第4章烷烃自由基取代反应

烷烃为什么发生自由基取代反应机理烷烃是由碳和氢元素组成的一类有机化合物，其中碳原子上连接着四个氢原子。

由于烷烃分子中没有其他功能团，因此它们在化学反应中相对稳定，不容易发生反应。

然而，在适当的条件下，烷烃也能够发生自由基取代反应。

自由基取代反应是指在化学反应中，一个自由基分子取代另一个分子中的一个原子或基团的过程。

在烷烃的自由基取代反应中，通常是烷烃分子中的一个氢原子被取代为其他官能团或基团。

这种反应的机理可以分为三个步骤：起始步骤、传递步骤和终止步骤。

首先是起始步骤，也称为引发步骤。

在该步骤中，一个化合物分解为两个自由基。

这个过程通常需要一定的能量，比如热量或光能。

在烷烃的自由基取代反应中，通常会使用光能来提供起始步骤所需的能量。

例如，在氯代烷烃的自由基取代反应中，紫外线光能可以提供起始步骤所需的能量，使氯气分子解离成两个氯自由基。

接下来是传递步骤，也称为链传递步骤。

在该步骤中，自由基与其他化合物发生反应，将自由基转移给其他分子，从而生成新的自由基。

这个过程会不断地进行下去，形成一个自由基链反应。

在烷烃的自由基取代反应中，通常是自由基与另一个烷烃分子发生反应，将自由基转移给该分子，并形成一个新的自由基。

例如，在氯代烷烃的自由基取代反应中，氯自由基会与另一个烷烃分子发生反应，将自由基转移给该分子，并形成一个新的氯代烷烃分子。

最后是终止步骤，也称为链终止步骤。

在该步骤中，自由基与其他自由基发生反应，形成稳定的化合物，从而终止自由基链反应。

这个过程通常是通过自由基之间的相互作用来实现的。

在烷烃的自由基取代反应中，可能会发生自由基与其他自由基相互作用的终止步骤。

例如，在氯代烷烃的自由基取代反应中，两个氯自由基可能会相互作用，形成稳定的二氯代烷烃化合物。

总结起来，烷烃发生自由基取代反应的机理可以概括为起始步骤、传递步骤和终止步骤。

起始步骤中，一个化合物分解为两个自由基；传递步骤中，自由基与其他分子发生反应，将自由基转移给其他分子；终止步骤中，自由基与其他自由基相互作用，形成稳定的化合物。

烷烃的自由基取代反应自由基取代反应是有机化学中一类重要的反应类型。

烷烃是碳氢化合物的一种，由于其分子结构中只含有碳和氢两种元素，因此烷烃的反应性较低。

然而，通过引入自由基反应剂，可以使烷烃发生自由基取代反应，从而引发一系列有机反应。

自由基取代反应是指烷烃分子中的氢原子被自由基取代剂（如卤素、过氧化氢等）所取代的反应过程。

这类反应通常发生在光照、加热或引发剂的作用下。

典型的自由基取代反应包括氯代烷烃的制备、烷烃的氯化、烷烃的卤素化等。

以氯代烷烃的制备为例，氯代烷烃是一类重要的有机化合物，广泛应用于有机合成、医药、材料等领域。

常见的氯代烷烃制备方法之一就是通过自由基取代反应实现。

在反应中，以氯气为氯源，通过光照或热照射等条件，使烷烃中的氢原子被氯原子取代，生成氯代烷烃。

烷烃的氯化反应是另一种重要的自由基取代反应。

在氯化反应中，以氯化亚铁等作为引发剂，通过加热或光照等条件，使烷烃中的氢原子被氯原子取代，生成氯代烷烃。

这种反应常用于制备氯代烃烃类溶剂、药物合成中间体等。

除了氯代烷烃的制备和氯化反应外，烷烃还可以通过自由基取代反应进行卤素化反应。

卤素化反应是指在烷烃中引入卤素原子的反应过程。

常见的卤素化反应有氯代烷烃的卤素化、溴代烷烃的卤素化等。

这些反应通常在光照或加热条件下进行，通过自由基取代反应实现。

自由基取代反应具有一定的选择性和反应条件的灵活性。

通过调节反应条件和反应剂的选择，可以实现对烷烃分子中不同位置的取代。

例如，在氯化反应中，通过控制反应温度和反应剂的浓度，可以实现对烷烃分子中不同位置氢的取代。

这为有机合成提供了一种灵活的方法。

烷烃的自由基取代反应是有机化学中的重要反应类型。

通过引入自由基反应剂，可以使烷烃发生取代反应，生成具有不同官能团的有机化合物。

这类反应具有一定的选择性和适应性，可以通过调节反应条件和反应剂的选择实现对烷烃分子中不同位置的取代。

自由基取代反应在有机合成、医药、材料等领域具有重要应用价值。

烷烃特征反应烷烃的特征反应主要包括取代反应、裂化反应和热裂反应。

1. 取代反应烷烃的特征反应是取代反应，其中最典型的是卤代反应。

在光或加热的条件下，烷烃中的氢原子可以被卤素原子取代，生成卤代烷。

例如，甲烷与氯气在光照的条件下发生反应，生成氯甲烷和氯化氢：CH4 + Cl2 →CH3Cl + HCl这个反应是一个自由基反应，其中氯气在光照的条件下分解成氯原子和氯离子。

然后，氯原子与甲烷反应生成氯甲烷和氢离子。

这个反应是链式反应，可以继续进行，直到达到平衡状态。

除了卤代反应外，烷烃还可以发生磺化、硝化等取代反应。

2. 裂化反应当烷烃在隔绝空气的条件下加热到300-400℃时，会进行裂化反应。

在裂化反应中，长链烷烃会断裂成较小的烃分子，如乙烯、丙烯等。

例如，乙烷在300℃时会裂解成乙烯和乙烷：C2H6 →C2H4 + H2这个反应也是一个自由基反应，其中乙烷在高温下分解成乙烯和氢气。

这个反应也是链式反应，可以继续进行，直到达到平衡状态。

裂化反应在工业上具有重要意义，因为可以通过裂化反应将长链烷烃转化为较小的烃分子，从而得到更多的烯烃。

3. 热裂反应在更高的温度下（约700℃），烷烃还会发生热裂反应。

在热裂反应中，烷烃会断裂成小分子烃和氢气。

例如，甲烷在700℃时会热裂成甲烷和氢气：CH4 →C + 2H2这个反应也是一个自由基反应，其中甲烷在高温下分解成碳和氢气。

这个反应也是链式反应，可以继续进行，直到达到平衡状态。

热裂反应在工业上也有重要意义，因为可以通过热裂反应将长链烷烃转化为小分子烃和氢气，从而得到更多的烯烃和氢气。

自由基取代名词解释
自由基可以简单理解为不带电基团.
自由基取代反应则是以这些基团为单位的取代反应.
取代反应可以理解为AB+C=A+BC.其中都为自由基.
自由基取代反应：
在自由基卤化反应（英语：free radical halogenation）中，自由基取代的发生和卤素试剂及烷烃取代基有关。

另一个重要的自由基取代基是芳基，其中一个例子是Fenton试剂（英语：Fenton"s reagent）产生苯环羟化的反应。

在有机化学中许多氧化和还原反应有自由基的中间产物，例如羧酸与铬酸反应产生醛类的氧化。

偶联反应也可以被视为自由基取代。

某些芳香的取代反应是由自由基亲核芳香取代反应（英语：radical-nucleophilic aromatic substitution）来达成。

自动氧化是造成涂料及食品劣化的原因，实验室中会因为自动氧化产生过氧化乙醚（英语：diethyl ether peroxide），也是实验室危害的原因之一。

更多自由基取代反应:：
Barton-McCombie去氧反应，是用氢离子去取代羟基。

沃尔–齐格勒溴化反应反应涉及烯烃的烯丙基溴化反应。

汉斯狄克反应从羧酸的银盐转换成烷基卤化物。

Dowd–Beckwith扩环反应反应涉及β-酮酯的扩环反应。

Barton反应涉及亚硝酸盐变成亚硝基醇。

Minisci反应（英语：Minisci reaction）是羧基以银盐反应产生烷基自由基，并与芳香族化合物反应产生的取代反应。

第4章烷烃自由基取代反应一、选择题1．下列自由基中最稳定的是（）。

【答案】B【解析】p-π共轭使自由基稳定。

2．下列1，2，3-三氯环己烷的三个异构体中，最稳定的异构体是（）？【答案】（c）3．下列化合物按沸点由高到低排列（不要查表）（）。

a．3，3-二甲基戊烷b．正庚烷c．2-甲基庚烷d．2-甲基己烷A．d＞a＞b＞cB．b＞c＞d＞aC．c＞b＞d＞aD．a＞d＞c＞b【答案】C4．反应的反应类型属于（）。

A．碳正离子重排B．亲核加成C．亲电加成D．自由基反应【答案】D5．分子式为的三元环化合物，其可能的异构体总数为（）？A．6个B．5个C．4个D．3个【答案】B二、填空题1．两环烷烃的分子式均为，燃烧热较大的是。

【答案】（a）2．比较环丁烷、环己烷、环庚烷分子中1mol的燃烧值大小。

【答案】环丁烷＞环庚烷＞环己烷3．写出烷烃中熔点与沸点最接近的一个异构体。

【答案】4．排列自由基稳定顺序（由高到低）。

A．B．C．D．【答案】A>B>C>D三、简答题1．以环己烷、乙炔为原料（其他试剂任选）合成答：2．某化合物A的分子式为，A在其同分异构体中熔点和沸点差距最小，A的一溴代物只有一种B，B进行反应都很慢，但在Ag＋的作用下，可以生成烯烃C。

试写出A、B、C的构造式。

答：3．用普通命名法与系统命名法给下列化合物和烷基命名。

答：（1）异丁基；2-甲基丙基（2）二级丁基；1-甲基丙基（3）3-甲基-4-乙基辛烷（4）2-甲基-4-叔丁基庚烷；2-甲基-4-（1，1-二甲基乙基）庚烷4．利用17中得到的烷烃中伯、仲、叔氢在氯化时的活性比，求氯化时得到的各种一氯化产物的相对含量。

答：不同一氯化产物的相对含量与它们相应的原子数和活性比有关。

原子数之比为伯氢：仲氢＝6:4＝3:2其活性比为伯氢:仲氢＝1:4所以1-氯丁烷的相对含量为2-氯丁烷的相对含量为5．如何用试管测试快速地鉴别下列化合物，写出反应结果：己烷，答：己烷很容易与其他3种物质区分出来，它不能使溴水褪色，用溶液处理以测定的存在，己烷的反应呈阴性。

第一章测试1.根据当代的观点，有机物应该是 ( ) 。

A:来自动植物的化合物B:人工合成的化合物C:来自于自然界的化合物D:含碳的化合物答案:D2.1828年维勒（F. Wohler）合成尿素时，他用的是（）。

A:草酸铵B:碳酸铵C:氰酸铵D:醋酸铵答案:C3.1805年, 科学家从鸦片中获得了第一个生物碱, 称为( )。

A:孕甾酮B:吗啡C:胆固醇D:山道年答案:B4.有机物的结构特点之一就是多数有机物都以 ( ) 。

A:共价键结合B:离子键结合C:氢键结合D:配价键结合答案:A5.下列共价键中极性最强的是 ( ) 。

A:H-CB:C-OC:H-OD:C-N答案:C第二章测试1.在烷烃的自由基取代反应中,不同类型的氢被取代活性最大的是 ( )。

A:一级B:三级C:哪个都不是D:二级答案:B2.氟、氯、溴三种不同的卤素在同种条件下，与某种烷烃发生自由基取代时,对不同氢选择性最高的是( )。

A:氯B:氟C:溴答案:C3.在自由基反应中化学键发生 ( ) 。

A:均裂B:不断裂C:异裂D:既不是异裂也不是均裂答案:A4.引起烷烃构象异构的原因是 ( )。

A:分子中的单双键共轭B:分子中的两个碳原子围绕C-C单键作相对旋转C:分子中的双键旋转受阻D:分子中有双键答案:B5.ClCH2CH2Br中最稳定的构象是 ( ) 。

A:对位交叉式B:全重叠式C:部分重叠式D:顺交叉式答案:A第三章测试1.在烯烃与HX的亲电加成反应中，主要生成卤素连在含氢较( )的碳上 ( ) 。

A:少B:不能确定C:多答案:A2.烯烃双键碳上的烃基越多,其稳定性越 ( ) 。

A:不能确定B:好C:差答案:B3.碳正离子a.R2C=CH-C+R2、 b. R3C+、 c. RCH=CHC+HR 、 d. RC+=CH2稳定性次序为 ( )。

A:b＞a＞c＞dB:c＞b＞a＞dC:a＞b≈c＞d答案:C4.下列烯烃发生亲电加成反应最活泼的是 ( ) 。

乙烷取代反应方程式乙烷的取代反应乙烷是一种饱和烃，具有通式 C2H6。

饱和烃是不含任何双键或三键的碳氢化合物。

由于其碳原子之间的键合是通过稳定的单键形成的，因此乙烷是一种相对稳定的化合物。

然而，在某些条件下，乙烷可以发生取代反应，其中一个或多个氢原子被其他原子或基团取代。

取代反应的类型乙烷可以发生两种类型的取代反应：自由基取代反应：自由基取代反应涉及自由基（具有不成对电子的原子或分子）的形成和反应。

这些反应通常在高温或紫外线照射下发生。

亲电取代反应：亲电取代反应涉及亲电试剂（电子对受体）的攻击。

这些反应通常在催化剂存在下于较低温度下发生。

自由基取代反应乙烷的自由基取代反应遵循以下步骤：1. 引发步骤：自由基通过加热或紫外线照射产生。

2. 传播步骤：自由基与乙烷反应，产生一个新的自由基和一个取代产物。

3. 终止步骤：自由基通过与其他自由基反应而被消耗掉。

乙烷与氯气在自由基引发剂存在下反应，生成氯乙烷和氢氯酸： ```CH3CH3 + Cl2 → CH3CH2Cl + HCl```亲电取代反应乙烷的亲电取代反应遵循以下步骤：1. 引发步骤：亲电试剂与乙烷反应，形成一个碳正离子。

2. 取代步骤：亲核试剂（电子供体）攻击碳正离子，生成取代产物。

乙烷与溴素在路易斯酸催化剂存在下反应，生成溴乙烷和氢溴酸：```CH3CH3 + Br2 → CH3CH2Br + HBr```取代反应的应用乙烷的取代反应在工业和实验室中有着广泛的应用。

例如：氯乙烷用于生产聚氯乙烯（PVC），一种广泛用于塑料和管道中的聚合物。

溴乙烷用于生产阻燃剂和杀虫剂。

乙苯用于生产聚苯乙烯（PS），一种用于制造泡沫塑料和一次性餐具的聚合物。

影响取代反应的因素影响乙烷取代反应的因素包括：温度：大多数取代反应的速率随着温度的升高而增加。

压力：气相反应的速率随着压力的增加而增加。

催化剂：许多取代反应需要催化剂才能进行。

底物结构：取代反应的速率和产物分布取决于底物的结构。

自由基取代反应是一种有机化学反应，其中自由基（具有未成对电子的分子或原子）被用来替代或添加到有机分子中的特定原子或基团。

这种反应通常发生在有机化合物中，而不是在无机化合物中。

自由基取代反应的机理可以因反应类型和底物的不同而有所不同，但通常包括以下步骤：
起始步骤：自由基取代反应的起始步骤通常涉及一个自由基的生成。

这可以通过不同的方法来实现，如热解、光解、辐射或化学引发剂的作用。

这个步骤会产生一个活跃的自由基。

自由基传递：生成的自由基会与底物中的一个特定原子或基团发生反应。

这个自由基传递步骤通常是反应的关键步骤。

自由基可以攻击底物中的碳、氢、氧或其他原子，取决于反应的类型。

形成中间体：在自由基传递步骤后，通常会生成一个反应中间体。

这个中间体可能是一个新的自由基，或者它可以通过与其他分子或自由基发生进一步反应而稳定下来。

末尾步骤：最后，中间体会发生进一步反应，以形成最终产物。

这个步骤可能包括去质子化、脱氧、脱卤等反应，具体取决于反应的类型。

需要注意的是，自由基取代反应通常是不选择性的，因为自由基可以攻击分子中的多个位置。

这可能导致多个不同的产物生成。

因此，在有机合成中，需要精心设计反应条件以控制反应的选择性和产物的产率。

自由基取代反应在有机合成中具有重要的应用，例如用于合成卤代烷烃、醇、醚、酮等化合物。

然而，由于其不选择性和复杂性，这些反应通常需要经过仔细优化和控制。

自由基取代反应中的能量来源马彬，淦国庆（井冈山大学化学化工学院，12应化本（1）班）摘要：简要回顾烷烃的自由基取代反应，从链引发，链传递到链终止，当中都有能量的变化，而当中能量的源头我们却不很清楚，尽管目前人们对烷烃的卤代反应很熟悉，但是反应的复杂程度是很难想象的，无论是具体实际问题还是研究方法都需要系统的深入研究关键字：光子动能;热力学能;键能1、引言组成有机化合物分子的元素不多，主要是由碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，但它们的分子的群系数目十分庞大，其结构复杂不言而喻。

迄今为止人们通过合成的有机化合物种类大约有2000万种左右。

而作为工业的“血液”，石油，它主要用在作为合成物质的原材料、燃烧释放内能上为世人关注。

石油的成分主要成分也是碳、氢、氧、氮、磷、硫。

但它的群系相对于有机物来说那可是局指可数。

而且石油中的有机物都是稳定存在，饱和烷烃和烃的衍生物。

不含不饱和的烯烃、炔烃和衍生物。

人们要得到这些物质，必须对稳定的有机物进行一系列的化学反应，然而烷烃的化学性质很稳定，碳碳σ键，碳氢σ键键能很大，不易打断。

烷烃一般条件下与大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂不发生反应，甚至是和碱金属都不发生反应。

但由于中心碳是sp3杂化，碳碳键矩为0，碳氢偶极矩很小，电子云分布均匀，易受活性基团的攻击使碳氢键均裂，发生卤代反应，生成卤代物。

卤代物是连接所有有机化合物的桥梁。

不论你是想得到碳链的、氮链的、磷链的还是硫链的化合物，只要得到卤代烃经过一系列化学过程即可得到，如水解生成醇，醇碱加热消去得烯烃和炔烃及其他十分复杂的有机化合物。

学者对卤代烃作用的研究也很多的，如卤代甲烷—甲基转移酶基因的克隆和功能研究溴甲烷高选择转化为芳烃的催化研究……。

因此能够控制烷烃的取代反应是必须的。

2、取代反应中的能量来源甲烷的氯代反应需要光照或加热，可以说明参加反应是需要能量的，而能量的来源只能从条件的方面考虑，无非就是光照中光子提供的动能和热力学动能。

烷烃的取代反应方程式烷烃是一类碳氢化合物，由于其分子结构简单，化学性质稳定，因此在有机化学中具有重要的地位。

烷烃的取代反应是有机化学中的基础反应之一，本文将从反应类型、反应条件、反应机理及实际应用等方面进行全面的介绍。

一、取代反应的类型1. 氢代取代反应氢代取代反应是指在烷烃分子中，一个或多个氢原子被其他原子或基团所取代的反应。

例如甲烷和溴在紫外光作用下发生氢代溴代反应：CH4 + Br2 → CH3Br + HBr2. 单取代反应单取代反应是指一个分子中只有一个氢原子被其他原子或基团所取代的反应。

例如乙烷和卤素在紫外光作用下发生单取代反应：C2H6 + Cl2 → C2H5Cl + HCl3. 多取代反应多取代反应是指一个分子中有两个或两个以上的氢原子被其他原子或基团所取代的反应。

例如丙烷和卤素在紫外光作用下发生多取代反应：C3H8 + Cl2 → C3H7Cl + HCl二、取代反应的条件1. 温度温度是影响取代反应速率的重要因素之一。

在一定范围内，温度升高会使反应速率增加。

但是当温度超过一定范围时，反应速率会减慢或停止。

不同的取代反应需要不同的温度条件。

2. 光照光照可以促进某些取代反应的进行。

例如氢代溴代反应和单取代反应都需要紫外光照射才能进行。

3. 催化剂催化剂可以提高某些取代反应的速率，降低活化能。

例如氧化铝、氯化铝等催化剂可以促进芳香族烃的烷基化和芳基化。

三、取代反应机理1. 自由基机理自由基机理是指在一个分子中，一个氢原子被另一个原子或基团所取代时，中间产生了自由基并参与了整个反应过程。

以甲烷和溴为例，甲烷中一个氢原子被溴所取代：CH4 + Br2 → CH3Br + HBr其中CH3Br是中间产物，整个反应过程如下：2. 电子对机理电子对机理是指在取代反应中，一个原子或基团通过共价键与烷烃分子中的一个氢原子形成一个新的共价键，同时另外一个原子或基团通过孤对电子与该烷烃分子中的另一个碳原子形成新的共价键。