37第二章饱和烃

OrganicChemistry21.1烃的定义及用途烃开链烃(脂肪烃)不饱和烃烯烃炔烃二烯烃环状烃脂环烃()``......芳香烃(CH3)......``饱和烃烷烃烃(Hydrocarbon)：“火”—C，“巠”—H“烃”—C(carbon)&H(hydrogen)烃—分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物饱和烃—烷烃分子中的碳原子除C-C单键相连外，其余化合价全部为氢原子所饱和。•烃类广泛存在于自然界中，特别是石油和动植物体内。•在医药中常用作缓泻剂的液体石蜡以及各种软膏基质的凡士林都是烷烃的混合物。31.1烃的定义及用途薄荷醇4H2CH2CCH2CH2CH2CH2H2CH2CCH2CH2CH2H2CH2CCH2CH2H2CCH2CH2环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环烷烃通式为CnH2n，具有一个不饱和度通式----表示某一类化合物分子式的式子。同系列----结构相似，而在组成上相差－CH2－的整数倍的一系列化合物。同系物----同系列中的各个化合物。同系物化学性质相似，物理性质随分子量增加而有规律变化。烷烃的通式为CnH2n+22.1.1烷烃和环烷烃的通式2.1烷烃和环烷烃的通式和构造异构5碳链异构—分子式相同，碳链结构不同而产生的同分异构现象称为碳链异构。（碳原子的连接次序和排列方式不同）甲烷、乙烷、丙烷没有碳链异构体；随着碳原子数增多，异构体的数目增加。2.1烷烃和环烷烃的通式和构造异构CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC烷烃C6H14：环烷烃C5H10：CH3CH2CH3CH3CH3CH3CH3练习：写出烷烃C6H14和C6H12环烷烃构造异构体（P26）62.1烷烃和环烷烃的通式和构造异构CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH9CH3)2C6H14共有5个构造异构体：C6H12的环烷烃共有12个构造异构体：7CH3CCH2CHCH3CH3CH3CH3季碳，4oC仲碳，2oC伯碳，1oC伯碳，1oC叔碳，3oC2.2.1伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢2.2烷烃和环烷烃的命名CH3CCH2CHCH3CH3CH3CH3伯氢，1oH叔氢，3oH伯氢，1oH仲氢，2oH无季氢8CH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2CH2甲基乙基正丙基异丙基正丁基异丁基仲丁基叔丁基新戊基CHCH2CH3CH3CHCH3CH3CH2CH3CCH3CH3CH3CCH2CH3CH3烷烃分子从形式上去掉一个氢原子所剩下的基团叫做烷基，用R-表示。如：2.2.2烷基和环烷基2.2烷烃和环烷烃的命名甲基乙基正丙基异丙基正丁基异丁基仲丁基叔丁基新戊基9亚烷基:烷烃分子从形式上去掉两个氢原子所剩下的基团例如：-CH2CH2--CH2CH2CH2CH2CH2CH2-亚甲基亚异丙基1,2-亚乙基1,6-亚己基CH2C(CH3)2CHCH3亚乙基环丙基环丁基环戊基环己基2.2烷烃和环烷烃的命名环丙基环丁基环戊基环己基102.2.3烷烃的命名(1)普通命名法普通命名法亦称为习惯命名法，适用于简单化合物。1.根据分子中碳原子的数目称为某烷，n10依次为甲乙丙丁戊己庚辛壬葵，n10用中文数字表示。例：CH4C5H12C9H20C12H26甲烷戊烷壬烷十二烷2.2烷烃和环烷烃的命名•2.为了区分异构体，常把直链烷烃称“正”某烷，带支链的称为“异”（1个甲基）或“新”（2个甲基）某烷。11新庚烷异己烷CH3-C-CH2-CH2-CH3CH3CH3CH3-CH-CH2-CH2-CH3CH3CCCCCCCCCCCCCCCCCCC正辛烷正十一烷2.2烷烃和环烷烃的命名12(2)系统命名法b.有支链时：选最长碳链为主链,对主链上的碳原子编号。从距离取代基最近的一端开始编号,用阿拉伯数字表示位次。CH3CH2CH2CH2CH3戊烷CCCCCCCCCCCCC2-甲基戊烷3-甲基己烷a.直链烷烃：与普通命名法相似,省略“正”字。如:2.2烷烃和环烷烃的命名13c.多支链时：合并相同的取代基。用汉字一、二、三……表示取代基的个数，用阿拉伯数字1,2,3……表示取代基的位次，按官能团大小次序(小的在前,大的在后)命名。例：CH3CH2CH3CH3CH3CH2CCHCH2CH2CH33,3-二甲基-4-乙基庚烷2.2烷烃和环烷烃的命名14d.其它情况ii.在距离取代基最近一端开始编号的前提下，尽量使取代基的位次和最小。例：2,2,4-三甲基戊烷CH3CCH2CHCH3CH3CH3CH32,5-二甲基-3,4-二乙基己烷CH3CH2CHCHCH2CH3CHCH3CH3CHCH3CH3i.含多个长度相同碳链时，选取代基最多的链为主链：2.2烷烃和环烷烃的命名15e.复杂情况:支链上连有取代基时，可用带有取代基的支链的全名放在括号中。3,3-二甲基-4-乙基-5-(1,2-二甲基丙基)壬烷CH3CH2CCHCHCH2CH2CH2CH3CH3CH3CH2CH3CHCH3CHCH3CH32.2烷烃和环烷烃的命名课本P26页，随堂练习162.3.1甲烷的分子结构C:2s2p22实验表明：①甲烷的分子式CH4；②CH4分子的空间结构是正四面体，C位于中心，4个H占据4个顶点；③CH4中的4个C-H键的键长、键能完全相等，所有键角均为109.5°。2.3烷烃和环烷烃的结构17C原子的sp3杂化：①4个具有相同能量和方向的sp3轨道。②4个sp3杂化轨道间相距最远，电子间的斥力最小，体系最稳定(动画，sp3杂化碳)。③轨道电子云形状变为一头大一头小，可增加与其他原子轨道重叠成键的能力，形成更稳定的共价键。激发杂化(线性组合)4个sp杂化轨道3杂化结果：2.3烷烃和环烷烃的结构18∵CH4中的4个杂化轨道为四面体构型(sp3杂化)∴H原子只能从四面体的四个顶点进行重叠(因为顶点方向电子云密度最大),形成4个C-Hσsp3-s键。（动画）2.3烷烃和环烷烃的结构19sp3杂化碳轨道夹角是109.5°，所以烷烃中的碳链是锯齿形的而不是直线。乙烷、丙烷、丁烷中的碳原子也都采取sp3杂化：乙烷CCHHHHHH-s3sp-sp3sp3丁烷2.3烷烃和环烷烃的结构202.5烷烃的物理性质2.5.1沸点沸点——化合物的蒸汽压等于外压(0.1Mpa)时的温度。直链烷烃的沸点随分子量↑而↑：2.5烷烃和环烷烃的物理性质解释：常温常压下四个碳以下为气体，由戊烷开始是液体，大于17个碳烷烃为固体21①每增加一个CH2，沸点随分子量↗而↑。例：CH4b.p-162℃C2H6b.p-88℃(沸差为74℃)C14H30b.p251℃C15H32b.p268℃(沸差为17℃)②支链越多，沸点越低例：n-C5H12(b.p36℃)i-C5H12(b.p28℃)新-C5H12:(b.p9.5℃)2.5烷烃和环烷烃的物理性质222.5.3相对密度分子量↑，相对密度↑，最后接近于0.8(d≤0.8)，比水轻原因:分子量↑，分子间力↑，分子间相对距离↓，最后趋于一极限。2.5.4溶解度不溶于水，易溶于有机溶剂如CCl4、(C2H5)2O、C2H5OH等。原因：“相似相溶”，烷烃是非极性或弱极性化合物。2.5烷烃和环烷烃的物理性质232.6烷烃的化学性质烷烃和环烷烃分子中的C-C、C-H都是σ键，极性小，键能大，化学性质稳定。室温下，烷烃不与强酸、强碱、强氧化剂反应。但高温、高压、光照或有催化剂存在时，烷烃可发生一些化学反应。2.6烷烃和环烷烃的化学性质242.6.1取代反应(1)卤化反应在光、热或催化剂的作用下，烷烃分子中的氢原子被卤原子取代，生成烃的卤素衍生物和卤化氢。例：CH3CH3Cl2CH3CH2ClHCl++420C78%。2.6烷烃和环烷烃的化学性质25甲烷氯代反应历程如下（链锁反应）：ClCl+Cl+Cl：能量氯原子（氯自由基）链引发链引发特点:只产生自由基不消耗自由基。Cl+HCH3HCl+CH3甲基自由基，有未成对电子，活泼，可与Cl2反应夺取一个Cl原子，生成CH3Cl和ClCH3+ClClCH3Cl+Cl链增长……链增长特点：消耗一个自由基的同时产生另一个自由基。2.6烷烃和环烷烃的化学性质26Cl+CH3CH3ClCH3+CH3CH3CH3Cl+ClCl2链终止链终止特点:只消耗自由基而不再产生自由基。只有在大量甲烷存在时才能得到一氯甲烷为主的产物。当CH3Cl达到一定浓度时，·Cl可与之反应，生成CH2Cl2，进而有CHCl3、CCl4生成，最终产物为混合物，且难分离。2.6烷烃和环烷烃的化学性质27①加热或光照下进行，一经开始便可自动进行；②产物中有少量甲烷；③少量氧的存在会推迟反应的进行。自由基反应大多可被光照、高温、过氧化物所催化，一般在气相或非极性溶剂中进行。共价键均裂引起的自由基链锁反应。烷烃的氧化和裂化都是自由基反应。实验事实2.6烷烃和环烷烃的化学性质28(3)卤代反应的活性丙烷氯代反应：CH3CH2CH3+Cl2正丙基氯43%异丙基氯57%hⅠ（）Ⅱ（）CH3CH2CH2Cl+CH3CHClCH3+HCl2.6烷烃和环烷烃的化学性质烷烃中氢原子的反应活性与C-H的解离能成反比，氢原子的活泼性顺序是：叔氢＞仲氢＞伯氢！29CH3CH2CH3+Cl-HCl夺H12H夺两种H！不稳定　（少）CH3CH2CH2+Cl2-ClCH3CH3CH2Cl稳定（多）CH3CHCH3+Cl2-ClCH3-CH-CH3Cl所以：同理：两种H！CH3-CHCH3CH3稳定不稳定　主要产物次要产物+Br-HBr+Br2-BrCH3CH3-CHCH2CH3CH3-CHCH2-BrCH3CH3CH3-C+Br2-BrCH3CH3CH3-C-Br2.6烷烃和环烷烃的化学性质30不同卤素与烷烃进行卤化反应活性顺序为：F2＞Cl2＞Br2＞I2太快难以控制太慢，且生成的HI有还原性有意义烷烃溴代反应较氯代反应①放热少、速率慢②选择性高：(3%)(97%)CH3CH2CH2CH3+Br2CH3CH2CH2CH2Br+CH3CH2CHCH3Br127Ch。CH3-CH-CH3+Br2CH3-CH-CH2Br+CH3-C-Br127Ch。CH3CH3CH3CH3(＞99%)(痕量)Why?2.6烷烃和环烷烃的化学性质312.6.2氧化反应烷烃在室温下不与氧化剂反应，但在空气中燃烧，如果氧气充足，可完全氧化；如果不充足，产生CO污染空气。CnH2n+2+O2燃烧nCO2+(n+1)H2O+热量3n+12CH4+2O2CO2+2H2O+891kJ/mol燃烧+9O26CO2+6H2O+3954kJ/mol燃烧2.6烷烃和环烷烃的化学性质第二节环烷烃•（一）环烷烃的分类：•根据碳环数分为单环和多环烷烃。•（二）环烷烃的命名：•1、单环烷烃的命名与烷烃相似，“环某烷”•给下面两个结构式命名：32•2、顺反异构：•由于环烷烃C-Cσ键不能自由旋转，导致分子中的原子或原子团在空间的排列形式不同而引起的异构现象。（连接次序及结合方式相同，但空间排列形式不同）•顺-1,2-二甲基环丙烷反-1,2-二甲基环丙烷332.1环烷烃34环丙烷的结构：物理方法测得，环丙烷分子中三个碳原子共平面。环丙烷中没有正常的C－C键，而是形成“弯曲键”：2.2环烷烃的性质由于环丙烷分子中的C－C键不是沿轨道对称轴实现头对头的最大重叠，而重叠较少，张力较大，具有较高的能量，化学性质活泼35环烷烃：随着环增大，受环的几何形状影响逐渐减小（环张力），电子云重叠程度增加，键的稳定性增加。稳定性：环丙烷环丁烷环戊烷＜环己烷环烷烃与开链烷烃的化学性质相似，尤其是有5个或者6个碳原子组成的环烷烃。根据结构与性能的关系，环丙烷的化学性