饱和脂肪烃下.pptx

Sp3杂化轨道与p轨道比较而且杂化轨道与末杂化前相比，电子云集中于一端，更有利于电子云间的重叠和成键。杂化后，杂化轨道数目与杂化前相同，但杂化后整体能量降低，虽然电子激发时需要吸收部分能量，但形成化学键后可放出更多的能量，因此体系的能量降低，就稳定。第1页/共31页 二、烷烃的结构和形成 1.结构 CH4及其它烷烃中的C在成键时也采取sp3杂化方式，当4个H的1s轨道沿C原子sp3杂化轨道的方向接近C原子时，H的1s与C的sp3（或C的sp3与sp3）杂化轨道的电子云进行最大程度的重叠，形成共价键。烷烃中C的sp3杂化轨道间夹角接近10928，正是由于C原子采取了sp3杂化，所以三个碳以上烷烃分子不是直线型的而是折线型，如下图：键间夹角亦接近10928。c第2页/共31页在烷烃中的CH、CC键电子云的重叠方式均是沿着键轴的方向重叠而成，成键原子可绕轴旋转，而不影响电子云的重叠和分布。键的特点：1、电子云重叠程度最大，键比较牢固；2、原子在绕轴旋转时，键不会被破坏。由于键可以绕轴自由旋转，所以C2以上烷烃分子的构象是无穷的。如：第3页/共31页 24 烷烃的构象构象：由单键旋转而引起的分子中各原子在空间的不同排布方式，称为构象。乙烷的构象乙烷分子中的CC键可以自由旋转，在旋转中，由于两个甲基上的氢原子的相对位置不断地发生变化，就形成许多不同的空间排布方式。-构象不同构象可用球棍模型、透视式或纽曼投影式表示。球 棍 模 型 透视式又称锯架式第4页/共31页构象与内能之间的变化关系 对于一个分子来说构象有无数个，但我们只讨论几种有代表性的极限构象：如乙烷有：1、交叉式；2、重叠式；交叉式 重叠式；对位交叉式 邻交叉式 部分重叠式 全重叠式 在这些构象中由于原子之间的相对距离不同，因此原子之间的斥力，内能，稳定性均不相同，乙烷和丁烷的构象与内能之间的变化关系见p20、21；图2-7；2-8。丁烷有四种构象第5页/共31页戊烷的构象如C5的构象可能是等等构象，但其中以锯齿折线型最为稳定，书写时为了方便，仍写作CH3CH2CH2CH2CH3的形式。第6页/共31页25 烷烃的物理性质物理性质是有机物性质的一个重要方面。主要包括物态、熔点、沸点、密度（比重）、溶解度、折光率等等，这些数据是鉴别或检验一个化合物纯度的常用数据，叫做物理常数。部分烷烃的物理常数列于书中P22，表22中；表23中；。第7页/共31页 1.物态：指物质的状态（固、液、气态）、颜色、气味等。在常温下，C1C4的烷烃是气体，C5C16为液体C16以上为固体。正构烷烃随分子量增大而发生物态变化与卤素相似。F2、Cl2气体，Br2液体，I2固体。2.熔点（mp）：正构烷烃的熔点（丙烷除外），基本上是随着分子量的增加而升高，且分子的对称性越好，熔点则较高，并且偶数碳烷烃熔点升高比奇数碳烷烃升高要快，因此烷烃的熔点构成两条熔点曲线，偶数居上，奇数居下。对于同碳数的烷烃，结构越对称，熔点越高，反之，熔点低。第8页/共31页3.沸点(bp)：正烷烃沸点随C数增加而升高，并且相邻两同系物间的沸点差随分子量增加而减小，并逐渐趋于稳定。在同碳数烷烃的异构体分子间，直链烷烃沸点高于支链，支链越多，沸点越低。因为在烷烃中（极性很小），分子间作用力主要是色散力，分子间距离越近，分子量越大，则分子间引力就越大，其沸点就越高。当分子带支链时，分子间不能充分地靠近，所以沸点低于相应碳数的直链烷烃。第9页/共31页同分异构体物理性质比较 正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷沸点沸点()36.127.99.5熔点熔点()129.7159.716.6相对密度相对密度0.62620.62010.6135第10页/共31页 4.相对密度：烷烃的相对密度都小于1，基本上随分子量的增加而增加，但当C15以后，相对密度变化不大，其极限值大约在0.8附近。相对密度的变化规律与沸点相似，分子结构中支链增多，则分子间不能相互靠近，色散力较小，同样数目的分子则占用较大的空间，因而相对密度较小。5.溶解度：遵循“相似相溶原理”分子量相近，极性相似，则易互溶。烷烃是非极性分子，只能溶于弱极性的苯、醇、醚及无极性的CCl4、CS2等溶剂中；难溶于水。第11页/共31页26 烷烃的化学性质 从结构可以看出：烷烃的化学性质不活泼。在室温下与强酸（浓H2SO4、HNO3）、或强碱（NaOH、KOH）、强氧化剂（KMnO4、K2Cr2O7）等化学试剂都不反应。因此在有机反应中可作溶剂使用，这是因为烷烃中的CC键、CH键是结构牢固的单键，断开时需要吸收较多能量，故烷烃的性质较为稳定，但也并不是不能断开，若在特定的条件下，如高温、光照条件下，亦可断开键而发生一些反应。第12页/共31页一、卤代反应 烷烃在通常条件下不易发生反应，但在光照或高温条件下，烷烃中H原子可被卤素原子取代，生成卤烷。在有机化学中，有机物中的H原子被其它原子或原子团取代的反应，叫取代反应。如H被卤素取代的反应叫卤代反应。由于F2性质非常活泼与烷烃在黑暗中即可发生爆炸性反应，不易控制。碘代反应十分缓慢，均不实用。所以烷烃的卤代一般是指氯代或溴代。第13页/共31页 1.甲烷的氯代（低级烷烃）甲烷与氯气混合后在直射光照射下，能发生爆炸性的剧烈反应，生成HCl和炭黑，反应不能控制 该反应中生成的炭黑是黑烟状的一种颗粒极细的炭。第14页/共31页甲烷氯代该反应若在漫射光的照射下，可以发生较为温和的反应，控制CH4和Cl2的量可生成一系列的卤代烷化合物。在实验中，反应难以控制，反应产物是这些物质的混合物，无实用价值。而在工业中则可以通过控制反应条件、试剂用量来达到使某一种氯代产物为主的目的。第15页/共31页如：CH4：Cl210:1时，主产物是 CH3Cl CH4：Cl20.26:1时，主产物是 CCl4 利用CH4的 b.p.=164、CH3Cl的 b.p.=24.2很容易将两者分开。氯代反应的反应活性：（F2）Cl2 Br2（I2）F2爆炸性反应，难控制，I2反应温度太高，反应速度缓慢，因此有实用价值的卤代反应只有氯代反应、溴代反应。第16页/共31页2.氯代反应机理 _自由基反应机理通过对反应速度的研究，人们认为甲烷氯代反应机理是分以下几步进行的。首先氯在光的照射下，发生均裂生成两个氯自由基，而氯的这种状态是非常活泼的，非常容易形成八电子的稳定结构。第17页/共31页 为了形成八电子的稳定结构，Cl夺取CH4中的一个H原子生成HCl，同时生成一个 CH3。CH3也很活泼，它夺取Cl2中一个Cl原子生成CH3Cl和一个新的 Cl。在两步反应中，每一步都生成一个新自由基，反应在间循环传递。在第步中生成的CH3，在第步中消耗但又生成一个Cl，Cl自由基重复第步反应。象这样每一步反应都生成一个新的自由基，使下一步反应可以不间断地进行下去，这样的反应叫链式反应、链反应或连锁反应。第18页/共31页 随着第反应的进行，Cl2、CH4不断消耗，Cl和CH3相对较多而发生碰撞的几率增多，二者结合Cl和CH3同时失活。第19页/共31页 反应中产生的活性物质引发和整个反应，反应称为“链引发”步骤；反应链的维持是依靠反应的重复进行，反应称为链增长（链传递）步骤；反应使反应物失活，使反应终止，反应称为“链终止”。所有的链反应都要经过这三个步骤。第20页/共31页自由基反应演示链引发链增长链终止第21页/共31页 在CH4氯代反应中，当CH3Cl达到一定浓度后，Cl还可以与CH3Cl反应，产生氯甲基自由基（CH2Cl）。只要Cl2的量足够，反应可以一直进行下去直到生成CCl4，因此CH4氯代时，反应得到的是多个产物的混合物。第22页/共31页3.伯、仲、叔氢的反应活性 在氯代反应中，H的活性顺序是：叔H 仲H 伯H 这个顺序与自由基的稳定性顺序相同：在这里同学们先记住这个顺序，其原因将在以后的课程中学到，当生成的自由基越稳定，相对越易失去其上的H原子，则相应的H原子就越活泼。第23页/共31页 二、氧化反应和燃烧1.完全氧化燃烧低级烷烃在空气中可以点燃，燃烧生成CO2和H2O。如：CH42O2CO2H2O完全燃烧通式：一些烷烃因为燃烧相对缓和，而常被用作燃料，如汽油是C7C8的烷烃，柴油是C15C19的烷烃。在有机反应中，氧化是一个很广的概念，不仅分子中加入氧叫氧化，分子中脱去氢也叫氧化。相反分子中加氢去氧叫还原。第24页/共31页爆炸极限烷烃的完全氧化就是与氧发生剧烈的氧化反应，同时放出大量的热，使产生的气体膨胀，可以用来作功。低级烷烃的蒸气与空气混合达到一定比例，遇到明火或火花就会发生剧烈爆炸，这一比例范围就称为该化合物的爆炸极限。例如：甲烷的爆炸极限为5.314。第25页/共31页当甲烷与空气混合的浓度低于5.3，则混合物既不燃烧也不爆炸，当甲烷的浓度高于14，可以燃烧但不会发生爆炸性反应。在煤矿中，CH4（瓦斯、瓦斯气）积累到一定量遇明火或达到足够的温度就发生剧烈的爆炸引起事故。一些内燃机（汽油机、柴油机）也是利用烷烃燃烧产生的能量来工作。第26页/共31页 2.部分氧化 _ 控制氧化 烷烃与O2在一定温度下，用特殊的催化剂催化，则可以将烷烃氧化成醇、醛或羧酸。如：甲烷在NO催化下，于600下用空气氧化可以生成甲醛。第27页/共31页由烷烃制取醇或脂肪酸该反应是工业上生产甲醇的方法。另外高级烷烃如石蜡烃，在MnO2、KMnO4或Mn(Ac)2催化下，用空气氧化，可生成脂肪醇或酸的混合物。第28页/共31页27 自然界的烷烃1、甲烷：主要来源于石油、天然气和沼气2、其它的烷烃：如 正十一烷和正十三烷等是昆虫信息素。补充：一、石油从油田中开采出来的未加工的石油称原油，为红褐色到黑色的粘稠液体，具有特殊气味，比重一般小于1，不溶于水，沸点从30600。1.石油的组成石油是由相对分子质量大小不同一般是C50以下的烷烃的混合物的，产地不同，成份也不尽相。第29页/共31页2.石油的分馏 原油送入分馏塔后，各馏份随沸点的不同而分开，这一过程叫分馏。得到不同沸点的组分叫馏分。主要有汽油、柴油、煤油、润滑油和沥青等。3.石油的裂化和裂解4.石油的合成A.科瑞-郝思（Corry-House)法（二烷基铜锂与RX）B.武尔慈(Wurtz)法（RX与活泼金属）等第30页/共31页有机化学烷烃31感谢您的观看！第31页/共31页