仅由碳氢两种元素组成的有机化合物叫做烃根据烃分子中

仅由碳氢两种元素组成的有机化合物叫做烃根据烃分子中 第二章 烷烃 仅由碳氢两种元素组成的有机化合物叫做烃。根据烃分子中碳架的不同烃有如下分类 第一节 烷烃的通式、同系列和构造异构 1.烷烃分子中的碳原子以单键相互连接其余价键与氢原子结合的链烃叫做烷烃烷烃又称为饱和烃。 2.通式CnH2n2 3.同系列烷烃分子这样通式相同、结构相似、在组成上相差一个或多个系差的一系列化合物叫做同系列。 相邻的两烷烃分子间相差一个CH2基团这个CH2基团叫做系差。同系列中的各化合物互称为同系物。 分子式为C4H10的烷烃存在以下两种构造 前者称为正丁烷后者称为异丁烷。显然正丁烷和异丁烷是同分异构体。这种由分子中各原子的不同连接方式和次序而引起的同分异构现象叫做构造异构。 第二节 烷烃的结构 一、 碳原子的SP3杂化 1.杂化轨道碳原子在成键时能量相同或相近的原子轨道可以重新组合成新的轨道叫做杂化轨道。 2.甲烷的正四面体构型 甲烷为正四面体构型碳原子处于正四面体的中心与碳原子相连的四个氢原子位于正四面体的四个顶点四个碳氢键完全相同键长为0.110nm彼此间的键角为109.5?。甲烷的正四面体构型如图2-1所示。 图2-1 甲烷的正四面体构型 碳原子的sp3杂化轨如下图所示 四个完全等同的sp3杂化轨道以正四面体形对称地排布在碳原子的周围它们的对称轴之间的夹角为109.5?。sp3杂化轨道的形状、分布如图2-2所示。 烃链烃环烃脂肪烃脂环烃芳香烃CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH32s2s2px2py2pz2px2py2pz跃迁sp3杂化轨道sp3杂化基态激发态杂化态 图2-2 碳原子的sp3杂化轨道 二、 σ键的形成及其特点 1.σ键像甲烷分子中的碳氢键这样成键原子沿键轴方向重叠也称为“头碰头”重叠形成的共价键叫做σ键。 2.σ键的特点轨道重叠程度大键比较牢固成键电子云呈圆柱形对称分布在键轴周围成键两原子可以绕键轴相对自由旋转。 第三节 烷烃的命名 一、碳、氢原子的类型和烷基 1.伯碳原子又称为一级碳原子 指只与一个碳原子直接相连的碳原子常用1??示。 2. 仲碳原子又称为二级碳原子 指与两个碳原子直接相连的碳原子常用2??表示。 3. 叔碳原子又称为三级碳原子 指与三个碳原子直接相连的碳原子常用3??表示。 4. 季碳原子又称为四级碳原子 指与四个碳原子直接相连的碳原子常用4??表示。 例如 与伯、仲、叔碳原子直接相连的氢原子分别叫伯、仲、叔氢原子常用1??H2??H3??H表示。因季碳原子上不连氢原子所以氢只有三种类型。 5.烷基的命名 烷基烷烃分子中去掉一个氢原子所剩余的部分叫做烷基。 通式CnH2n1常用R表示。 烷基是根据相应烷烃的习惯名称以及去掉的氢原子的类型而命名的。例如 CH3― 甲基 C2H5― 乙基 二、习惯命名法 习惯命名法是根据烷烃分子中碳原子的数目命名为“正或异、新某烷”。其中“某”字代表碳原子数目其表示方法为含碳原子数目为C1C10的用天干名称甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸来表示含十个以上碳原子时用中文数字“十一、十二、????”来表示。命名原则如下 ? 当分子结构为直链时将其命名为“正某烷”。 例如 正丁烷 正十二烷 ? 当分子结构为“ ”时将其命名为“异某烷”。 n012???? CH3CCH3CH2CH3CHCH3CH31?1?1?1?1?4?2?3?CH3CHCH2nCH3CH3CH3CH210C H3CH3CH2CH2CH3109.5?例如 异丁烷 异庚烷 ? 当分子结构为“ ”时将其命名为“新某烷”。 n012???? 例如 新戊烷 新己烷 三、系统命名法 ? 直链烷烃的命名 直链烷烃的系统命名法与习惯命名法基本一致只是把“正”字去掉。例如 十一烷 ? 支链烷烃的命名 支链烷烃的命名是将其看作直链烷烃的烷基衍生物即将直链作为母体支链作为取代基命名原则如下 ?选母体或主链 选择分子中最长的碳链作为母体若有两条或两条以上等长碳链时应选择支链最多的一条为母体根据母体所含碳原子 数目称“某烷”。 例1 ?给母体碳原子编号 为标明支链在母体中的位置编号应遵循“最低系列”原则。 例2 ?写出名称 按照取代基的位次用阿拉伯数字表示、相同取代基的数目取代基的名称、母体名称的顺序写出名称。 例2化合物的名称为235―三甲基己烷 第四节 烷烃的物理性质 一、物态 常温常压下四个碳原子以内的烷烃、烯烃、炔烃和环烷烃为气体C5C16的烷烃、C5C18的烯烃、C5C17的炔烃、C5C11的环烷烃为液体高级烷烃、烯烃、炔烃和环烷烃为固体。 二、沸点b.p. CH3CH29CH3265431CH3CHCH2CHCHCH3CH3CH3CH3??????CH3CHCH2CHCH3CH2CH3CH3母体 CH3CHCH3CH3CH3CCH2nCH3CH3CH3CH3CHCH2CH2CH2CH3CH3CH3CCH3C H3CH3CH3CCH3CH2CH3CH3同系列的烃化合物的沸点随分子中碳原子数的增加而升高。这是因为随着分子中碳原子数目的增加相对分子质量增大分子间的范德华引力增强若要使其沸腾汽化就需要提供更多的能量所以同系物相对分子质量越大沸点越高。 三、熔点m.p. 同系列的烃化合物的熔点基本上也是随分子中碳原子数目的增加而升高。对于烷烃C3以下的变化不规则自C4开始随着碳原子数目的增加而逐渐升高其中含偶数碳原子烷烃的熔点比相邻含奇数碳原子烷烃的熔点升高多一些。这种变化趋势称为锯齿形上升。 四、相对密度 同系列的烃化合物随分子中碳原子数目增加而逐渐增大。其相对密度都小于1比水轻。 五、折射率 折射率是液体有机化合物纯度的标志。各脂烃同系列中同系物的折射率随分子中碳原子数目的增加而缓慢加大。 六、溶解性 根据“相似相溶” 的经验规则脂烃分子没有极性或极性很弱因此难溶于水易溶于有机溶剂。 第五节 烷烃的化学性质及应用 一、取代反应 1卤代反应 烷烃能与卤素在高温或光照条件下发生取代反应。X2的反应活性为F2Cl2Br2I2其中氟代反应太剧烈难以控制而碘代反应太慢难以进行实际上广为应用的是氯代和溴代反应。例如 烷烃的卤代反应一般难以停留在一取代阶段通常得到各卤代烃的混合物。例如甲烷的氯代 2自由基取代反应机理 卤代反应均属于自由基取代反应。自由基取代反应是通过共价键的均裂生成自由基而进行的链反应。它包括链引发、链增长和链终止三个阶段。可以用下面的式子表示 X2RHXRHXRX2RXX链引发链增长链终止XXX2XRRXRRRRνhX2RHXRHXνh400?25?或CH4Cl2CH3ClHClCH4Br2125?CH3BrHBrνh氯甲烷溴甲烷或25?400?νhCH2Cl2CHCl3CCl4CH4CH3ClCl2例甲烷氯代反应机理 二、氧化反应 1燃烧 2氧化 三、 异构化反应 四、裂化反应 【知识窗】 可燃冰 链引发链增长链终止ClCl2ClνhCH2Cl2氯原子氯自由基Cl H CH3HCl CH3甲基自由基 CH3ClClCH3ClClCl H CH2Cl HCl CH2Cl一氯甲基自由基 CH2ClClClClCl H CHCl2 HCl CHCl2二氯甲基自由基 CHCl2ClClCHCl3ClCl H CCl3 HCl CCl3三氯甲基自由基 CCl3ClClCCl4ClClClCl2 CH3 CH3CH3CH3Cl CH3CH3ClCH4O2CO2 H2O2燃烧RCH2CH2R O2RCOOH RCOOHKMnO4120C0CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3AlCl3HClCH3CH2CH2CH3 CH4 CH2CHCH3CH3 CH3 CH2CH2CH2CHCH2CH3H2