S-02飽和脂肪烴課件

第二章飽和脂肪烴[目的要求]：１．掌握烷烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象及系統(tǒng)命名方法；２．掌握烷烴的結(jié)構(gòu)及雜化軌道理論；３．掌握烷烴的性質(zhì)；４.了解烷烴的構(gòu)象；

5.了解烷烴的來源及用途。烷烴的基本結(jié)構(gòu)特征（1）碳原子彼此以單鍵相連；（2）與碳結(jié)合的氫原子數(shù)目已達(dá)最高限度，不能再增加，故又稱為“飽和烴”。

分子通式：CnH2n+2

僅有碳?xì)鋬煞N元素組成的化合物稱為烴。碳原子與其他原子以單鍵相連且達(dá)最大限度，稱飽和烴，開鏈的飽和烴即為烷烴。也即烷烴的基本結(jié)構(gòu)特征為：一、同系列及異構(gòu)現(xiàn)象1、同系列、同系物、同系差

從幾種簡單的烷烴看：甲烷CH4H-CH2-H

乙烷C2H6H-(CH2)2-H

丙烷C3H8H-(CH2)3-H

丁烷C4H10H-(CH2)4-H……….

通式CnH2n+2

H-(CH2)n-H

同系列：凡是具有同一個(gè)通式，結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)也相似，物理性質(zhì)則隨碳原子數(shù)的增加而有規(guī)律地變化的化合物系列為～。

同系物：同系列中各化合物彼此互稱為～。

同系差：相鄰?fù)滴镌诮M成上相差一個(gè)恒定的結(jié)構(gòu)增量

即CH2。戊烷有三種結(jié)合方式：正戊烷異戊烷新戊烷

象丁烷或戊烷中二個(gè)分子的不同在于分子中原子相互連接的方式和次序不同。這種現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。分子中原子互相連接的方式和次序稱構(gòu)造;我們把分子式相同，構(gòu)造不同的異構(gòu)體稱為構(gòu)造異構(gòu)體。

隨著碳原子數(shù)的增加，異構(gòu)體的數(shù)目增加很快：

C原子數(shù)4567…1013…25……

異構(gòu)體數(shù)2359…75…802…3679萬多個(gè)……

結(jié)構(gòu)異構(gòu)存在的意義：①

說明有機(jī)化合物數(shù)目龐大的原因之一；②

認(rèn)識(shí)一個(gè)有機(jī)化合物僅知道分子式是不夠的，只有知道其分子結(jié)構(gòu)，才能有全面的認(rèn)識(shí)。甲烷是一個(gè)例外，不屬于以上類型。

二、命名1、普通命名法------僅適于簡單烷烴直鏈的烷烴（沒有支鏈）：稱為“正某烷”?！澳场敝竿闊N中C原子的數(shù)目。用甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸表示，十以后用大寫數(shù)字表示，十一、十二、……。例如：正---代表不含支鏈的化合物;異---指分子中碳鏈一端的第二個(gè)碳原子上帶有一個(gè)CH3的化合物;新---具有叔丁基結(jié)構(gòu)的含五個(gè)或六個(gè)碳原子的鏈烴?！爱悺?、“新”只適用于少于七個(gè)碳原子的烷烴。支鏈的烷烴：為區(qū)別異構(gòu)體，用“正”、“異”、“新”等詞頭表示。例如：

3、系統(tǒng)命名法（又稱IUPAC命名法）(國際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì))

直鏈烷烴：同普通命名法，但不加“正”字。

支鏈烷烴：按以下步驟：（1）選主鏈（母體）：選取含碳原子最多的碳鏈為主鏈，即最長鏈；（2）編號(hào)：對主鏈上的碳原子依次編號(hào)，盡可能使含支鏈的碳原子編號(hào)??；（3）補(bǔ)充支鏈：將支鏈的位置、數(shù)量、名稱補(bǔ)充在主鏈名稱前。

注意書寫方式（逗點(diǎn)、短橫線等），相同的取代基合并。書寫順序：英文------按第一個(gè)字母的順序；

中文------按“次序規(guī)則”，由小到大。（4）支鏈上又有支鏈時(shí)，可對支鏈進(jìn)行編號(hào)。（5）若分子中有兩個(gè)等長主鏈，則選含支鏈多的為主鏈。

4、次序規(guī)則：主鏈上連有多個(gè)不同支鏈時(shí)，支鏈的排列順序按立體化學(xué)中的“次序規(guī)則”，將較優(yōu)基團(tuán)列在后面。CH3CH2CHCHCH2CH2CH3CH2CH3CH34-甲基-3-乙基庚烷乙基為較優(yōu)基團(tuán)，故應(yīng)排在后面。排列較優(yōu)基團(tuán)的方法：a.各支鏈與母體相連的原子的原子序數(shù)大的，為較優(yōu)基團(tuán)。例如：CCCCCCCC12345CCC678CCCCCCCCCCCCC12387654如何命名？2，7-二甲基-5-乙基辛烷2,7-二甲基-4-乙基辛烷注意：中文命名中阿拉伯?dāng)?shù)字表示取代基的位置，漢文數(shù)字表示取代基的數(shù)目，二者不可混淆。3—甲基戊烷2,4—二甲基戊烷3—甲基十一烷4,4—二甲基庚烷4—甲基—5—乙基辛烷4—異丙基庚烷練習(xí)：下列化合物的系統(tǒng)命名法中哪些應(yīng)予以改正：三、烷烴的結(jié)構(gòu)1、碳原子的SP3雜化

C:1S2.2S2.2Px.2Py

軌道進(jìn)行SP雜化后，不再是原來的S或P軌道，而是一種含有與原來不同軌道成分的新軌道。形成的四個(gè)SP雜化軌道在空間互為109.5°。

33sp3雜化：C原子的電子組態(tài)：1s22s22px12py12pz，其中2s22px12py12pz為價(jià)軌道，其中的電子為價(jià)電子。在形成化學(xué)鍵時(shí)，原子的不同能級的價(jià)軌道進(jìn)行“混合”，即“雜化”，形成新的價(jià)軌道，價(jià)電子的排布也隨之改變，利用雜化軌道與其它原子形成共價(jià)鍵。軌道的“雜化”、“成鍵”等過程是同時(shí)完成的。sp3雜化軌道形狀四個(gè)sp3軌道互成109.5°的角，指向四面體的四個(gè)頂角。C的四個(gè)sp3軌道氫原子沿sp3軌道的對稱軸方向接近C原子，H的1s軌道與sp3軌道的電子云能最大限度的重疊，形成四個(gè)穩(wěn)定的、彼此夾角為109.5°的C-H

σ

鍵，即為甲烷CH4分子。甲烷的C-H鍵C的sp3軌道與另一個(gè)C的sp3軌道沿著各自的對稱軸成鍵，就形成C-Cσ鍵：

這是C原子能形成碳鏈和碳環(huán)的化學(xué)鍵的基礎(chǔ)。σ鍵的特點(diǎn)：

成鍵兩原子可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的結(jié)果改變了原子空間排列。2、碳原子的四面體概念與甲烷分子的形成SP雜化軌道成鍵時(shí)，都是以雜化軌道較大的一頭與氫原子的成鍵軌道重疊而形成四個(gè)σ鍵，鍵角為109.5。33、其它烷烴分子的形成

烷烴分子中，每個(gè)碳原子均是sp3雜化的，其中碳原子與碳原子之間各以一個(gè)sp3雜化軌道重疊形成C-C鍵，剩下的未有成鍵的sp3軌道再分別與氫原子的1s軌道重疊形成C-H鍵，即

C-C鍵：sp3—sp3；C-H鍵：sp3—s。電子云以“頭碰頭”的方式沿鍵軸方向重疊形成的鍵叫鍵，單鍵是可以繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)的，這樣，便構(gòu)成了豐富多彩的烷烴分子。注意：烷烴分子中的直鏈并不等于直線，實(shí)際上是鋸齒型的。原因：價(jià)鍵分布四面體形；C-C單鍵能自由旋轉(zhuǎn)。sp3–sp3

σ鍵sp3–1s

σ鍵1個(gè)C－Ｃσ鍵6個(gè)C－Hσ鍵乙烷的球棒模型乙烷的棍棒模型正丁烷的球棒模型

四、烷烴的構(gòu)象

1、乙烷的構(gòu)象

由于碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)，形成原子或原子團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排布形象，成為構(gòu)象。每一種空間排布叫做一種構(gòu)象。因單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的異構(gòu)體稱為構(gòu)象異構(gòu)體，是一種立體異構(gòu)。它們的原子的連接順序相同，不是構(gòu)造異構(gòu)。（1）構(gòu)象的表示------透視式和Newman投影式

（2）典型構(gòu)象與優(yōu)勢構(gòu)象

重疊式與交叉式是乙烷的兩種典型構(gòu)象。優(yōu)勢構(gòu)象是指內(nèi)能較低的交叉式。重疊式交叉式透視式紐曼投影式乙烷的構(gòu)象120°120°能量/(kJ·mol-1)060120旋轉(zhuǎn)角度/(°)12.6交叉式與重疊式是乙烷分子的極限構(gòu)象紐曼(Newman)投影式：（3）乙烷各種構(gòu)象的能量變化

由于重疊式中兩個(gè)碳原子上的C-H鍵靠得較近，成鍵電子間排斥作用，產(chǎn)生一種張力，稱為扭轉(zhuǎn)張力。使重疊式能量比交叉式高，從一個(gè)交叉式到另一個(gè)交叉式，分子必須越過這個(gè)能壘。可見單鍵旋轉(zhuǎn)并非完全自由。2、丁烷的構(gòu)象(1)

丁烷分子中有三個(gè)C-C單鍵，均可自由旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生各種構(gòu)象。以下僅討論繞C2-C3單鍵旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的構(gòu)象。（可以看成是乙烷的二甲基衍生物）（1）四種典型構(gòu)象反交叉式也叫對位交叉式，順交叉式也叫鄰位交叉式。

（2）構(gòu)象的穩(wěn)定性比較對位交叉式〉鄰位交叉式〉部分重疊式〉全重疊式。顯然，優(yōu)勢構(gòu)象是對位交叉式。

由C2－C3σ鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的構(gòu)象.固定C2原子，反時(shí)針旋轉(zhuǎn)C3原子，得到以下正丁烷的極限構(gòu)象.丁烷的構(gòu)象(2)對位交叉

部分重疊

鄰位交叉

全重疊

正丁烷構(gòu)象的模型對位交叉

部分重疊

鄰位交叉

全重疊

正丁烷構(gòu)象的模型（3）丁烷各種構(gòu)象的能量變化(圍繞C2-C3旋轉(zhuǎn)）其中：A為全重疊；C為部分重疊；B、E為鄰位交叉；D位對位交叉。在對位交叉中，兩個(gè)體積大的甲基相距最遠(yuǎn)，能量最低，為優(yōu)勢構(gòu)象。鄰位交叉中，兩甲基間的距離小于范德華半徑之和，因此仍有排斥作用；全重疊構(gòu)象中兩甲基處于重疊位置，范德華斥力大，還有C-H鍵的重疊，故能量最高；部分重疊中有甲基與氫及氫與氫的重疊，能量也較高穩(wěn)定性：對位交叉>鄰位交叉>部分重疊>全重疊

分子的構(gòu)象，不僅影響化合物的物理和化學(xué)性質(zhì)，而且涉及蛋白質(zhì)、酶、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)和性能，以及藥物的構(gòu)效關(guān)系。許多藥物分子的構(gòu)象異構(gòu)與藥物生物活性的發(fā)揮密切相關(guān)。藥物受體一般只與藥物多種構(gòu)象中的一種結(jié)合，這種構(gòu)象稱為藥效構(gòu)象。不具有藥效構(gòu)象的藥物很難與藥物的受體結(jié)合，這樣就低效或無藥效。例如：抗震顫麻痹藥物多巴胺作用與受體的藥效構(gòu)象是對位交叉式。

五、物理性質(zhì)

1．狀態(tài)：常溫常壓下，1—4個(gè)C原子的烷烴為氣體；5—16個(gè)C的烷烴為液體；17以上C原子的烷烴為固體。2．沸點(diǎn)（b.p）：①直鏈烷烴：直鏈烷烴的沸點(diǎn)隨著分子量的增加，而有規(guī)律地升高（因色散力隨分子中碳、氫原子增加而增加）

②支鏈烷烴：分子量相同的異構(gòu)體中，支鏈越多沸點(diǎn)越低（由于支鏈存在，分子間接觸面積小，色散力變?nèi)酰┱焱楫愇焱樾挛焱閎.p：36.1℃27.9℃9.5℃3．熔點(diǎn)（m.p）：直鏈烷烴的熔點(diǎn)隨著分子量的增加而升高（熔點(diǎn)不僅與色散力有關(guān)，還與分子在晶格中堆積的緊密程度有關(guān)。分子越對稱，排列越緊密，熔點(diǎn)越高）4．密度：直鏈烷烴的密度隨著分子量的增加而逐漸增大，但比水輕（＜1＝）。（分子間力弱）5．溶解度：烷烴不溶于水和其它極性較強(qiáng)的溶劑。烷烴溶于苯、乙醚和氯仿等非極性溶劑。

六、化學(xué)性質(zhì)

1、穩(wěn)定性：在一般情況下，烷烴具有極大的化學(xué)穩(wěn)定性。

2、鹵代反應(yīng)：在光照條件下，烷烴分子中氫被鹵素取代的反應(yīng)。不同鹵素的反應(yīng)活性：F2

＞Cl2

＞Br2

＞I2（1）甲烷的氯代

（2）甲烷的氯代歷程----屬于游離基鏈反應(yīng)

A.鏈的引發(fā)階段

B.鏈的增長階段

…………….C.鏈的終止階段

（3）其它烷烴的鹵代反應(yīng)——伯、仲、叔氫原子的反應(yīng)活性

CH3—HC2H5—HMe2CH—HMe3C—HKJ/mol435.1410397.5380.7氯代反應(yīng)氫原子的反應(yīng)活性：叔H＞仲H＞伯H（其相對反應(yīng)活性之比為5∶4∶1）溴代反應(yīng)氫原子的反應(yīng)活性：叔H＞仲H＞伯H（1600∶82∶1，說明溴對三種氫的選擇性比氯高）如：CH3CH2CH3+Br2CH3CH2CH2-Br+CH3