中国农业大学有机化学课件第二章 烷烃共78页文档
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有机化学-Cp02-烷烃PPT课件
§4 烷烃的化学性质
H
CH3CH2 H
C C H CH3 CH3
Ed (kJ / mol) CH3CH2 + H 410.0 CH3 + CH3 376.6
一、氧化反应 （Oxidation reaction）
CnH2n+2
+
3n+1 2
O2
点燃
n CO2 + (n+1) H2O + 热能
二、热裂反应（Pyrolysis reaction）
HH
HHH
HHHH
HCCH HCCCH HCCCCH
HH
HHH
HHHH
HH HC
H
H C HH C CH HH
构造简式
CH3–CH3 CH3CH3
CH3–CH2–CH3 CH3CH2CH3
键线式
CH3–CH2–CH2–CH3 CH3CH2CH2CH3
CH3 CH3–CH–CH3
CH3CH(CH3)2
第二章 烷 烃
Chapter 2 Alkanes
【基本要求】
➢ 掌握烷烃的结构及结构表达 ➢ 学习碳的 sp3 杂化 ➢ 熟练指出碳原子、氢原子的类型 ➢ 掌握烷烃、烷基的命名 ➢ 掌握烷烃的卤代反应及其历程 ➢ 了解过渡状态理论
【重点难点】
➢ 碳的 sp3 杂化，烷烃的结构及结构表达 ➢ 烷烃、烷基的命名 ➢ 烷烃的卤代反应及其历程
二、烷基及其命名 烷基（alkyl）——烷烃（alkane）分
子去掉氢原子后剩下的原子团
CH3
CH3CH2
CH3CH2CH2 CH3 CH
CH3 CH3CH2CH2CH2
CH3 CH2 CH
有机化学烷烃课件
四、烷基
烷烃分子中消除一个氢原子后所剩原子团称烷基。此“基”具“一 价”涵义。常用R-代表烷基。烷基的名称由相应的烷烃而得。
1.一价基 烷烃分子中消除一个氢原子后所形成的烷基，称一价基。
例如： CH4
-H
-CH3
甲基
CH3CH3
-H
-CH2CH3
乙基
链端碳-H -CH2CH2CH3 丙基
CH3CH2CH3
只与二个碳原子相连的称为仲（或二级）碳原子，常以2°表示； 只与三个碳原子相连的称为叔（或三级）碳原子，常以3°表示； 只与四个碳原子相连的称为季（或四级）碳原子，常以4°表示。
如：
1°
1°CH3
4°
2°
3° 1°
CH3—C—CH2—CH—CH3
1°CH3 1°CH3
与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子分别称为伯、仲、叔氢原子。不同 类型的氢原子在同一反应中的反应活性不同。
HHHH
分子式相同而结构不同的化合物称为同分异构体（简称异构体）。 这种现象称为同分异构现象。
分子式相同，而构造不同的化合物称为构造异构体。烷烃的构造异构是因 碳干排列不同而产生，所以，这种异构又称碳干异构。
同分异构现象是有机化合物中存在的普遍现象。随着化合物分子中 碳原子数目的增加，同分异构体的数目亦增多。
C2H6
C3H8
C4H10
在烷烃分子中，所含碳原子和氢原子的数量，呈现一定的规律，即每
增加一个C 原子，就相应地增加两个H 原子。
烷烃通式：CnH2n+2
具有同一通式，在组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物称为同系列。 同系列中的各化合物互称同系物。相邻的同系物在组成上相差一个CH2。其 中CH2 称为同系列的系差。
有机化学第02章烷烃PPT课件
B r
B r
C
H
I
C l
与
I
C H
C l
构型异构体
• 不可转换 • 理论上可分离
H HH
H H H H
与
HH H
H H
构象异构体
•可通过单键旋转转换
•一般无法分离
28
化合物性质的两个方面 物理性质 物态：气体？ 液体 ？ 固体？ 沸点（b.p.） 熔点（m.p.） 密度（比重） 溶解度： 水中溶解度？ 有机溶剂中？ 折光率 化学性质：有机化学反应（本课程的重点）
5
2
4
1
3
6
7
8
这样选取主链及 编号是否合适？
20
三.构象 (comformation) 和构象异构体
➢ C—C单键是可以旋转的 ➢ 单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列
（构象） ➢ 不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）
乙烷的两种构象
21
描述立体结构的几种方式
H
H
1
H
potential energy (KJ/mol)
H H 1 12H旋 转 6 0 oH H
12H H旋 转 6 0 o
1
H2 HH
1 1
HH
HH
H
H H
H
……
HH 1 HH HH
1 2 .1
旋转中须克服能垒——扭转张力 • 电子云排斥 • 相邻两H间的von der waals排 斥力
H HH 1
CH3 C H 3C C H 3
CH3
异戊烷 新戊烷
isopentane neopentane
➢ 异构词头用词头“正”、“异”和“新”等区分 ➢ 相应的英文词头为 n- (normal)、iso和neo（注意不加“-”）
有机化学--第二章烷烃PPT课件
第3页/共92页
2.1.2 构造异构(constitutional isomerism)
甲烷、乙烷和丙烷只有一种，但含有四个或四个以上碳原子的烷烃则 不止一种。例如：
沸点：-0.5℃
沸点：-11.73℃
第4页/共92页
这种分子式相同,但结构不同的化合物，彼此是同分异构体。这种现象称为 同分异构现象。分子式相同，分子构造不同的化合物，称为构造异构体。这种 构造异构是由于碳骨架不同引起的，故又称碳架异构。
第39页/共92页
1. 沸点
直链烷烃的沸点(bp)一般随相对分子质量的增加而升高。因为沸点是与分子 间的作用力——van der Waals力有关的，烷烃是非极性分子，van der Waals力主 要产生于色散力。
直链烷烃的沸点与分子中所含碳原子数的关系图
一般在常温常压下，四个碳以下的直链烷烃是气体，由戊烷开始是液体， 大于十七个碳的烷烃是固体。
重叠式构象 扭转张力大
重叠式和交叉式构象之 间的能量差约为12.6 kJ·mol-1，此能量差称为能 垒。其它构象的能量介于 此二者之间。
第36页/共92页
2.3.4丁烷的构象
正丁烷可以看作是乙烷分子中每个碳原子上各有一个氢原子被甲基取 代的化合物，其构象更为复杂，我们主要讨论沿C2和C3之间的σ键键轴旋转 所形成的四种典型构象：
(3)命名时将取代基的名称写在主链名称之前，取代基的位次用主链上碳原子的编 号表示，写在取代基名称之前，两者之间用半字线“-”相连。
命名： × - × × × × ×
取短 取
母
代线 代
体
基
基
编
号
3-甲基戊烷
第20页/共92页
当含有几个不同的取代基时，取代基排列的顺序，按“次序规则”(见p73) 所规定的“较优”基团后列出。
2.1.2 构造异构(constitutional isomerism)
甲烷、乙烷和丙烷只有一种，但含有四个或四个以上碳原子的烷烃则 不止一种。例如：
沸点：-0.5℃
沸点：-11.73℃
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这种分子式相同,但结构不同的化合物，彼此是同分异构体。这种现象称为 同分异构现象。分子式相同，分子构造不同的化合物，称为构造异构体。这种 构造异构是由于碳骨架不同引起的，故又称碳架异构。
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1. 沸点
直链烷烃的沸点(bp)一般随相对分子质量的增加而升高。因为沸点是与分子 间的作用力——van der Waals力有关的，烷烃是非极性分子，van der Waals力主 要产生于色散力。
直链烷烃的沸点与分子中所含碳原子数的关系图
一般在常温常压下，四个碳以下的直链烷烃是气体，由戊烷开始是液体， 大于十七个碳的烷烃是固体。
重叠式构象 扭转张力大
重叠式和交叉式构象之 间的能量差约为12.6 kJ·mol-1，此能量差称为能 垒。其它构象的能量介于 此二者之间。
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2.3.4丁烷的构象
正丁烷可以看作是乙烷分子中每个碳原子上各有一个氢原子被甲基取 代的化合物，其构象更为复杂，我们主要讨论沿C2和C3之间的σ键键轴旋转 所形成的四种典型构象：
(3)命名时将取代基的名称写在主链名称之前，取代基的位次用主链上碳原子的编 号表示，写在取代基名称之前，两者之间用半字线“-”相连。
命名： × - × × × × ×
取短 取
母
代线 代
体
基
基
编
号
3-甲基戊烷
第20页/共92页
当含有几个不同的取代基时，取代基排列的顺序，按“次序规则”(见p73) 所规定的“较优”基团后列出。
有机化学课件第二章烷烃
第6页/共76页
▪烷烃分子中，随着碳原子数的增加,烷烃的构造异 构体的数目也越多. ▪写出C7H16的同分异构体？
第7页/共76页
(3)同系物
烷烃的通式 CnH2n+2, 直链烃的通式可写为: H-(-CH2-)n-H
同系物—在组成上相差一个或多个 CH2—同系列相邻的两个 分子式的差值 CH2 称为系差.
第8页/共76页
(4)烷烃中碳原子的分类:
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）
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）
与伯,仲,叔碳与原三子个 碳相相连连的的3H碳° 表原原示子子）叫,分做别叔 碳称原为子伯（ 或,仲三,叔级 碳H原原子子， 用
烷烃的物理性质：
• 1、状态：在常温常压下，1至4个碳原子的直链烷烃是 气体，5至16个碳原子的是液体，17个以上的是固体。
• 2、熔沸点：随分子量的增大而升高，原因：⑴ 分子 大，接触面积大，范德华力大；⑵ 分子大，分子运动 所需能量大。
• A 烷烃的沸点 随C数增加的变化： • 1) 直链烷烃的沸点随着分子量(碳数)的增加而有规律
第35页/共76页
•乙烷的C- C 键
Stuart模型
乙烷分子中C-C键(C-H键用直线表示)
第36页/共76页
其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在 一条直线上，而是曲折地排布在空间。这是烷烃碳原子的四 面体结构所决定的。如丁烷的结构：
烷烃分子中各原子之间都以σ键相连接的，所以两个碳原子可以相 对旋转，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下烷烃（液态 ）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。
2P
2S
▪烷烃分子中，随着碳原子数的增加,烷烃的构造异 构体的数目也越多. ▪写出C7H16的同分异构体？
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(3)同系物
烷烃的通式 CnH2n+2, 直链烃的通式可写为: H-(-CH2-)n-H
同系物—在组成上相差一个或多个 CH2—同系列相邻的两个 分子式的差值 CH2 称为系差.
第8页/共76页
(4)烷烃中碳原子的分类:
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）
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）
与伯,仲,叔碳与原三子个 碳相相连连的的3H碳° 表原原示子子）叫,分做别叔 碳称原为子伯（ 或,仲三,叔级 碳H原原子子， 用
烷烃的物理性质：
• 1、状态：在常温常压下，1至4个碳原子的直链烷烃是 气体，5至16个碳原子的是液体，17个以上的是固体。
• 2、熔沸点：随分子量的增大而升高，原因：⑴ 分子 大，接触面积大，范德华力大；⑵ 分子大，分子运动 所需能量大。
• A 烷烃的沸点 随C数增加的变化： • 1) 直链烷烃的沸点随着分子量(碳数)的增加而有规律
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•乙烷的C- C 键
Stuart模型
乙烷分子中C-C键(C-H键用直线表示)
第36页/共76页
其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在 一条直线上，而是曲折地排布在空间。这是烷烃碳原子的四 面体结构所决定的。如丁烷的结构：
烷烃分子中各原子之间都以σ键相连接的，所以两个碳原子可以相 对旋转，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下烷烃（液态 ）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。
2P
2S
《有机化学烷烃》PPT课件
思考：
1.写出丁烷的邻位交叉式（锯架式、楔 型式）
2.总结书写纽曼式、锯架式、楔型式的 规律
编辑ppt
37
第五节 烷烃的物理性质
一、物态
规律：随分子量的增加，由气态 — 液态— 固态
二、沸点 boiling point
规律：
A. C数增加，沸点b.p.升高；
B. B. 正烷烃b.p＞支链烷烃（同碳
CH3 CHCH2 CH2 CH3 CH3 CH2 CHCH2 CH3
CH3
CH3
异 己 烷
( i -hexane)
编辑ppt
8
特殊：
CH3
CH3CHCH2CCH3
CH3 CH3
异己烷
编辑ppt
9
3、新某烷
含五或六个碳的碳链端第二个碳原子为 季碳原子的称为“新某烷”
CH3
CH3
CH3CCH2CH3 CH3
研究内容： ① 反应步骤； ② 反应中心； ③ 价键变化； ④ 影响因素； 研究思路：
编辑ppt
49
一、甲烷的卤代历程
1、甲烷和氯气反应的实验事实：
(1) CH4 + Cl2
室 温 ，暗 处 室 温 ，hv
＞ 250℃ 暗处
不反应
反应
停 止 hv
不反应
反应
hv
(2)? CH4
hv
C l2
反应热：一般来说，放热反应较易进行，
而吸热反应较难进行。
表：甲烷卤代的反应热
编辑ppt
53
2、活化能（Activation energy )
活化能：为使反应发生而必须提供
的最低能量。
活化能越低，反应越易发生。
活化能 KJ/mol
1.写出丁烷的邻位交叉式（锯架式、楔 型式）
2.总结书写纽曼式、锯架式、楔型式的 规律
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第五节 烷烃的物理性质
一、物态
规律：随分子量的增加，由气态 — 液态— 固态
二、沸点 boiling point
规律：
A. C数增加，沸点b.p.升高；
B. B. 正烷烃b.p＞支链烷烃（同碳
CH3 CHCH2 CH2 CH3 CH3 CH2 CHCH2 CH3
CH3
CH3
异 己 烷
( i -hexane)
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8
特殊：
CH3
CH3CHCH2CCH3
CH3 CH3
异己烷
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9
3、新某烷
含五或六个碳的碳链端第二个碳原子为 季碳原子的称为“新某烷”
CH3
CH3
CH3CCH2CH3 CH3
研究内容： ① 反应步骤； ② 反应中心； ③ 价键变化； ④ 影响因素； 研究思路：
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一、甲烷的卤代历程
1、甲烷和氯气反应的实验事实：
(1) CH4 + Cl2
室 温 ，暗 处 室 温 ，hv
＞ 250℃ 暗处
不反应
反应
停 止 hv
不反应
反应
hv
(2)? CH4
hv
C l2
反应热：一般来说，放热反应较易进行，
而吸热反应较难进行。
表：甲烷卤代的反应热
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2、活化能（Activation energy )
活化能：为使反应发生而必须提供
的最低能量。
活化能越低，反应越易发生。
活化能 KJ/mol
有机化学课件第02章 烷烃
碳原子分别称为伯、仲、叔和季碳原子， 也可以分别称作一级、二级、三级和四级 碳原子，常常用1°，2°，3°和4°标识。 伯、仲、叔碳原子上的氢原子称做伯氢、 仲氢、叔氢原子。
伯、仲、叔碳上连有-OH的化合物分别称做伯醇、 仲醇、叔醇，也称一级醇、二级醇、三级醇。
伯、仲、叔碳上连有-X（X=F、Cl、Br、I）原 子的化合物分别称做伯、仲、叔卤代烷，也分别 称做一级、二级、三级卤代烷。
CH2称为系差 结构相似，在分子组成上相差一个或若干个
CH2原子团的物质互相称为同系物。
三、烷烃的同分异构
由于碳原子的排列方式不同而引起，属于构造异 构。随着碳原子数目的增加，构造异构体的数目 迅速增加。
C20H42: 1,178,805,831
同分异构体的书写口诀
在形成一个C—H键时，释放出414kJ/mol 能量。
在激发、杂化和成键的全部过程中，除去 补偿激发所需的402kJ/mol能量，形成CH4 时仍可有约1255kJ/mol的能量释出。
这个体系显然要比只形成两个共价键的CH2 稳定得多。
杂化以前碳原子的外层电子云
球型：2S亚层，2e
8型：2p亚层，2e, 分布在空间两个方 向上，还有一个方 向上无电子
主链由长到短； 支链由整到散； 位置由心到边； 排布由对到邻再到间。
最后，别忘了补上氢原子
C7H16 的同分异构体
1、一直链
H H H H H HH ∣∣∣∣∣∣∣ H－C－ C－ C－ C－ C－C－ C－H ∣∣∣∣∣∣∣ HHHHHHH
主链少一个碳
2、
C
－C ∣
－
C－
C－
C－
C
C
3、 C －C － C － C － C － C ∣ C
伯、仲、叔碳上连有-OH的化合物分别称做伯醇、 仲醇、叔醇，也称一级醇、二级醇、三级醇。
伯、仲、叔碳上连有-X（X=F、Cl、Br、I）原 子的化合物分别称做伯、仲、叔卤代烷，也分别 称做一级、二级、三级卤代烷。
CH2称为系差 结构相似，在分子组成上相差一个或若干个
CH2原子团的物质互相称为同系物。
三、烷烃的同分异构
由于碳原子的排列方式不同而引起，属于构造异 构。随着碳原子数目的增加，构造异构体的数目 迅速增加。
C20H42: 1,178,805,831
同分异构体的书写口诀
在形成一个C—H键时，释放出414kJ/mol 能量。
在激发、杂化和成键的全部过程中，除去 补偿激发所需的402kJ/mol能量，形成CH4 时仍可有约1255kJ/mol的能量释出。
这个体系显然要比只形成两个共价键的CH2 稳定得多。
杂化以前碳原子的外层电子云
球型：2S亚层，2e
8型：2p亚层，2e, 分布在空间两个方 向上，还有一个方 向上无电子
主链由长到短； 支链由整到散； 位置由心到边； 排布由对到邻再到间。
最后，别忘了补上氢原子
C7H16 的同分异构体
1、一直链
H H H H H HH ∣∣∣∣∣∣∣ H－C－ C－ C－ C－ C－C－ C－H ∣∣∣∣∣∣∣ HHHHHHH
主链少一个碳
2、
C
－C ∣
－
C－
C－
C－
C
C
3、 C －C － C － C － C － C ∣ C
《有机化学教学课件》第二章 烷烃
H
C
H
H
109.5° H
图2-4 甲烷的正四面体构形
第河二南章化工烷职业烃学院应用化学系
(3) σ键
原子轨道沿键轴以“头碰头”形式相互重叠，形 成的共价键称为σ键。其键能较大，可极化性较小， 成键原子可沿键轴自由旋转，例如：甲烷分子中有四 个C－H σ键。
第河二南章化工烷职业烃学院应用化学系
碳碳σ键
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4. 烷烃的构造异构
在烷烃分子中，分子式相同但结构式不同的一系列化 合物通称为同分异构体，烷烃的同分异构又称构造异构 。C1-C3的烷烃不存在同分异构体，而丁烷存在两种异构 体，戊烷存在三种异构体，二十烷的同分异构体的数目 已达到36万多种。在有机化合物中同分异构现象普遍存 在，并且随碳原子的增加其同分异构体的数目急剧增加 ，异构现象也趋于复杂。
CH3
CH3 CH CH CH3 CH3 CH3
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由于上式主链中只有四个碳原子，若将两个碳原子 作为一个支链连在主链上，相当于又接长了主链，所 以在这里，就不能将两个碳原子作为一个支链连在主 链上了。
以三个碳原子做主链时，剩下的碳原子无论怎样连 接都会和前几个异构体重复，所以己烷的同分异构体 数目为五个。
第河二南章化工烷职业烃学院应用化学系 表2-2 不同烷基的命名
第河二南章化工烷职业烃学院应用化学系
2. 烷烃的命名
有机化合物的种类繁多、结构复杂，要想准确命 名化合物，不但要知道其组成原子及各原子的数目， 还要知道其分子构造。常用的命名方法有两种：普通 命名法和系统命名法。
第河二南章化工烷职业烃学院应用化学系
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