有機化學課件：第2章 飽和烴

第二章飽和烴hydrocarbon1烷烴的鹵代反應機理環(huán)烷烴結(jié)構及性質(zhì)烷烴的構象、透視式及紐曼投影式掌握命名與異構現(xiàn)象基本要求：環(huán)己烷的典型構象(椅式、船式)2烴：分類：根據(jù)分子中碳原子的連接方式不同分類。僅由碳、氫兩種元素組成的化合物。第二章第三章第四章3烷烴的來源比較廣泛：

白菜葉C29烷蘋果皮C27-C29烷煙葉C27-C31烷蜂蠟C29-C31烷石油——各種烴的混合物天然氣——主要成份是甲烷動植物

來源2.1烷烴烷烴：碳碳之間以單鍵相連，其余價鍵均為氫原子所飽和的化合物。4烷烴通式CnH2n+2R-H

CH4CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3……同系列：結(jié)構相似，組成相差CH2或其倍數(shù)的一系列化合物。同系物：同系列中各化合物互稱同系物。2.1.1烷烴的同系列系差：—CH2—5（1）同分異構現(xiàn)象：分子式相同結(jié)構不同的現(xiàn)象。2.1.2烷烴的同分異構現(xiàn)象丁烷C4H10CH3CH2CH2CH3CH3—CH—CH3CH3－0.6℃正丁烷－11.7℃異丁烷

b·p·6

說明：同一分子式，C數(shù)越多，異構體數(shù)越多

丁2

戊3

己5

庚9

癸75（2）同分異構體：分子式相同而結(jié)構式不同的化合物。甲、乙、丙烷無異構現(xiàn)象7碳原子數(shù)異構體數(shù)碳原子數(shù)異構體數(shù)（推算）42123555313802651418587915434781820363199352536797588107530411164676311159烷烴的同分異構體數(shù)目【了解】

8

C|C—C—C—C

異戊烷

27.9℃C—C—C—C—C

b·p·正戊烷

36.1℃戊烷C5H12

C|C—C—C|

C新戊烷

9.5℃練習：寫出戊烷的同分異構體的結(jié)構9伯（一級）1°：與另外一個C相連1°

仲（二級）2°：與另外二個C相連H

2°

叔（三級）3°：與另外三個C相連3°

季（四級）4°：與另外四個C相連碳原子

C|C—C—C|4°C

C|C—C—C—C3°C—C—C—C—C2°1°碳原子、氫原子的種類10構造異構：分子中各原子連接方式和次序不同而引起的異構。碳鏈異構：僅由分子中碳原子的連接方式不同而產(chǎn)生的異構。烷烴的構造異構是由碳鏈異構而引起。碳鏈異構屬于構造異構的一種11請寫出庚烷(C7H16)的同分異構體的結(jié)構式并標明1o、2o

、3o

、4o碳原子及1o、2o、3o氫原子。課下練習：12

CH3CH2CH2CH2CH2CH32.1.3烷烴的命名★★★★★

普通、系統(tǒng)（國際）、俗名等名稱結(jié)構

1、普通法（簡單、含碳較少的烷烴）C10以內(nèi)用天干次序（甲、乙……癸）C10以上用中文數(shù)字（十一、二……）名稱前冠“正”或n直鏈烷烴正十五烷

正己烷CH3(CH2)13CH313在鏈端C2上連一個甲基為“異”—iso-在鏈端C2上連二個甲基為“新”—neo-側(cè)鏈烷烴CH3－CH2－CH2CHCH3異己烷

|

CH3

CH3

|CH3－C－CH2－CH3新己烷

|

CH3C原子個數(shù)包括支鏈。14烷基：烷烴分子中去掉一個氫原子剩下的基團。

CnH2n+1－,R－CH3CH2CH2CH2－

正丁基

CH3|CH3－CHCH2－

異丁基

|CH3CHCH2CH3

仲丁基

CH3

|CH3－C－

|CH3

叔丁基

CH3－

CH3CH2－

CH3CH2CH2－

CH3－CH－

|

甲基乙基丙基CH3

異丙基

練習：寫出異戊基、新戊基、仲戊基、叔戊基。152、系統(tǒng)命名法(IUPAC,InternationalUnionofPureandAppliedChemistry，國際純粹與應用化學聯(lián)合會）：

1892年制定，1960年頒布，1980修改，要點：（1）選主鏈（定母體,最長最多）：（2）編號：“最低系列”最長碳鏈作為母體（某烷）。當多個碳鏈可供選擇時，則選支鏈最多的碳鏈為主鏈。最近支鏈端開始編號;取代基位次和最小。

16（3）寫全名位置——阿拉伯數(shù)字標取代基位次。數(shù)目——中文數(shù)字表取代基數(shù)目。名稱——按“優(yōu)先次序規(guī)則”排列取代基，較優(yōu)基團列后。

取代基(前)母體（后）優(yōu)先次序規(guī)則（P45）

1、按原子序數(shù)大小排列：如

2、第一個原子相同比較第二個，依次類推。＞CH3CH2CH2－

CH3－CH－CH3

|

丙基異丙基

<17（4）兩符號：“，”“－”

阿拉伯數(shù)字間用“，”阿拉伯數(shù)字與中文間用“－”4－甲基－3－異丙基己烷

2,4－二甲基－3－乙基己烷3,5－二甲基－4－乙基己烷123456××（√）例1不包括支鏈C原子數(shù)18

2,5,5－三甲基－3－乙基庚烷

3,3,6－三甲基－5－乙基庚烷

3,3－二甲基－5－異丙基庚烷（√）（×）（×）CH3|CH3－CH2－CH－CH2－C－CH2－CH3||CH－CH3CH3|CH3例219

CH2CH2CH3|CH3－CH－CH－CH－CH－CH－CH2－CH3

||||CH3CH3CH(CH3)2CH2CH32,3－二甲基－6－乙基－5－丙基－4－異丙基辛烷例3課下練習：教材P17問題2-2202.1.4、烷烴的結(jié)構1、甲烷的分子結(jié)構碳--sp3雜化鍵—σ單鍵正四面體結(jié)構21形狀：梨形能量：（）伸展方向：正四面體軸線方向，鍵角109°28′碳原子構型：正四面體型特點（1）sp3雜化四個能量等同新軌道的過程重新組合1個s軌道3個p軌道22（2）σ

鍵：原子軌道沿著對稱軸的方向重疊而成的鍵23①σ鍵的電子云圍繞鍵軸對稱分布。②繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)，圖形及符號保持不變。σ鍵特點：③σ鍵鍵能大，穩(wěn)定，不易斷裂●●24(3)

甲烷的結(jié)構球棍模型斯陶特模型透視模型254個C－Hσ鍵，鍵角109°28′鍵長0.109nm，鍵能414.2kJ·mol-1鍵線式262．乙烷的分子結(jié)構

1個C－Cσ鍵6個C－Hσ鍵鍵角～109.5°C－C0.154nmC－H0.109nm鍵長鍵能C－C347.3kJ·mol－127其它烷烴類似于甲、乙烷，除甲烷外，其余烷烴鍵角稍有改變，三個碳以上烷烴分子中的碳鏈常呈鋸齒形。°°28

C—C以單鍵相連（sp3-sp3方式）

σ鍵，牢固。C—CC—H有四面體構型（sp3具有方向性，單鍵可旋轉(zhuǎn)）

烷烴結(jié)構特點29（1）構象：有機分子中，由于C—Cσ鍵的自由旋轉(zhuǎn)或扭曲，使碳原子上連接的原子或基團在空間具有多種不同排列形式稱構象。（2）構象異構體：同一分子的不同構象。3．乙烷的構象30（3）表示方法:

透視式和紐曼投影式交叉式透視式紐曼投影式31重疊式透視式紐曼投影式32（4）優(yōu)勢構象：內(nèi)能小，穩(wěn)定性最大的構象（5）能量圖

能壘33（7）推廣：A3C—CA3

的優(yōu)勢構象

如Cl3C—CCl3(CH3)3C—C(CH3)3

（6）能壘：兩種構象的能量差12.6KJ/Mol交叉式重疊式344、丁烷的構象

CH3CH2——CH2CH3

表明二個甲基典型構象35（1）紐曼投影式表示：36（2）能量圖

對位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式穩(wěn)定性：37（3）推廣：ACH2CH2B（A=B或A≠B）

例：1,2-二溴乙烷(對位交叉式構象約占84％)乙二醇/胺(分子內(nèi)氫鍵，主要為鄰位交叉式構象)381．物態(tài)：常溫常壓下C1—C4氣體，

C5—C17液體，C17以上固體。2.1.5烷烴的物理性質(zhì)2．沸點：①同系列中，C越多，b·p·

越高②同分異構體：直鏈＞支鏈，

支鏈越多，

b·p·越小。

b·p·36.1℃28℃9.5℃

戊烷異戊烷新戊烷39分子間接觸面積大作用力強分子間接觸面積小作用力弱bp：36.1℃bp：9.5℃403.熔點：對稱性大的烷烴熔點要高些，但總體還是上升。(1)Cn越多,熔點越高(2)偶數(shù)碳的比相鄰奇數(shù)碳的熔點高41烴是非極性化合物，易溶于非極性溶劑，不溶與水，可以用“相似相溶”原理解釋。4.溶解度5.相對密度

分子量↑，密度↑，但＜1。

42練習將下列化合物按沸點由高到低順序排列：（1）3,3－二甲基戊烷（2）正庚烷（3）2－甲基庚烷（4）正戊烷（5）2－甲基己烷答案：（3）（2）（5）（1）（4）43σ鍵，牢固。C—CC—H有四面體構型（sp3具有方向性，單鍵可旋轉(zhuǎn)）

烷烴結(jié)構特點

C—C以單鍵相連（sp3-sp3方式）

乙烷、丁烷優(yōu)勢構象（透視式、紐曼投影式）442.1.6

、烷烴的化學性質(zhì)烷烴分子，C—C，C—Hσ鍵牢固，分子極化度小，化學性質(zhì)穩(wěn)定，一般情況下不與強酸、強堿、強氧化劑反應，特殊條件下能發(fā)生氧化，取代，裂化等反應。45烷烴在空氣中燃燒，生成二氧化碳和水，并放出大量的熱能。用途：內(nèi)燃機中汽油，柴油等發(fā)生熱能的基本反應，熱源利用（沼氣等）。1.氧化反應無機氧化：電子的得失，化合價的升降有機氧化：加氧去氫為氧化，加氫去氧為還原462．取代反應：有機分子中原子或原子團被其它原子或原子團取代的反應。CH4CH3ClCH2Cl2CCl4Cl2光Cl2光Cl2光CHCl3Cl2光麻醉劑溶劑溶劑氯仿滅火劑CH4:Cl2=50:1（CH3Cl為主）1:50（CCl4為主）（1）鹵代反應：烷烴中的H被X代替的反應。Br2,Cl2

47（2）烷烴氯代反應歷程均裂異裂游離基（自由基）離子共價鍵斷裂方式游離基反應（自由基反應）：采取共價鍵均裂方式進行的反應。反應歷程（機理）：由反應物到產(chǎn)物所經(jīng)歷的過程。離子型反應：采取共價鍵異裂方式進行的反應。48烷烴氯代屬于游離基取代反應歷程。反應條件：由光、輻射、熱（高溫）、過氧化物引發(fā)，在氣相或非極性溶劑中進行。

49游離基歷程包括三個階段：

（1）、鏈引發(fā)：光、熱、過氧化物作用產(chǎn)生自由基。

Cl22Cl·（2）、鏈增長：自由基與其它分子間的交換反應。（3）、鏈終止：自由基相互反應生成穩(wěn)定化合物，消耗自由基，終止反應。50第一步鏈引發(fā)第二步鏈增長第三步鏈終止51鏈引發(fā)注意：得到混合物，控制條件，可使某一種產(chǎn)物占主要。鏈增長鏈終止……522.2環(huán)烷烴(cycloalkane)環(huán)烷烴是鏈形烷烴兩端的碳原子相互以σ鍵結(jié)合形成的環(huán)狀化合物。53分類：環(huán)碳原子數(shù)目：三元環(huán)、四元環(huán)、五元環(huán)等。分子內(nèi)環(huán)的數(shù)目：單環(huán)烴、雙環(huán)烴、多環(huán)烴。環(huán)數(shù)：使環(huán)狀化合物變成開鏈化合物所需打破的碳碳鍵的數(shù)目。542.2.1環(huán)烷烴的異構1.碳環(huán)異構：

C3無

C42種

C55種

55(1)

概念：由于分子中與雙鍵或環(huán)相連接的原子或原子團的相對旋轉(zhuǎn)受到阻礙可能產(chǎn)生的立體異構稱順反異構。順－1,2－二甲基環(huán)丙烷（b.p.37℃）反－1,2－二甲基環(huán)丙烷(b.p.29℃)2.順反異構56在系統(tǒng)命名前分別加“順－”或“反－”。兩個相同的原子或原子團在環(huán)的同側(cè)為順式構型。兩個相同的原子或原子團在環(huán)的異側(cè)為反式構型。構象：同一構型的化合物，由于單鍵的旋轉(zhuǎn)和扭曲，而使得原子或原子團在空間產(chǎn)生多種不同的排布方式。(2)異構的表示（3）*構象和構型的異同點（區(qū)別）57構型：表示分子中原子或原子團在空間的排布方式。相同點：都表示分子中原子或原子團在空間的排布方式。不同點：一種構型變成另一種構型需要化學鍵的斷裂與形成。一種構象變成另一種構象只需要鍵的旋轉(zhuǎn)，其構型不變。

58同分異構構造異構立體異構碳鏈異構官能團異構位置異構構象異構構型異構順反異構旋光異構59（1）環(huán)上無取代基時：環(huán)+烷烴名稱

如：環(huán)丙烷，環(huán)丁烷，環(huán)戊烷……（2）環(huán)上有取代基時，取代基（前），母體（環(huán)）編號：用小數(shù)字標小基團位，和最小。

1－甲基－2－乙基－5－異丙基環(huán)己烷2.2.2．環(huán)烷烴命名：類似烷烴60反－1－甲基－4－異丙基環(huán)己烷若取代基碳鏈較長，則環(huán)作為取代基。2－甲基－3－環(huán)丙基庚烷61（3）雙環(huán)烷烴螺環(huán)：兩個碳環(huán)共用一個碳原子橋環(huán)：兩個或兩個以上碳環(huán)共用兩個或兩個以上碳原子分類3個橋621,5—二甲基螺[3.5]壬烷1549母體：螺[×.Y]

某烷（“某”指碳原子總數(shù)[×.Y]小到大排，除去螺原子以外的碳原子數(shù)目）編號：近螺碳，小環(huán)經(jīng)螺原子到大環(huán)，位次和最小。

螺環(huán)

633,7,7－三甲基二環(huán)[4.1.1]辛烷2,7,7－三甲基二環(huán)[4.1.0]庚烷136781267③.編號：先編大橋后編小橋，從橋頭碳開始編，使取代基位次最小。②.環(huán)數(shù)的確定：把橋環(huán)烴變?yōu)殒湡N，打開幾次，就是幾元環(huán)。①.確定母體：幾環(huán)某烷（由橋環(huán)中總碳數(shù)確定）。④幾環(huán)[a.b.c]某烷，a,b,c由大到小，不包括橋頭碳橋環(huán)64螺、橋環(huán)命名異同點同：某烷（除支鏈外總碳數(shù)）

[.]

取代基小-大，位次和最小

[]內(nèi)不包括螺原子，橋頭碳異：[]內(nèi)數(shù)字小-大（螺環(huán)）；大-?。颦h(huán)）編號：小橋-大橋（螺環(huán)），大橋-小橋（橋環(huán)）從近螺C開始（螺環(huán)），從橋頭C開始（橋環(huán)）

652.2.3環(huán)烷烴的物理性質(zhì)（自學）

m.p.b.p.d420同碳數(shù)環(huán)烷烴>烷烴

，不溶水，易溶有機溶劑。m.p.b.p.d4202.2.4環(huán)烷烴的化學性質(zhì)

結(jié)構分析：C—C，C—Hσ鍵，牢固，化性穩(wěn)定，似烷烴；但C3—C4環(huán)易破，環(huán)可以加成似烯烴66（1）催化加氫

CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3H2H2H2H2Ni/80℃Pt/300℃Ni/120℃×結(jié)論：環(huán)丙烷、環(huán)丁烷不穩(wěn)定，環(huán)戊烷以上者較穩(wěn)定，證明環(huán)烷的穩(wěn)定性與環(huán)大小有關。1．加成反應67（2）加鹵素（3）加鹵化氫+Br2室溫(褪色)CH2CH2CH2BrBr+HBrCH3CH2CH2Br+

HBrCH3C－CHCH2CH3CH3BrH室溫下只有環(huán)丙烷能反應馬氏規(guī)則：環(huán)斷裂在連接H原子最多和最少的兩個C原子間；H加在含H多的C上。用于鑒別682．取代反應

Cl2光Cl2hvBr2hvClClBr3、氧化反應×+KMnO4室溫鑒別烯烴和環(huán)烷烴自由基反應HNO3(濃)HOOC–(CH2)4–COOH己二酸692.2.5環(huán)烷烴的分子結(jié)構和穩(wěn)定性化學性質(zhì)表明：環(huán)丙烷和環(huán)丁烷不穩(wěn)定；環(huán)戊烷和環(huán)己烷較穩(wěn)定。環(huán)丙烷環(huán)丙烷三個C處于同一平面上，張力較大，具有較高的能量。因此，環(huán)丙烷的化學性質(zhì)活潑，容易開環(huán)加成。70環(huán)丁烷（蝴蝶式結(jié)構）環(huán)丁烷與環(huán)丙烷相似，C-C鍵也是彎曲的，C-C-C鍵角約111.5o，其中四個C不在同一平面。角張力和扭轉(zhuǎn)張力比環(huán)丙烷小，比環(huán)丙烷穩(wěn)定。

71環(huán)戊烷（信封式）五個C不在同一平面，其中，四個C處于同一平面，鍵角接近109o28’，環(huán)張力很小，比較穩(wěn)定，不易發(fā)生開環(huán)作用，易發(fā)生取代反應。72環(huán)己烷碳原子不在同一平面內(nèi),C－C－C鍵角為109。28’,為無張力環(huán)，環(huán)很穩(wěn)定。732.2.6、環(huán)已烷及衍生物的構象★★★★★（1）