飽和烴教學(xué)課件

第二章飽和烴主要內(nèi)容烷烴的、同系列和構(gòu)造異構(gòu)體烷烴的命名（普通命名法，IUPAC命名法）烷烴的結(jié)構(gòu)、構(gòu)象及其表示法烷烴的物理、化學(xué)性質(zhì)和制備方法1飽和烴一.烷烴（Alkanes,）同系列：有相同通式、組成上相差一個或多個CH2的一系列化合物。同系物：同系列中的化合物為同系物。

①

烷烴的通式：CnH2n+2

（例：CH4,C2H6,C3H8,C4H10,……）

同系列（同系物,Homologs）碳氫化合物烴

（hydrocarbons）烷烴烴類（烷烴、烯烴、炔烴、芳烴）又叫飽和烴，C原子的四個價鍵完全被H原子或C原子所飽和。

2飽和烴②同分異構(gòu)現(xiàn)象和同分異構(gòu)體3飽和烴

C4以上烷烴出現(xiàn)同分異構(gòu)現(xiàn)象(P26表2-1)C6H14

C20H42

366,319化合物含有的碳原子數(shù)和原子種類越多,同分異構(gòu)體越多?！璌ekule結(jié)構(gòu)式縮略式碳架式烴的表示方法：4飽和烴1o1o2o1o1o1o2o2o1o1o3o4o4o1o1o1o1o1o1o1o

③

烷烴中碳原子和氫原子的分類

分析下列化合物所含碳原子種類5飽和烴1

C（伯碳，一級碳）primarycarbon2

C（仲碳，二級碳）secondarycarbontertiarycarbon3

C

（叔碳，三級碳）4

C

（季碳，四級碳）quaternarycarbon1

H（伯氫）2

H（仲氫）3

H（叔氫）與伯,仲,叔碳原子相連的H原子,分別稱為伯,仲,叔H原子6飽和烴

碳原子種類的擴展1

自由基（伯自由基）2

自由基（仲自由基）3

自由基（叔自由基）1

碳負離子（伯碳負離子）3

碳正離子（伯碳正離子）7飽和烴

④

烷基正烷基：去掉一個直鏈烷烴末端氫原子的原子團?！罢?n-）烷烴去掉一個氫原子后留下的原子團烷烴烷基仲烷基：去掉一個仲氫原子所得的烷基。用“仲（sec-）表示叔烷基：去掉一個叔氫原子所得的烷基.命名時用“叔”（tert,或t）表示。8飽和烴例如:叔戊基異戊基新戊基正戊基正戊烷異戊烷新戊烷9飽和烴一些烷基（alkyl）結(jié)構(gòu)及名稱(P27表2-2)10飽和烴普通命名法按照含C的數(shù)目，稱為甲、乙、丙......壬、癸、十一烷等。用于簡單化合物的命名系統(tǒng)命名法(IUPAC命名法)（IUPAC:國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會）

二.烷烴的命名新己烷異己烷正己烷？？11飽和烴2.IUPAC命名規(guī)則(P28)“取代基位次”+“取代基名稱”+“母體名稱”選擇最長的C鏈作為主鏈（看作母體），根據(jù)C的數(shù)目稱為某烷。如果出現(xiàn)兩個等長的C鏈，則選擇取代基多的作為主鏈。2.編號規(guī)則，從靠近取代基的一端用數(shù)字（1,2,3…）進行編號，使取代基編號依次最小。12345678876543212,5,72,4,712飽和烴3.書寫規(guī)則，用編號標明取代基的位置，當(dāng)兩個取代基在同一個C上時，每一個都要用相同的編號標明它們的位置，并把相同的取代基合并。876543212,7-二甲基-4-乙基辛烷另外，已知名稱寫構(gòu)造式，先看幾烷，寫出幾個C的主鏈，然后對應(yīng)著加上各取代基，再按命名法則檢驗。補充：

（1）相同支鏈要合并，阿拉伯?dāng)?shù)字之間加逗號“，”阿拉伯?dāng)?shù)字與漢字之間添短線“-”。

（2）多個支鏈書寫順序：按“順序規(guī)則”小前大后。13飽和烴——把構(gòu)造式中連續(xù)的最長碳鏈作為母體稱為某烷.例1：命名下列化合物3-甲基-5-乙基辛烷14飽和烴例2：六個碳的主鏈上有四個取代基，六個碳的主鏈上有兩個取代基2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷√15飽和烴烷烴（系統(tǒng)命名）*（重點?。僦辨溚闊N

（按碳原子數(shù)的多少直接稱某烷）②支鏈烷烴的系統(tǒng)命名A）選主鏈。B）編號碼。C）名取代選擇構(gòu)造式中連續(xù)的最長（等長最多）碳鏈為主鏈。取代基編號依次最小。取代基相同合并，不同簡在前，注意,-。16飽和烴總結(jié)例題.命名下列烷烴123456

7

89-4-異丙基A）選主鏈。B）編號碼。C）名取代。壬烷2，6，6-三甲基⊙17飽和烴2，4-二甲基-3-乙基庚烷

3,3－二甲基丁烷

命名下列各化合物或?qū)懗鼋Y(jié)構(gòu)式

1）2）課內(nèi)習(xí)題3,3,4,5-四甲基-4-乙基庚烷3）18飽和烴（1）形狀：一頭大，一頭小。（2）成分：每一個軌道含1/4s，3/4p成分。（3）易于成鍵：成鍵時，軌道重疊程度大于單純s或p軌道。（4）鍵角：等性雜化，各軌道間夾角均為109.5°。特點三、烷烴的結(jié)構(gòu)構(gòu)成飽和烷烴的碳原子以sp3雜化軌道成鍵，為σ鍵。19飽和烴烷烴的結(jié)構(gòu)模型C:sp3

雜化，成鍵1?=0.1nm1nm=10-9m20飽和烴σ鍵：軸對稱，鍵可“旋轉(zhuǎn)”。C—C單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的.單鍵的旋轉(zhuǎn)使分子中的原子或基團在空間產(chǎn)生不同的排列（構(gòu)象）21飽和烴四、構(gòu)象（conformation）構(gòu)象：一已知構(gòu)型的分子，僅由單鍵的旋轉(zhuǎn)而引起分子中的原子或基團在空間的特定排列形式稱為構(gòu)象。構(gòu)象異構(gòu)體：單鍵旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生無數(shù)個構(gòu)象，這些構(gòu)象互為構(gòu)象異構(gòu)體。乙烷的兩種構(gòu)象22飽和烴比較構(gòu)造異構(gòu)和構(gòu)象異構(gòu)23飽和烴描述立體結(jié)構(gòu)的幾種方式傘形式鋸架式Newman投影式傘形式(透視式)\鋸架式(從斜側(cè)面看分子模型的形象)Newman投影式(從碳碳鍵軸的延長線上來觀察)24飽和烴構(gòu)象有無數(shù)種，主要研究典型位置的構(gòu)象：重疊式、交叉式。（一）乙烷的構(gòu)象25飽和烴鍵電子云排斥，內(nèi)能較高（最不穩(wěn)定）交叉式構(gòu)象扭曲式構(gòu)象重疊式構(gòu)象原子間距離最遠,內(nèi)能較低（最穩(wěn)定）（有無數(shù)個）乙烷構(gòu)象能量變化圖:重疊式能量比交叉式高12.1KJ/mol。26飽和烴2.29?2.55?重疊式交叉式-12.5kJ/mol扭轉(zhuǎn)張力:重疊的化學(xué)鍵之間電子云的相互斥力。空間張力：兩個非鍵合的原子或原子團在空間產(chǎn)生相互排斥力（也叫范德華斥力）更穩(wěn)定構(gòu)象間能量差很小，所有不同構(gòu)象在室溫下都可互相轉(zhuǎn)換。多數(shù)以最穩(wěn)定的交叉式存在，交：重≈99:1.rH=1.2?27飽和烴（二）丁烷的構(gòu)象28飽和烴丁烷的構(gòu)象交叉式（anti）（對位交叉式）部分重疊式鄰位交叉式（gauche）全重疊式鄰位交叉式（gauche）甲基間距離最遠(最穩(wěn)定)較不穩(wěn)定較穩(wěn)定甲基間距離最近（最不穩(wěn)定）29飽和烴穩(wěn)定性：對位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式室溫下，構(gòu)象異構(gòu)體處于迅速轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡，不能分離。對位交叉占68%，鄰位交叉占32%，其余含量極少。30飽和烴有機物的物理性質(zhì)通常是指:物態(tài)、沸點、熔點、密度、溶解度、折射率、比旋光度和光譜性質(zhì)等。1.狀態(tài)(常溫常壓下)正烷烴:C1～C4C5～C17C18以上氣體液體固體2.沸點(b.p.)沸點主要與下列因素有關(guān):①分子間引力:包括色散力，誘導(dǎo)力和取向力.分子的極性越大,引力越大。②分子間是否形成氫鍵，氫鍵的影響明顯。五、物理性質(zhì)(P34)31飽和烴直鏈烷烴隨著碳數(shù)的增加,分子間色散力增大,因而沸點逐漸升高.同碳數(shù)的烷烴中,直鏈烴的沸點較高,

支鏈越多,沸點越低。3.熔點(m.p.)烷烴的熔點也隨著碳數(shù)的增加而升高,但不像沸點變化那樣有規(guī)律。4.密度比水輕,＜1g·cm﹣35.溶解性

根據(jù)“極性相似者相溶”的規(guī)律,所有烷烴均不溶于水,易溶于非極性或弱極性溶劑如乙醚、苯、CCl4。32飽和烴

CH電負性2.52.2

烷烴的結(jié)構(gòu)

六、烷烴的化學(xué)性質(zhì)

一般情況下烷烴化學(xué)性質(zhì)不活潑、耐強酸堿、

不與氧化劑反應(yīng)（常用作低極性溶劑）

烷烴可與鹵素發(fā)生自由基取代反應(yīng)（烷烴的重要反應(yīng)!!）sp3

雜化已飽和不能加成低極性共價鍵H酸性小不易被置換33飽和烴工業(yè)上可控制不同反應(yīng)條件，獲得各種氯代物

甲烷的氯代反應(yīng)（一）烷烴的取代反應(yīng)※烷烴RH中的氫原子被其它原子或基團取代的反應(yīng)稱為取代反應(yīng)。烷烴常見的取代反應(yīng)有鹵代反應(yīng)。34飽和烴鹵素與甲烷反應(yīng)活性：F2>Cl2>Br2>I2反應(yīng)速率:F2>Cl2>Br2>I2

（不反應(yīng)）

F2

：反應(yīng)過分劇烈、較難控制Cl2

：正常（常溫下可發(fā)生反應(yīng)）Br2

：稍慢（加熱下可發(fā)生反應(yīng)）

I2

：反應(yīng)難進行，加入適當(dāng)氧化劑才可主要討論的內(nèi)容35飽和烴(二)甲烷的鹵代反應(yīng)機理（反應(yīng)機制，反應(yīng)歷程）（ReactionMechanism）

反應(yīng)機理是對反應(yīng)過程的詳細描述，應(yīng)解釋以下問題：

反應(yīng)條件起什么作用？決速步驟是哪一步？副產(chǎn)物是如何生成的？

反應(yīng)是如何開始的？產(chǎn)物生成的合理途徑？經(jīng)過了什么中間體？了解影響反應(yīng)的各種因素，最大限度地提高反應(yīng)的產(chǎn)率。發(fā)現(xiàn)反應(yīng)的一些規(guī)律，指導(dǎo)研究的深入。什么是反應(yīng)機理：研究反應(yīng)機理的意義：36飽和烴（1）甲烷鹵代反應(yīng)機理---自由基鏈式反應(yīng)37飽和烴均裂生成自由基，可見光波足以引發(fā)鹵代反應(yīng)的自由基機理38飽和烴消耗舊自由基，生成新自由基，反復(fù)循環(huán)。決速步驟39飽和烴自由基反應(yīng)“三步曲”：

鏈引發(fā)；鏈增長；鏈終止40飽和烴

甲烷的氯代反應(yīng)機理的表達自由基型鏈反應(yīng)（chainreaction）41飽和烴（2）甲基自由基的結(jié)構(gòu)(CH3-)甲基C：SP3雜化(CH3·)甲基自由基C：SP2雜化C42飽和烴過渡態(tài)理論在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物相互接近，總是先達到一勢能最高點（活化能，相應(yīng)結(jié)構(gòu)稱為過渡態(tài)），然后再轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。例：機理步驟(2)過渡態(tài)勢能增加勢能降低勢能最高（三）甲烷鹵代反應(yīng)過程中的能量變化

---活化能和過渡態(tài)43飽和烴Ea即過渡態(tài)與反應(yīng)物之間的能量差?；罨蹺a越小，反應(yīng)越易進行，反應(yīng)速度也越快。Ea大的反應(yīng)就不易進行，反應(yīng)速度也慢。它是反應(yīng)進行所需要的最低能量．44飽和烴過渡態(tài)：反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的中間狀態(tài)，（推測的）勢能最高處的原子排列，壽命=0，無法測得。中間體：反應(yīng)中生成的壽命較短的分子、離子或自由基，中間體一般很活潑，但可通過實驗方法觀察到。對比過渡態(tài)與中間體：過渡態(tài)自由基中間體45飽和烴其它烷烴的鹵代反應(yīng)更復(fù)雜，如：（四）其它烷烴的鹵代反應(yīng)46飽和烴若繼續(xù)反應(yīng)，產(chǎn)物種類更多。47飽和烴（五）反應(yīng)活性與選擇性

烷烴的溴化反應(yīng)與氯化反應(yīng)相比，往往能得到更多的叔和仲氫原子被取代的溴代物。

鹵素的活性對氫的選擇性在有機反應(yīng)中，對于相同的底物，活性小的試劑有較強的選擇性。溴自由基的活性較低，選擇性較好。48飽和烴（六）鹵化反應(yīng)的取向與自由基的穩(wěn)定性

高級烷烴由于可以生成各種異構(gòu)體而使反應(yīng)變得復(fù)雜，這些異構(gòu)體是由于烷烴上不同的氫原子被取代而生成的。49飽和烴為何出現(xiàn)以上特點？各種氫的相對活性不同各種氫的相對活性：3o

H>2o

H>1o

H從產(chǎn)物比率可以算出不同種類氫的相對活性，若以伯氫的活性為1，則仲氫、叔氫的相對活性為：仲氫∶伯氫=28/2∶(34+16)/9=2.8，叔氫∶伯氫=22∶(34+16)/9=4.0。50飽和烴C-H鍵的離解能;自由基的穩(wěn)定性。C-H鍵的離解能：能量低者易離解。相對活性順序的理論解釋：51飽和烴離解能低者易形成自由基，自由基也相對穩(wěn)定，因此，烷烴分子中活潑氫被鹵代的幾率大。七烷烴的主要來源和制法(自學(xué))

氫原子的活潑性：3

H＞2

H＞1

H；自由基的穩(wěn)定性：3

＞2

＞1

＞CH3·。52飽和烴1.用紐曼投影式畫出1,2-二溴乙烷的幾個有代表性的構(gòu)象全重疊固定一個C原子不變另一個繞單鍵旋轉(zhuǎn)60度1,2-二溴乙烷結(jié)構(gòu)簡式部分重疊全交叉鄰位交叉課后習(xí)題53飽和烴2、寫出2,2,4－三甲基戊烷進行溴代反應(yīng)可能得到的一溴代產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)式。并指出哪種產(chǎn)物的理論產(chǎn)量最多？氯代呢？解：首先，寫出2,2,4－三甲基戊烷的結(jié)構(gòu)式Br2烷烴的溴化反應(yīng)與氯化反應(yīng)相比，往往能得到更多的叔和仲氫原子被取代的溴代物。叔、仲、伯三種氫原子發(fā)生溴代反應(yīng)的相對活性之比為1600∶82∶1。由于活性差別如此之大，在同樣的反應(yīng)條件下，溴代反應(yīng)的選擇性就遠遠好于氯代反應(yīng)。54飽和烴3.寫出CH3CH2CH3與Br2在光照條件下的主要產(chǎn)物,并給出反應(yīng)機理

答案要點：主要產(chǎn)物：55飽和烴主要內(nèi)容

環(huán)烷烴類型、命名及異構(gòu)體三元和四元環(huán)化合物的反應(yīng)活性

*環(huán)己烷的構(gòu)象及其相對穩(wěn)定性，a鍵和e鍵－－直鏈烷烴兩頭的兩個碳原子以單鍵連接成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。環(huán)烷烴(cycloalkane)(P45)56飽和烴（一）環(huán)烷烴的類型(單)環(huán)烷烴通式：CnH2n橋環(huán)烴（稠環(huán)）橋環(huán)烴螺環(huán)烴（與烯烴通式相同）57飽和烴（1）單環(huán)烷烴的命名根據(jù)分之中成環(huán)碳原子數(shù)目，稱為環(huán)某烷。編號時使取代基編號依次最小。1-甲基-2-乙基環(huán)戊烷1,3-二甲基-1-乙基環(huán)己烷（二）環(huán)烷烴命名58飽和烴（2）二環(huán)烷烴59飽和烴橋環(huán)烴（包括稠環(huán)烴）的命名判斷環(huán)數(shù)及總碳數(shù)，稱幾環(huán)[]某烷。

環(huán)的數(shù)目：斷裂二根C—C鍵可成鏈狀烷烴為二環(huán)；斷裂三根C—C鍵可成鏈狀烷烴為三環(huán).選橋頭碳原子（一般為分支最多的碳原子），將橋上碳原子數(shù)（不包括橋頭碳）由多到少順序列在[]內(nèi)，并用下角原點隔開（有幾個橋就有幾個數(shù)字）。編號：從第一個橋頭碳開始，從最長的橋編到第二個橋頭碳，再沿次長的橋回到第一個橋頭碳，最后編最短的橋。（若有取代基，則盡量使其位次較?。┒h(huán)[4.2.0]辛烷60飽和烴61飽和烴螺環(huán)化合物的命名根據(jù)成環(huán)的碳總數(shù)，叫螺[]某烷。兩環(huán)除開公用碳原子外的碳原子數(shù)，由小到大，放于[]內(nèi)，并用下角原點隔開。編號：從小環(huán)（連接螺碳的碳原子）開始—公用碳原子（螺碳）—大環(huán)（使取代基位次較?。Ｂ輀3.4]辛烷5-甲基螺[2.4]庚烷62飽和烴練習(xí)：1,2,4-三甲基雙環(huán)[4.3.0]壬烷5-氯螺[2.5]辛烷63飽和烴（三）環(huán)烷烴的同分異構(gòu)1構(gòu)造異構(gòu)64飽和烴2順反異構(gòu)---由于分子中與環(huán)或雙鍵相連接的原子或原子團的相對旋轉(zhuǎn)受到阻礙而產(chǎn)生的立體異構(gòu)。兩個相同的原子（團）在環(huán)的同側(cè)為順式構(gòu)型兩個相同的原子（團）在環(huán)的異側(cè)為反式構(gòu)型65飽和烴66飽和烴（四）

物理性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)1物理性質(zhì)（自學(xué)）2化學(xué)反應(yīng)1）取代反應(yīng)(大環(huán))

2）開環(huán)反應(yīng)(小環(huán))

67飽和烴

環(huán)的大小與化學(xué)性質(zhì)五元以上環(huán)烷烴鏈狀烷烴性質(zhì)相似68飽和烴

①小環(huán)化合物的催化加氫(環(huán)越大越不易加氫)（打開一根C-C鍵）主要產(chǎn)物支鏈多較穩(wěn)定（小環(huán)烷烴，特別是環(huán)丙烷，和一些試劑作用時易發(fā)生開環(huán)）小環(huán)環(huán)烷烴活潑，易開環(huán)加成!!!69飽和烴

②小環(huán)化合物與鹵素的反應(yīng)（離子型）加成反應(yīng)自由基取代反應(yīng)注意區(qū)分：三元環(huán)與X2、HX在常溫下即可發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，X2、HX于常溫下不使四元環(huán)開環(huán)，但加熱后，反應(yīng)可發(fā)生。鹵素分別加兩頭需加熱!室溫即可!70飽和烴③小環(huán)化合物與HI或H2O/H2SO4的反應(yīng)反應(yīng)選擇性與碳正離子穩(wěn)定性有關(guān)分別加兩頭71飽和烴（五）結(jié)構(gòu)環(huán)烷烴的C也為sp3雜化，但為了成環(huán)，碳原子間鍵角很難維持109.5°。鍵角因環(huán)不同而異。1角張力（anglestrain）角張力：環(huán)烷烴碳原子間的鍵角必偏離正常鍵角。這種由于鍵角偏離正常鍵角而引起的張力稱之。72飽和烴

環(huán)丙烷三個原子共平面，相鄰的兩個C上C-H鍵處于重疊式，能量高。扭轉(zhuǎn)張力：由于構(gòu)象是重疊式而引起的張力稱之。環(huán)丙烷分子中由于角張力和扭轉(zhuǎn)張力均存在，分子能量高，不穩(wěn)定。2環(huán)丙烷105.5°60°HHHHHH73飽和烴3環(huán)己烷的結(jié)構(gòu)及構(gòu)象*(重點)如果環(huán)己烷的6

個碳原子在同一平面上:

將有角張力;

將有扭轉(zhuǎn)張力C-H重疊

環(huán)己烷一定不是平面型分子74飽和烴椅式構(gòu)象船式構(gòu)象兩者互為構(gòu)象異構(gòu)體環(huán)己烷碳架是折疊的75飽和烴

椅式構(gòu)象無角張力無扭轉(zhuǎn)張力無空間張力2.50?2.49?2.49?交叉式76飽和烴

船式構(gòu)象（了解）2.27?2.27?1.83?旗桿鍵有較大的扭轉(zhuǎn)張力有空間張力重疊式77飽和烴

環(huán)己烷的其它構(gòu)象

46kJ/mol

2329.7EV=104~105次/秒；椅式：約99.9％78飽和烴環(huán)己烷椅式構(gòu)象的畫法兩個平面三對平行線