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1、烷烃第二章烷烃教学要求1.掌握碳的四面体结构，键。2.掌握烷烃的命名、同分异构。3.掌握烷烃的构象。4.掌握烷烃的有机性质和化学性质。5.了解反应历程的一般概念，掌握卤代反应历程。6.了解烷烃的来源及其重要代表物甲烷。分之中只有C、H两种元素的有机化合物叫做烃烷烃开链烃（脂肪烃）烯烃烃炔烃环状烃（脂环烃）脂环烃芳香烃烷烃：分之中的碳除以碳碳单键相连外，碳的其他价键都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。第一节烷烃的同系列及同分异构现象一、烷烃的同系列最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等，它们的分子式、构造式为：分子式构造式构造简式甲烷CH4CH4乙烷C2H6CH3CH3丙烷C

2、3H8CH3CH2CH3丁烷C4H10CH3CH2CH2CH3从上述结构式可以看出，链烷烃的组成都是相差一个或几个CH2（亚甲基）而连成碳链，碳链的两端各连一个氢原字。故：通式烷烃的为或CnH2n+2。具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物称为同系列。同系列中的化合物互称为同系物。由于同系列中同系物的结构和性质相似，其物理性质也随着分之中碳原子数目的增加而呈规律性变化，所以掌握了同系列中几个典型的有代表性的成员的化学性质，就可推知同系列中其他成员的一般化学性质，为研究庞大的有机物提供了方便。在应用同系列概念时，除了注意同系物的共性外，还要注意它们的个性（因共

3、性易见，个性则比较特殊），要根据分子结构上的差异来理解性质上的异同，这是我们学习有机化学的基本方法之一。二、烷烃的同分异构现象1异构现象甲、乙、丙烷只有一种结合方式，无异构现象，从丁烷开始有同分异构现象，可由下面方式导出，正丁烷（沸点-0.5）异丁烷（沸点-10.2）由两种丁烷可异构出三种戊烷上述这种分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为构造异构现象。构造异构现象是有机化学中普遍存在的异构现象的一种，这种异构是由于碳链的构造不同而形成的，故又称为碳链异构。随着碳原子数目的增多，异构体的数目也增多，见P20表 2-2。 构体的导出步骤（P20） 三、伯、仲、叔、季碳原子在烃分

4、之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）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）例如：与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子。不同类型的氢原子的反应性能有一定的差别。第二节烷烃的命名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，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。烷烃常用的命名法有普通命名法和系统命名法一、 普通命名法

5、根据分子中碳原子数目称为“某烷”，碳原子数十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊癸表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、新表示同分异构体。例如： 正戊烷异戊烷新戊烷普通命名法简单方便，但只能适用于构造比较简单的烷烃。对于比较复杂的烷烃必须使用系统命名法。二、 烷基为了学习系统命名法，应先认识烷基烷基烷烃分之中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。烷基名称通常符号CH3-甲基MeCH3CH2-乙基EtCH3CH2CH2-丙基n-PrCH3CH-异丙基i-PrCH3 CH3CH2CH2CH2-正丁基n-Bu CH3CHCH2-异丁基i-BuCH3CH3CH2CH-仲丁基s-BuCH3 CH3

6、CH3C叔丁基t-BuCH3烷基的通式为CnH2n+1常用R表示 此外 还有“亚”某基，“次”某基。见P23三系统命名法（IUPAC命名法）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（IUPAC）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（1960年制定，1980年进行了修定）系统命名法规则如下： 选择主连（母体） （1） 选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。（2） 分之中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。例如： 碳原子的编号 (1)从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3编号（2）从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从

7、较简单的一端开始编号。例如：1234567编号正确CH3-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH3 7CH3CH2-CH31编号错误（3） 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（最低系列原则）为原则。12345678编号正确例如：CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH-CH38CH3CH3CH3 1编号错误3烷烃名称的写出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邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式相对能垒:03.3KJ/mol14.6KJ/mol18.425

8、.5KJ/mol室温时,对位交叉式约占70%，邻位交叉式占30%，其他两种极少。第五节烷烃的物理性质烷烃的物理常数见P33表2-3。一、 状态C1C4的烷烃为气态，C5C16的烷烃为液态，C17以上的烷烃为固态。二、 沸点 着碳原子数的递增，沸点依次升高。 原子数相同时，支链越多，沸点越低。 原因：沸点的高低与分子间引力-范德华引力（包括静电引力、诱导力和色散力）有关。烃的碳原子数目越多，分子间的力就越大。支链增多时，使分子间的距离增大，分子间的力减弱，因而沸点降低。三、 熔点1碳原子数目增加，熔点升高。2分子的对称性越大，熔点越高。四、 相对密度（比重）都小于1，随着分子量的增加而增加，最后

9、接近于0.8（20）。五、 溶解度不溶与水，溶于某些有机溶剂，尤其是烃类中（“相似相溶”原理）。第六节烷烃的化学性质烷烃的化学性质稳定（特别是正烷烃）。在一般条件下（常温、常压），与大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂及金属钠等都不起反应，或反应速度极慢。原因：（1） 其共价键都为键，键能大C-H390435KJ/molC-C345.6KJ/mol 分子中的共价键不易极化（电负性差别小C2.5， H2.2） 但稳定性是相对的、有条件的，在一定条件下（如高温、高压、光照、催化剂），烷烃也能起一些化学反应。一、 氧化 燃烧 烷烃在空气中燃烧，生成二氧化碳和水，并放出大量的热能。如：所以烷烃常

10、用作内燃机的燃料。 控制氧化 控制一定的条件使烷烃进行选择性氧化，可用于工业上生产含氧衍生物的化工原料。二、 热裂反应在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的C-C键和C-H键发生断裂的反应称为热裂反应。例如：热裂化反应根据生产目的的不同可采用不同的裂化工艺。 深度裂化（裂解） o 目的： 主要是得到基本化工原料（乙烯，丙烯，丁二烯，乙炔） o 裂化温度8001100 催化裂化见P72 o 目的：提高汽油的产量和质量（生产高辛烷值的汽油） o 裂化温度400500 o 加入一定的催化剂 三、 卤代反应烷烃的氢原子被卤素取代生成卤代烃的反应称为卤代反应。通常是指氯代或溴代。1甲烷的氯代反应在紫外光

11、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，氯甲烷还会继续发生氯化反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。见P37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。比如甲烷 ：氯气 = 10 ：1 （400450时）CH3Cl占98%= 1：4（400时）主要为CCl42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：2）伯、仲、叔氢的相对反应活分子中，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6：2 = 3：1但实际上为43 ：

12、57 = 1 ：1.33这说明在时温氯代时，各类氢的反应活性是不一样的，氢的相对活性 = 产物的数量被取代的等价氢的个数。这样可知：即仲氢与伯氢的相对活性为4 ：1。再看异丁烷一氯代时的情况：同上分析，可求得叔氢的相对反应活性：即叔氢的反应活性为伯氢的5倍。故室温时三种氢的相对活性为：3H ：2H ：1H = 5 ：4 ：1在高温时（450）氯代时三种氢的活性接近于1 ：1 ：1。溴带反应时（光照，127），三种氢的相对活性为：3H ：2H ：1H = 1600 ：82 ：1例如：故溴代反应的选择性好，在有机合成中比氯带更有用。第七节烷烃的卤代反应历程反应历程化学反应所经历的途径或过程，又称为

13、反应机理。反应历程是根据大量的实验事实作出来的理论推导，实验事实越丰富，可靠的程度就越大。到目前为止，有些已被公认确定下来，有些尚欠成熟，有待于理论化学工作者的进一步努力。一甲烷的氯代历程实验证明，甲烷的氯代反应为自由基历程从上可以看出，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，反复不断的进行反应，故又称为链锁反应。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。二、卤素的象对反应活性1卤素的反应活性：氟 氯 溴 碘。P3940可从卤素对甲烷的反应热HR看出，见P39表2-5三、烷烃卤代反应的相对活性与烷基自由基的稳定性1烷烃卤代的相对活性：3C-H2C-H

14、 1C-H原因：不同C-H键的离解能（D）不同,见P41，键的离解能愈小，则自游基愈容易生成，反应也就易进行。2自由基的稳定性：3R2R 1R CH3原因：同上，即愈容易生成的自由基愈稳定。28过渡态理论过渡态理论每一个反应的反应进程分为三个阶段：始态、过渡态和终态。即一个反应由反应物到产物的转变过程中，需要经过一个过渡状态。反应物（始态）过渡态 产物（终态） 用通式表示则为： A + B-CABCA-B + C过渡态反应进程中体系能量的变化如下图： 过渡态处在反应进程位能曲线上的最高点，也就是反应所需要克服的能垒，是过渡态与反应物分子基态之间的位能差，称为反应的活化能，用(E活)表示。E活过

15、渡态与反应物之间的位能差。 H产物与反应物的内能差（反应热）。过渡态理论认为活化能是发生一个化学反应所需要的最低限度的能量。E活与H之间没有直接的联系，不能从H的大小来预测E活的大小。活化能一般只能通过温度和反应速率的关系由实验测得；而反应热可以从反应中键能的改变近似计算出来。决定反应速度的是E活而不是H，即使反应是放热反应，其反应的发生仍需要一定的活化能。这可从甲烷的氯代反应中两步反应的能量变化看出。反应进程-位能曲线图如下：EF=9.8ECl=16.7EBr=75.3EI138一个反应的活化能愈高，反应愈难进行,如溴与甲烷进行卤代的活化能为75.3KJ/mol，比与氯反应的活化能高得多,故溴代反应要在127、 光照下才能发生。注： 要掌握过渡态与中间体的区别。