第十章開(kāi)鏈烴課件

第十章開(kāi)鏈烴第十章開(kāi)鏈烴第十章開(kāi)鏈烴10.1烷烴開(kāi)鏈的飽和烴叫烷烴。通式：CnH2n+2如：甲烷CH4乙烷C2H6丙烷C3H8烷烴：脂肪烴分子中只含有C－C單鍵和C－H鍵的烴。10.1烷烴開(kāi)鏈的飽和烴叫烷烴。通式：CnH2n+2如：甲烷CH4乙烷C2H6丙烷C3H8烷烴：脂肪烴分子中只含有C－C單鍵和C－H鍵的烴。10.1.1同系列和同分異構(gòu)一、烷烴的同系列不同的烷烴組成上都是相差一個(gè)或幾個(gè)CH2（亞甲基）。同系列：具有同一通式，結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)相似，組成上相差一個(gè)或多個(gè)CH2的一系列化合物稱(chēng)為同系列。同系物：同系列中各化合物的互稱(chēng)。相鄰的同系物在組成上相差CH2，這個(gè)CH2稱(chēng)為系列差。

二、烷烴的同分異構(gòu)1.同分異構(gòu)對(duì)于C4H10,其可能的結(jié)構(gòu)有：正丁烷(沸點(diǎn)-0.5℃)

異丁烷(沸點(diǎn)-10.2)對(duì)于C5H12可能的結(jié)構(gòu)有三種

同分異構(gòu)現(xiàn)象:指分子式相同但結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象。同分異構(gòu)體:分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的化合物。構(gòu)造:是指分子中原子互相連接的方式和次序。構(gòu)造異構(gòu)體:分子式相同，而構(gòu)造不同的異構(gòu)體稱(chēng)為構(gòu)造異構(gòu)體。構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象是有機(jī)化學(xué)中普遍存在的異構(gòu)現(xiàn)象的一種，這種異構(gòu)是由于碳鏈的構(gòu)造不同而形成的，故又稱(chēng)為碳鏈異構(gòu)。隨著碳原子數(shù)目的增多，異構(gòu)體的數(shù)目也增多。①先寫(xiě)出最長(zhǎng)的碳鏈以(C6H14為例)

C—C—C—C—C-—C

②再寫(xiě)出少一個(gè)碳原子的直鏈，把剩下的一個(gè)碳原子當(dāng)作支鏈加在主鏈上并依次變動(dòng)支鏈的位置。

③然后寫(xiě)出少兩個(gè)碳原子的直鏈，把剩下的兩個(gè)碳原子當(dāng)作一個(gè)或兩個(gè)取代基加到主鏈上，并依次變動(dòng)支鏈的位置。

④以此類(lèi)推……2.烷烴同分異構(gòu)體的構(gòu)造式的書(shū)寫(xiě)原則3.伯、仲、叔、季碳原子一級(jí)碳原子a：在烴分子中僅與一個(gè)碳相連的碳原子,也叫伯碳原子。二級(jí)碳原子b：與兩個(gè)碳相連的碳原子,也叫仲碳原子三級(jí)碳原子c：與三個(gè)碳相連的碳原子,也叫叔碳原子四級(jí)碳原子d：與四個(gè)碳相連的碳原子,也叫季碳原子與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子，分別稱(chēng)為伯、仲、叔氫原子。不同類(lèi)型的氫原子的反應(yīng)性能有一定的差別。10.1.2烷烴的命名

正戊烷異戊烷新戊烷普通命名法只適用于構(gòu)造比較簡(jiǎn)單的烷烴。普通(習(xí)慣)命名法根據(jù)分子中碳原子數(shù)目稱(chēng)為“某烷”，碳原子數(shù)十個(gè)以?xún)?nèi)的依次用甲、乙、丙、丁、戊……癸表示，十以上的用漢字?jǐn)?shù)字表示碳原子數(shù)，用正、異、新表示同分異構(gòu)體。系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）1．選擇主鏈選擇含碳原子數(shù)目最多的碳鏈作為主鏈，支鏈作為取代基。分支中有兩條以上等長(zhǎng)碳鏈時(shí)，則選擇支鏈多的一條為主鏈。2.主鏈碳原子編號(hào)a.從離支鏈最近的一端開(kāi)始，將主鏈碳原子用1、2、3……編號(hào)。b.從碳鏈任何一端開(kāi)始，第一個(gè)支鏈的位置都相同時(shí)，則依次比較第二、第三個(gè)支鏈的位置，以表示取代基位置的數(shù)字最小（最低系列原則）為原則。3.烷烴名稱(chēng)的寫(xiě)出a.將支鏈（取代基）寫(xiě)在主鏈名稱(chēng)的前面。b.取代基按“次序規(guī)則”小的基團(tuán)優(yōu)先列出。烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<異戊基<異丁基<異丙基。c.相同基團(tuán)合并寫(xiě)出，位置用2，3……標(biāo)出,取代基數(shù)目用二,三……標(biāo)出。d.表示位置的數(shù)字間要用“，”隔開(kāi)，位次和取代基名稱(chēng)之間要用“－”隔開(kāi)。烷烴命名歸納為：最長(zhǎng)碳鏈，最小定位，同基合并，由簡(jiǎn)到繁。系統(tǒng)命名法3，10-二甲基-7-乙基十三烷2，3，5-三甲基-4-丙基庚烷下列烷烴的系統(tǒng)命名中，哪些應(yīng)予改正？2，3－二甲基戊烷4，4－二甲基庚烷4－異丙基庚烷3－甲基戊烷1.甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)

sp3軌道和甲烷分子的形成10.1.3烷烴的結(jié)構(gòu)2.乙烷分子中原子軌道重疊示意圖10.1.4乙烷和丁烷的構(gòu)象構(gòu)象——由于圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中的原子或基團(tuán)在空間的不同排列形式。構(gòu)象通常用透視式或紐曼投影式表示。乙烷的構(gòu)象①畫(huà)一個(gè)圓圈表示離眼睛較遠(yuǎn)的碳原子，圓圈上三等份圓周的短線表示這個(gè)碳原子上的三根σ鍵；②圓心表示離光源較近的碳原子，由圓心到圓周三等份的延長(zhǎng)線表示這個(gè)碳上的三根σ鍵。紐曼投影式規(guī)則：一、乙烷的構(gòu)象理論上講，乙烷分子中碳碳單鍵的自由旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生無(wú)數(shù)種構(gòu)象，但極限構(gòu)象只有兩種，即交叉式和重疊式。交叉式構(gòu)象為乙烷的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象(交叉式原子間的斥力小，能量最低),重疊式的內(nèi)能最高。室溫時(shí)，乙烷分子中的C-C鍵能迅速旋轉(zhuǎn)，不能分離出乙烷的某一構(gòu)象。在低溫時(shí)，交叉式增加。(如乙烷在-170℃時(shí)，基本上是交叉式)。二、正丁烷的構(gòu)象穩(wěn)定性：對(duì)位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式室溫時(shí),對(duì)位交叉式約占70%，鄰位交叉式占30%，其他兩種極少。三碳以上的烷烴應(yīng)以鋸齒形為最穩(wěn)定。10.1.5烷烴的物理性質(zhì)沸點(diǎn)：隨碳原子數(shù)的遞增,沸點(diǎn)依次升高。原子數(shù)相同時(shí),支鏈越多,沸點(diǎn)越低。支鏈增多時(shí),使分子間的距離增大,分子間的力減弱,沸點(diǎn)降低。C1－C4烷烴為氣態(tài),C5－C16為液態(tài),C17以上的烷烴為固態(tài)。熔點(diǎn)：碳原子數(shù)目增加，熔點(diǎn)升高；分子的對(duì)稱(chēng)性越大，熔點(diǎn)越高。相對(duì)密度：隨著分子量的增加而增加,都小于1.溶解性:不溶于水,溶于某些有機(jī)溶劑,尤其是烴類(lèi)。10.1.6化學(xué)性質(zhì)氯代

實(shí)驗(yàn)證明，甲烷的氯代反應(yīng)為自由基歷程。鏈終止階段可以看出，一旦有自由基生成，反應(yīng)就能連續(xù)的進(jìn)行下去，這樣周而復(fù)始，反復(fù)不斷地進(jìn)行反應(yīng)，故又稱(chēng)為鏈鎖反應(yīng)。凡是自由基反應(yīng)，都是經(jīng)過(guò)鏈的引發(fā)、增長(zhǎng)、終止三個(gè)階段來(lái)完成的。三級(jí)氫被取代的速率最快，一級(jí)氫最慢。單電子碳連接的烷基越多，越穩(wěn)定，反應(yīng)速率越快。幾種游離基的穩(wěn)定性為：原因：不同C-H鍵的解離能為：三級(jí)C-H鍵<二級(jí)C-H鍵<一級(jí)C-H鍵，三級(jí)碳游離基最容易生成。2、氧化和燃燒烷烴在空氣中燃燒，生成二氧化碳和水，并放出大量的熱能。

在一定條件下,也可只氧化為一定的含氧化合物。如:在KMnO4，MnO2或脂肪酸錳鹽的催化作用下,小心用空氣或氧氣氧化高級(jí)烷烴,可制得高級(jí)脂肪酸。

10.2烯烴分子中具有碳-碳雙鍵的不飽和烴叫做烯烴。烯烴比相同碳原子數(shù)的烷烴少兩個(gè)氫原子，其通式為CnH2n。它與碳原子數(shù)相同的單環(huán)烷烴互為同分異構(gòu)體。烯烴的碳-碳雙鍵1．碳原子的SP2雜化10.2.1乙烯的結(jié)構(gòu)P-軌道SP2-雜化軌道軌道圖兩個(gè)碳原子各拿出一個(gè)雜化軌道形成C-Cσ鍵，其余雜化軌道與氫原子形成C-Hσ鍵，兩個(gè)碳原子未參與雜化的軌道相互平行重疊，成π鍵。π電子云分布在平面上下兩側(cè)。2．乙烯分子的形成3.-鍵的鍵能、鍵長(zhǎng)(乙烷單鍵旋轉(zhuǎn)所需能量為12.1kJ/mol)鍵無(wú)軸對(duì)稱(chēng)，不能自由旋轉(zhuǎn)；鍵電子云流動(dòng)性更大。一般情況下雙鍵不能自由旋轉(zhuǎn)。鍵長(zhǎng)：0.134nm

0.153nm

鍵電子云集中在兩核之間,不易與外界試劑接近;雙鍵是由四個(gè)電子組成,相對(duì)單鍵來(lái)說(shuō),電子云密度更大;且構(gòu)成鍵的電子云暴露在乙烯分子所在的平面的上方和下方,易受親電試劑(+)攻擊,所以雙鍵有親核性

(-)。4.碳碳單鍵和雙鍵電子云分布的比較C-C鍵鍵一、烯烴同分異構(gòu)的類(lèi)型10.2.2命名和異構(gòu)順?lè)串悩?gòu)——

相同基團(tuán)在雙鍵同側(cè)為順式，不同側(cè)為反式。順-2-丁烯

(沸點(diǎn)3.7℃)反-2-丁烯(沸點(diǎn)0.9℃)

（1）分子中必須有限制旋轉(zhuǎn)的因素如碳=碳雙鍵。（2）雙鍵上任一個(gè)碳原子所連的兩個(gè)基團(tuán)不同。形成順?lè)串悩?gòu)體的條件C=CacbdC=CabcdC=CacdbC=Caabb順?lè)串悩?gòu)體，因幾何形狀（結(jié)構(gòu)）不同，物理性質(zhì)不同。二、烯烴的命名1、烯烴系統(tǒng)命名法選擇含碳碳雙鍵的最長(zhǎng)碳鏈為主鏈，稱(chēng)為某烯。從離雙鍵最近的一端開(kāi)始,將主鏈碳原子依次編號(hào)。將雙鍵的位置（以雙鍵碳原子中位次較小的一個(gè)表示）標(biāo)明在烯烴名稱(chēng)的前面。其它同烷烴的命名原則。2-乙基-1-戊烯2,5-二甲基-2-己烯1、狀態(tài)：在常溫下，C2-C4的烯烴為氣體，C5-C16的為液體，C17以上為固體。2、熔點(diǎn)：順?lè)串悩?gòu)體中，反式結(jié)構(gòu)有較好的對(duì)稱(chēng)性，其熔點(diǎn)高于順式結(jié)構(gòu)。3、沸點(diǎn)：比烷烴高。順?lè)串悩?gòu)體中，反式（非極性分子）結(jié)構(gòu)低于順式（極性分子）結(jié)構(gòu)。4、密度：都小于水10.2.3物理性質(zhì)10.2.4化學(xué)性質(zhì)1、加成反應(yīng)反應(yīng)中π鍵斷開(kāi),雙鍵上兩個(gè)碳原子和其它原子團(tuán)結(jié)合,形成兩個(gè)σ-鍵的反應(yīng)稱(chēng)為加成反應(yīng)。①加氫烯烴在催化劑作用下,與氫加成生成烷烴。②與鹵素的加成烯烴能與鹵素起加成反應(yīng)，生成鄰二鹵代物。（可以用來(lái)鑒別烯烴）

氟與烯烴的反應(yīng)太劇烈，常使碳鏈斷裂；碘與烯烴難起反應(yīng)。烯烴的加鹵素主要指加氯或加溴。③與鹵化氫的加成親電加成：由親電試劑的作用而引起的加成反應(yīng)稱(chēng)為親電加成反應(yīng)。鹵化氫與不對(duì)稱(chēng)烯烴加成時(shí)，氫原子主要加到含氫原子較多的碳原子上。這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律叫做馬爾科夫尼科夫規(guī)律（簡(jiǎn)稱(chēng)馬氏規(guī)律）烯烴與不對(duì)稱(chēng)試劑的加成反應(yīng)都遵循該規(guī)律。馬爾科夫尼科夫規(guī)則可以從兩方面解釋?zhuān)海?）電子效應(yīng)

（2）產(chǎn)物穩(wěn)定性④與水的加成（烯烴的水合）在強(qiáng)酸催化下，水可以和烯烴加成而得到醇，符合馬氏規(guī)律。工業(yè)上乙烯也可以直接水合，以載于硅藻土上的磷酸為催化劑與過(guò)量水蒸氣作用直接水合而得到乙醇。2、聚合TiCl4-Al(C2H5)3

稱(chēng)為齊格勒(德國(guó))、納塔(意大利)催化劑。烯烴在少量引發(fā)劑或催化劑作用下，鍵斷裂而互相加成，形成高分子化合物的反應(yīng)稱(chēng)為聚合反應(yīng)。3、氧化反應(yīng)中KMnO4褪色，且有MnO2沉淀生成。此反應(yīng)可用來(lái)鑒定不飽和烴；制備一定結(jié)構(gòu)的有機(jī)酸和酮；推測(cè)原烯烴的結(jié)構(gòu)。10.3炔烴炔烴是分子中含有-C≡C-的不飽和烴，通式為CnH2n-2。兩個(gè)sp雜化軌道在一直線上，雜化軌道中s和p軌道的成分各占一半：10.3.1乙炔的結(jié)構(gòu)乙炔的電子云碳原子各拿出一個(gè)sp雜化軌道形成C—Cσ鍵，另一雜化軌道與氫原子形成C—Hσ鍵，碳原子未參與雜化的兩個(gè)p軌道相互平行重疊，成兩個(gè)相互垂直的π鍵。sp雜化，鍵角180o，線形分子2個(gè)鍵，電子云呈圓柱體碳碳鍵長(zhǎng)比烯鍵短總結(jié)10.3.2命名和異構(gòu)炔烴的異構(gòu)與烯烴相似，也有位置異構(gòu)和碳鏈異構(gòu)。系統(tǒng)命名法和烯烴相似，只是將“烯”字改為“炔”字。10.3.3物理性質(zhì)低級(jí)的炔烴在常溫常壓下是氣體。沸點(diǎn)比相同原子數(shù)的烯烴略高些。隨著碳原子數(shù)的增多沸點(diǎn)升高。叁鍵位于碳鏈末端的炔烴(又稱(chēng)末端炔烴)沸點(diǎn)低于叁鍵位于碳鏈中間的異構(gòu)體。炔烴不溶于水,易溶于極性小的有機(jī)溶劑,如石油醚(石油中的低沸點(diǎn)餾分),苯、乙醚、四氯化碳等。10.3.4化學(xué)性質(zhì)1、加成反應(yīng)(1)催化加氫(常用鉑、鈀、鎳等催化劑)炔烴催化加氫,生成烯烴。進(jìn)一步加氫生成烷烴(2)和氫鹵酸加成按馬氏規(guī)律進(jìn)行，反應(yīng)比烯烴慢。反應(yīng)先加一分子氫鹵酸，生成鹵代烯烴，再與一分子氫鹵酸反應(yīng)，生成二鹵代烷：（3）與水加成（4）與HCN加成含有-CN（氰基）的化合物叫做腈，丙烯腈是合成纖維腈綸的單體。2、金屬炔化物的生成三鍵碳上的氫原子具有微弱酸性,可被金屬取代,生成金屬炔化物。反應(yīng)很靈敏,可用來(lái)鑒定乙炔和端基炔烴。干燥的炔銀,炔銅受熱或震動(dòng)時(shí)易發(fā)生爆炸生成金屬和碳。炔烴和氧化劑反應(yīng),可使叁鍵斷裂,得到氧化產(chǎn)物-羧酸或二氧化碳。

利用氧化反應(yīng)，檢驗(yàn)分子中是否存在叁鍵，以及叁鍵的位置。

此外，乙炔也能發(fā)生聚合反應(yīng)。3、氧化反應(yīng)1.聚集雙烯2.共軛雙烯3.隔離雙烯10.4二烯烴一、雙