第二章饱和烃201508-合肥工业大学-有机化学案例

烃：碳氢化合物,仅含C、H。烃开链烃（脂肪烃）环状烃饱和烃(烷烃)不饱和烃脂环烃芳香烃烯烃炔烃二烯烃环烷烃环烯烃单环芳烃稠环芳烃烷烃：开链的饱和烃。环烷烃：闭链的饱和烃。第二章饱和烃:烷烃和环烷烃烃的衍生物：烃分子中氢被其它原子或基团所取代。第一节直链烷烃的同系物、同分异构现象和命名1烷烃的通式和同系列CH4C2H6C3H8C4H10C5H12烷烃的通式：CnH2n+2同系物之间联系：同系物之间物理性质呈现规律性变化，化学性质相似。有机化学学习中重要的规律之一！同系列：通式相同，结构、性质相似，组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物统称为同系列；系列差：CH2；同系物：同系列中的化合物互为同系物。同分异构现象：分子式相同而结构式不同的现象。同分异构体：分子式相同而结构式不同的化合物。C2H6OCOHHCHHHHCOCHHHHHH乙醇（b.p.=78.3℃）甲醚（b.p.=-23.6℃2、同分异构现象和同分异构体同分异构体：构造异构体。本质：由于分子结构中原子的连接次序不同。CH4：CH4C2H6：CH3－CH3C3H8：CH3－CH2－CH3CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC6H14：碳链异构C4H10：CH3－CH2－CH2－CH3CH3CHCH3CH3C5H12：CH3CCH3CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3有机分子碳原子增加，同分异构体数目急剧增加。烷烃的同分异构现象：水螅毒素CH3CH2CHCH3CH3CCH3CH3CH3CH31。1。1。2。3。4。1。3、烷烃中碳原子和氢原子的类型伯碳原子，第一碳原子：1。伯氢原子，第一氢原子仲碳原子，第二碳原子：2。仲氢原子，第二氢原子叔碳原子，第三碳原子：3。叔氢原子，第三氢原子季碳原子，第四碳原子：4。CH3CH2CHCH3CH3CCH3CH3CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷异戊烷新戊烷4烷烃的命名4.1.1根据烷烃中碳原子的数目称为“某烷”。甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十、十一、十二烷…有机化合物命名：有机化学最基本知识；4.1、烷烃普通命名法（习惯命名法）普通命名法和系统命名法。适用：结构简单有机化合物。例：C5H12戊烷C15H32十五烷。4.1.2区分异构体:用“正、异、新等”区别分子中特有结构。CH37CH26CH5CH4CH3CH2CH31CH3CH2CH2CH3CH3CH34.2、系统命名法（IUPAC命名法）适用：所有有机化合物。戊烷（1）选择主链（找母体）：最长、支链最多的碳链。根据主链碳原子数称“某烷”。其中1-10个碳原子称为甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸烷，十一个碳原子以上称为“十一、十二…烷”。（2）编号：从最靠近支链的一端开始。使取代基位次最小。（3）命名：先写取代基(标出取代基的位置)，再写成某烷。2-甲基戊烷。54321×12345√4.2.1系统命名法规则：选择主链（找母体）、编号、命名。2，2，4-三甲基戊烷CH31C2CH23CH4CH35CH3CH3CH3CH38CH7CH26CH25CH4CH23CH2CH31CH3CH3CH32,4,7-三甲基辛烷123456782,5,7-三甲基辛烷：错误2，3，5-三甲基-4-丙基庚烷CH37CH26CH5CH4CH3CH2CH31CH3CH2CH2CH3CH3CH3CH26CH5CH24CH3CH22CH2CH3CH37CH31CH312345673-甲基-5-乙基庚烷5-甲基-3-乙基庚烷：错误为什么甲基放在乙基前？烷基通式：CnH2n+1，R-。CH3-甲基C2H5-乙基CH3CH2CH2-丙基。CHCH3CH3异丙基CH3CH2CH2CH2-丁基CHCH3CH2CH3仲丁基CHCH2CH3CH3异丁基CCH3CH3CH3叔丁基CCH2CH3CH3CH3新戊基4.2.2取代基及其次序规则：（1）取代（烷）基：烷烃（有机）分子中除去一个氢原子剩余部分，通常用R-表示。a.把与主链碳直接相连的原子按原子序数大小排列，原子序数大的优先。例：-I＞-Br＞-Cl＞-CH3＞-Hb.如果直接相连的原子相同，则比较第二个原子，依次类推。例：-CH(CH3)2-CH2CH2CH3-CH2CH3-CH3（2）取代基“优先”基团顺序（大小顺序）：中文命名在有机化合物中取代原子或取代基团的排列次序。取代基次序规则：有机化合物命名时简单基团（小基团）在前—标号最小，复杂基团（大基团）在后。--中文命名规则。英文取代基规则：按取代基第一个英文字母顺序。-C(CH3)3:CCH3CH3CH3优先基团顺序：-C(CH3)3-CH=CH2＞-CH(CH3)2C.双键和叁键分别作为两个和三个单键处理。例：比较大小:-C(CH3)3、-CH=CH2、-CH(CH3)2CCH3CH3H-CH(CH3)2:-CH=CH2:CC(C)(C)HHHCAS编号：物质数字识别号码，美国化学会的下设组织化学文摘社（ChemicalAbstractsService，简称CAS）。该社负责为每一种出现在文献中的物质分配一个数字组合--CAS编号（登录号）。4.3CAS编号（登录号）H2O：7732-18-5，阿司匹林：50-78-2厄贝沙坦CAS号：138402-11-6CAS已经登记了62,164,509种物质，并且还以每天4,000余种的速度增加。这是为了避免化学物质有多种名称的麻烦，使数据库的检索更为方便。其缩写CAS在生物、化学上便成为物质唯一识别码的代称，相当于每一种化学物质都拥有了自己的“学号”。如今的化学数据库普遍都可以用CAS编号检索。第二节烷烃的结构和构象结构（构造）：分子中各原子的连接顺序和连接方式。CHHHH甲烷的正四面体结构正四面体结构C-H键长：109pmH-C-H键角：109.5°1、烷烃的构型、sp3杂化、σ键1.1甲烷的构型：具有一定结构的分子中各原子在空间的排列情况，即分子的立体结构。--具有极其复杂性。甲烷：CH4C:1S22S22P22p2s激发2p2ssp3杂化sp3基态激发态每个sp3杂化轨道具有1/4s成分和3/4p成分。•杂化：不同类型的轨道相互作用而形成新轨道的过程。1.2、烷烃中碳原子的杂化：C-Hσ键-+葫芦形1.3、C–H间（甲烷）成键：σ键C-Hσ键(SP3-S)1.4、乙烷结构（CH3-CH3）:C–C键C-Cσ键C-Cσ键(SP3-SP3)HCCHHHHH①电子云延成键轨道的轴方向重叠交盖，重叠度最大，σ-单键有方向性；C-Hσ键(SP3-S)-++-+-+C-Cσ键(SP3-SP3)1.5σ键特点：②成键电子云密集成键原子之间，呈现轴对称。③对于σ-单键，可以自由旋转。④键能较大，不易断裂，化学反应活性低。不同σ键电子云模型图：2、烷烃的结构和模型：CH3CH2CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3键线式2.1成锯齿型结构球棒模型凯库勒(Kekülé)模型2.2、有机分子模型：比例模型斯陶特(Stuart)模型正己烷分子模型3、烷烃的构象构象：同一构型的化合物，由于σ-单键的旋转而产生分子中原子在空间不同的排列形式，引起的结构差异，这种特定的结构排列形式称为构象。是有机化合物最重要立体结构之一！3.1、构象定义σ-单键旋转产生的有机分子不同排列形式称为构象异构体，该现象称为构象异构。楔型式纽曼(Newman)投影式3.2、构象结构的表示：近端C原子远端C原子球棒模型3.3乙烷的构象交叉式HHHHHHHHHHHH透视式纽曼投影式重叠式无数种中间形式构象乙烷的两种典型构象3.4、乙烷不同构象间（重叠式、交叉式构象）比较：交叉式构象因两个碳原子上的氢原子距离最大，其排斥力较小，分子内能最低，因而较稳定，为优势构象。重叠式交叉式3.5、乙烷分子的能量曲线交叉式最稳定为优势构象3.6、正丁烷的构象和势能关系图乙烷的构象H-CH2-CH2-HCH3-CH2-CH2-CH31对位交叉2部分重叠3邻位交叉4全重叠5邻位交叉6部分重叠7对位交叉3.6.1正丁烷的构象：CH3H3CHHHHCH3CH3HHHHH3CH3CHHHH246CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHH1357能量旋转角4全重叠2，6部分重叠3，5邻位交叉1=7对位交叉2,4,6是不稳定构象，1,3,5,7是稳定构象。1=7是优势构象（能量最低的稳定构象称为优势构象）沿C2-C3键轴旋转的转动能垒22.6kJ·mol-13.6.2、正丁烷的构象和势能关系图有机分子结构中的几个概念比较：构型是固定的，数目有限；构型的变化须破坏化学键；而构象一般是瞬间的，而构象的变化则不会发生键的断裂。3）构象（conformation）：一定构型的分子中，由于单键的旋转而导致原子和基团在空间的不同排布。2）构型（configuration）：具有确定构造的分子中，原子和基团在空间的排布；由原子的成键轨道方向性决定的--分子的立体结构。1）构造（constitution）：分子中原子间的连接方式和次序；构型和构象都是有机分子立体结构。有机分子结构层次：分子式：组成；构造：原子连接;构型：原子位置;构象：原子动态位置;有机化合物的物理性质包括：化合物的状态、熔点、沸点、密度、折光率、偶极矩、晶型和溶解度（性）等称为物理常数。--同系物之间物理性质呈现规律性变化，与有机分子之间作用紧密相关。烷烃为非极性分子，偶极距为0，分子间作用力是色散力，随分子量的增大而增大，随分子间距离的增大而迅速减小。烷烃同系列中，m.p，b.p，d都随分子量增加而增加，即随碳数增加而增加。第三节烷烃的物理和化学性质1、烷烃的物理性质1.1物质状态（25℃，一个大气压下）C1~C4烷烃：气体C5~C16正烷烃：液体C17以上：固体1.2密度直链烷烃的密度随分子量的增加而增大，最后趋向于最大值0.78。1.3溶解度烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有机溶剂。如苯、氯仿、四氯化碳、其它烷烃。1.4沸点正烷烃的沸点随着分子量的增加而增高。烷烃异构体中，支链愈多，沸点愈低。CH3CCH3CH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3b.p(℃)：36.1289.5m.p(℃)：-129.7-159.9-16.6正烷烃的沸点曲线碳原子数目沸点（℃）正烷烃的熔点曲线碳原子数目熔点（℃）1.5熔点正烷烃的熔点随着分子量的增加而增高。分子结构的对称性越大，熔点也越高。A:稳定：对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发生反应。结构特点：烷烃分子中只有C-C和C-H间σ-键。2烷烃的化学性质B：烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。2.1卤代反应CH4:Cl2=10:1温度：400～450℃主要产物：一氯甲烷CH4:Cl2=0.263:1温度：400℃主要产物：四氯化碳CH4+Cl2CH3Cl+HCl光CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl光CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl光CHCl3+Cl2CCl4+HCl光2.1.1、卤素反应烷烃分子中的氢原子被其他原子或基团所取代的反应。卤代反应：被卤素取代的反应。也称卤化反应。2.1.2烷烃的卤代反应机理（历程）：（以CH4＋Cl2反应为例）有机反应机理中包括反应过程中有机分子键的断裂和形成、有机分子间电子转移、分子几何形状变化等，与反应中间体的能量变化。CH4+Cl2CH3Cl+HCl有机反应机理：从反应物到产物所经历的途径的详细描述，是对化学反应过程中化学键变化的逐步描述。又称为反应历程或反应机制。ReactionMechanism。有机反应机理是有机化学学习和研究最重要内容！！！·C1+·Cl→C12·CH3+·CH3→CH3CH3·CH3+·C1→CH3C1（3）链终止·Cl+CH4→·CH3+HCl(决定反应速率)·CH3+Cl2→CH3C1+·Cl…………·C1+CH3Cl→·CH2C1+HCl·CH2C1+C12→CH2C12+