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第2课时 烷烃的取代反应、官能团和同分异构现象发 展 目 标体 系 构 建1.通过甲烷的取代反应探究，利用同系物的概念预测烷烃的性质。
2.从宏观和微观角度认识官能团与有机物简单分类间的关系，知道同分异构现象是有机物种类繁多的原因。
1．反应原理CH 4＋Cl 2――→光照CH 3Cl ＋HCl CH 3Cl ＋Cl 2――→光照CH 2Cl 2＋HCl CH 2Cl 2＋Cl 2――→光照CHCl 3＋HCl CHCl 3＋Cl 2――→光照CCl 4＋HCl每一步化学反应断裂C —H 键和Cl —Cl 键，形成C —Cl 键和H —Cl 键，实质上是有机物中氢原子被氯原子取代的反应。
2．取代反应定义：有机化合物分子里的某些原子(或原子团)被其他原子(或原子团)代替的反应。
微点拨：(1)CH 3Cl 为气体、CH 2Cl 2、CHCl 3、CCl 4均为油状液体，不溶于水。
(2)甲烷不能使氯水、溴水、酸性KMnO 4溶液褪色。
(3)所有烷烃都发生和甲烷类似的取代反应。
二、有机化合物中的官能团 1．官能团(1)定义：比较活泼、容易发生反应并决定着某类有机化合物共同特性的原子或原子团。
(2)常见的官能团名称 碳碳双键羟基羧基酯基结构—O—H2.烃的衍生物烃分子中的氢原子被其他原子或原子团代替后的产物称为烃的衍生物。
如醇、羧酸、酯等。
三、同分异构现象和同分异构体1．定义(1)同分异构现象：两种或多种化合物具有相同的分子式却具有不同分子结构的现象。
(2)同分异构体：分子式相同而分子结构不同的化合物互称为同分异构体。
2．实例(1)根据正丁烷和异丁烷的结构式，填写下表空格：物质正丁烷异丁烷结构式结构简式CH3—CH2—CH2—CH3分子式C4H10C4H10沸点－0.5 ℃－11.7 ℃差异分析原子的结合顺序不同，化学键类型相同，物质类别相同(2)写出戊烷的三种同分异构体的结构简式：正戊烷：CH3CH2CH2CH2CH3，异戊烷：，新戊烷：。
烷烃异构化的研究进展[摘要] 对目前烷烃异构化催化剂进行了概述。
随着世界环境保护意识的提高，降低污染、改善燃料油品性能已成为全球性关注的问题。
近几年，出现了许多新的烷烃异构化生产技术，其中固体超强酸、钨基催化剂及分子筛催化剂的研究进展较快。
重点概述了各类催化剂的性能及优缺点。
对烷烃异构化催化剂的发展进行了展望。
[关键词] 异构化催化剂进展烷烃烷烃异构化是将低辛烷值的直链烷烃转化为高辛烷值的支链烷烃，其反应为可逆平衡反应，其中异构烷烃的总键能低于正构烷烃，因此异构化过程的△H 为负值，平衡常数KP 随温度的升高而降低，降低温度有利于生成多支链异构烷烃，产物的辛烷值也较高[1]。
从动力学看，尽管烷烃异构化的反应速率相对较快，可以说基本上处于平衡，但就提高其转化速度而言，异构化反应仍需在相当高的温度下进行，但温度升高，副反应(裂化)随之加剧，这就产生了异构化目的产物与转化速度的矛盾。
要维持低温反应而获得较多高辛烷值的异构化产物，同时又有较大的处理量(高转化速度)，必须借助催化剂抑制副反应，使反应向有利于异构化反应的方向进行。
因此，烷烃异构化催化剂的研究在油品性能改进方面就显得尤为重要。
1、传统烷烃异构化催化剂简介烷烃异构化催化剂按反应温度的不同可分为：高温型，低温型和中温型催化剂[1]。
1.1 高温型催化剂早期开发的高温型催化剂有Pt/SiO2-Al2O3 等，其操作温度均为400℃。
这类催化剂具有较强的抗毒物能力，但由于高温对异构产物热力学平衡浓度不利，而对加氢裂解反应有利，其结果是单收率和产品辛烷值较低，因此这类催化剂实际上已被淘汰。
对这方面的报道主要集中在反应机理的研究。
1.2 中温型催化剂中温型催化剂一般为含沸石的双功能催化剂（如Pt/氢型丝光沸石）。
目前，国外采用的Pt/HM 催化剂，如UOP 公司的I-7 和Hysomer 异构化催化剂等中温型催化剂，操作温度为210℃～280℃，可以再生。
烷烃的同分异构现象概述及解释说明1. 引言1.1 概述烷烃是碳原子连结成直链或支链的简单有机化合物，其分子结构中只包含碳和氢原子。
在许多有机化学反应中，烷烃的同分异构现象备受关注。
同分异构指的是具有相同分子式但结构不同的化合物现象。
例如，甲烷和乙烷具有相同的分子式CH4和C2H6，但它们的分子结构不同。
1.2 文章结构本文将系统介绍烷烃的同分异构现象及其解释说明。
首先，在"2. 烷烃的同分异构现象"部分我们将定义并背景介绍同分异构，并探讨导致此现象发生的原因以及对其进行分类。
接着，在"3. 同分异构的解释说明"部分，我们将探究键长、键键能力、空间取向与排列方式等因素对于同分异构现象产生重要影响，并引入量子力学解释和分子轨道理论以加深我们对此现象的理解。
然后，在"4. 案例分析"部分，我们将通过具体案例来进一步阐述甲烷与乙烷、支链烷烃与直链烷烃以及环状烷烃与链式烷烃的同分异构现象。
最后，在"5. 结论"部分，我们将对同分异构现象及其解释说明进行总结，并探讨其在化学反应和材料设计中的启示和应用前景。
1.3 目的本文的目的是全面介绍烷烃同分异构现象，并解释说明其原因和机制。
通过深入理解同分异构现象，我们可以更好地把握化学反应中不同分子结构之间的差异，并为材料设计提供新思路和方法。
这对于促进有机化学领域的发展以及相关工业领域的创新具有重要意义。
2. 烷烃的同分异构现象2.1 定义和背景烷烃是一类碳氢化合物，由于其分子结构简单，主要由碳原子和氢原子组成，因此存在着同分异构的现象。
同分异构是指具有相同分子式但结构不同的化合物之间的关系。
2.2 同分异构的原因导致烷烃发生同分异构的主要原因包括碳原子键长和键键能力的影响、空间取向与排列方式的影响以及量子力学解释和分子轨道理论等。
2.3 同分异构的分类根据烷烃同分异构的特点，可以将其分类为以下几种形式：a) 结构异构体：指在碳骨架上某些原子或基团位置发生变化，如链式异构体和环状异构体等。
烷烃的异构现象和构象
⼀、碳胳异构 (isomerism):
由于碳原⼦连接⽅式不同所产⽣的同分异构现象称为碳胳异构（或碳链异构）。
分⼦中原⼦相互连接的⽅式和次序叫构造(constitution)。
（具体见表3-1，教材P56）。
⼆、烷烃的构象 (conformation)：
由于单键的旋转产⽣的分⼦在空间的不同排列⽅式叫做构象。
构型相对稳定，构象瞬息万变。
例1：⼄烷的构象（CH3-CH3）
1. 透视式（锯架式）：
2. 纽曼投影式：
规则：
①画⼀个圆圈表⽰离眼睛较远的碳原⼦，圆圈上三等份圆周的短线表⽰这个碳原
⼦上的三根σ键；
②圆⼼表⽰离光源较近的碳原⼦，由圆⼼到圆周三等份的延长线表⽰这个碳上的
三根σ键。
例2：⼆溴⼄烷的构象（CH2Br-CH2Br ）
3. 优势构象：
关于构象的研究是以能量为基点的。
能量最低的构象最稳定，最稳定的构象称为优势构象。
⼤基团错开距离有利于分⼦能量降低，构象稳定。
优势构象不是所有分⼦的唯⼀构象，⽽是所占⽐例最多的构象。
练习：画出正丁烷的优势构象。
看⼀看：
分⼦在不停运动，它们互相碰撞时，发⽣能量交换，得到能量的分⼦就可能围绕单键旋
转，发⽣构象的转换。
据计算，在25℃下，这种转换每秒钟内发⽣的次数⾼达10E11次，
或者说10E-11秒内就发⽣⼀次。
温度越⾼，单键旋转速度越快。
但⼤部分时间内⼄烷分⼦
为交叉式构象，即优势构象。
《烷烃的取代反应》讲义一、烷烃的基本概念在化学的世界里，烷烃是一类非常重要的有机化合物。
烷烃是只含有碳（C）和氢（H）两种元素，且碳原子之间都以单键相连的烃类化合物。
简单来说，烷烃的分子结构就像是一条“碳链”，上面挂满了氢原子。
常见的烷烃有甲烷（CH₄）、乙烷（C₂H₆）、丙烷（C₃H₈）等等。
烷烃的通式可以表示为 CₙH₂ₙ₊₂（n 为碳原子数，n≥1）。
由于它们的结构相对简单，性质也比较稳定，但在一定条件下，依然能够发生各种各样有趣的化学反应，其中取代反应就是烷烃的重要反应之一。
二、取代反应的定义与特点取代反应是指有机化合物分子中的某个原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。
对于烷烃而言，最常见的取代反应就是卤代反应，也就是烷烃中的氢原子被卤素原子（如氯、溴等）所取代。
取代反应的特点主要有以下几点：1、逐步进行：取代反应通常不是一步完成的，而是逐步取代烷烃中的氢原子。
2、多取代产物：由于烷烃中的氢原子位置不同，所以可能会产生多种不同的取代产物。
3、反应条件：一般需要光照或者加热等条件来引发反应。
三、烷烃取代反应的常见类型1、氯代反应以甲烷与氯气的反应为例，在光照条件下，甲烷分子中的氢原子会逐步被氯原子取代，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷（氯仿）和四氯化碳等产物。
CH₄＋ Cl₂ → CH₃Cl ＋ HClCH₃Cl ＋ Cl₂ → CH₂Cl₂＋ HClCH₂Cl₂＋ Cl₂ → CHCl₃＋ HClCHCl₃＋ Cl₂ → CCl₄＋ HCl2、溴代反应原理与氯代反应类似，但反应活性相对较低，需要更强烈的条件。
四、取代反应的机理烷烃的取代反应通常是通过自由基机理进行的。
以甲烷的氯代反应为例，首先，在光照条件下，氯气分子会吸收能量而裂解为氯原子：Cl₂ → 2Cl·这些氯原子非常活泼，它们会与甲烷分子碰撞，夺取甲烷分子中的一个氢原子，形成甲基自由基和氯化氢：CH₄＋Cl· → CH₃·＋ HCl甲基自由基又会与氯气分子反应，生成一氯甲烷和新的氯原子：CH₃·＋ Cl₂ → CH₃Cl ＋ Cl·新产生的氯原子继续参与反应，如此循环，使得反应不断进行下去。
《烷烃的取代反应》讲义一、什么是烷烃在深入探讨烷烃的取代反应之前，咱们先来搞清楚啥是烷烃。
烷烃呀，是一类只含有碳（C）和氢（H）两种元素，并且碳与碳之间都以单键相连，其余的价键都被氢原子所饱和的烃类化合物。
简单来说，烷烃的分子结构就像是一条链子，每个链节就是一个碳，然后周围挂满了氢原子。
常见的烷烃有甲烷（CH₄）、乙烷（C₂H₆）、丙烷（C₃H₈）等等。
烷烃的通式可以表示为 CₙH₂ₙ₊₂（n 为整数，n≥1）。
这个通式很重要哦，通过它咱们能快速判断一个烃是不是烷烃。
二、取代反应的概念那啥是取代反应呢？取代反应就是指有机化合物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。
打个比方，就好像是在一个班级里，原本坐在某个座位上的同学被另外一个同学给替换了，座位还是那个座位，但是坐的人变了。
在有机化学中，取代反应是非常常见和重要的一类反应。
三、烷烃取代反应的条件烷烃发生取代反应通常需要一定的条件。
首先，得有反应物，也就是烷烃和取代试剂。
常见的取代试剂有卤素单质，比如氯气（Cl₂）、溴气（Br₂）等。
其次，反应往往需要光照或者加热来提供能量，促使反应的进行。
以甲烷和氯气的取代反应为例，在光照的条件下，甲烷分子中的氢原子会逐步被氯原子所取代。
四、烷烃取代反应的历程接下来咱们详细讲讲烷烃取代反应的历程。
还是以甲烷和氯气的反应为例。
当光照提供能量时，氯气分子会先吸收能量而发生均裂，也就是一个氯气分子分裂成两个氯原子。
然后，活泼的氯原子会进攻甲烷分子，夺取其中的一个氢原子，形成氯化氢和一个甲基自由基。
这个甲基自由基很不稳定，它会继续和氯原子结合，生成一氯甲烷。
随着反应的进行，一氯甲烷中的氢原子又可以被氯原子逐步取代，生成二氯甲烷、三氯甲烷（氯仿）和四氯甲烷（四氯化碳）。
整个反应是逐步进行的，每一步的反应速率和产物的比例都受到多种因素的影响。
五、烷烃取代反应的特点烷烃的取代反应有几个比较明显的特点。
其一，反应是逐步进行的，也就是说，氢原子是一个一个被取代的，而不是一下子全都被取代掉。
《烷烃》碳链异构揭秘在化学的奇妙世界里，烷烃的碳链异构现象就像一个神秘的谜题，等待着我们去揭开它的面纱。
对于初学者来说，这可能是一个令人困惑的概念，但只要我们深入探究，就会发现其中的规律和乐趣。
首先，让我们来明确一下什么是烷烃。
烷烃是一类只含有碳和氢两种元素，且碳与碳之间都以单键相连的有机化合物。
简单来说，它们就是由碳和氢组成的“链条”，但这些“链条”的排列方式却可以千变万化。
碳链异构，指的是由于碳原子的连接顺序不同而导致的同分异构体现象。
为了更好地理解这一概念，我们不妨从最简单的烷烃——甲烷（CH₄）开始说起。
甲烷只有一个碳原子，不存在碳链异构。
但当碳原子数量增加到两个时，乙烷（C₂H₆）也只有一种结构。
然而，当碳原子数增加到三个时，情况就变得有趣了。
我们有了丙烷（C₃H₈），它也只有一种结构。
但当碳原子数为四个时，正丁烷（CH₃CH₂CH₂CH₃）和异丁烷（（CH₃)₃CH）就出现了，这就是碳链异构的典型例子。
那么，为什么会出现碳链异构呢？这其实与碳原子的成键特点有关。
碳原子可以形成四个共价键，当碳原子数量较多时，它们就有了多种连接方式，从而形成不同的碳链结构。
为了找出烷烃的碳链异构体，我们可以采用逐步推导的方法。
以戊烷（C₅H₁₂）为例，我们先写出直链的结构，即正戊烷。
然后，我们可以从直链中间去掉一个碳原子，将其作为支链连接在主链上，这样就得到了异戊烷。
如果再从直链中间去掉两个碳原子作为支链连接在主链上，就得到了新戊烷。
在书写碳链异构体时，需要注意遵循一定的规则。
首先，要选择最长的碳链作为主链，然后依次写出支链的位置和名称。
支链的位置要用阿拉伯数字表示，数字与支链名称之间要用短线“”隔开。
碳链异构现象不仅在理论上具有重要意义，在实际应用中也有着广泛的影响。
例如，在石油化工领域，不同碳链长度的烷烃具有不同的物理性质和化学性质，因此它们的用途也各不相同。
较短碳链的烷烃，如甲烷、乙烷等，通常是气体，可用作燃料。
烷烃异构体的推导
首先说明一下烷烃异构体是什么？烷烃异构体是指一种芳烃可以存在不同结构的异构体，有不管其原料和条件是否相同，它们所含有的碳原子数和构型都可以相同，但是它们有着不同的官能团和分子结构的异构体。
烷烃异构体的推导基于上述定义，主要有以下步骤：
1.分析烷烃结构。
通常，根据碳原子数的多少来分析，包括烷烃本身结构，其含有几个环状结构，环状开有多少个桥，以及它们包含有几个官能团，以及官能团之间的联系等等。
2、确定异构体的构型。
也就是塑造出异构体的外观形状，这里关键是键的位置，以及它们之间的联系等。
3、针对烷烃的分子项确定不同的分子势能形式，得到不同的异构体的组合构成，尽量考虑所有的可能性，对其进行详细的比较。
4、计算不同的分子势来确定不同的异构体，在这里，确定由不同分子制成的异构体能够占到烷烃异构体整体中的比例。
5、可以进行相应的化学实验或者分子动力学模拟，来确定烷烃异构体的结构和构成，从而证明烷烃异构体的推导的正确性。
以上就是烷烃异构体的推导的基本步骤，这也是化学家们认识、发现烷烃异构体的基础。
通过上面的步骤，可以理解如何从一段烷烃结构出发，推导出它的异构体，并根据实验来验证通过推导出来的异构体是否正确，从而真正获得该烷烃异构体的完整信息，以便更好地深入分析烷烃异构体的性质。
单取代烷烃的熵和吉布斯自由能与分子结构的关系
霍平;刘万云
【期刊名称】《应用化工》
【年(卷),期】2010(039)011
【摘要】将单取代烷烃RX(X=OH、SH、NH2、Cl、Br、I、NO2、CN等)分子结构分为两个区域R和X来提取分子结构参数,从三方面影响因素:烷基R、取代基X、R与X相互作用来定量关联RX标准摩尔熵及标准摩尔生成吉布斯自由能.获得了已有实验测定的单取代烷烃RX标准摩尔熵及标准摩尔生成吉布斯自由能,并以烷基的碳原子数、取代基X对所研究单取代烷烃热力学性质的贡献值,烷基的极化效应指数与取代基电负性的乘积三参数为变量,建立定量相关模型,采用留一法交叉验证这些方程,结果表明,模型方程都具有良好的稳定性和预测能力.
【总页数】6页(P1658-1663)
【作者】霍平;刘万云
【作者单位】江西省高等学校,应用化学与化学生物学重点实验室,江西,宜春336000;宜春学院,化学与生物工程学院,江西,宜春336000;江西省高等学校,应用化学与化学生物学重点实验室,江西,宜春336000;江西省天然药物活性成分研究重点实验室,江西,宜春336000
【正文语种】中文
【中图分类】O641
【相关文献】
1.分子结构分区处理方法用于单取代烷烃气相生成焓的预测 [J], 霍平
2.单取代烷烃定量结构-保留相关研究中的分子结构分区处理方法 [J], 曹晨忠;霍平;高硕;周再春
3.单取代烷烃生成焓与键能之间的定量关系 [J], 武亚新;于方彩
4.饱和烷烃常沸点蒸发熵与分子结构的拓扑相关性研究 [J], 安红钢;李欣
5.烷烃沸点蒸发熵与分子结构之间定量关系的探讨 [J], 王克强
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