第二章 饱和烃

第二章饱和烃（5学时）（烷烃和脂环烃）本章学习要求：1、掌握烷烃的IUPAC命名法与普通命名法，自由基取代反应历程，Newman投影式的书写，环烷烃的结构与化学性质的关系及其重要化学反应，环己烷的一元、二元取代物的优势构象。2、了解烷烃的物理性质及其变化规律和单环烷烃的命名。引言烃---分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物(或称为碳氢化合物)。烃是组成最简单的一类有机化合物，其它有机化合物可以看作是烃的衍生物。一般认为烃是有机化合物的母体。烷烃或环烷烃分子中碳原子的四个价键除了以单键相互连接外，其余的价键都与氢原子相结合，即完全为氢原子饱和，因此是饱和烃。烃的分类烃开链烃碳环烃饱和烃不饱和烃烷烃单烯烃炔烃二烯烃环烷烃环烯烃苯系芳烃脂环烃芳香烃非苯芳烃（脂肪烃）环炔烃第一节烷烃烷烃---分子中碳原子之间都以单键相连成链状，其余价键都与氢原子相连的化合物。烷烃属于饱和脂肪烃烷烃的通式CnH2n＋2同系列---凡是具有同一个通式、结构和性质相似、组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物。系差:CH2同系物—组成同系列的化合物。一、同系列及同分异构现象同分异构现象同分异构体---分子式相同而结构不同的化合物(从丁烷开始)。此现象称为同分异构现象。正丁烷沸点:-0.5℃23CHCH2CH3CH333CHCHCHCH异丁烷沸点:-11.7℃问题2-1为什么这二种化合物的p.b.不同？同分异构的类型构造（结构）异构——有碳链、位置、官能团和互变异构等构型（立体）异构——有顺反和旋光异构等构象异构***如下列烷烃的异构体数目:戊烷有3个已烷有5个，辛烷有18个二十烷有366319个同分异构的书写口诀：主链由长到短；支链由整到散；位置由心到边；排列孪邻到间。二、碳原子和氢原子的类型***烷烃分子中的氢原子根据它所连接的情况不同可分为三类：即伯、仲、叔氢原子，而烷烃分子中的碳原子…可分为？类，……三、烷烃的命名***〈一〉、普通命名法***碳原子数在十以内用天干数甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示;十以上的用汉文数字表示;区别异构体用正、异、新表示.甲基乙基3CH23CHCH23CHCH2CH33CHCHCH333CHCHCHC丙基异丙基叔丁基烷基或烃基可用R-表示333CHCHCHCH2CH2CHCH33CHCHCHCH2CH2〈二〉、系统命名法123456789333CHCHCHCH2CH2CHCH33CHCHCHCH2CH29876543212,6,7－三甲基壬烷3,4,8－三甲基壬烷最低系列原则√系统命名法也称IUPAC命名法***2、支链烷烃的命名原则：（1）、主链的选定选择一条最长的碳链作为主链。几条等长碳链时，选最多取代。（2）、主连碳原子的编号从靠近支链?的一端开始，（最低系列法），用阿位伯数字对主链碳原子依次编号。（3）、取代基的标明取代基的位次由它所连接的主链碳原子的号数来表示。1、直链烷烃系统命名法与普通命名法相比，少一个“正”字。取代基的标明•A.相同取代基用阿拉伯数字表示位次，中间用逗号隔开，并用汉文数字标明个数，位次数字和取代基名称之间用半短线“—”连接。•B.不同取代基按“次序规则”.•C.两端第一个取代基位置相同，基团相同，按“最低系列法”。•D.支链上还有取代基取代基的标明原则：次序规则---“较优”基团列后***（1）质量大的为较优基团,孤电子对排最后。I＞Br＞CI＞S＞F＞O＞C＞H＞孤电子对(2)两个基团的第一个元素相同，则比较与它直接相连的其它几个原子?如：CH3-CH2-CH3-(3)双键、叁键重键?cHOcOOH＞四、烷烃的分子结构构型:109o28’键长0.109nm平均键能410KJ.mol-1非极性分子〈一〉、碳原子的sp3杂化轨道〈二〉、烷烃的结构特点**烷烃分子中仅含有碳碳单键和碳氢单键；碳碳单键是由成键的两个碳原子各以一个SP3杂化轨道沿着对称轴的方向相互重叠形成共价键，称为键；碳的SP3杂化轨道和氢原子的1S轨道沿着其对称轴的方向相互重叠而形成的也是键。键的特点电子云分布均匀(圆柱型),可旋转，重叠大33CHCHCH2CHCHCHCH2222CH2CH23CHCHCH2CHCHCH2222CH2CH23CH固态时，碳链一般为锯齿型锯齿型旋转Sp3键角109o28’112o106o烷烃的构象乙烷的交叉式构象***乙烷的重叠式构象乙烷分子各种构象的能量曲线图正丁烷的构象五、烷烃的物理性质---物理状态、沸点、熔点、相对密度、溶解度和折光率等直链烷烃在室温（25℃）和0.1MPa压力下:1-4个碳原子的是气体；5-17个碳原子的是液体；十八个碳原子以上的是蜡状固体物理状态气体液体固体直链烷烃m.p.随分子量的增加而有规律升高。熔点偶数与奇数碳原子m.p.有何区别？为什么？各异构体中，一般是直链烷烃的沸点最高，支链愈多沸点愈低。***相对密度烷烃的相对密度都小于1。直链烷烃的相对密度随分子量的增加而略有增加。溶解度烷烃属非极性化合物，不溶于极性的水而易溶于氯仿、苯等弱极性或非极性溶剂之中。(服从“相似相溶”经验规律)六、烷烃的化学性质化学性质稳定原因表现键键能大，不易断裂键电子云分布均匀，不易极化一般不与强氧化剂、强还原剂、强酸、强碱等起反应，但在一定条件下，可氧化、卤化、裂解等。〈一〉、氧化和燃烧烷烃在空气或氧气中完全燃烧生成二氧化碳和水，并放出大量的热△H＝－890kJ.mol-1CH4＋2O2CO2＋2H2O部分氧化RH催化、T、PO2,锰盐120℃,1.5-3MPa醇、醛、酸RCH2-CH2R/RCOOH+R/COOH〈二〉、裂化反应裂化---在隔绝空气的高温下,烷烃分子发生裂解的过程。主要包括热裂化和催化裂化CH3CH2CH2CH3CH2＝CH2＋CH3CH3CH2＝CHCH3＋CH4CH2＝CHCH2CH3＋CH4热裂裂化反应过程复杂，烷烃分子中所含的碳原子数愈多，裂化产物也愈复杂。反应条件不同产物亦不同，但不外是由分子中的C—H键和C—C键断裂所形成的混合物。〈三〉、卤代反应***取代反应---烷烃分子中氢原子被其他原子或原子团所取代的反应称为取代反应(若被卤原子取代则称为卤代反应)。混合卤代物光或热CH3CH2CH3＋Cl2Cl光25℃,CCl4(43%)(57%)(36%)(64%)RHCH3CH2CH2Cl＋CH3CHCH3Cl2CH3-CHCH3CH3+Cl2CH3-C-ClCH3CH3CH3-CHCH3CH3-Cl+伯、仲、叔氢的反应活性键能：RH2C－H----410KJ/molR2HC－H----395KJ/molR3C－H----380KJ/mol反应活性:***R3C－H﹥R2HC－H﹥RH2C－H卤代活性:R3C－H≈5倍RH2C－HR2HC－H≈4倍RH2C－H七、自由基反应历程反应历程---化学反应所经历的过程,又称反应机理链的引发、链的增长和键的终止自由基反应(链反应)历程的三个阶段:自由基反应Ｍ.＋ＡＢ====ＭＡ＋Ｂ.（活性质点反应后生产另一个活性质点）自由基---具有未成对价电子的的原子、原子团或称游离基）〈一〉、甲烷氯代反应历程1．链的引发Cl—Cl2Cl·光2．链的增长Cl·+H-CH3·CH3+HCl·CH3+Cl2Cl·+CH3-ClCl·+H-CH2Cl·CH2Cl+HCl·CH2Cl+Cl2Cl·+CH2Cl23．链的终止......Cl·+Cl·Cl2·CH3+·CH3CH3-CH3·CH3+Cl·CH3-Cl反应的最终产物是多种卤代烷的混合物。〈二〉、甲烷卤代反应过程中的能量变化CH4+Cl2CH3-Cl+HCl△H＝-102kJ／molCl—Cl2Cl·△H＝243kJ／molCl·+H-CH3·CH3+HCl△H＝4kJ／mol·CH3+Cl2Cl·+CH3-Cl△H＝-106kJ／mol〈三〉、自由基的稳定性***自由基反应的产物复杂！烷基自由基的稳定性次序为***：﹥﹥卤代反应的选择性与烷基自由基稳定性有关外，还与卤自由基种类有关。如：CH3CH2CH3＋X2(CH3)2CHX＋CH3CH2CH2XX＝CI57％43％X＝Br99％1％CH3CHHHCH3CCH3CH3CH3CCH3八、烷烃的来源和用途烷烃的主要来源是石油和天燃气。石油的主要成分是烷烃、环烷烃和芳香烃。从石油中可分馏出甲烷到五十烷的各种烷烃。应用中的石油产品许多是某种沸程的馏分，而每一馏分又都是许多烃的混合物，其用途各异。第一节主要的知识点1.命名（IUPAC命名法）2.烷烃的构象（Newman投影式）3.卤代反应（自由基反应）4.伯、仲、叔氢原子的反应活性5.氟、氯、溴、碘的卤代反应活性6.不同自由基（烷基自由基）的稳定性7.自由基反应的三个阶段（引发、增长、终止）