《有机化学》课程授课教案（讲义）第二章 烷烃

课程名称：《有机化学B》第_4周，第2讲次摘要第二章烷烃2.1烷烃的来源和定义2.2烷烃的通式、同系列和构造异构授课题目（章、节）2.3烷烃的命名2.4烷烃的结构2.5烷烃的物理性质2.6烷烃的化学性质本讲目的要求及重点难点：【目的要求】1.知道烷烃的来源和定义2．重点掌握烷烃碳原子的杂化状态及结构特点；3.掌握烷烃的系统命名法和普通命名法；4.理解烷烃物理性质的变化规律以及和结构的关系；60.掌握烷烃的卤代反应及其自由基反应机理；6．了解烷烃的氧化反应和裂化反应；7掌握甲烷的性质和应用。[重点】有机化合物的系统命名原则，烷烃碳原子的杂化状态，构造异构，烷烃的化学性质【难点】有机化合物的系统命名原则，烷烃卤代反应自由基机理。容内

1 课程名称：《有机化学 B》 第 4 周，第 2 讲次 摘 要 授课题目（章、节） 第二章 烷烃 2.1 烷烃的来源和定义 2.2 烷烃的通式、同系列和构造异构 2.3 烷烃的命名 2.4 烷烃的结构 2.5 烷烃的物理性质 2.6 烷烃的化学性质 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】 1. 知道烷烃的来源和定义 2. 重点掌握烷烃碳原子的杂化状态及结构特点； 3. 掌握烷烃的系统命名法和普通命名法； 4. 理解烷烃物理性质的变化规律以及和结构的关系； 5. 掌握烷烃的卤代反应及其自由基反应机理； 6. 了解烷烃的氧化反应和裂化反应； 7. 掌握甲烷的性质和应用。 【重 点】有机化合物的系统命名原则，烷烃碳原子的杂化状态，构造异构，烷烃的化学性质 【难 点】有机化合物的系统命名原则，烷烃卤代反应自由基机理。 内 容

【本讲课程的引入】本章我们学习烷烃化合物，那么哪类化合物属于烷烃，为什么有机化合物的讨论从烃类开始，烷烃来源于何处？下面我们一一介绍。【本讲课程的内容】烷烃第二章2.1烷烃的来源和定义、天然来源：天然气和石油石油馏分：汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、凡士林、沥青。了解：分子含碳数沸点(℃）天然气300沥青C2o以上C18~C23二、定义烃的定义：只含有碳和氢的化合物。烃的分类：烷烃烯烃脂肪烃炔烃脂环烃烃芳香烃烷烃：脂肪烃中碳和碳以单键相连，其余的碳与氢结合。也称为饱和烃或石蜡烃。烷烃是烃类的一种。2.2烷烃的通式、同系列和构造异构、通式为：ChH2n+22

2 【本讲课程的引入】本章我们学习烷烃化合物，那么哪类化合物属于烷烃，为什么有机化合物的讨论从烃类开 始，烷烃来源于何处？下面我们一一介绍。 【本讲课程的内容】 第二章 烷烃 2.1 烷烃的来源和定义 一、天然来源：天然气和石油 石油馏分：汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、凡士林、沥青。 了解：分子含碳数 沸点(℃ ) 天然气 C1～C4 ＜20 石油醚 C5～C6 20～60 轻汽油 C6～C7 60～100 汽油 C5～C10 40～200 煤油 C10～C16 175～275 柴油 C15～C20 250～400 润滑油 C18～C23 ＞300 沥青 C20 以上 二、定义 烃的定义：只含有碳和氢的化合物。 烃的分类： 烃 脂肪烃 芳香烃 烷烃 烯烃 炔烃 脂环烃 烷烃：脂肪烃中碳和碳以单键相连，其余的碳与氢结合。也称为饱和烃或石蜡烃。烷烃是烃类的一种。 2.2 烷烃的通式、同系列和构造异构 一、通式为：CnH2n+2

例如：甲烷丁烷CH4C4Hio庚烷辛烷CrH16CsHig二、同系物CH4、CHCH3、CH3CH2CH3、CHCH2CH2CH3、CH3CH2CH2CH2CH3相邻烷烃，相差一CH2一固定系差。同系物：结构相似，组成上有固定系差，可用一个通式来表示，组成一个系列，称为同系列。每个化合物称为同系物。又可定义为：有相同分子通式，结构和性质相似。烷烃中去掉一个氢原子所得的一价基团叫烷基。用C,H2n+I一或R表示。【补充内容】CH,CH2-CH3—乙基(Et)甲基（Me）CH,CH-CH;CH2CH2-CH3异丙基（i-Pr）正丙基（n-Pr）CH3CH3CHCH2—CH3CH2CH-CH3CH,CH2CHCH2-CH3CH3CH3叔丁基（t-Bu）异丁基（i-Bu）仲丁基（s-Bu）正丁基（n-Bu）烷烃中碳原子分为四类：②伯碳原子一1°伯碳仲碳原子一2°仲碳??叔碳原子一—3°叔碳季碳原子-4°季碳3

3 例如： 甲烷 CH4 丁烷 C4H10 庚烷 C7H16 辛烷 C8H18 二、同系物 CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3、CH3CH2CH2CH3、CH3CH2CH2CH2CH3 相邻烷烃，相差—CH2—固定系差。 同系物：结构相似，组成上有固定系差，可用一个通式来表示，组成一个系列，称为同系列。每个化合物 称为同系物。 又可定义为：有相同分子通式，结构和性质相似。 烷烃中去掉一个氢原子所得的一价基团叫烷基。用 CnH2n+1—或 R 表示。 【补充内容】 CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 CH3CH2CH2CH2 CH3CH CH3 CH3CH2CH CH3 CH3CHCH2 CH3 CH3 C CH3 CH3 甲基 乙基 正丙基 异丙基 正丁基 异丁基 仲丁基 叔丁基 （Me） （Et） （n-Pr） （n-Bu） （i-Bu） （s-Bu） （t-Bu） （i-Pr） 烷烃中碳原子分为四类： ① 伯碳原子——1°伯碳 ② 仲碳原子——2°仲碳 ③ 叔碳原子——3°叔碳 ④ 季碳原子——4°季碳

三、同分异构体：凡是分子式相同而结构相异的化合物。分类：构造异构体：由于分子中原子的不同连接次序同分异构体立体异构体（构型或构象）2.3烷烃的命名、习惯命名法：按碳原子数目的多少来命名，（1）分子中含碳原子数目，称为“某烷”。十以内的用甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、王、癸等天干名称来命名。十以上用数目命名。（2）异构体的区别：用“正”、“异”、“新”表示，习惯上把直链烷烃称为“正”某烷。例如：CH3-CH—(CH2)n-称为“异”某烷n=0,1,2.....CH3CH3称为“新”某烷n=0.1.2......CH3-C—(CH2)nCH3二、系统命名法（IUPAC命名法）：（1）选主链：构造式中最长碳链作为母体称为某烷。①当烷烃中有两个等长的最长碳链时，选择带有最多取代基的一条为主链；②取代基数目相同时，选择位次最低的最长碳链为主链。（2）编号：①从靠近取代基的一端开始编号。②若支链位号相同时，从顺序较小的基团编号。4

4 三、同分异构体：凡是分子式相同而结构相异的化合物。 分类： 同分异构体 构造异构体：由于分子中原子的不同连接次序 立体异构体（构型或构象） 2.3 烷烃的命名 一、习惯命名法：按碳原子数目的多少来命名。 （1）分子中含碳原子数目，称为“某烷”。十以内的用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸等天干 名称来命名。十 以上用数目命名。 （2）异构体的区别:用“正”、“异”、“新”表示, 习惯上把直链烷烃称为“正”某烷。 例如： CH3 CH (CH2)n CH3 n=0,1,2. 称为“ 异” 某烷 CH3 C (CH2 )n CH3 CH3 n=0,1,2. 称为“ 新” 某烷 二、系统命名法（IUPAC 命名法）： （1）选主链:构造式中最长碳链作为母体称为某烷。 ①当烷烃中有两个等长的最长碳链时，选择带有最多取代基的一条为主链； ②取代基数目相同时，选择位次最低的最长碳链为主链。 （2）编号： ①从靠近取代基的一端开始编号。 ②若支链位号相同时，从顺序较小的基团编号

（3）命名①简单基团在前，复杂基团在后；②几个相同的取代基可合并，并标明位次和数目，数目须用汉字一，二，三，表示。例如：3..4.5 6..7.H10CH;CH2CH2CHCH2CHCH2CH2CH2CH3CH3CH2CH34-甲基-6-乙基癸烷CH3CH3CH2CHCH2CCH2CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CHCH2CH2CH378910116CH33,5,8-三甲基戊基十一烷有关原子或基团的排列顺序：①按原子序数大小排列，原子序数大的顺序大：例如：I>Br>CI>S>P>F>O>N>C>B>H②当第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子：例如：CI比F大，则一CH2CI比一CH2F顺序大。③双键或参键的基团，可如下所示：CC-C=C-C可认为cc-C三C—CC可认为CCFBrCH3—C-CH3CI2-氟-3-氯-3-溴-2-碘丁烷5

5 （3）命名 ①简单基团在前，复杂基团在后； ②几个相同的取代基可合并，并标明位次和数目，数目须用汉字一，二，三，.表示。 例如： CH3CH2CH2CHCH2CHCH2CH2CH2CH3 CH3 CH2CH3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4-甲基-6-乙基癸烷 CH3CH2CHCH2CCH2CH2CH2CH2CH3 CH3 CH2CH2CHCH2CH2CH3 CH3 CH3 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 3,5,8-三甲基戊基十一烷 有关原子或基团的排列顺序： ①按原子序数大小排列，原子序数大的顺序大； 例如：I＞Br＞Cl＞S＞P＞F＞O＞N＞C＞B＞H ②当第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子；例如：Cl 比 F 大，则—CH2Cl 比 —CH2F 顺序大。 ③双键或叁键的基团，可如下所示： C C C C C C 可认为 C C C C C C C C 可认为 CH3 C C CH3 F I Br Cl 2-氟-3-氯-3-溴-2-碘丁烷

ZH,-CH,-CH-CH_CH,-H-CHCHs CH2CH32'CH-CH3CH332，5-二甲基-4-异丁基（2-甲基丙基）庚烷三、衍生物命名法：（1）以甲烷为母体，其它看作是取代基：（2）含烷基最多碳原子为母体“甲烷”；（3）直链烷烃命名与习惯命名法相近，只是把正字去掉。例如：CH3CH3C—CH3CH3四甲基甲烷（新戊烷）HCH2CHCH3 —CH3二甲基乙基甲烷（异戊烷）2.4烷烃的结构一、甲烷的结构结构特点：①sp3杂化：②键角109.5°：③正四面体结构

6 CH3 CH2 CH CH CH2 CH CH3 CH3 CH2 CH3 CH CH3 CH3 3' 2' 1' 7 6 5 4 3 2 1 2，5-二甲基-4-异丁基（2'-甲基丙基）庚烷 三、衍生物命名法： （1）以甲烷为母体，其它看作是取代基； （2）含烷基最多碳原子为母体“甲烷”； （3）直链烷烃命名与习惯命名法相近，只是把正字去掉。 例如： CH3 C CH3 CH3 CH3 四甲基甲烷（新戊烷） CH3 C H CH3 CH2CH3 二甲基乙基甲烷（异戊烷） 2.4 烷烃的结构 一、甲烷的结构 结构特点: ①sp3 杂化；②键角 109.5°；③正四面体结构 109.5 o H H H C H

二、其它烷烃的结构①采用sp杂化：②四面体结构：③键角接近109°28'。例如：丙烷中C—CC键角为112°。碳键并不是排布在一个平面上，但为了书写方便，在写分子结构式时，仍写成直键。2.5烷烃的物理性质一、物态Ci—C4以下为气体：Cs—C17为液体；C18以上为固体。二、沸点①分子质量大，作用力大，沸点高：②碳原子数相同，支链愈多，沸点愈低。三、熔点（图见P27）①取决于分子的大小；②晶格中的排列情况；③相邻偶数的熔点比奇数的高。四、相对密度随着分子质量的增加而增加，最后接近0.8。五、溶解度：①不溶于水；②易溶于有机溶剂，如四氯化碳，乙醇，乙醚等7

7 二、其它烷烃的结构 ①采用 sp3 杂化； ②四面体结构； ③键角接近 109°28′。例如：丙烷中 C—C—C 键角为 112°。 碳键并不是排布在一个平面上，但为了书写方便，在写分子结构式时，仍写成直键。 2.5 烷烃的物理性质 一、物态 C1—C4 以下为气体；C5—C17 为液体；C18 以上为固体。 二、沸点 ①分子质量大，作用力大，沸点高； ②碳原子数相同，支链愈多，沸点愈低。 三、熔点（图见 P27） ①取决于分子的大小；②晶格中的排列情况；③相邻偶数的熔点比奇数的高。 四、相对密度 随着分子质量的增加而增加，最后接近 0.8。 五、溶解度： ①不溶于水； ②易溶于有机溶剂，如四氯化碳，乙醇，乙醚等

解释：相似相溶原理2.6烷烃的化学性质一、氧化反应点燃 CO2 + 2H,0CH4 + 20202120℃RCH,CH2R'锰盐1.5~3MPaRCOOH+ R'COOH其中C10~C20的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂。二、异构化反应定义：一个化合物转变为其异构体的反应。例如：CH3AIBr , HBrCH,CH2CH2CH3CH,— CH CH327℃应用：直链烷烃异构化为支链烷烃提高汽油的辛烷值。三、裂化反应裂化：高温下使分子发生裂解的过程。产物多为低级烷烃，烯烃和氢（少量）。裂化目的：提高汽油的质量。（由原油得到的汽油只占原油的10～20%，且质量差。）1、热裂解裂解条件：5MPa，500~600℃

8 解释：相似相溶原理 2.6 烷烃的化学性质 一、氧化反应 CH + 2 O 4 2O 点 燃 CO 2H 2 + 2 CH ℃ 2 ～ O2 R CH2 R' 120 锰盐 1.5 3MPa RCOOH + R'COOH 其中 C10～C20 的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂。 二、异构化反应定义： 一个化合物转变为其异构体的反应。 例如： CH3 CH CH 3 CH ℃ CH 3 2CH3 CH 3 CH2 AlBr，HBr 27 应用：直链烷烃异构化为支链烷烃提高汽油的辛烷值。 三、裂化反应 裂化：高温下使分子发生裂解的过程。产物多为低级烷烃，烯烃和氢（少量）。 裂化目的：提高汽油的质量。（由原油得到的汽油只占原油的 10～20％，且质量差。） 1、热裂解 裂解条件：5MPa，500～600℃

热裂解高级烷烃低级烷烃+少量烯烃2、催化裂解裂解条件：450～500℃，常压，常用催化剂是硅酸铝。催化剂原料汽油(异构化，环化，脱氢）400~500℃不仅能提高汽油的产量而且能大大提高汽油的质量。3、深度裂解裂解条件：>700℃700℃原料低级烯烃（主要产物）深度裂解可得到更多的工业原料乙烯、丙烯、丁烯等低级烯烃。四、取代反应A、甲烷的取代漫射光CH +CH,CI + HCICl2漫射光CH2Cl2 + HCICH,CI +Cl2（四种取代产物的混合物）漫射光CHCI,+ HCICH,Cl2 +CI漫射光CCI4+ HCICHCl3 +Cl2获得某一产物的方法：控制反应条件（配比、光照时间、反应温度或投料方式）使某一产物为主。反应历程：CI+.Cl（1）链引发：①CI2+能量（高温或光照）（2）链传递：9

9 高级烷烃 低级烷 烃 + 少量烯烃 热 裂 解 2、 催化裂解 裂解条件：450～500℃，常压，常用催化剂是硅酸铝。 ～ ℃ 原 料 汽油(异构化 ，环化，脱氢) 催化剂 400 500 不仅能提高汽油的产量而且能大大提高汽油的质量。 3、深度裂解 裂解条件： ＞700 ℃ ℃ 原 料 低级 烯烃 700 (主要产物) 深度裂解可得到更多的工业原料乙烯、丙烯、丁烯等低级烯烃。 四、取代反应 A、甲烷的取代 CH 4 + Cl 2 CH 3 漫射光 Cl + HCl CH CH 3 Cl + Cl 2 漫射光 Cl + HCl 2 2 （四种取代产物的混合物） 2 CH 3 CH2 Cl + Cl 2 漫射光 Cl + HCl CH Cl 3 + Cl 2 CCl 4 漫射光 + HCl 获得某一产物的方法： 控制反应条件（配比、光照时间、反应温度或投料方式）使某一产物为主。 反应历程： （1）链引发：① CI2＋能量（高温或光照） Cl. + . Cl （2）链传递：

CI+ H:CH,?HCI +CH3+CHCI+CICH3+Cl2—①-CI+CH,CI-·CH,CI + HCI+CH,CI + ·CI? CH,CI + Cl2（3）链终止：?CI +.CIClCH3—CH3? CH3+·CH3自由基被消耗则反应终止。思考：为什么反应机理不是：' CI · + H:CH?CI·CH3+H.HCI + CI -③'H+Cl2②的活化能为4千卡而②的活化能大于20千卡CI+ CH3-HCH,-CI+ H△H=20千卡：△E活化>20千卡；反应速度：275℃时要大250万倍。B、其它烷烃的氯代反应一伯、仲、叔氢原子的反应活性光CH , CH, CH, + Cl2 20℃ ,cCI.CH,CH,CH,CI+CH3CHCHCH357%43%CH 3CH 3CH3CH3CH+ Cl2 CH,CCH3 + CH2CICCH3-CH3CH3CH3设甲基上氢的反应活性为1，其它为x，则10

10 CH3 CH 3 H + . + : ② Cl HCl . CH3 Cl 2 . + Cl . ③ CH 3 + Cl Cl Cl . + . HCl CH 3 CH 2 ④ Cl + CH 2 Cl 2 . ⑤ + Cl CH 2 Cl + Cl （3）链终止： . Cl + .Cl Cl2 CH 3 CH3 . + CH 3 CH3 . 自由基被消耗则反应终止。 思考：为什么反应机理不是： Cl . + H CH3 CH3 + H. : Cl ② . ' + Cl H 2 . + . ③ ' Cl HCl ②的活化能为 4 千卡而②'的活化能大于 20 千卡 Cl. + CH 3 H CH3 Cl + H △H=20 千卡；△E 活化＞20 千卡；反应速度：275℃时要大 250 万倍。 B、其它烷烃的氯代反应—伯、仲、叔氢原子的反应活性 CH3 4 CH 2 Cl + 3 CH 3 2 CH + Cl 光 20 ℃，CCl CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH CH 3 43% 57% 3 3 CH3 CH + Cl 2 CH 3 CH Cl CH 3 + C CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 CH C CH 3 CH 3 设甲基上氢的反应活性为 1，其它为 x ，则