大學有機化學第二章 飽和烴(烷烴)

1、第二章第二章 飽和烴飽和烴( (烷烴烷烴) ) (alkane)基本要求基本要求掌握烷烴的分子結(jié)構(gòu)特點、命名方法及其掌握烷烴的分子結(jié)構(gòu)特點、命名方法及其 化學性質(zhì)?；瘜W性質(zhì)。理解構(gòu)象的概念、構(gòu)象式的寫法。理解構(gòu)象的概念、構(gòu)象式的寫法。3. 了解自由基的概念和自由基反應機理。了解自由基的概念和自由基反應機理。烴烴 -分子中分子中只含有碳和氫兩種元素只含有碳和氫兩種元素 的有機化合物的有機化合物( (或稱為或稱為碳氫化合碳氫化合 物物) )。 烴烴是組成最簡單的一類有機化合是組成最簡單的一類有機化合物，其它有機化合物可以看作是物，其它有機化合物可以看作是烴的烴的衍生物衍生物。 開鏈烴開鏈烴 碳環(huán)烴

2、碳環(huán)烴飽和烴飽和烴不飽和烴不飽和烴 烷烷單烯烴單烯烴 炔烴炔烴二烯二烯環(huán)烷環(huán)烷環(huán)烯環(huán)烯苯系芳烴苯系芳烴脂環(huán)烴脂環(huán)烴芳香烴芳香烴非苯芳烴非苯芳烴烷烴烷烴 - - 分子中碳原子之間都以分子中碳原子之間都以單鍵相連單鍵相連成成鏈狀鏈狀，其余，其余 價鍵都與氫原子相連的化合物。價鍵都與氫原子相連的化合物。同系列和同分異構(gòu)同系列和同分異構(gòu) (homologous series and isomerism)CH4CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3通式：通式：同系列同系列 -凡是在組成上凡是在組成上相差相差一個或多個一個或多個CH2，而且結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似而且結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似, ,具有具有同一

3、個通式同一個通式的一系列的一系列化合物?；衔?。系列差系列差: : 具有相同分子式，分子中原子或基團具有相同分子式，分子中原子或基團因連接順序不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體。因連接順序不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體。 由碳架不同引起的異構(gòu)，稱由碳架不同引起的異構(gòu)，稱。( (屬構(gòu)造異構(gòu)屬構(gòu)造異構(gòu)) ) CH3-CH2-CH2-CH3CH3-CH-CH3CH3正丁烷異丁烷CH3CHCH2CCH3CH3CH3CH3( (伯伯)1)1C C伯碳原子（一級碳原子，記作伯碳原子（一級碳原子，記作1）只只 與另一個碳原子相連，常處在鏈端。與另一個碳原子相連，常處在鏈端。 ( (仲仲)2)2C C仲碳原子（二級碳原子，記作仲碳原子（

4、二級碳原子，記作2）與另外二）與另外二個碳原子相連，常處在鏈的中間。個碳原子相連，常處在鏈的中間。 ( (叔叔)3)3C C叔碳原子（三級碳原子，記作叔碳原子（三級碳原子，記作3)與另外三個與另外三個碳原子相連，常處在支鏈分出處。碳原子相連，常處在支鏈分出處。 (季季)4C季碳原子（四級碳原子，記作季碳原子（四級碳原子，記作4）與另外四與另外四個碳原子相連，常處在二個支鏈分出處。個碳原子相連，常處在二個支鏈分出處。1H2H3H連接在伯、仲、連接在伯、仲、叔碳原子上的叔碳原子上的氫分別稱為伯、氫分別稱為伯、仲、叔氫原子。仲、叔氫原子。命名命名 ( nomenclatune)(1)(1)普通命名法

5、（適用于簡單化合物）普通命名法（適用于簡單化合物） 1-10 1-10個碳的烷烴，詞頭用：甲、乙、丙、丁、戊、己、個碳的烷烴，詞頭用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；庚、辛、壬、癸；1010個碳以上，用數(shù)字十一、十二等表示。個碳以上，用數(shù)字十一、十二等表示。碳架異構(gòu)體用正、異、新等詞頭區(qū)分。碳架異構(gòu)體用正、異、新等詞頭區(qū)分。CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3CCH2CH3CH3CH3CH3正己烷正己烷 正：正：直鏈烷烴直鏈烷烴異己烷異己烷 異異新己烷新己烷 新新CH3CCH2-CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3 CH3-(CH2)12-C

6、H3 正戊烷正戊烷 正十四烷正十四烷 CH3CH-CH3（2 2）系統(tǒng)命名法（）系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）命名法） 直鏈烷烴直鏈烷烴 CH3（CH2）3CH3CH3（CH2）13CH3戊戊烷烷十十五五烷烷支鏈烷烴支鏈烷烴 烷烴分子中去掉一個氫原子后所剩烷烴分子中去掉一個氫原子后所剩 下的原子下的原子 團，常用團，常用R-表示。表示。 CH3 CH3CH2CH3CH2CH2CH3CHCH3CH2CHCH3CH3CH3CH3CCH3CH3CCH3CH3CH2 甲基 methyl (Me) 乙基 ethyl (Et) 正丙基 n-propyl (n-Pr) 異丙基 isopropyl (i-Pr

7、) 仲丁基 sec-butyl (s-Bu) 叔丁基 tert-butyl (t-Bu) 新戊基 neopentyl 選最長碳鏈作主鏈，支鏈作取代基。遇多個等長碳鏈，選最長碳鏈作主鏈，支鏈作取代基。遇多個等長碳鏈， 則取代基多的為主鏈。則取代基多的為主鏈。CH3CH2CHCH3CH2CH3主鏈C-C-C-C-C-C-CC-C-CCC C123(b) (b) 近取代基端開始編號，并遵守近取代基端開始編號，并遵守“最低系列編號規(guī)則最低系列編號規(guī)則”CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH3取代基位號 2，3，5取代基位號 2，4，5順序： -C-C-C Br Cl S P F O N C D

8、 H 孤對電子 (b) 多原子基團第一個原子相同多原子基團第一個原子相同, , 則依次比較與其相則依次比較與其相 連的其它原子。連的其它原子。CH2CH2CH3 C（C、H、H、） C（C、C、H）CHCH3CH3CH2ClCHF2C（Cl、H、H） C（F、F、H）(c)含雙鍵或叁鍵的基團含雙鍵或叁鍵的基團, ,則作為連有兩個或叁個相則作為連有兩個或叁個相 同的原子。同的原子。CCH C(CH3)3CHCH2CCH(C)(C)(C)(C)(C)CCH3CH3CH3CHCHH(C) 順序大的基團稱順序大的基團稱。CHOCHOO,COHOCOHOO,CNCNNNCH3CH2CHCHCHCHCH3

9、CH3CH2CH2CH3CH3CH312345672,3,5-三甲基三甲基-4-丙基庚烷丙基庚烷 1 1）相同取代基數(shù)目用漢文數(shù)字二、三）相同取代基數(shù)目用漢文數(shù)字二、三 .表示；表示； 2 2）取代基位號用阿拉伯數(shù)字表示；）取代基位號用阿拉伯數(shù)字表示； 3 3）阿拉伯數(shù)字與漢字之間必須用短橫線分開；）阿拉伯數(shù)字與漢字之間必須用短橫線分開； 4 4）阿拉伯數(shù)字之間必須用逗號分開。）阿拉伯數(shù)字之間必須用逗號分開。CH3CH2CHCHCH3CHCH2CH2CHCH2CH3CH3CH3CH312345672,5-二甲基二甲基-3-乙基乙基-4-丙基庚烷丙基庚烷CH3CHCH2CHCCH3CH3CH3C

10、H3CH3124562,2,3,5-四甲基己烷四甲基己烷請指出碳原子的類型請指出碳原子的類型3烷烴的結(jié)構(gòu)（烷烴的結(jié)構(gòu)（structure of alkane） 碳的碳的spsp3 3雜化和雜化和鍵的形成鍵的形成雜化光 或SP3基態(tài)激發(fā)態(tài)雜化態(tài)激發(fā)2P2P2S2S CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2H3CCH3CH2CH2CH2CH3簡寫鍵線式簡寫鍵線式 乙烷和丁烷的構(gòu)象乙烷和丁烷的構(gòu)象 (conformation of ethane and butane) 構(gòu)象構(gòu)象由單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子或基團在空間由單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子或基團在空間的不同排列方式。的不同排列方式

11、。重疊式重疊式（由（由H-C-C-H組成的兩面角為組成的兩面角為0o）交叉式交叉式（由（由H-C-C-H組成的兩面角為組成的兩面角為60o）重疊式重疊式H HH HH HH HH HH HH HH HC C C CH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH H 楔形式楔形式 鋸架式鋸架式 紐曼式紐曼式交叉式交叉式H HH HH HH HH HH HCH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HCHHH 楔形式楔形式 鋸架式鋸架式 紐曼式紐曼式 介于重疊式與交叉式之間的無數(shù)構(gòu)象稱為介于重疊式與交叉式之間的無數(shù)構(gòu)象稱為扭曲式扭曲式構(gòu)象。構(gòu)象。構(gòu)象的穩(wěn)

12、定性構(gòu)象的穩(wěn)定性（分析乙烷兩個極端構(gòu)象）（分析乙烷兩個極端構(gòu)象）C C C CH HH HH HH HH HC C C CH HH HH HC C C CH HH HH HH HH HH H2 22 29 92 25 50 0 排斥力最大排斥力最大 排斥力最小排斥力最小 內(nèi)能高內(nèi)能高 內(nèi)能低內(nèi)能低 構(gòu)象的穩(wěn)定性與內(nèi)能有關(guān)。內(nèi)能低構(gòu)象的穩(wěn)定性與內(nèi)能有關(guān)。內(nèi)能低, ,穩(wěn)定；內(nèi)能高穩(wěn)定；內(nèi)能高, ,不不穩(wěn)定。內(nèi)能最低的構(gòu)象稱穩(wěn)定。內(nèi)能最低的構(gòu)象稱優(yōu)勢構(gòu)象。優(yōu)勢構(gòu)象。其它構(gòu)象的內(nèi)能介于這兩者之間。其它構(gòu)象的內(nèi)能介于這兩者之間。繞繞C-2和和C-3之間之間的的鍵旋轉(zhuǎn)，形成鍵旋轉(zhuǎn)，形成的四種典型構(gòu)象。的四

13、種典型構(gòu)象。構(gòu)象穩(wěn)定性構(gòu)象穩(wěn)定性：對位交叉式對位交叉式 鄰位交叉式鄰位交叉式 部分重疊式部分重疊式 全重疊式全重疊式 室溫下，正丁烷構(gòu)象異構(gòu)體處于迅速轉(zhuǎn)化的動態(tài)平室溫下，正丁烷構(gòu)象異構(gòu)體處于迅速轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡中，不能分離。最穩(wěn)定的對位交叉構(gòu)象是衡中，不能分離。最穩(wěn)定的對位交叉構(gòu)象是優(yōu)勢構(gòu)象優(yōu)勢構(gòu)象。 物理性質(zhì)物理性質(zhì)(physical property )沸點沸點1 1隨著碳原子數(shù)的遞增，沸點依次升高。隨著碳原子數(shù)的遞增，沸點依次升高。2 2原子數(shù)相同時，支鏈越多，沸點越低。原子數(shù)相同時，支鏈越多，沸點越低。 熔點熔點1 1碳原子數(shù)目增加，熔點升高。碳原子數(shù)目增加，熔點升高。2 2分子的對稱性

14、越大，熔點越高。分子的對稱性越大，熔點越高?；瘜W性質(zhì)化學性質(zhì) (chemical property)1 1氯代氯代（chlorination） CH4 + Cl2CH3Cl + HClhvCH4Cl2hvCl2hvCl2CH3ClCH2Cl2CHCl3hvCl2CCl4反應機理反應機理-化學反應所經(jīng)歷的過程化學反應所經(jīng)歷的過程, ,又稱又稱反應歷程反應歷程。有機反應分類有機反應分類 自由基反應自由基反應 離子型反應離子型反應 A : BA+B 單鍵均裂單鍵均裂 A自由基自由基 B自由基自由基 均裂產(chǎn)生的帶單電子的原子或基團叫均裂產(chǎn)生的帶單電子的原子或基團叫自由基自由基。通過自由基而進行的有機反

15、應叫做通過自由基而進行的有機反應叫做自由基反應自由基反應。 Cl 氯自由基氯自由基 CH3 甲基自由甲基自由基基 甲烷和氯的反應機理：甲烷和氯的反應機理： 氯分子在光照或高溫下裂解（均裂），產(chǎn)生自由基：氯分子在光照或高溫下裂解（均裂），產(chǎn)生自由基：h hv vC Cl l2 2o or r2 2 C Cl l 產(chǎn)生甲基自由基：產(chǎn)生甲基自由基：C Cl l+ +C CH H4 4C CH H3 3 + + H HC Cl l產(chǎn)生新的氯自由基：產(chǎn)生新的氯自由基：C CH H3 3+ + C CH H3 3C Cl l + + C Cl lCl2 氯甲基自由基的形成：氯甲基自由基的形成：C CH H

16、3 3C Cl l C Cl l+ + C CH H2 2C Cl l H HC Cl l+ + 氯甲基自由基再與氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：氯甲基自由基再與氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：C CH H2 2C Cl l + + C Cl l2 2C CH H2 2C Cl l2 2 + + C Cl l .自由基之間碰撞，形成穩(wěn)定分子，反應終止：自由基之間碰撞，形成穩(wěn)定分子，反應終止：C Cl l+ +C Cl lC Cl l2 2C CH H3 3+ +C Cl lC CH H3 3C Cl l+ +C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH

17、H2 2C Cl l+ +C CH H2 2C Cl lC Cl lC CH H2 2C CH H2 2C Cl l 整個反應經(jīng)歷三個階段：鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終整個反應經(jīng)歷三個階段：鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止。此自由基反應也稱止。此自由基反應也稱鏈鎖反應或鏈反應鏈鎖反應或鏈反應。討論題討論題甲烷氯代易得氯代烷的混合物，為什么？甲烷氯代易得氯代烷的混合物，為什么？ 自由基反應一般是在氣相或非極性溶劑中進行，自由基反應一般是在氣相或非極性溶劑中進行，反應可被光、熱或過氧化物所引發(fā)。反應可被光、熱或過氧化物所引發(fā)。 自由基具有很高的能量，非?；顫?，在生物體內(nèi)自由自由基具有很高的能量，非常活潑，在生物體內(nèi)

18、自由基通過多種化學途徑對細胞產(chǎn)生作用。由于自由基引起的基通過多種化學途徑對細胞產(chǎn)生作用。由于自由基引起的電子轉(zhuǎn)移有任意性，因此對生物系統(tǒng)存在潛在的危害。電子轉(zhuǎn)移有任意性，因此對生物系統(tǒng)存在潛在的危害。伯、仲、叔氫伯、仲、叔氫的反應活性的反應活性R3CH R2CHH RCH2H 不同氫的反應活性與自由基的穩(wěn)定性有關(guān)。不同氫的反應活性與自由基的穩(wěn)定性有關(guān)。 自由基的穩(wěn)定性與共價鍵均裂時鍵的離解能大小有關(guān)自由基的穩(wěn)定性與共價鍵均裂時鍵的離解能大小有關(guān). .CH3HCH3+ H Ed= +435kJ/mol CH3CH2HCH3CH2 + HCH3CH2CH2HCH3CH2CH2 + H CH3CHHCH3CH3CH + HCH3CH3CCH3CH3HCH3C + H CH3CH3+410+410+397.5+385 鍵離解能愈小，鍵越易斷裂，其所連氫原子的活性越鍵離解能愈小，鍵越易斷裂，其所連氫原子的活性越高，自由基越容易形成，所形成的自由基越穩(wěn)定。高，自由基越容易形成，所形成的自由基越穩(wěn)定。 自由基穩(wěn)定性次序為：自由