汪小蘭有機化學課件(第四版)2飽和烴

1、第二章 飽和烴 A A 烷烴烷烴 烷烴的通式、結(jié)構(gòu)和命名烷烴的通式、結(jié)構(gòu)和命名 烷烴的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì)、化學性質(zhì) 自由基取代反應歷程自由基取代反應歷程 B B 自然界的烷烴自然界的烷烴- -石油和天然氣石油和天然氣 烴烴：碳氫化合物碳氫化合物, ,僅含僅含C C、H H烴的衍生物烴的衍生物：烴分子中氫被其它原子或基團所取代。 烴 開鏈烴（脂肪烴）環(huán)狀烴飽和烴(烷烴)不飽和烴脂環(huán)烴芳香烴烯烴炔烴二烯烴環(huán)烷烴環(huán)烯烴單環(huán)芳烴稠環(huán)芳烴烷烴：開鏈的飽和烴。烷烴：開鏈的飽和烴。環(huán)烷烴：閉鏈的飽和烴。環(huán)烷烴：閉鏈的飽和烴。2-1 2-1 烷烴的同系列、通式和同分異構(gòu)現(xiàn)象烷烴的同系列、通式和同

2、分異構(gòu)現(xiàn)象一、烷烴的同系列、通式一、烷烴的同系列、通式 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12烷烴的通式烷烴的通式 ：C Cn nH H2n+22n+2 同系列：同系列：通式相同，結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相似，組成上相差一個或多個通式相同，結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相似，組成上相差一個或多個 CH2 的一系列化合物。同系列中的化合物互為同系物。的一系列化合物。同系列中的化合物互為同系物。 系列差系列差 ：CH2CH4 ： CH4C2H6 ： CH3CH3C3H8： CH3CH2CH3二、同分異構(gòu)現(xiàn)象二、同分異構(gòu)現(xiàn)象C C C C C CC C C C CCC C C CC CC C C CCCC C C C C

3、CC6H14：碳鏈異構(gòu)C4H10： CH3CH2 CH2 CH3 CH3CH CH3CH3C5H12：CH3CCH3CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH CH3CH3三、烷烴中碳原子和氫原子的類型三、烷烴中碳原子和氫原子的類型伯碳原子，第一碳原子：伯碳原子，第一碳原子：1。 伯氫原子，第一氫原子伯氫原子，第一氫原子仲碳原子，第二碳原子：仲碳原子，第二碳原子：2。 仲氫原子，第二氫原子仲氫原子，第二氫原子叔碳原子，第三碳原子：叔碳原子，第三碳原子：3。 叔氫原子，第三氫原子叔氫原子，第三氫原子季碳原子，第四碳原子：季碳原子，第四碳原子：4。CH3CH2CHCH3CH3CCH

4、3CH3CH3CH31。1。1。2。3。4。1。2-2 2-2 烷烴的命名烷烴的命名一一. .普通命名法（習慣命名法）普通命名法（習慣命名法） 1.1.根據(jù)烷烴中碳原子的數(shù)目稱為根據(jù)烷烴中碳原子的數(shù)目稱為 “ “某烷某烷”。 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一烷甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一烷2.2.區(qū)分異構(gòu)體。區(qū)分異構(gòu)體。用用“正、異、新等正、異、新等”區(qū)別。區(qū)別。 例：例：C C5 5H H1212 戊烷戊烷CH3CH2CH CH3CH3C CH3CH3CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷異戊烷新戊烷二、系統(tǒng)命名法（二、系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）命名

5、法） 直鏈烷烴直鏈烷烴：根據(jù)碳原子數(shù)稱為：根據(jù)碳原子數(shù)稱為“某烷某烷”。甲、乙、。甲、乙、CH31CH22CH23CH34丁烷丁烷（普通命名法：正丁烷正丁烷） 支鏈烷烴支鏈烷烴：選擇主鏈：選擇主鏈：最長、支鏈最多的碳鏈。稱最長、支鏈最多的碳鏈。稱 “ “某烷某烷”。 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二，甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二，2. 編號編號：從最靠近支鏈的一端開始。使取代基位次最小。從最靠近支鏈的一端開始。使取代基位次最小。3. 命名命名：先寫取代基先寫取代基( (標出取代基的位置標出取代基的位置) )，再寫某烷。，再寫某烷。CH31CH2CH23C

6、H24CH35CH32-甲基戊烷甲基戊烷2 2，2 2，4-4-三甲基戊烷三甲基戊烷CH31C2CH23CH4CH35CH3CH3CH3CH38CH7CH26CH25CH4CH23CH2CH31CH3CH3CH32,4,7-2,4,7-三甲基辛烷三甲基辛烷2，3，5-三甲基-4-丙基庚烷CH37CH26CH5CH4CH3CH2CH31CH3CH2CH2CH3CH3CH3CH26CH5CH24CH3CH22CH2CH3CH37CH31CH33-甲基甲基-5-乙基庚烷乙基庚烷“優(yōu)先優(yōu)先”基團順序：基團順序：a.把與主鏈碳直接相連的原子按原子序數(shù)大小排列， 原子序數(shù)大的優(yōu)先。 例：-I-Br -Cl

7、 -CH3 -Hb.如果直接相連的原子相同，則比較第二個原子， 依次類推。 例：-CH(CH3)2 -CH2CH2CH3 -CH2CH3 -CH3次序規(guī)則：次序規(guī)則：“優(yōu)先優(yōu)先”基團在后基團在后CC(C)(C)HHH-CH=CH2 :-C(CH3)3 :CCH3CH3CH3-CH(CH3)2 :CCH3CH3H優(yōu)先基團順序：優(yōu)先基團順序：-C(CH3)3 -CH=CH2 -CH(CH3)2c.雙鍵和叁鍵分別作為兩個和三個單鍵處理。例：比較大小例：比較大小:-C(CH )3 、-CH=CH2 、 -CH(CH3)2烷基烷基 通式：CnH2n+1 ， R-。 CH3- 甲基 C2H5- 乙基 CH

8、3CH2CH2- 丙基CHCH3CH3異丙基CH3CH2CH2CH2- 丁基CHCH3CH2CH3仲丁基CH CH2CH3CH3異丁基CCH3CH3CH3叔丁基C CH2CH3CH3CH3新戊基 2-3 2-3 烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴的結(jié)構(gòu)一、甲烷的構(gòu)型、一、甲烷的構(gòu)型、spsp3 3雜化、雜化、鍵鍵構(gòu)型構(gòu)型：具有一定結(jié)構(gòu)的分子中各原子在空間的排列情況。具有一定結(jié)構(gòu)的分子中各原子在空間的排列情況。 結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）：分子中各原子的連接順序和連接方式。結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）：分子中各原子的連接順序和連接方式。CHHHH甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)甲烷：甲烷：CHCH4 4 正四面體結(jié)構(gòu)正四面體結(jié)構(gòu)C-H C-H 鍵長：鍵長：1

9、09pm 109pm H-C-H H-C-H 鍵角：鍵角：109.5109.5C:1S22S22P22p2 s激發(fā)2p2ssp3雜化sp3基態(tài)激發(fā)態(tài)每個每個spsp3 3雜化軌道具有雜化軌道具有1/4s1/4s成分和成分和3/4p3/4p成分。成分。 雜化：雜化：不同類型的軌道相互作用而形成新軌道的過程。不同類型的軌道相互作用而形成新軌道的過程。C-H 鍵鍵-+葫蘆葫蘆形形乙烷乙烷: CH3-CH3C-C 鍵鍵鍵：鍵：價電子云具有軸對稱的共價鍵。價電子云具有軸對稱的共價鍵。單鍵是單鍵是鍵，可以自由旋轉(zhuǎn)。鍵，可以自由旋轉(zhuǎn)。C-H鍵(SP3-S)-+-+-+C-C鍵(SP3-SP3) 球棒模型 比

10、例模型 凱庫勒(Kekl)模型 斯陶特(Stuart)模型分子模型：其它烷烴的結(jié)構(gòu)：其它烷烴的結(jié)構(gòu)：成鋸齒型成鋸齒型CH3CH2CH2CH2CH3CH3C H2C HC H2C H3C H3鍵線式二、烷烴的構(gòu)象二、烷烴的構(gòu)象同一構(gòu)型的化合物，由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生分子中原子在同一構(gòu)型的化合物，由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生分子中原子在空間不同的排列形式，稱為構(gòu)象空間不同的排列形式，稱為構(gòu)象。乙烷的構(gòu)象：CHCH3 3-CH-CH3 3楔型式楔型式 紐曼紐曼 (Newman) 投影式投影式HHHHHH透視式透視式乙烷的典型構(gòu)象有兩種： HHHHHHHHHHHH 交叉式 重疊式 透視式 紐曼投影式重疊式、交叉

11、式構(gòu)象比較：重疊式、交叉式構(gòu)象比較：交叉式構(gòu)象因兩個碳原子上的氫原子距離最大，交叉式構(gòu)象因兩個碳原子上的氫原子距離最大，其排斥力較小，分子內(nèi)能最低，因而較穩(wěn)定，其排斥力較小，分子內(nèi)能最低，因而較穩(wěn)定，為優(yōu)勢構(gòu)象。為優(yōu)勢構(gòu)象。乙烷分子的能量曲線乙烷分子的能量曲線交叉式最穩(wěn)定交叉式最穩(wěn)定為優(yōu)勢構(gòu)象為優(yōu)勢構(gòu)象幾個概念：幾個概念： 構(gòu)型是固定的，而構(gòu)象一般是瞬間的。構(gòu)型的變化須破壞構(gòu)型是固定的，而構(gòu)象一般是瞬間的。構(gòu)型的變化須破壞化學鍵，而構(gòu)象的變化則不會發(fā)生鍵的斷裂?；瘜W鍵，而構(gòu)象的變化則不會發(fā)生鍵的斷裂。3）構(gòu)象（）構(gòu)象（conformation）：一定構(gòu)型的分子中，由于單鍵）：一定構(gòu)型的分子中，

12、由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而導致原子和基團在空間的不同排布。的旋轉(zhuǎn)而導致原子和基團在空間的不同排布。2）構(gòu)型（）構(gòu)型（configuration）：一定構(gòu)造的分子中，原子和基團）：一定構(gòu)造的分子中，原子和基團在空間的排布；在空間的排布；1）構(gòu)造（）構(gòu)造（constitution）：分子中原子間的連接方式和次序；）：分子中原子間的連接方式和次序；2-4 2-4 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì) 有機化合物的物理性質(zhì)包括：有機化合物的物理性質(zhì)包括：化合物的狀態(tài)、化合物的狀態(tài)、熔點、沸點、熔點、沸點、密度、折光率和密度、折光率和溶解度溶解度等等稱為物理常數(shù)。稱為物理常數(shù)。 烷烴為非極性分子，分子間作用力是色散力，烷

13、烴為非極性分子，分子間作用力是色散力，隨分子隨分子量的增大而增大，隨分子間距離的增大而迅速減小。量的增大而增大，隨分子間距離的增大而迅速減小。 烷烴同系列中，烷烴同系列中，m.pm.p， b.pb.p，d d 都隨分子量增加都隨分子量增加而增加，即隨碳數(shù)增加而增加。而增加，即隨碳數(shù)增加而增加。一、物質(zhì)狀態(tài)（一、物質(zhì)狀態(tài)（2525，一個大氣壓下），一個大氣壓下）C C11C C4 4烷烴：氣體烷烴：氣體 C C55C C1616正烷烴：液體正烷烴：液體 C C1717以上：固體以上：固體二、密度二、密度直鏈烷烴的密度隨分子量的增加而增大，最后趨向于直鏈烷烴的密度隨分子量的增加而增大，最后趨向于最

14、大值最大值0.780.78。三、溶解度三、溶解度烷烴為非極性化合物，不溶于水，溶于某些有機溶劑。烷烴為非極性化合物，不溶于水，溶于某些有機溶劑。如苯、如苯、 氯仿、四氯化碳、其它烷烴。氯仿、四氯化碳、其它烷烴。四、沸點四、沸點 正烷烴的沸點隨著分子量的增加而增高。正烷烴的沸點隨著分子量的增加而增高。 烷烴異構(gòu)體中，支鏈愈多，沸點愈低。烷烴異構(gòu)體中，支鏈愈多，沸點愈低。CH3C CH3CH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3b.p( )： 36.1 28 9.5m.p()： -129.7 -159.9 -16.6正 烷 烴 的 沸 點 曲 線 碳 原 子 數(shù) 目 沸

15、點（）不要查表將下列烴類化合物按沸點降低的次序排列。不要查表將下列烴類化合物按沸點降低的次序排列。（1）3,3-二甲基戊烷二甲基戊烷 （2）正庚烷）正庚烷 （3）2-甲基庚烷甲基庚烷 （4）正戊烷）正戊烷 （5）2-甲基己烷甲基己烷 答答: (3)(2)(5)(1)(4)正 烷 烴 的 熔 點 曲 線 碳 原 子 數(shù) 目 熔點（）五、熔點五、熔點 正烷烴的熔點隨著分子量的增加而增高。 分子結(jié)構(gòu)的對稱性越大，熔點也越高。一、取代反應一、取代反應烷烴分子中的氫原子被其他原子或基團所取代的反應。烷烴分子中的氫原子被其他原子或基團所取代的反應。鹵代反應：被鹵素取代的反應。也稱鹵化反應。鹵代反應：被鹵素

16、取代的反應。也稱鹵化反應。CH4 : Cl2 = 10 : 1 溫度：溫度：400450 主要產(chǎn)物：一氯甲烷主要產(chǎn)物：一氯甲烷CH4 : Cl2 = 0.263 : 1 溫度：溫度：400 主要產(chǎn)物：四氯化碳主要產(chǎn)物：四氯化碳CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl 光CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl 光CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl 光CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl 光2-5 烷烴的化學性質(zhì)烷烴的化學性質(zhì)二、烷烴的鹵代反應歷程： （以CH4 Cl2反應為例）C1 + Cl C12CH3 + CH3 CH3CH3CH3 + C1 CH3C1鏈終

17、止C1 + CH4 CH3 + HC1(決定反應速率決定反應速率) CH3 + Cl2 CH3C1 + C1C1 + CH3Cl CH2C1 + HC1CH2C1 + C12 CH2C12 + C1 鏈增長 鏈引發(fā)Cl ：Cl 2Clh(250400）圖圖 Cl + HCH3 CH3Cl + Cl 能量變化能量變化甲烷氯代反應過程的能量變化甲烷氯代反應過程的能量變化 活化能活化能三、鹵代反應取代的位置與自由基的穩(wěn)定性：仲氫：伯氫仲氫：伯氫=57/2=57/2：43/6=443/6=4：1 1叔氫：伯氫叔氫：伯氫=36/1=36/1：64/9=5 64/9=5 ：1 1叔氫：仲氫：伯氫叔氫：仲氫

18、：伯氫=5=5：4 4：1 1氫的相對活性氫的相對活性: 叔氫仲氫伯氫叔氫仲氫伯氫43%57%Cl2光，25CH3CH2CH3CH3CH2CH2ClCH3CH CH3Cl+36%64%Cl2光，25CH3CHCH3CH3+CH3CCH3CH3ClCH3CH CH2CH3Cl 用自由基（游離基用自由基（游離基)的穩(wěn)定性來解釋：的穩(wěn)定性來解釋：（自由基碳原子連接的取代基越多越穩(wěn)定）（自由基碳原子連接的取代基越多越穩(wěn)定）CH3CCH3CH3CH3CCH3HCH3CHHH3C二、氧化和燃燒二、氧化和燃燒1.燃燒完全氧化CnH2n+2 + O2 CO2 + H2O + 熱量熱量燃 燒2.部分氧化工業(yè)上常

19、用高級烷烴通過氧化反應來制備高級脂肪醇和脂肪酸工業(yè)上常用高級烷烴通過氧化反應來制備高級脂肪醇和脂肪酸RCH3 RCH2OH + RCHO + RCOOH錳鹽，O2部分氧化MnO2，O2110COOHRCH2RCH2R/COOHR/+氧化、還原的概念氧化、還原的概念有機分子中加入氧或脫去氫，氧化。有機分子中加入氧或脫去氫，氧化。有機分子中加入氫或脫去氧，還原。有機分子中加入氫或脫去氧，還原。有機分子中加入有機分子中加入N、X等，氧化；反之，還原。等，氧化；反之，還原。烷烴烷烴醇醇醛（酮）醛（酮） 羧酸羧酸烷烴烷烴烯烴，烯烴， 氧化氧化烷烴烷烴鹵代烴，鹵代烴， 氧化氧化三三. 裂化反應裂化反應 在

20、高溫（在高溫（40040010001000）及無氧條件下使烷烴分子發(fā)生鍵斷裂）及無氧條件下使烷烴分子發(fā)生鍵斷裂的反應叫裂化反應。的反應叫裂化反應。50023MPaC16H34 C8H18 + C8H16C8H18 C4H10 + C4H8裂 化脫氫 CH4 + C3H6C4H10 C2H6 + C2H4 C4H8 + H2500 熱裂化：熱裂化：在在5MPa5MPa，500500600600進行的裂化反應。進行的裂化反應。 催化裂化催化裂化：在：在450450500500、常壓及催化劑存在下進行的裂化。、常壓及催化劑存在下進行的裂化。 石油工業(yè)利用裂化反應來提高汽油石油工業(yè)利用裂化反應來提高汽

21、油（C6C9）的產(chǎn)量和質(zhì)量。的產(chǎn)量和質(zhì)量。 (原油分餾只能得到原油分餾只能得到10-20%的汽油的汽油,且質(zhì)量不好且質(zhì)量不好) 裂解：裂解：石油餾分在石油餾分在700700以上進行的深度裂化。以上進行的深度裂化。 目的：獲取基本化工原料。如：乙烯、丙烯、丁烯、目的：獲取基本化工原料。如：乙烯、丙烯、丁烯、 丁二烯、乙炔等。丁二烯、乙炔等。2-8 2-8 天然氣和石油天然氣和石油烷烴的天然來源烷烴的天然來源一、天然氣：一、天然氣： 存在于地下巖石儲集層中以烴類為主的混合氣體的統(tǒng)稱。存在于地下巖石儲集層中以烴類為主的混合氣體的統(tǒng)稱。 干氣：干氣：甲烷：甲烷：868699%99%（體積）（體積） 常溫加壓不易液化。常溫加壓不易液化。 濕氣：濕氣：甲烷（甲烷（4040