有機化學(xué)第2章飽和烴烷烴

1、第二章第二章 烷烴烷烴烴烴開鏈烴開鏈烴(脂肪烴脂肪烴)環(huán)烴環(huán)烴脂環(huán)烴脂環(huán)烴芳香烴芳香烴環(huán)烷烴環(huán)烷烴環(huán)烯烴環(huán)烯烴飽和烴飽和烴不飽和烴不飽和烴烯烴烯烴炔烴炔烴烷烴烷烴2.1 2.1 烷烴的通式、同系列和構(gòu)造異構(gòu)烷烴的通式、同系列和構(gòu)造異構(gòu)2.2 2.2 烷烴的命名烷烴的命名2.3 2.3 烷烴的性質(zhì)烷烴的性質(zhì)2.4 2.4 烷烴的主要來源和制法烷烴的主要來源和制法烷烴：烷烴：指由碳和氫兩種元素組成的飽和、指由碳和氫兩種元素組成的飽和、 開鏈有機化合物。開鏈有機化合物。一、烷烴的通式和同系列一、烷烴的通式和同系列2.1 2.1 烷烴的通式、同系列和構(gòu)造異構(gòu)烷烴的通式、同系列和構(gòu)造異構(gòu) cnh2n+2

2、，n為碳原子個數(shù)為碳原子個數(shù)chhhhcchh hhhhccchhhhhhhhcccchhhhhhhhhh 甲烷甲烷 乙烷乙烷 丙烷丙烷 丁烷丁烷（a a） 烷烴的通式烷烴的通式例如例如:（b b）同系列和同系物）同系列和同系物 同系列：同系列：通式相同，組成上相差通式相同，組成上相差“ch2”及其及其整倍數(shù)的一系列化合物。整倍數(shù)的一系列化合物。系差：系差：“ch2”稱為系差。稱為系差。 同系物：同系物：同系列中的各個化合物互為同系物。同系列中的各個化合物互為同系物。同分異構(gòu)體：同分異構(gòu)體：構(gòu)造異構(gòu)體：構(gòu)造異構(gòu)體：結(jié)構(gòu)不同是由于分子中原子的連接結(jié)構(gòu)不同是由于分子中原子的連接方式和次序不同。方式

3、和次序不同。 碳鏈異構(gòu)：碳鏈異構(gòu)：異構(gòu)體的分子式相同而異構(gòu)體的分子式相同而碳骨架碳骨架不同的不同的現(xiàn)象現(xiàn)象（直鏈和支鏈）（直鏈和支鏈）。 烷烴主要是烷烴主要是碳鏈異構(gòu)。碳鏈異構(gòu)。二、同分異構(gòu)二、同分異構(gòu)-11.73沸點：沸點： -0.5 c4h6ch2ch3ch2ch3正正丁丁烷烷ch ch3ch3ch3異異丁丁烷烷烷烴構(gòu)造異構(gòu)體的數(shù)目烷烴構(gòu)造異構(gòu)體的數(shù)目碳原子數(shù)碳原子數(shù)異構(gòu)體數(shù)異構(gòu)體數(shù)碳原子數(shù)碳原子數(shù)異構(gòu)體數(shù)異構(gòu)體數(shù)13456712359891015201835754,347366,319寫出構(gòu)造異構(gòu)體的步驟：寫出構(gòu)造異構(gòu)體的步驟： 寫出c6h14的所有構(gòu)造異構(gòu)體三、碳原子與氫原子的類型三、

4、碳原子與氫原子的類型 c chhhhcch3chch3ch3ch3h伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子1234ach3bch2bch2bch2ach3 ach3bch2cchach3 ach3 ch3 ach3dcach3 ch3戊烷（正戊烷）戊烷（正戊烷）2-甲基丁烷（異戊烷）甲基丁烷（異戊烷）2，2-二甲基丙烷（新戊烷）二甲基丙烷（新戊烷）a:一級（一級（1 1 ）(伯伯)碳原子碳原子 b:二級（二級（2 2 ）(仲仲)碳原子碳原子c:三級（三級（3 3 ）(叔叔)碳原子碳原子d:四級（四級（4 4 ）(季季)碳原子碳原子 伯氫、仲氫、叔氫伯氫、仲

5、氫、叔氫 2.2 2.2 烷烴的命名烷烴的命名一、烴基（烷基）一、烴基（烷基）烴分子中去掉一個烴分子中去掉一個 h 后余下的原子團(tuán)，可用后余下的原子團(tuán)，可用r-表示。ch3ch3ch2ch3ch2ch2ch3ch2ch2ch2ch3chch2ch3甲基甲基 丙基丙基 丁基丁基 仲丁基仲丁基 乙基乙基(1) 某基某基(2)仲某基仲某基(ch3)2chch2 異丁基異丁基 ch3chch3異丙基異丙基(ch3)3c(ch3)3cch2新戊基新戊基叔丁基叔丁基(3) 異某基異某基(ch3)2chch2ch2 異戊基異戊基 (4)二、烷烴的命名二、烷烴的命名ch2ch2ch2ch3ch3正戊烷異戊烷c

6、hch3ch2ch3ch3新戊烷ch3cch3ch3ch31 1、普通命名法、普通命名法( (習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法) ) 碳原子數(shù)用碳原子數(shù)用“天干天干”字字甲、乙、丙、丁、戊、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和十一、十二己、庚、辛、壬、癸和十一、十二等數(shù)目字表示。等數(shù)目字表示。 用用“正正”、“異異”、“新新”等前綴區(qū)別不同的構(gòu)等前綴區(qū)別不同的構(gòu)造異構(gòu)體。造異構(gòu)體。2 2、系統(tǒng)命名法、系統(tǒng)命名法i 選擇母體化合物選擇母體化合物ii 給母體定編號給母體定編號iii 寫取代基寫取代基 采用國際通用的采用國際通用的iupac（國際純化學(xué)和應(yīng)國際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會）命名原則，結(jié)合中國文字的

7、特用化學(xué)聯(lián)合會）命名原則，結(jié)合中國文字的特點，中國化學(xué)會點，中國化學(xué)會19801980年再次修訂通過的原則。年再次修訂通過的原則。（）選擇母體化合物）選擇母體化合物ch3ch ch2ch2ch3ch2ch3母體化合物母體化合物選最長的連續(xù)碳鏈為主鏈選最長的連續(xù)碳鏈為主鏈, ,以主鏈碳原子以主鏈碳原子數(shù)定為某烷數(shù)定為某烷. .己己 烷烷 如果有幾個等長的碳鏈可作主鏈，選擇如果有幾個等長的碳鏈可作主鏈，選擇取代基最多的碳鏈為主鏈取代基最多的碳鏈為主鏈chchchch3ch2chch2ch2ch3ch3ch3ch3ch3庚烷庚烷3 4 5 6ch3ch ch2ch2ch3ch2ch3當(dāng)主鏈編有幾種可

8、能時，當(dāng)主鏈編有幾種可能時， 按按“最低系列最低系列”原原則編號（使取代基的位次盡可能?。﹦t編號（使取代基的位次盡可能小）（）給母體定編號）給母體定編號主鏈上碳原子從靠近支鏈的一端依次用阿主鏈上碳原子從靠近支鏈的一端依次用阿拉伯?dāng)?shù)字編號拉伯?dāng)?shù)字編號. .12ch3ch ch ch2ch ch3ch3ch3ch33(從左從左)4(從右從右)1 24 5 6()()寫取代基寫取代基取代基的名稱寫在主鏈前取代基的名稱寫在主鏈前, ,位次用主鏈上碳原子位次用主鏈上碳原子的編號表示的編號表示, ,寫在取代基名稱前寫在取代基名稱前, ,兩者只間用半字線兩者只間用半字線“-”-”相連相連. .含有幾個不同的

9、取代基時含有幾個不同的取代基時,按按“次序規(guī)則次序規(guī)則”規(guī)定規(guī)定的順序排列的順序排列. .含幾個相同的取代基時含幾個相同的取代基時, ,相同取代基合并相同取代基合并, ,用二、用二、三、四三、四表示其數(shù)目，并逐個標(biāo)明其所在位次，位表示其數(shù)目，并逐個標(biāo)明其所在位次，位次之間用豆號分開次之間用豆號分開. .ch3ch ch2ch2ch3ch2ch3烷烷己己3 4 5 612甲基甲基3-3-ch3ch2chch2ch3ch2chch2chch2ch3ch3ch3 1 2 3 4 5 6 7 8 93,7-3,7-二甲基二甲基-4-4-乙基乙基9 8 7 6 5 4 ch3ch2chchchchch2

10、ch2ch3chch3ch3ch2ch2ch3壬烷壬烷5-5-丙基丙基-4-4-異丙基異丙基壬烷壬烷3 2 12.3 2.3 烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴的結(jié)構(gòu) 一、甲烷的結(jié)構(gòu)和一、甲烷的結(jié)構(gòu)和sp3雜化軌道雜化軌道 碳原子的四個碳原子的四個sp3雜化軌道與氫原子的雜化軌道與氫原子的1s軌軌道在對稱軸方向交蓋形成四個道在對稱軸方向交蓋形成四個鍵。鍵。 鍵的形成及其特性鍵的形成及其特性 原子原子 軌道沿鍵軸相互交蓋，形成對鍵軸呈圓柱形對稱的軌道沿鍵軸相互交蓋，形成對鍵軸呈圓柱形對稱的軌道稱為軌道稱為 軌道軌道。軌道構(gòu)成的共價鍵稱為軌道構(gòu)成的共價鍵稱為鍵鍵。 例如：甲烷分子中有四個例如：甲烷分子中有四個ch鍵。

11、鍵。 相類似，乙烷分子中有六個相類似，乙烷分子中有六個ch鍵和一個鍵和一個 cc鍵。鍵。甲烷甲烷乙烷乙烷甲烷甲烷正丁烷正丁烷成鍵原子可沿鍵軸自由旋轉(zhuǎn)成鍵原子可沿鍵軸自由旋轉(zhuǎn); ;球棍模型球棍模型(kekul(kekul模型模型) )鍵的特性鍵的特性:鍵能較大，可極化性較小鍵能較大，可極化性較小 。烷烴分子的模型烷烴分子的模型三、乙烷的構(gòu)象三、乙烷的構(gòu)象構(gòu)象：構(gòu)象：由于圍繞由于圍繞鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，分子中鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，分子中原子或基團(tuán)在空間的不同排列方式。原子或基團(tuán)在空間的不同排列方式。圍繞圍繞c-cc-c鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生無窮多的構(gòu)象，生無窮多的構(gòu)象，一般研究典型的極一般研究典型的極限構(gòu)象。限

12、構(gòu)象。hhhhhhhhhhhh重疊式重疊式( (順疊式順疊式) )構(gòu)象構(gòu)象交叉式交叉式( (反疊式反疊式) )構(gòu)象構(gòu)象透視式透視式乙烷的兩種極限構(gòu)象及表示方式：乙烷的兩種極限構(gòu)象及表示方式：球棒模型球棒模型重疊式重疊式( (順疊式順疊式) )構(gòu)象構(gòu)象交叉式交叉式( (反疊式反疊式) )構(gòu)象構(gòu)象newman投影式投影式hhhhhh0hhhhhh60球棒模型球棒模型交叉式構(gòu)象最穩(wěn)定，重疊式構(gòu)象最不穩(wěn)定交叉式構(gòu)象最穩(wěn)定，重疊式構(gòu)象最不穩(wěn)定 能否跟據(jù)以上構(gòu)象異構(gòu)原理，用紐曼投影能否跟據(jù)以上構(gòu)象異構(gòu)原理，用紐曼投影式并以式并以c c2 2-c-c3 3為旋轉(zhuǎn)軸，畫出正丁烷的極限構(gòu)象。為旋轉(zhuǎn)軸，畫出正丁烷

13、的極限構(gòu)象。對位交叉式對位交叉式( (反錯式反錯式) )部分重疊式部分重疊式( (反疊式反疊式) )鄰位交叉式鄰位交叉式( (順錯式順錯式) )全重疊式全重疊式( (順疊式順疊式) ) 正丁烷沿正丁烷沿c c2 2和和c c3 3之間的之間的鍵鍵軸旋轉(zhuǎn)有四種鍵鍵軸旋轉(zhuǎn)有四種典型構(gòu)象。典型構(gòu)象。問題問題2-22-2（p12p12）ch3ch2ch2ch323ch3hch3hhhch3h3chhhhch3h3chhhhh3c ch3hhhh正丁烷不同構(gòu)象的能量曲線圖正丁烷不同構(gòu)象的能量曲線圖 直鏈烷烴的沸點一般隨相對分子質(zhì)量的增直鏈烷烴的沸點一般隨相對分子質(zhì)量的增加而升高。加而升高。沸點沸點(b.

14、p.)(b.p.)一、物理性質(zhì)一、物理性質(zhì) 一般一般c c4 4以下的直鏈烷烴是氣體，以下的直鏈烷烴是氣體，c c5 5-c-c1616的烷烴的烷烴是液體，大于是液體，大于c c1717的烷烴是固體。的烷烴是固體。物態(tài)物態(tài)碳原子數(shù)相同時，含支鏈多的烷烴沸點低。碳原子數(shù)相同時，含支鏈多的烷烴沸點低。2.4 烷烴的性質(zhì) 烷烴相對密度小于烷烴相對密度小于1 1，隨分子量的增加逐漸增大。，隨分子量的增加逐漸增大。 烷烴不溶于水，易溶于有機溶劑。烷烴不溶于水，易溶于有機溶劑。 直鏈烷烴的熔點分子質(zhì)量的增加而增加直鏈烷烴的熔點分子質(zhì)量的增加而增加, ,一般含一般含偶數(shù)碳原子烷烴的熔點通常比含奇數(shù)碳原子烷烴

15、的偶數(shù)碳原子烷烴的熔點通常比含奇數(shù)碳原子烷烴的熔點升高較多。熔點升高較多。 在有支鏈的烷烴中，當(dāng)相對分子量相同時，對稱在有支鏈的烷烴中，當(dāng)相對分子量相同時，對稱性好的熔點高。性好的熔點高。熔點熔點(m.p.)(m.p.)相對密度相對密度溶解度溶解度名名 稱稱熔熔 點點 / /沸沸 點點 / /相相 對對 密密 度度 ( (d d4 42 20 0) )折折 射射 率率 ( (n nd d2 20 0) )甲甲 烷烷- -1 18 83 3- -1 16 61 1. .5 50 0. .4 42 24 4乙乙 烷烷- -1 17 72 2- -8 88 8. .6 60 0. .5 54 46

16、6丙丙 烷烷- -1 18 88 8- -4 42 2. .1 10 0. .5 50 01 11 1. .3 33 39 97 7丁丁 烷烷- -1 13 35 5- -0 0. .5 50 0. .5 57 79 91 1. .3 35 56 62 2戊戊 烷烷- -1 13 30 03 36 6. .1 10 0. .6 62 26 61 1. .3 35 57 77 7己己 烷烷- -9 95 56 68 8. .7 70 0. .6 65 59 91 1. .3 37 75 50 0庚庚 烷烷- -9 91 19 98 8. .4 40 0. .6 68 84 41 1. .3 38

17、 87 77 7辛辛 烷烷- -5 57 71 12 25 5. .7 70 0. .7 70 03 31 1. .3 39 97 76 6壬壬 烷烷- -5 54 41 15 50 0. .8 80 0. .7 71 18 81 1. .4 40 05 56 6癸癸 烷烷- -3 30 01 17 74 4. .1 10 0. .7 73 30 01 1. .4 41 12 20 0十十 一一 烷烷- -2 26 61 19 95 5. .9 90 0. .7 74 40 01 1. .4 41 17 73 3十十 二二 烷烷- -1 10 02 21 16 6. .3 30 0. .7 7

18、4 49 91 1. .4 42 21 16 6一些直鏈烷烴的物理常數(shù)一些直鏈烷烴的物理常數(shù)二、烷烴的化學(xué)性質(zhì)二、烷烴的化學(xué)性質(zhì) 鍵鍵能大，鍵鍵能大，c-hc-h鍵極性又小，故烷烴化學(xué)性鍵極性又小，故烷烴化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。一般在常溫下與強酸、強堿、氧化劑、質(zhì)穩(wěn)定。一般在常溫下與強酸、強堿、氧化劑、還原劑都不反應(yīng)。但穩(wěn)定性是相對的。還原劑都不反應(yīng)。但穩(wěn)定性是相對的。結(jié)構(gòu)與性質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 烷烴分子中只含烷烴分子中只含c-cc-c單鍵和單鍵和c-hc-h單鍵，是單鍵，是鍵鍵. .-鍵鍵（2 2）氧化反應(yīng)）氧化反應(yīng) 適當(dāng)條件下可部分氧化為醇、醛、酮、羧酸適當(dāng)條件下可部分氧化為醇、醛、酮、羧酸等含氧化合物。

19、等含氧化合物。 烷烴在沒有氧氣存在下進(jìn)行的熱分解反應(yīng)烷烴在沒有氧氣存在下進(jìn)行的熱分解反應(yīng)叫裂化反應(yīng)叫裂化反應(yīng). .（3 3）裂化反應(yīng)）裂化反應(yīng)ch4 2o2+燃燒co2 2h2o 891 kj mol-1mno2107110 o2rch2ch2rrcooh rcooh 其其它它羧羧酸酸ch3ch2ch2ch3500ch3ch3c2h4ch4c3h6c4h8h2 烷烴分子中的氫原子被其它原子或基團(tuán)所取烷烴分子中的氫原子被其它原子或基團(tuán)所取代的反應(yīng)，為取代反應(yīng)。被鹵素取代的反應(yīng)稱代的反應(yīng)，為取代反應(yīng)。被鹵素取代的反應(yīng)稱為鹵代反應(yīng)。為鹵代反應(yīng)。（1 1）取代反應(yīng)）取代反應(yīng)在漫射光或熱的作用下，烷烴發(fā)

20、生鹵代反應(yīng)：在漫射光或熱的作用下，烷烴發(fā)生鹵代反應(yīng)：（a a） 鹵代反應(yīng)鹵代反應(yīng)ch4 cl2漫漫射射光光ch3cl hcl 100kj mol-1甲烷的氯化較難停留在一氯化階段：甲烷的氯化較難停留在一氯化階段： 產(chǎn)物為四種氯甲烷的混合物，氯氣過量時產(chǎn)物為四種氯甲烷的混合物，氯氣過量時主要得到四氯化碳，甲烷過量時主要得到一主要得到四氯化碳，甲烷過量時主要得到一氯甲烷。氯甲烷。ch3cl cl2漫漫射射光光ch2cl2 hclch2cl2 cl2漫漫射射光光chcl3 hclchcl3 cl2ccl4 hcl漫漫射射光光cl cl2clcl h ch3+hcl ch3ch3 cl cl+ch3c

21、l cl鏈引發(fā)鏈引發(fā): :鏈增長鏈增長: :（b b） 鹵化的反應(yīng)機理鹵化的反應(yīng)機理反應(yīng)機理反應(yīng)機理 化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)過的途徑或過程化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)過的途徑或過程. .cl+h ch2clhcl+ch2cl+ch2clcl clcl+ch2cl2h或或 由自由基引發(fā)的烷烴的氯化是一個連鎖反應(yīng)，也由自由基引發(fā)的烷烴的氯化是一個連鎖反應(yīng)，也叫鏈反應(yīng)。鏈反應(yīng)分為鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個叫鏈反應(yīng)。鏈反應(yīng)分為鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個階段：階段：鏈終止鏈終止:（c）鹵素和烷烴中不同氫的活性）鹵素和烷烴中不同氫的活性鹵素進(jìn)行鹵代反應(yīng)的活性鹵素進(jìn)行鹵代反應(yīng)的活性f2cl2br2i2ch3ch3ch3clcl clcl + clch3ch3+ch3+ cl鹵化反應(yīng)中烷烴不同氫的活性與自由基的鹵化反應(yīng)中烷烴不同氫的活性與自由基的 穩(wěn)定性穩(wěn)定性丙烷的氯化反應(yīng)：丙烷的氯化反應(yīng)：