第二章 饱和烃

第二章饱和烃基本概念：1.烃：仅由C、H两种元素构成的化合物2.分类：3.来源与应用：烃脂肪烃芳香烃脂链烃脂环烃饱和：烷烃不饱和：烯烃、炔烃饱和：环烷烃不饱和：环烯烃、环炔烃单环芳烃多环芳烃绸环芳烃烷烃第一节一、同分异构现象与碳原子类型1.同系列：具有同一通式，组成上相差一个或数个CH2的一系列化合物。如：CH4、C2H6、C3H8等C2H4、C3H6、C4H8等。同系物：同系列中的各个化合物系差：-CH2-2.同分异构：分子式相同而结构式不同的化合物。CH4、C2H6、C3H8只有一种结构，无同分异构现象四个碳以上的烷烃开始有同分异构现象：如：C4H10，丁烷CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3正丁烷异丁烷与碳原子类型同分异构现象同分异构现象C5H12，戊烷CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷CH3CHCH2CH3CH3异戊烷CH3CCH3CH3CH3新戊烷与碳原子类型同分异构现象3.碳原子类型依据碳原子所处位置不同分为四类：CH3CCHCH2CH3CH3CH3CH3伯碳仲碳叔碳季碳与碳原子类型同分异构现象伯碳：只与一个碳原子相连，一级碳，1。C；仲碳：与两个碳原子相连，二级碳，2。C；叔碳：与三个碳原子相连，三级碳，3。C；季碳：与四个碳原子相连，四级碳，4。C。氢原子类型：依据与其相连的碳原子类型分类：伯氢仲氢叔氢CH3CCHCH2CH3CH3CH3CH3伯碳仲碳叔碳季碳H活性：3。H2。H1。H与碳原子类型同分异构现象烷烃第一节二、命名1.普通命名法：习惯命名法（1）依据碳原子个数称为“某烷”甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；十个碳以上用中文数字表示：十一、十二等。如：CH4C3H8C12H26甲烷丙烷十二烷（2）同分异构体：冠以不同词头烷烃同分异构体的命名：正：表示直链烷烃如：CH3-CH2-CH2-CH3CH3-CH2-CH2-CH2-CH3正丁烷正戊烷异：表示链端具有(CH3)2CH-的结构CH3CHCH3CH3CH3CHCH2CH3CH3异丁烷异戊烷烷烃的命名烷烃同分异构体的命名：新：表示链端具有(CH3)3C-的结构CH3CCH3CH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH3新戊烷新己烷注意：“异”、“新”有其特定含义CH3CCH2CHCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3不能称为“新”某烷烷烃的命名烷基的命名：取代基烷基：烷烃分子中去掉一个或几个氢原子后剩下的基团，通常用R-表示CH3CH3CH2CH2甲基乙基亚甲基CH3CH2CH2CH3CHCH3（正）丙基异丙基CH3CH2CH2CH2CH3CH2CHCH3CH3CHCH2CH3CH3CCH3CH3正丁基仲丁基异丁基叔丁基CH3CH2CH2CH2CH2CH3CCH3CH3CH2正戊基新戊基烷烃的命名2.系统命名法：IUPAC法命名步骤：有机化合物的命名都可以分为三步走：(1)选母体(2)编号(3)写名称烷烃的命名：(1)选母体：选主链，称为“某烷”选取最长、支链最多的碳链为主链(2)编号：靠近取代基一端开始，两端一样近，则用“最低系列”方法(3)写名称：先写取代基，后写母体取代基先简后繁，相同的合并烷烃的命名例：CH31CH2CH3CH3CH3CH24CH35CH31CH2CH3CH4CH25CH36CH3CH2CH3CH32,3-二甲基戊烷2,4-二甲基-3-乙基己烷烷烃的命名CH36CH5CH4CH3CH2CH31CH3CH2CH3CH3CH3CH31CH2CH3CH4CH5CH36CH3CH2CH3CH3CH32,3,5-三甲基-4-乙基己烷2,4,5-三甲基-3-乙基己烷最低序(系)列：依次比较各取代基的位次，以首先遇到较小位次者为准。烷烃的命名CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3CH3CHCH2CH3CH35–丙基–4–异丙基壬烷1234567893,7–二甲基–4–乙基壬烷CH3CH2CH2CHCHCH2CH2CHCH3CH3CH2CH2CH3CH2CH3756891234CCH(CH3)2CH3CH2(H3C)3CCH2CH3C3CH4CH3CH2C2CH2CH3CH35CH3CH3CH3CH312,2,4-三甲基-3,3-二乙基戊烷烷烃的命名烷烃第一节三、烷烃的结构与构象：1.甲烷：CH4C的电子层构型：1S22S22P2杂化方式：SP3杂化△E2S22P22S2PSP3杂化基态激发态杂化态2p2s1s电子跃迁2p2s1s杂化1ssp3轨道的杂化：XYZXYZ＋S轨道P轨道SP3杂化轨道四个杂化轨道伸向正四面体的四个顶点，相互之间的夹角为109.5。。烷烃的结构与构象在甲烷分子中，C原子是sp3杂化。s轨道成分：1/4；p轨道成分：3/4。sp3杂化轨道sp3杂化的碳原子几何构型：四面体成键：符合共价键形成条件，(方向性、饱和性)沿最大重叠方向重叠+CHCHσ-键：沿轨道对称轴方向重叠，“头对头”重叠σ-键特点:(1)原子核间电子云密度最大(2)可以绕键轴方向自由旋转烷烃的结构与构象CHHHH分子的形状：正四面体形CHHHH甲烷分子的形成2.乙烷的结构：CH3CH3C原子的杂化：SP3烷烃的结构与构象成键：C—C：σ-键C—H：σ-键CCHHHHHH三个碳以上的烷烃：锯齿形，折线形CH3CH3正丁烷的球棒模型3.乙烷的构象：构象：仅仅由于σ-键的旋转而使原子或基团在空间的不同排列方式。分子结构表示法：透视式：键全部以细线表示楔形式：细线表示在平面内实线向前，虚线向后纽曼投影式烷烃的结构与构象纽曼投影式：从C-C单键延长线上观察分子，使两个碳原子相互重叠，相当于将其投影在平面上。规则：“圆”表示距离较远的碳原子“圆心”表示距离较近的碳原子烷烃的结构与构象3.乙烷的构象：乙烷的两种典型构象：由于σ-键可以任意旋转，因此，乙烷有无数种构象。在这些构象中，原子间距离越大，分子内能就越低，据此，乙烷两种典型构象如下：HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH60。0。交叉式重叠式3.乙烷的构象：烷烃的结构与构象由于σ-键的旋转，各种构象之间不停转换，此过程中能量关系如下：优势构象：分子内能最低、最稳定的构象。乙烷的优势构象：交叉式构象3.乙烷的构象：烷烃的结构与构象能量/(kJ·mol-1)HHHHHHHHHHHHHHHHHH060120旋转角度/(°)12.64.丁烷的典型构象：CH3-CH2-CH2-CH3以C2-C3键为轴HHHHHHHHHHHHHHHHCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3对位交叉式邻位交叉式部分重叠式完全重叠式能量递增烷烃的结构与构象丁烷不同构象的能量关系烷烃第一节烷烃第一节四、性质：(一)物理性质：熔点、沸点、溶解性分子间作用力增大，熔、沸点升高沸点(b.p.)：1.同系物：分子量增大，则沸点升高2.同分异构体：支链增多，则沸点降低3.氢键：分子内氢键，则沸点降低分子间氢键，则沸点升高例：比较沸点高低CH3CH3CH3CH3CH3CH3（1）CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3（2）（3）OHOHOHOHOOHH分子内氢键OHOHOHOH分子间氢键烷烃的物理性质熔点(m.p.)：还与分子对称性有关分子对称性大熔点高直链烷烃中，偶数碳对称性大于奇数碳对称性烷烃的物理性质烷烃的熔点与分子中所含碳原子数的关系图溶解性:“相似相溶”原理溶质与溶剂“极性”相近,则易溶,反之,不溶例:水是无机溶剂,极性分子苯是有机溶剂,非极性分子烷烃是非极性化合物,因此,烷烃在水中不溶而在苯中易溶。烷烃的物理性质新戊烷是正四面体结构，对称性最高，因此，熔点最高例:CH3CH3CH3CH3CH3CH3CCH3CH3CH3烷烃第一节四、性质：(二)化学性质：烷烃以σ-键结合，稳定，一般与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂不反应。1.氧化反应：CnH2n+2+3n+12O2点燃nCO2+(n+1)H2O+Q有机化学反应由于副反应多，反应方程式只表示其中的部分产物，因此，有机化学反应式不要求配平！烷烃的化学性质2.取代反应：卤代，Cl2、Br2（1）卤代反应：CH4+Cl2暗处强光漫光不反应C+HCl（猛烈）CH3Cl+HCl在散射光条件下，卤代反应很难停留在一元取代阶段CH4+Cl2CH3ClCl2CH2Cl2Cl2CHCl3CCl4hυhυhυCl2hυ烷烃的化学性质(2)卤代反应历程：反应历程(机理):从反应物到产物所经历的途径。共价键断裂方式：A–B,A:B共价键：两个原子以共用电子对形成的化学键A:B能量A·＋B·A:B能量A＋＋:B－均裂:形成自由基(游离基),自由基(游离基)历程条件:加热、光照或非极性溶剂异裂:形成阴、阳离子,离子型反应历程条件：极性溶剂或催化剂作用烷烃的化学性质卤代反应历程：自由基历程，可分三个阶段1）链的引发：自由基生成Cl2光Cl·＋Cl·2）链的增长：老自由基消失，新自由基生成Cl．+CH4CH3．+HClCH3．+Cl2CH3Cl+Cl．Cl．+CH3ClHCl+CH2Cl．CH2Cl．+Cl2CH2Cl2+Cl．烷烃的化学性质3）链的终止：自由基相互结合Cl．+Cl．Cl2Cl．CH3．+CH3ClCH3．CH3．+CH3CH3在自由基反应过程中，反应是一环扣一环地连续进行下去，所以该反应也叫连锁反应或链反应烷烃的化学性质卤代反应过程中能量的变化：E反应进程Cl．+CH4[H3C…H…Cl]CH3．+HCl[H3C…Cl…Cl]峰：过渡态谷：中间体CH3Cl+Cl．反应活性比较：中间体越稳定，则反应物越活泼自由基稳定性：（CH3)3C．＞(CH3)2CH．CH3CH2．＞＞CH3．由此可以解释H的活性顺序：3。H2。H1。H第二章饱和烃第二节环烷烃一、异构和命名：1.环烷烃的异构：CnH2n构造异构:碳链异构，如C5H10立体异构:碳链结构相同，但基团空间方向不同顺反异构:相同基团在分子平面的同侧或两侧CH3CH3CH3CH3顺式反式2.环烷烃的命名:1）母体：环，“环某烷”2）编号：从最小取代基开始，有不同顺序时按“最低系列”3）写名称：构型+取代基+母体1234CH3CH2CH31-甲基-3-乙基-4-异丙基环己烷反-1-甲基-4-乙基环己烷注意：如环小而取代基大，则环作为取代基CH312345CH36CH32-甲基-3-环丙基己烷环丁基环丁烷二、化学性质：小环易加成，大环易取代1.加成反应：1）加H2：2）加Br2:3）加HX：+HBrBrCH2CH2CH3+HBrCH3CHCH2CH3-Br2.取代反应：光照条件下的自由基反应注：环己烷是最稳定的环烷烃本章习题1.（1）～（5）5.6.（1）