有機(jī)化學(xué)飽和烴

山東大學(xué)授課教案課程名稱有機(jī)化學(xué) 本次授課內(nèi)容飽和烴 教學(xué)日期2011-9-15授課教師姓名劉嘉麗 授課對(duì)象環(huán)工、環(huán)科10級(jí) 授課時(shí)數(shù)4教材名稱及版本有機(jī)化學(xué)簡(jiǎn)明教程 授課方式（講課實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)）本單元或章節(jié)的教學(xué)目的與要求掌握碳正四面體的概念、SP3雜化和°鍵。掌握烷烴和環(huán)烷烴的命名法和常見烷基的名稱。掌握烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)（取代、裂解、氧化及各種氫的相對(duì)活潑性）。掌握烷烴鹵代的自由基反應(yīng)歷程。掌握烷烴的構(gòu)象及鋸架式、紐曼（Newman）式的寫法。理解烷烴的物理性質(zhì)。理解游離基的穩(wěn)定性次序。授課內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配烷烴（3學(xué)時(shí)）：烷烴碳原子的雜環(huán)狀態(tài)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。烷烴的構(gòu)象及其產(chǎn)生原因，乙烷、正丁烷構(gòu)象分析。0.5學(xué)時(shí)烷烴的系統(tǒng)命名法和普通命名法。0.5學(xué)時(shí)烷烴的物理性質(zhì)。烷烴的鹵代反應(yīng)及其自由基反應(yīng)機(jī)理；了解烷烴的氧化、裂解反應(yīng)。1學(xué)時(shí)環(huán)烷烴（1學(xué)時(shí)）：（調(diào)整到不飽和烴后面、芳烴一章前面講）脂環(huán)烴的命名及環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)環(huán)烷烴的大小與穩(wěn)定性的關(guān)系；環(huán)己烷的構(gòu)象。0.5學(xué)時(shí)環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)。0.5學(xué)時(shí)重點(diǎn)、難點(diǎn)及對(duì)學(xué)生的要求（掌握、熟悉、了解、自學(xué)）重點(diǎn)：烷烴的系統(tǒng)命名及同分異構(gòu)現(xiàn)象；烷烴的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的物理性質(zhì)如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度等之間的關(guān)系；構(gòu)象：乙烷的透視式和紐曼投影式的寫法及各構(gòu)象之間的能量關(guān)系；環(huán)已烷及取代環(huán)已烷的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象；烷烴鹵化的自由基反應(yīng)機(jī)理及各類自由基的相對(duì)穩(wěn)定性。難點(diǎn)：烷烴鹵化的自由基反應(yīng)機(jī)理。烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象。主要外語詞Saturatedhydrocarbon,alkane,conformation,radical,molecularformula,structure,nomenclature,chemicalproperties,physicalproperties,boilingpoint,meltingpoint,reactionmechanism,chlorinationInternationalUnionofPureandAppliedChemistry（IUPAC）ChineseChemicalSociety（CCS）輔助教學(xué)情況（多媒體課件、板書、繪圖、標(biāo)本、示教等）采用模型（甲烷、乙烷的結(jié)構(gòu)模型）、多媒體課件和板書相結(jié)合的課堂講授方法。復(fù)習(xí)思考題作業(yè)：P29,3,4,5,7,8,9參考教材（資料）《基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)》邢其毅第2章 飽和炷（SaturatedHydrocarbon）分子中含有C、H兩種元素，C和C之間以單鍵連接，其余的價(jià)鍵被H飽和，這種化合物稱烷烴，也叫飽和烴，通CnH2n+2.復(fù)習(xí)：中學(xué)知識(shí)，烷烴的同系列和同分異構(gòu)第1節(jié)烷炷（Alkane）§1烷炷的結(jié)構(gòu)及乙烷的構(gòu)象Structuralalkaneandconformationinethane1.1烷炷的結(jié)構(gòu)（structuralofalkane）如甲烷分子為正四面體構(gòu)型，碳原子位于正四面體構(gòu)的中心，四個(gè)氫原子在四面體的四個(gè)頂點(diǎn)上，四個(gè)C-H鍵長(zhǎng)都為0.109nm，所有鍵角ZH-C-H都是109.5°。H/\ h/0.109nm./" 109.5）廠H^hf甲烷的正四面體構(gòu)型只有C-C鍵和C-H鍵，甲烷是烷烴中最簡(jiǎn)單的（見課件）。每個(gè)C原子為SP3雜化，形成的鍵叫。一鍵，其特征：電子云沿鍵軸方向口頭碰頭口發(fā)生軌道重疊形成的鍵，重疊程度高，鍵結(jié)合牢固；兩個(gè)成鍵原子可以圍繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)（產(chǎn)生構(gòu)象）。表1 C-C鍵和C-H鍵的鍵參數(shù)C-CC-H鍵長(zhǎng)0.154nm0.109nm鍵角109.5°109.5°鍵能347KJ/mol413KJ/mol極性00.4D1.2乙烷的構(gòu)象（conformationinethane）（見課件）①定義：conformation---即結(jié)構(gòu)的形象。是由于O鍵的自由旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了分子中的原子在空間的不同排列形式。如乙烷的構(gòu)象有無數(shù)個(gè)（展示模型），只討論極限形式：完全交叉式和完全重疊式。

重卷式構(gòu)象 交叉式構(gòu)象重卷式構(gòu)象 交叉式構(gòu)象②表示式：構(gòu)象通常用透視式或紐曼(Newman)投影式表示型示意圖透視式 紐曼(Newman)投影式③③④優(yōu)勢(shì)構(gòu)象：室溫條件下在所有構(gòu)象中由主要地位的構(gòu)象，即完全交叉式。原因：原子間的斥力小，能量最低。重疊式比交叉式的能壘(扭轉(zhuǎn)能)高12.5KJ/mol，如圖2-6所示。單鍵旋轉(zhuǎn)的能壘一般為12?42kJ/mol。室溫時(shí)分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量約80kJ/mol，因此在室溫條件下，乙烷分中的C-C鍵能迅速的旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生無數(shù)構(gòu)象，不能分離出乙烷的某一構(gòu)象。問題：丙烷，丁烷，1，2-二氯乙烷及其他烷烴的構(gòu)象。全重疊式全重疊式§2烷炷的命名（nomenclatureofalkane）1兩個(gè)基本概念①伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子的概念在烴分之中僅與一個(gè)碳相連的碳原子叫做伯碳原子（或一級(jí)碳原子，用1°表示）與兩個(gè)碳相連的碳原子叫做仲碳原子（或二級(jí)碳原子，用2°表示）與三個(gè)碳相連的碳原子叫做叔碳原子（或三級(jí)碳原子，用3°表示）與四個(gè)碳相連的碳原子叫做季碳原子（或四級(jí)碳原子，用4°表示）例如:1°CH3例如:1°CH3-'f—CH2—CH-CH3CH3 CH3與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子，分別稱為伯、仲、叔氫原子。不同類型的碳和氫原子的反應(yīng)性能有一定的差別。②.基（Radical）的概念從烷烴分子中去掉一個(gè)H，剩下的部分叫做基，用R-表示，同式為CnH2n+1。舉例：甲基CH3-；乙基C2H5-；丙基：正丙基CH3CH2CH2-，異丙基（CH3）2CH一；丁基：正丁基CH3（CH2）2CH2-，異丁基（CH3）2CHCH2-，仲丁基CH3CHCH2CH3，叔丁基（CH3）3C-。 12烷炷的習(xí)慣命名適合于簡(jiǎn)單化合物（五個(gè)碳以下）的命名。甲、乙、丙、丁、戊。舉例：CHiC—(CUCHYHeCH/'H]CM,c-ch4ch.CFL正戊烷異戊烷新戊烷2.3衍生物命名把所有的烷烴看作是甲烷的衍生物，只適于簡(jiǎn)單化合物的命名。舉例:（.1h CH；（'HCH:—CH,CH；"CHCIL-Cfl. （J1,（共':甲芯乙其甲烷 一［甲基乙基異丙基甲烷2.4系統(tǒng)命名法IUPAC命名法（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry國(guó)際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)）。根據(jù)這個(gè)英文命名法結(jié)合中文特點(diǎn)，規(guī)定了中文的命名原則，稱為CCS命名法（ChineseChemicalSociety中國(guó)化學(xué)會(huì)）：1.對(duì)直鏈烴，用天十法命名。（thenameofsomestraightchainalkanes）表2簡(jiǎn)單烷烴的英文名稱MolecularFormulaChineseNameEnglishNameMolecularFormulaChineseNameEnglishNameCH 4 甲烷methaneCH壬烷nonaneCH乙烷ethane9 20癸烷decane26CH丙烷propane1U22C11H4十一烷undecane3 8CH ^^0 丁烷butaneXH^ 十二烷clodecaneCH——5―12 戊烷pentaneXH^ 十六烷hexadecaneCH己烷hexaneXH^ 十八烷octadecaneCH"庚烷heptaneC20H『二十烷icosaneCH ^^8 辛烷octane818 2.對(duì)支鏈烷烴，有以下三個(gè)原則:選主鏈：選含支鏈(取代基)最多的最長(zhǎng)碳鏈作母體。編號(hào)碼：從靠近支鏈的一端開始編號(hào)；位次相同時(shí)，遵守“最低系列(最先碰面)”編號(hào)方法。寫名稱：先寫取代基，后寫母體；要標(biāo)明取代基的位次(小寫)和數(shù)目(大寫)；表示位置的數(shù)字間要用逗號(hào)隔開，位次和取代基名稱之間要用“半字線”隔開。相同的取代基合并起來寫；不同取代基先小后大；復(fù)雜取代基另編一套號(hào)碼。烷炷的命名歸納為十六個(gè)字：最長(zhǎng)碳鏈，最小定位，同基合并，由簡(jiǎn)到繁。舉例：(見課件)§3烷炷的物理性質(zhì)(physicalproperties)3.1狀態(tài)(state)在室溫下，C1-C4的烷烴是氣體(gas)，C5-C16的烷烴是液體(liquid)，C17和C17以上的烷烴是固體(solid)。3.2物理常數(shù)(physicalconstant)沸點(diǎn)(boilingpoint):直鏈C原子數(shù)增加，沸點(diǎn)升高。C原子數(shù)相同，支鏈越多，沸點(diǎn)越高；C原子數(shù)相同，支鏈數(shù)目相同，對(duì)稱性好，沸點(diǎn)越高。熔點(diǎn)(meltingpoint)：直鏈C原子數(shù)增加，熔點(diǎn)升高。偶數(shù)C比相鄰兩個(gè)奇數(shù)C熔點(diǎn)高；C原子數(shù)相同，支鏈越多，熔點(diǎn)越低，對(duì)稱性好，熔點(diǎn)越高。密度(specificgravity):直鏈烷烴的相對(duì)密度也是隨碳原子數(shù)的增加而增大，但都小于1，即比水輕(約0.6—0.8)。另外還有折光率；旋光度；偶極矩等物理常數(shù)。3.3溶解度(solubility)烷烴不溶于水。3.4毒性(toxicity)§4烷炷的化學(xué)性質(zhì)(chemicalproperties)(復(fù)習(xí))有機(jī)化學(xué)反應(yīng)分為兩類：均裂和異裂。均裂：A:B-A?+B?生成自由基(有自由基生成和參加的反應(yīng)叫自由基反應(yīng)或游離基反應(yīng)，約占總反應(yīng)的10%。異裂：A:B-A++B-生成離子(有離子生成和參加的反應(yīng)叫離子型反應(yīng)，這類反應(yīng)占總反應(yīng)的90%以上)烷烴中的C-C，C-H鍵都是a鍵，結(jié)合牢固，常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，主要用作溶劑。在一定的T、P、Cat.條件下，可與一些化學(xué)試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于C-C，C-H鍵的極性很小，主要發(fā)生均裂，是自由基反應(yīng)。1取代反應(yīng)(substitutionreaction)烷烴分子中的H被其他原子或基團(tuán)取代的反應(yīng)叫取代反應(yīng)。

1.鹵代反應(yīng)(chlorination)反應(yīng)通式(reactionequation)R-H+X2一R-X+H-X (工業(yè)制備鹵代烷的方法)舉例：2在紫外光漫射或高溫下，甲烷易與氯、漠發(fā)生反應(yīng)。CH4+Cl2漫射光，CH3Cl+HCl反應(yīng)難以停留在一鹵代階段，要繼續(xù)鹵代，通常得到四種產(chǎn)物的混合物，在工業(yè)上作溶劑使用。CH,C1+CbCH2CI:b('b4■光a +HCICH,C1+CbCH2CI:b('b卜書。氯甲烷或凌%廣+Hc,三氯甲烷[r*-CHG,tCl"戶〔.CL寸HTI-或W-500Vf若控制一定的反應(yīng)條件和原料的用量比神，可得其中一種氯代烷為主要的產(chǎn)物。如甲烷:氯氣=10:1(450°C時(shí))CH3Cl占98%；為1:4(400°C時(shí))主要為CC"。2.反應(yīng)歷程(reactionmechanism)反應(yīng)歷程又叫反應(yīng)機(jī)理，或反應(yīng)機(jī)制，是指化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)過的途徑或過程。了解反應(yīng)歷程，或以更好的理解化學(xué)反應(yīng)，掌握反應(yīng)規(guī)律，從而舉一反三.控制新的反應(yīng)。問題：有乙烷副產(chǎn)物？鹵代的歷程是自由基歷程，分為三步：鏈的引發(fā)(chain-initiation) 生成活潑的自由基鏈的增長(zhǎng)(chain-propagation) 最重要的一步O+CH「一HC1+CIL?CH+CL?-一CICHj+Cl?-+CH.C]- ，(HCl、:凡cl+(：ci-1CHX-bH-*?CHCL-C--CHCL卜CiCl?+CH(*--里ca+Cl<鏈的終止(chain-termination)('1?IC1-—CbCl*TH,??TH.J’l

自由基歷程總結(jié)：三個(gè)條件（光照、高溫、過氧化物）三步進(jìn)行（引發(fā)、傳遞、終止）；產(chǎn)物是混合物。反應(yīng)活性（reactionactive） 新問題兩個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)：+CH3-CH-CH3ClCH%3%—CH—CH2P異丁基氯64%即仲氫與伯氫的相對(duì)活性為4:即叔氫的反應(yīng)活性為伯氫的5+CH3-CH-CH3ClCH%3%—CH—CH2P異丁基氯64%即仲氫與伯氫的相對(duì)活性為4:即叔氫的反應(yīng)活性為伯氫的5ClCH3 光 CH3%CH3-CHW+Cl2^5^CH3—C—CH3+250Cl公式：活性之比二產(chǎn)率之比:幾率之丁基氯36%TOC\o"1-5"\h\z仲氫的相對(duì)活性 57/2 4= 如1伯氫的相對(duì)活性 43/6 1O叔氫的相對(duì)活性36/1 5.1 — —倍伯氫的相對(duì)活性 64/9 1由公式計(jì)算出：3°H:2°H:1°H=5:4:1由以上實(shí)驗(yàn)事實(shí)和計(jì)算得出，烷烴發(fā)生鹵代反應(yīng)的活性：3°H＞2°H＞1°H鹵素的反應(yīng)活性：F2（爆炸）＞C"（次之）＞Br2（較慢）＞1（易還原）（可從鍵能來理解：3°C-H的鍵能：：376.6KJ/mol；2。C-H的鍵能：393.3KJ/mol；1C-H的鍵能：405.8KJ/mol）2氧化反應(yīng)（oxidationreaction）完全氧化：烷烴在空氣中燃燒，生成二氧化碳和水，放出熱，用作能源（汽車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、家用煤氣等）。+20,燃燧CQ+2HQ+89kj/niol+寫Q磬g+9HQ+5450WmaCIIt部分氧化：控制氧化的條件，或加氧化劑，使其氧化不完全，生成醛、酸等產(chǎn)物，有重要的工業(yè)價(jià)值。如石蠟加錳鹽作催化劑，得到高級(jí)脂肪酸，代替動(dòng)物油做肥皂。5"i（＞ 其他有機(jī)物+CUICO4H.01《一CI%一（H—R、Q R'COOH[…It）/■■II4.3異構(gòu)化反應(yīng)也是自由基歷程，受熱力學(xué)控制，較復(fù)雜:ch~ch2—chch~ch2—ch2—cn5CH,CH?—CH—CHj4.4裂化和裂解反應(yīng)在高溫及沒有氧氣的條件下使烷烴分子中的C-C鍵和C-H鍵發(fā)生斷裂的反應(yīng)稱為熱裂反應(yīng)。裂化（裂解）反應(yīng)分熱裂化（隔絕空氣加高溫）和催化裂化，深度裂化（裂解）溫度達(dá)800?1100°C，主要是得到基本化工原料（乙烯，丙烯，丁二烯，乙快）催化裂化是加入一定的催化劑，溫度400?500C，主要是提高汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量（生產(chǎn)高辛烷值的汽油）。⑴⑴%土即叫小(2)⑴⑴%土即叫小(2)HHCH3-CH=CH2+H2丙烯CH4+CH2=CH2乙烯烷炷總結(jié):1、 基本概念：。鍵的特征；乙烷的構(gòu)象；反應(yīng)歷程；自由基反應(yīng)2、 重點(diǎn)是烷烴的命名、烷烴的化學(xué)性質(zhì)（鹵化反應(yīng)）3、 了解構(gòu)象產(chǎn)生的原因和表達(dá)方式4、 了解烷烴的物理性質(zhì)作業(yè)：P29，3,4,5,7,8,9第2節(jié)環(huán)烷炷（Cycloalkane）環(huán)烴是由C、H兩種元素組成的環(huán)狀化合物。分為脂環(huán)烴和芳香烴兩類。環(huán)狀飽和烴稱為環(huán)烷烴，通式CnH2n。自然界中的脂環(huán)烴多為五元或六元環(huán)。分類通常按環(huán)的大小分為三、四元（小環(huán)）、五、六元（穩(wěn)定環(huán)X七、八元（中環(huán)）、十元以上的大環(huán)?！?環(huán)烷炷的命名(nomenclatureofcycloalkane)與開鏈烴的命名原則相同，在母體前加詞頭“環(huán)”字。單環(huán)烷烴去掉個(gè)H原子剩余的部分成為環(huán)烷基。例：1-甲基3-異丙基環(huán)己烷1-甲基3-異丙基環(huán)己烷 叫廠丫cHch3 己uU乂1,3-=甲基環(huán)戊烷異丙基環(huán)己烷 1,4-=甲基-4-乙基環(huán)己烷§2環(huán)烷炷的結(jié)構(gòu)（structuralofcycloalkane）2.1環(huán)的大小與穩(wěn)定性環(huán)丙烷：三個(gè)C原子在一個(gè)平面上，三角形的60°和SP3雜化的109.5。不符。1885年A.VonBaeyer提出了“張力學(xué)說"。角度的不同引起了分子的張力，力圖恢復(fù)正常鍵角，這種力稱做角張力，這樣的環(huán)叫做“張力環(huán)”。為了減小張力，張力環(huán)有生成更穩(wěn)定的開鏈化合物的傾向。所以環(huán)丙烷不穩(wěn)定。另一種解釋：“香蕉鍵”的概念，因?yàn)閷?shí)測(cè)鍵角105.5°，設(shè)想類似口-鍵。測(cè)鍵能230，比正常347小，活潑，易開環(huán)加成。環(huán)丁烷：實(shí)測(cè)鍵角111°，比90°和109.5。都大，已經(jīng)證明四個(gè)C原子不在一個(gè)平面上，是蝴蝶式結(jié)構(gòu)。環(huán)戊烷：實(shí)測(cè)鍵角接近109.5°，而不是108°，五個(gè)C原子不在一個(gè)平面上，是信封式和扭曲式結(jié)構(gòu)。環(huán)己烷：最穩(wěn)定，六個(gè)C原子不在一個(gè)平面上，實(shí)測(cè)鍵角109.5°，與開