4 CH2 Br CH2 CH2 Br
+ Br2/CCl4
CH3
CH3 C CH CH2 Br
Br
CH3 Br
+ Br2/CCl4 CH2 Br
+ Br2/CCl4
溴褪色可 用于鉴别 环烷烃
CH2 CH2 CH2
不起加成,而是取代反应
26
(3)加HX, H2SO4
。 O2,120 C Mn盐,1.5-3.0MPa
RCOOH + R'COOH
缺点:副产物多,难提纯
12
3、 异构化反应
异构化反应——化合物转变成它的异构体的反应。
CH3CHCH3 CH3CH2CH2CH3 。 95-150 C,1-2MPa 20% 80%
支链烃比支链烃稳定
13
AlCl3,HCl
自由基反应:有自由基(游离基)参加的取代反应。
自由基反应的特点:自由基的产生、转移和终止。
自由基反应的条件:光照或高温,引发剂。
自由基反应的类型:取代、加成。
19
2、反应机理
根据反应事实,对反应做出的详细描述和理论解释。
(1)甲烷氯代反应的实验事实:
①加热或光照下进行,一经开始便可自动进行;
②产物中有少量乙烷;