烷烃和环烷烃的性质与制备.ppt

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1、第3章烷烃和环烷烃的性质与制备3.1烷烃和环烷烃的物理性质3.4环烷烃的化学性质3.1.1烷烃的物理性质3.1.2环烷烃的物理性质3.2烷烃的化学性质3.5烷烃和环烷烃的制备3.2.1氧化反应3.5.1烷烃的制备3.2.2热裂反应3.5.2环烷烃的制备3.2.3卤代反应3.3烷烃卤代反应的反应机理3.3.1甲烷氯代反应的机理3.3.2活化能和过渡态3.3.3卤素对甲烷的相对反应活性3.3.4卤代反应的相对活性与烷基自由基的稳定性3.1烷烃和环烷烃的物理性质3.1.1烷烃的物理性质有机化合物的物理性质，通常指的是在常温、常压

2、下的状态、熔点、沸点、相对密度、溶解度、折光率等。正烷烃的物理性质随着碳数的增加呈现规律性的变化。1.物质状态常温常压（25℃，0.1MPa）下，C1~C4直链烷烃是气体，C5~C17直链烷烃是液体，C18以上直链烷烃是固体,如蜡等。2.沸点正烷烃的沸点随着碳数增加而有规律地缓慢升高。同数碳原子的支链烷烃的沸点比相应直链烷烃的低。3.熔点C4以上的正烷烃的熔点是随碳原子数目的增加而升高。偶数碳烷烃的熔点随着碳数增加升高的幅度比奇数碳的大，见下图。支链烷烃熔点比直链烷烃低。4.相对密度随着碳原子数目的增加而逐渐增大，但均小于

3、1。5.溶解度不溶于水，而易溶于非极性或弱极性的有机溶剂。3.1.2环烷烃的物理性质环烷烃的物理性质及其递变规律与烷烃相似，随着成环碳原子数目的增加，沸点和熔点逐渐升高，见下表。环烷烃的沸点、熔点和相对密度均比同碳数的烷烃高。3.2烷烃的化学性质3.2.1氧化反应通常将引入氧、失去氢或者伴随碳碳键断裂的反应称为氧化反应，将引入氢、失去氧的反应称为还原反应。烷烃在空气（氧气）的燃烧反应烷烃在催化剂作用下被空气或氧气氧化，可得醇、醛、酮、羧酸等含氧衍生物。例如，石蜡（C20~C30烷烃）氧化成高级脂肪酸。3.2.2热裂反应高温

4、时，烷烃的蒸气在无氧条件下，分子中的C—C键和C—H发生断裂，形成较小的分子，这个反应称为热裂反应。烷烃分子中所含的碳原子数越多，裂化产物越复杂。例如，正丁烷的热裂反应。3.2.3卤代反应烷烃分子中的氢原子被卤素取代的反应称为卤代反应。被氯取代称为氯代反应，被溴取代称为溴代反应。1.甲烷的氯代反应生成的一氯甲烷可以继续发生氯代反应。上述反应的产物为四种取代物的混合物。如果控制反应条件或原料用量比，可使其中某一取代物成为主要产物。2.其他烷烃的卤代乙烷的一卤代丙烷的一卤代异丁烷的一卤代实验结果表明，烷烃氯代反应的相对活性为：

5、叔氢:仲氢:伯氢=5:4:1，溴代反应的相对活性为：叔氢:仲氢:伯氢=1600:82:1。卤素对烷烃的相对反应活性为：F2>Cl2>Br2>I23.3烷烃卤代反应的反应机理3.3.1甲烷氯代反应的机理反应机理是指化学反应所经历的途径或过程，也称为反应历程。1.链引发2.链传递（2）和（3）是自由基引发的链反应。3.链终止甲烷的氯代反应是一个由氯自由基引发的取代反应，是一个典型的自由基取代反应。自由基反应通常包括链引发，链传递（或链增长）和链终止三个阶段。3.3.2活化能和过渡态过渡态理论认为：在反应物相互接近的反应过程中，

6、出现一个能量比反应物与生成物均高的势能最高点，与此对应的结构称为过渡态，用“≠”表示。反应过程通式：反应进程体系能量变化曲线见右图。其中：E活为活化能，是反应物发生反应必须克服的最小能垒；△H为反应热，是反应物与产物间的势能差；右图对应的是放热反应。反应进程体系能量变化曲线在上述甲烷氯代反应历程中，第（1）步链引发和第（2），（3）步链传递的反应热和活化能的数据为：从上述反应热分析：第（1）步和第（2）步都是吸热反应，分别需要吸收242.7kJmol-1和7.5kJmol-1的热量，而第（3）步是一放热反应，当与Cl2

7、反应生成CH3Cl和时，放热112.9kJmol-1。（2）+（3）共放热105.4kJmol-1，因此，从反应热看，反应是可以进行的。进一步分析第（2）步和第（3）步的反应活化能可知：第一部的活化能为+16.5kJmol-1，而第三步的活化能只有+8.3kJmol-1，因此，第（2）步是慢步骤，是甲烷氯化反应中决定反应速度的步骤。下图是甲烷氯代生成氯甲烷反应的能量变化图。CH4和Cl·生成CH3Cl反应进程能量变化曲线3.3.3卤素对甲烷的相对反应活性烷烃卤代反应的机理决定卤素对烷烃的相对反应活性为：F2>Cl2

8、>Br2>I2。以甲烷卤代反应中的能量变化来举例说明：实验结果表明：甲烷氟代反应放热过多，会破坏生成的氟甲烷，得到碳与氟化氢，所以直接氟化的反应难以实现。碘代反应所需活化能太大，反应难以进行。氯代反应的活化能小于溴代反应的活化能，所以卤代反应主要是氯代和溴代，氯代比溴代容易进行。3.3.4卤代反应的相对