大二有機(jī)飽和烴

1、第二章 飽和烴：烷烴和環(huán)烷烴P6062：（一）單數(shù)； （四）；（六）；（八）；（九）；（十三）；（十四）。 本章作業(yè)：第二章 飽和烴：烷烴和環(huán)烷烴烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的命名烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的物理性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象烷烴和環(huán)烷烴的主要來源和制法 一、烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu) 烴類化合物 (Hydrocarbons)脂肪族 (Aliphatic)芳香族 (Aromatic)烷烴Alkanes烯烴Alkenes炔烴Alkynes脂環(huán)烴Cyclic Aliphatic一、烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)1. 烷烴和環(huán)烷烴的通式 a. 烷烴(Al

2、kane)CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3 、CH3CH2CH2CH3烷烴的通式：CnH2n2b. 環(huán)烷烴(Cycloalkane) 環(huán)烷烴的通式：CnH2n2. 烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)一、烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)a. 烷烴：C4H10:同分異構(gòu)體: 分子式相同，而結(jié)構(gòu)不同的化合物。碳架異構(gòu): 碳骨架不同引起的構(gòu)造異構(gòu)。構(gòu)造異構(gòu)體: 分子式相同，原子間互相連接的次序(構(gòu)造)不同。 異構(gòu)體(isomers)一、烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)一、烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)b. 環(huán)烷烴：與烷烴類似，但比烷烴復(fù)雜C5H10:異構(gòu)現(xiàn)象是造成有機(jī)化合物數(shù)目龐大的原因之一第二章 飽和烴：烷烴和環(huán)

3、烷烴烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的命名烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的物理性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象烷烴和環(huán)烷烴的主要來源和制法 二、烷烴和環(huán)烷烴的命名1. 伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子2. 烷基和環(huán)烷基二、烷烴和環(huán)烷烴的命名 烷烴和環(huán)烷烴分子從形式上去掉一個氫原子 后剩余的部分分別稱為烷基和環(huán)烷基(alkyl and cycloalkyl)。R-正烷基：去掉直鏈烷烴末端氫原子所得的烷基。命名時用“正”或 “normal”的第一個字母“n ”表示。仲烷基：去掉一個仲氫原子所得烷基用“仲”或 “secondary”的 前三個字母“sec ”表示。叔烷基：去

4、掉一個叔氫原子所得烷基叫叔烷基。用“tertiary”的前 一個字母“t ”表示。異烷基：鏈端倒數(shù)第二位碳原子上帶有一個甲基支鏈。用“isom- eric”的前一個字母“ i ”表示。二、烷烴和環(huán)烷烴的命名一些常見烷基的中、英文名稱二、烷烴和環(huán)烷烴的命名烷基的通式：CnH2n+1環(huán)烷基的通式：CnH2n-1烷烴分子從形式上去掉兩個氫原子后剩余的基團(tuán)稱為亞烷基二、烷烴和環(huán)烷烴的命名3. 烷烴的命名(1). 普通命名法正（n）表示直鏈烷烴異（i）表示鏈端第二位C原子上 帶有一個甲基。新（neo）表示鏈端第二位C原子 上帶有兩個甲基 二、烷烴和環(huán)烷烴的命名(2). 衍生物命名法 將烷烴看作是甲烷的烷

5、基衍生物。1. 選擇連有烷基最多的C原子作為甲烷的C原子，而把與此C原子 相連的基團(tuán)作為甲烷H原子的取代基。2. 取代的烷基按大小排列，簡單在前，復(fù)雜在后，相同合并。 二、烷烴和環(huán)烷烴的命名原則：二、烷烴和環(huán)烷烴的命名(3). 系統(tǒng)命名法 (CCS)采用國際通用的IUPAC（Internationl Union of Pure and Applied Chemistry,國際純粹化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會）命名原則結(jié)合我國文字特點制定的。構(gòu)型 + 取代基 + 母體R, S;Z, E取代基位置號+個數(shù)+名稱官能團(tuán)位置號+名稱(有多個取代基時，中文按次序規(guī)則確定次序，小的在前；英文按英文字母順序排列)(

6、沒有官能團(tuán)時不涉及位置號)二、烷烴和環(huán)烷烴的命名a. 選主鏈選擇連續(xù)的最長的取代基最多的碳鏈為主鏈，按主鏈的碳數(shù)定為“某烷”。（如果兩條主鏈的長度一樣，則選擇旁支多的為主鏈)b. 編序號從靠近支鏈較近的一端為主鏈依次編號；如果兩個支鏈靠近碳鏈的兩端一樣近，則應(yīng)從較為靠近第二支鏈一端為主鏈編號。即:選擇支鏈具有“最低系列”的編號。二、烷烴和環(huán)烷烴的命名 “最低系列”是指當(dāng)碳鏈以不同方向編號，得到兩種或兩種以上不同的編號序列時，則順次逐項比較各序列的不同位次，最先遇到的位次最小者，定為“最低系列”。 二、烷烴和環(huán)烷烴的命名 簡單取代基的編號最小取代基排列順序按次序規(guī)則（見書7172)規(guī)定，“較優(yōu)”

7、基團(tuán)后列出。二、烷烴和環(huán)烷烴的命名二、烷烴和環(huán)烷烴的命名3-甲基-6-乙基辛烷2,6-二甲基-5-異丁基辛烷二、烷烴和環(huán)烷烴的命名4. 環(huán)烷烴的命名二、烷烴和環(huán)烷烴的命名 根據(jù)分子中環(huán)的數(shù)目，可分為單環(huán)脂環(huán)烴、二環(huán)脂環(huán)烴和多環(huán)脂環(huán)烴。(1) 單環(huán)環(huán)烷烴的命名以碳環(huán)作為母體，環(huán)上側(cè)鏈作為取代基，名字前面加環(huán)字(cyclo)。環(huán)上碳原子的編號順序，按“最低系列”使取代基編號最小, “較優(yōu)”基團(tuán)以較大的編號(后列出）。二、烷烴和環(huán)烷烴的命名1-甲基-2-乙基環(huán)己烷1,1-二甲基-3-異丙基環(huán)戊烷3-甲基-4-環(huán)丁基庚烷二、烷烴和環(huán)烷烴的命名(2) 二環(huán)環(huán)烷烴的命名二環(huán)脂環(huán)烴根據(jù)環(huán)的連接方式可分為以下

8、四種類型：聯(lián)環(huán)烴：兩個環(huán)彼此以單鍵（或雙鍵）直接相連。螺環(huán)烴：兩個環(huán)共用一個碳原子。稠環(huán)烴：兩個環(huán)共用兩個相鄰的碳原子。橋環(huán)烴：兩個環(huán)共用兩個不直接相連的碳原子。都有兩個橋頭碳原子和三條連在橋頭上的“橋”a. 橋環(huán)烴：二、烷烴和環(huán)烷烴的命名命名：根據(jù)組成環(huán)的碳原于總數(shù)命名為“某烷”，加上詞頭“雙環(huán)”。b.再把各“橋”所含的碳原子的數(shù)目(橋頭碳原子除外)，按由大 到小的次序?qū)懺?“雙環(huán)”和“某烷”之間的方括號里，數(shù)字用 圓點分開。c. 環(huán)上碳原子編號則從一個橋頭碳原子開始，先編最長的橋至 第二個橋頭；再編余下的較長的橋，回到第一個橋頭，最后 編最短的橋。而編號的順序以 “最低系列”為原則。雙環(huán)庚

9、烷雙環(huán)4.1.0庚烷3,7,7-三甲基雙環(huán)4.1.0庚烷8,8-二甲基雙環(huán)3.2.1辛烷二、烷烴和環(huán)烷烴的命名二、烷烴和環(huán)烷烴的命名b. 螺環(huán)烴：兩個碳環(huán)共用一個碳原子（螺原子）的化合物。 a. 根據(jù)組成環(huán)的碳原子總數(shù)，命名為“某烷”，加上詞頭“螺”。命名：c. 環(huán)上有取代基時，碳原子的編號是從連接在螺原子上的第一個碳原子開始，先編較小的環(huán)，且使取代基編號最小，然后經(jīng)過螺原子再編第二個環(huán)。b. 再把連接于螺原子的兩個環(huán)的碳原子數(shù)目，按由小到大的次序?qū)懺凇奥荨焙汀澳惩椤敝g的方括號里，數(shù)字用圓點分開。螺庚烷螺2.4庚烷5-甲基螺2.4庚烷二、烷烴和環(huán)烷烴的命名二、烷烴和環(huán)烷烴的命名2-甲基-3-

10、乙基己烷8-甲基雙環(huán)3.2.1辛烷1,3,7-三甲基螺4.4壬烷練 習(xí)第二章 飽和烴：烷烴和環(huán)烷烴烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的命名烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的物理性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象烷烴和環(huán)烷烴的主要來源和制法 三、烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)1.鍵的形成及其特性 原子軌道沿核間聯(lián)線(鍵軸)相互交蓋，形成對鍵軸呈圓柱形對稱的軌道，稱為軌道。軌道上的電子稱為電子。軌道構(gòu)成的共價鍵稱為鍵。 在甲烷分于中，已知碳原子為sp3雜化，CH鍵是由碳原子的sp3雜化軌道與氫原子的1s軌道在對稱軸的方向交蓋而成。 碳為SP3雜化， C-H 鍵， 鍵角 109.5 。烷烴：在乙烷

11、分子中，CH鍵也是由碳原子的sp3雜化軌道與氫原于的1s軌道在對稱軸的方向交蓋而成。CC鍵是由兩個碳原子各以一個sp3雜化軌道在對稱軸的方向交蓋而成 三、烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)甲烷 (methane)乙烷 (ethane) 其它烷烴上碳原子所連接的四個原子或原子團(tuán)并不完全相同，因此每個碳上的鍵角并不完全相同。除乙烷外，烷烴分子的碳鏈并不排布在同一條直線上，而是曲折地排布在空間。三、烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)異庚烷 (isoheptane) 鍵的特性： a、鍵存在于任何含有共價鍵的有機(jī)分子中,且在分子中可以單獨存在。 b、由于鍵是在成鍵軌道方向的直線上相互交蓋而成,故交蓋程度大,鍵的鍵能較大，可極化性較小。

12、 C、鍵可以沿鍵軸自由旋轉(zhuǎn)而不被破壞。丙烷分子中碳碳間的鍵2. 環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與環(huán)的穩(wěn)定性三、烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)(1) 燃燒熱與環(huán)的穩(wěn)定性燃燒熱：1 mol 化合物完全燃燒生成 CO2 和 H2O 所放出的熱量。燃燒熱大，分子能量高，穩(wěn)定性??；燃燒熱小，分子能量低，穩(wěn)定性大三、烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)環(huán)烷烴比開鏈烷烴具有較高的能量。環(huán)越小，分子越不穩(wěn)定。 環(huán)己烷是個無張力環(huán)。 環(huán)己烷和C12以上的大環(huán)化合物都是很穩(wěn)定的化合物。結(jié)論：(見書P35)(2) 環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)三、烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)環(huán)烷烴：= 碳為SP3雜化， 彎曲鍵 (bent bonds). 105.50見書中P36角張力：鍵角偏差引起的張力

13、。Baeyer 張力學(xué)說：脂環(huán)烴的不穩(wěn)定性源于這種角張力，因此分子幾何內(nèi)角偏離109.5o 越多，角張力越大，分子越不穩(wěn)定。三、烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)Baeyer 錯在何處？幾何內(nèi)角的計算是基于分子的共平面性，事實上不是共平面三、烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)1918年，莫爾（E.Mohr）經(jīng)過研究，正式提出環(huán)己烷是個無張力非平面的環(huán)，C-C-C鍵角109.5,并畫出了環(huán)己烷的椅型構(gòu)象和船型構(gòu)象。(見書P41） （見書P37） 環(huán)己烷分子沒有角張力。由七到十二個碳原子組成的環(huán)烷烴，雖然保持正常鍵角，但由于環(huán)內(nèi)氫原子之間比較擁擠而存在著扭轉(zhuǎn)張力，因此也不如環(huán)己烷穩(wěn)定。只有相當(dāng)大的環(huán)才與環(huán)己烷一樣穩(wěn)定。是否是環(huán)越

14、大越穩(wěn)定?(見書P37)扭轉(zhuǎn)張力：分子總是傾向于穩(wěn)定的狀態(tài)，因此非穩(wěn)定構(gòu)象具有一種恢復(fù)成穩(wěn)定構(gòu)象的力量，這種力量稱為扭轉(zhuǎn)張力。第二章 飽和烴：烷烴和環(huán)烷烴烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的命名烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的物理性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象烷烴和環(huán)烷烴的主要來源和制法 四、烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象構(gòu)造：原子間相互連接的方式和次序稱為構(gòu)造(constitution)。構(gòu)象：由于圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)而引起的分子中各原子在空間的不同 排列方式稱為構(gòu)象(conformation)。乙烷兩個碳原子可以繞他們之間的鍵自由旋轉(zhuǎn)，兩個碳原子上各連接的三個氫原子的相對位置不斷變化，由此

15、產(chǎn)生的不同空間形象，稱為構(gòu)象異構(gòu)。d1 = 229 ppm d2 = 250 ppm 1. 乙烷的構(gòu)象四、烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象 Newman投影式:是從CC鍵的延長線上觀察，兩個碳原子在 投影式中處于重疊位置。表示距離觀察者較近的碳原子及其三鍵。表示距離觀察者較遠(yuǎn)的碳原子及其三個鍵。H3CCH3四、烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象乙烷不同構(gòu)象的能量曲線室溫時，分子具有的動能已超過12.6kJ/mol,乙烷分子處于無窮構(gòu)象迅速轉(zhuǎn)化的動態(tài)混合體系，其中以能量較低較穩(wěn)定的交叉式為主，但此時不可能將其分離出來。穩(wěn)定性：交叉式 重疊式2. 丁烷的構(gòu)象四、烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象對位交叉式 鄰位交叉式 部分重疊式 全重疊式 四

16、、烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象穩(wěn)定性：正丁烷不同構(gòu)象的能量曲線（旋轉(zhuǎn)角度）四、烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象3. 環(huán)己烷的構(gòu)象 環(huán)己烷不是平面結(jié)構(gòu)。它的較為穩(wěn)定的兩種構(gòu)象是椅型構(gòu)象和船型構(gòu)象。船式構(gòu)象中存在：扭轉(zhuǎn)張力和非鍵張力 椅型構(gòu)象比較穩(wěn)定椅型構(gòu)象中，所有CCC鍵角基本保持109.5，而任何兩個相鄰碳上的CH鍵都是交叉式的。所以環(huán)己烷的椅型構(gòu)象是個無張力環(huán)，是比較穩(wěn)定的優(yōu)勢構(gòu)象。 環(huán)己烷椅型和船型構(gòu)象投影式四、烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象 通過C-C 鍵的旋轉(zhuǎn)，椅式構(gòu)象可以轉(zhuǎn)變?yōu)榇綐?gòu)象，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N椅式構(gòu)象：構(gòu)象翻轉(zhuǎn)后，原來的 a 鍵全部變成 e 鍵；同時原來的 e 鍵全部變成 a 鍵。 Ring flip a,

17、 直立鍵 e, 平伏鍵四、烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象4. 取代環(huán)己烷的構(gòu)象四、烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象95%100%體積大的取代基在 e 鍵穩(wěn)定 取代基在e 鍵上為主,取代基在e 鍵越多越穩(wěn)定。1-甲基-4-叔丁基環(huán)己烷的最穩(wěn)定構(gòu)象四、烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象第二章 飽和烴：烷烴和環(huán)烷烴烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的命名烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的物理性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象烷烴和環(huán)烷烴的主要來源和制法 五、烷烴和環(huán)烷烴的物理性質(zhì) 分子間作用力 intermolecular interaction force 化合物的物理性質(zhì)非極性分子 范德華力 van der waals f

18、orce 烷烴的物理性質(zhì)烷烴分子a. 碳原子數(shù)目越多分子間范德華力越大。b. 同碳原子的烷烴，支鏈烷烴的支鏈多，分子間接觸面積越小， 范德華力就越小。五、烷烴和環(huán)烷烴的物理性質(zhì)沸點(boiling point)數(shù)碳原子數(shù)目數(shù)目，b.p碳原子數(shù)目相同支鏈，b.p 密度都小于1。溶解度(solubility): 幾乎不溶于水，而易溶于有機(jī)溶劑。 密度(density):熔點(melting point)數(shù)碳原子數(shù)目數(shù)目，m.p碳原子數(shù)目相同對稱性，m.p (見書P47)環(huán)烷烴的熔點、沸點和相對密度比碳原子數(shù)相同的烷烴高，主要是因為環(huán)烷烴具有較大的剛性和對稱性，使得分子之間的作用力較強(qiáng)之故。直鏈烷烴

19、：見書P47第二章 飽和烴：烷烴和環(huán)烷烴烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的命名烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴的物理性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象烷烴和環(huán)烷烴的主要來源和制法 五、烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)C - H 鍵 308-435 KJ/molC - C 鍵 347 KJ/mol鍵很強(qiáng)，不易斷裂 無極性或極性很弱 不易受外來帶電粒子的影響有足夠能量(光或熱), C-H 鍵可均裂生成自由基。烷烴分子缺乏反應(yīng)的薄弱環(huán)節(jié)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。五、烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)1.自由基取代反應(yīng) (free radical substitution reaction) 烷烴和環(huán)烷烴分子中的氫原

20、子被其它原子或基團(tuán)取代的反應(yīng)，稱為取代反應(yīng)。通過自由基取代分子中氫原子的反應(yīng)，稱為自由基取代反應(yīng)。 烷烴和環(huán)烷烴分子中的氫原子被鹵原子取代的反應(yīng)，稱為鹵代反應(yīng)或鹵化反應(yīng)(radical halogenation).(1) 鹵化反應(yīng)(2). 鹵化的反應(yīng)機(jī)理五、烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)慢步驟，決定反應(yīng)速率(見書P51)五、烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)(3) 鹵化反應(yīng)的取向與自由基的穩(wěn)定性五、烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)自由基的穩(wěn)定性順序為： 五、烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)五、烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì) H 的反應(yīng)活性：叔氫 仲氫 伯氫 甲基氫五、烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)(4) 反應(yīng)活性與選擇性 鹵素的活性: F2 Cl2 Br2 I2a. 反應(yīng)活性甲烷鹵化的反應(yīng)熱b. 選擇性五、烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)鹵素的選擇性: F2 Cl2 Br2 仲氫 伯氫 甲基氫a. 自由基的穩(wěn)定性順序為： c. 鹵素的活性: F2 Cl2 Br2 I2d. 鹵素的選擇性: F2 Cl2 Br2 I2哪種構(gòu)象更穩(wěn)定？練 習(xí)（荷蘭）（墨西哥）（美國）2. 氧化反應(yīng) (oxidation reaction)五、烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)不完全燃燒完全燃燒甲醛，福爾馬林制造肥皂五、烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)3. 異構(gòu)化反應(yīng) (isomera