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饱和脂肪烃本讲稿第一页，共二十五页 第二章饱和脂肪烃第二章饱和脂肪烃基本概念基本概念烃烃烃烃：由碳和氢两种元素形成的有机物叫烃。也叫由碳和氢两种元素形成的有机物叫烃。也叫由碳和氢两种元素形成的有机物叫烃。也叫由碳和氢两种元素形成的有机物叫烃。也叫碳氢化合物碳氢化合物碳氢化合物碳氢化合物。分类分类分类分类 烃烃开链烃开链烃碳环烃碳环烃饱和开链烃饱和开链烃(烷烃烷烃)不饱和开链烃不饱和开链烃脂环烃脂环烃芳香烃芳香烃烯烃烯烃炔烃炔烃二烯烃二烯烃本讲稿第二页，共二十五页 开链烃开链烃 例如：例如：饱和烃饱和烃 环烃环烃 例如：例如：烃烃 开链不饱和烃开链不饱和烃 例如：例如：不饱和烃不饱和烃 环状不饱和烃环状不饱和烃 例如：例如：芳香烃芳香烃 例如：例如：本讲稿第三页，共二十五页第一节第一节 烷烃的同系列及同分异构体烷烃的同系列及同分异构体 烷烃烷烃：开链饱和烃叫烷烃。特征：开链饱和烃叫烷烃。特征：C与与C以单键相连，其余原子均为氢。以单键相连，其余原子均为氢。通式为：通式为：CnH2n+2 最简单的烷烃为甲烷。最简单的烷烃为甲烷。烷烃的通式烷烃的通式：从上面的几个化合物来看，从甲烷开始，每增：从上面的几个化合物来看，从甲烷开始，每增加加一个一个C，分子要增加，分子要增加2个个H，故可用，故可用CnH2n+2表示烷烃的组成。表示烷烃的组成。本讲稿第四页，共二十五页同系列同系列：这些结构相似，而在组成上这些结构相似，而在组成上相差一个或若干个相差一个或若干个CH2基团的化合物，组成一个基团的化合物，组成一个系列，叫同系列。系列，叫同系列。同系物：同系列中的各化合物互称同系物。同系物：同系列中的各化合物互称同系物。同系物有相似的化学性质，物理性质也显示出一定的规律性。同系物有相似的化学性质，物理性质也显示出一定的规律性。同分异构体：同分异构体：分子式相同，而结构不同的分子式相同，而结构不同的化合物化合物，叫做同分异构体，叫做同分异构体。例如例如:C4H10本讲稿第五页，共二十五页例如：例如：基：基：烷烃去掉一个烷烃去掉一个H原子后剩余部分称为基。原子后剩余部分称为基。例如：例如：CH4 CH3 甲基甲基 CH3CH3 CH2CH3 乙基乙基 CH3CH2CH3 CH2CH2CH3 正丙基正丙基 CH（CH3）2 异异丙基丙基 CH3CH2CH2CH3 CH2CH2CH2CH3 正丁基正丁基 CHCH2CH3 仲丁基仲丁基 CH3 其中：其中：C1、C5、C6、C7、C8 均为伯碳原子；均为伯碳原子；C4为仲碳原子；为仲碳原子；C2为伯叔原子；为伯叔原子；C3为伯季原子；为伯季原子；第二节第二节 烷烃的命名烷烃的命名一、烷基的概念一、烷基的概念伯、仲、叔、季碳原子：伯、仲、叔、季碳原子：与一个碳原子相连，称伯碳原子。用与一个碳原子相连，称伯碳原子。用1表示。表示。与二个碳原子相连，称仲碳原子。用与二个碳原子相连，称仲碳原子。用2 表示。表示。与三个碳原子相连，称叔碳原子。用与三个碳原子相连，称叔碳原子。用3 表示。表示。与四个碳原子相连，称季碳原子。用与四个碳原子相连，称季碳原子。用4 表示。表示。本讲稿第六页，共二十五页例如：例如：乙烷乙烷 丁烷丁烷 正戊烷正戊烷 异丁烷异丁烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷 二、烷烃的命名法二、烷烃的命名法1.普通命名法普通命名法烷烃名称称为烷烃名称称为“烷烷”；碳原子数目小于碳原子数目小于10则以则以“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”来表示碳来表示碳原子数目大于原子数目大于10的则以的则以“十一、十二、十三十一、十二、十三”来表示。来表示。为区别同分异构体，常用一些词头来表示。为区别同分异构体，常用一些词头来表示。例如：例如：正表示直链；正表示直链；异异表示有表示有（CH3）2CH 结构；结构；新新表示有表示有（CH3）3C结构结构本讲稿第七页，共二十五页2.系统命名法系统命名法IUPAC（International Union of Pure and Applied Chemistry）国际纯粹与应用国际纯粹与应用化学联合会的命名原则。化学联合会的命名原则。选主链选主链选最长碳链为主链，选最长碳链为主链，根据碳原子数目称为根据碳原子数目称为某烷某烷，并以它为母体，其他为取代，并以它为母体，其他为取代基（支链）。例如：基（支链）。例如：母体为母体为辛烷辛烷。由距离侧连最近的一端开始编号，总的原则是使侧连所在位次尽可能的小。由距离侧连最近的一端开始编号，总的原则是使侧连所在位次尽可能的小。书写书写支链名称写在母体名称前，支链位号写在支链前，二者之间用支链名称写在母体名称前，支链位号写在支链前，二者之间用“-”隔开隔开。例例如上例的命名应为：如上例的命名应为：4-乙基辛烷乙基辛烷 ，读作四位乙基辛烷，读作四位乙基辛烷 本讲稿第八页，共二十五页如果有几个相同支链如果有几个相同支链，则在支链前加上则在支链前加上“二、三、四二、三、四”等字样，表示支等字样，表示支链的个数，位号之间用逗号隔开。链的个数，位号之间用逗号隔开。2，3，4-三甲基己烷三甲基己烷 编号时若有两个编号时若有两个取代基取代基位次相同而取代基种类不同，则要按照次序规则中次位次相同而取代基种类不同，则要按照次序规则中次序较小的一端开始编号，书写时也是序较小的一端开始编号，书写时也是次序较小的在前面，次序较小的在前面，次序较大的在后依次写出。例次序较大的在后依次写出。例如：如：3-甲基甲基-8-乙基乙基-5-丙基癸烷丙基癸烷本讲稿第九页，共二十五页如分子中有二个含同数目碳原子的碳链时，则选侧链较多的一个为主链。如分子中有二个含同数目碳原子的碳链时，则选侧链较多的一个为主链。练习：练习：2，7-二甲基二甲基-3，5-二乙基辛烷二乙基辛烷2-甲基甲基-3-乙基己烷乙基己烷本讲稿第十页，共二十五页练习：用系统命名法命名下列化合物。练习：用系统命名法命名下列化合物。CH2CH3 1.CH3CH2CH-CH-CH2CH3 CH32.CH3CH（CH2）4CH-CHCH2CH3 CH3 CH3CH2CH3 CH3 3.CH3-CH-CH2-CH-C-CH2-CH2-CH2-CH-CH-CH3 CH3 CH3CH3 CH3CH3 3-甲基甲基-4-乙基乙基己烷己烷2，7-二甲基二甲基-8-乙基癸烷乙基癸烷2，3，7，7，8，10-六甲基十一烷六甲基十一烷本讲稿第十一页，共二十五页次序规则次序规则：在立体化学中，为了确定原子或基团在空间排列的次序而制定的规在立体化学中，为了确定原子或基团在空间排列的次序而制定的规则。内容如下：则。内容如下：比较各取代基的第一个原子比较各取代基的第一个原子原子序数的大小原子序数的大小，原子序数，原子序数大大（次序大）的基团（次序大）的基团为较优基团为较优基团，原子序数，原子序数小小（次序小）的基团（次序小）的基团为较小基团为较小基团，同位素中质量高的为较优基团。同位素中质量高的为较优基团。例如：例如：IBrClSCDH 若取代基若取代基第一个原子相同第一个原子相同，则比较，则比较与它直接相连的原子的与它直接相连的原子的原子序数的大小原子序数的大小，原子序，原子序数数大者优先排列大者优先排列，依次类推，依次类推。例如：。例如：CH2Cl和和CH2F两个基团距离母体两端相同，两个基团与母体相连的原子两个基团距离母体两端相同，两个基团与母体相连的原子均为均为C原子，继续向下比较与此原子，继续向下比较与此C相连的原子，分别为相连的原子，分别为（Cl、H、H）（F、H、H），Cl的原子序数要大于的原子序数要大于F的原子序数，即的原子序数，即CH2Cl的优先次序大于的优先次序大于CH2F。本讲稿第十二页，共二十五页 含有双键或叁键的基团，可以认为连有两个或三个相同的原子。含有双键或叁键的基团，可以认为连有两个或三个相同的原子。例如：例如：CCH C(CH3)3 CH=CH2 CH(CH3)2 CH2CH3 CH3 本讲稿第十三页，共二十五页第三节第三节 烷烃的结构烷烃的结构 甲烷的分子模型甲烷的分子模型甲烷的分子模型甲烷的分子模型 球棍模型球棍模型球棍模型球棍模型 斯陶特模型斯陶特模型斯陶特模型斯陶特模型 甲烷的甲烷的四个四个CH键完全相同键完全相同，键角为键角为109.5，键长为键长为109.1pm。甲烷中的甲烷中的碳碳为为sp3杂化杂化，四个杂化轨道完全一样四个杂化轨道完全一样，分别与氢形成，分别与氢形成键，故呈键，故呈四面体。四面体。这种这种键，电子云重叠是沿键轴方向，键的旋转不影响电子云的重叠，故可以自由旋键，电子云重叠是沿键轴方向，键的旋转不影响电子云的重叠，故可以自由旋转。转。以甲烷为例以甲烷为例以甲烷为例以甲烷为例 109.5本讲稿第十四页，共二十五页 在烷烃中，在烷烃中，C均以均以sp3杂化轨道成键，价键分呈四面体形杂化轨道成键，价键分呈四面体形，且又由于，且又由于键可以键可以自由旋转，所以烷烃的结构不象我们所写的那样一成不变，而是运动的，一般以自由旋转，所以烷烃的结构不象我们所写的那样一成不变，而是运动的，一般以锯锯齿形存在齿形存在。并且在平衡位置不断振动。例如丁烷的分子。并且在平衡位置不断振动。例如丁烷的分子。本讲稿第十五页，共二十五页第四节第四节 烷烃的构象烷烃的构象n构象构象n由于单键可以由于单键可以自由旋转自由旋转。使分子中原子或基团在空间产生不同的排列，这。使分子中原子或基团在空间产生不同的排列，这种特点的排列形式称为构象种特点的排列形式称为构象。n几种构象的表示形式几种构象的表示形式 伞形式伞形式 锯架式锯架式 纽曼投影式纽曼投影式本讲稿第十六页，共二十五页1、乙烷的构象、乙烷的构象：乙烷有两种典型的构象乙烷有两种典型的构象 重叠式重叠式 交叉式交叉式 其中重叠型分子中，由于其中重叠型分子中，由于C上上H与与H之间的距离比较近，斥力大，因此能量高，之间的距离比较近，斥力大，因此能量高，分分子不稳定子不稳定。交叉型分子中，交叉型分子中，由于由于C上上H与与H之间的距离比较远，斥力小，能量较低，之间的距离比较远，斥力小，能量较低，分子比较稳定，为乙烷分子比较稳定，为乙烷的的优势构象优势构象。二者的能量相差约为二者的能量相差约为12.5KJ/mol，低温下以交叉式存在为主，温度升高重叠式含量增加。在室温，低温下以交叉式存在为主，温度升高重叠式含量增加。在室温下分子之间的碰撞能量约为下分子之间的碰撞能量约为84 KJ/mol，足以使分子自由旋转，因此不可把各种构象严格区分开来。，足以使分子自由旋转，因此不可把各种构象严格区分开来。本讲稿第十七页，共二十五页2、丁烷的构象、丁烷的构象本讲稿第十八页，共二十五页第五节第五节 烷烃的烷烃的性质性质一、烷烃的物理性质一、烷烃的物理性质存在状态：室温下，存在状态：室温下，14个个C的烷烃为气体，的烷烃为气体，516个个C的烷烃为液体，大于的烷烃为液体，大于16个个C的烷烃为固体。的烷烃为固体。比重随分子量的增加而升高比重随分子量的增加而升高。非极性或弱极性，。非极性或弱极性，不溶于水及强极性溶剂中不溶于水及强极性溶剂中，可溶于氯仿、乙醚、四氯化碳等溶剂中。（相似相溶）可溶于氯仿、乙醚、四氯化碳等溶剂中。（相似相溶）熔沸点熔沸点：随分子量的增大而升高，原因：随分子量的增大而升高，原因：分子大，接触面积大，范德华力大分子大，接触面积大，范德华力大；分子大，分子运动所需能量大分子大，分子运动所需能量大。（增加一个。（增加一个C，bp升高升高2030）同分异构体中，同分异构体中，支链多的沸点低，支链多的沸点低，原因：原因：支链多，接触面积小，分子间作用力小支链多，接触面积小，分子间作用力小。但是支链的影响远。但是支链的影响远小于碳数增加的影响。小于碳数增加的影响。分子接触示意图分子接触示意图本讲稿第十九页，共二十五页 表表2-1 一些直连烷烃的物理常数一些直连烷烃的物理常数分子式分子式名称名称沸点沸点熔点熔点密度密度状态状态CH4C2H6C3H8C4H10甲烷甲烷乙烷乙烷丙烷丙烷丁烷丁烷-161.7-88.6-42.1-0.5-182.7-183.6-187.1-138.50.4240.4560.5010.579气气C5H12C6H14C7H16C8H18C9H20C10H22C11H24C12H26C13H28C14H30C15H32C16H34戊烷戊烷己烷己烷庚烷庚烷辛烷辛烷壬烷壬烷癸烷癸烷十一烷十一烷十二烷十二烷十三烷十三烷十四烷十四烷十五烷十五烷十六烷十六烷36.168.198.4125.7150.8174.0195.8216.3235.4263.7270.6287-129.8-95.3-90.6-56.8-53.7-29.7-25.6-9.6-5.55.910.018.20.6260.6590.6840.7030.7180.7300.7400.7490.7560.7630.7690.773液液C17H36C18H38C19H40C20H42十七烷十七烷十八烷十八烷十九烷十九烷二十烷二十烷301.8316.13293432228.232.136.80.7780.7770.7770.786固固本讲稿第二十页，共二十五页二、化学性质二、化学性质 烷烃非常稳定，一般不易反应，但是在高温、光照、及催化剂存在下，烷烃非常稳定，一般不易反应，但是在高温、光照、及催化剂存在下，也可反应。也可反应。1.氯代氯代取代反应取代反应：指烷烃中的氢原子被其他原子或基团所取代。：指烷烃中的氢原子被其他原子或基团所取代。甲烷与甲烷与Cl2的反应历程的反应历程甲烷与甲烷与Cl2的反应有如下的反应事实：的反应有如下的反应事实：在室温、黑暗中不反应；在室温、黑暗中不反应；高于高于250发生反应；发生反应；在室温下如有在室温下如有光光存在能发生反应；存在能发生反应；用光引发反应，吸收用光引发反应，吸收一个光子一个光子就能产生就能产生几千个氯甲烷分子几千个氯甲烷分子；如有氧或有一些能捕捉自由基的杂质存在，反应有一个诱导期，诱导期时间长短如有氧或有一些能捕捉自由基的杂质存在，反应有一个诱导期，诱导期时间长短与存在这些杂质多少有关。根据以上事实，提出以下反应机理。与存在这些杂质多少有关。根据以上事实，提出以下反应机理。本讲稿第二十一页，共二十五页反应得到的是混合物。以上为生成反应得到的是混合物。以上为生成CH3Cl的过程，生成的过程，生成CH2Cl2、CHCl3、CCl4的历程也是自由基反应历程，只不过是的历程也是自由基反应历程，只不过是Cl2过量。过量。-1-1-1本讲稿第二十二页，共二十五页 ClHCH3 过度态过度态能能量量CH3Cl Cl 过度态过度态Cl+CH4CH3Cl+Cl Ea CH3+HCl CH3Cl的生成示意图的生成示意图在链终止阶段，各步反应均为放热反应，因此可知反应一旦形成在链终止阶段，各步反应均为放热反应，因此可知反应一旦形成在链终止阶段，各步反应均为放热反应，因此可知反应一旦形成在链终止阶段，各步反应均为放热反应，因此可知反应一旦形成ClCl，反应即可进行，从下图，反应即可进行，从下图，反应即可进行，从下图，反应即可进行，从下图中可以看出，中可以看出，中可以看出，中可以看出，步反应均有一定的活化能，其中步反应均有一定的活化能，其中步反应均有一定的活化能，其中步反应均有一定的活化能，其中E Ea1a1=16.7kJ/mol=16.7kJ/mol，因此在实际反应的过程中因此在实际反应的过程中因此在实际反应的过程中因此在实际反应的过程中反应引发所需的能量要更高一些。反应引发所需的能量要更高一些。反应引发所需的能量要更高一些。反应引发所需的能量要更高一些。本讲稿第二十三页，共二十五页2.氧化和燃烧氧化和燃烧 氧化氧化 烷烃在有烷烃在有催化剂催化剂存在的条件下可以进行氧化反应，反应生成混合物，反应式如下所存在的条件下可以进行氧化反应，反应生成混合物，反应式如下所示：示：R-R +O2 R-OH +RCOOH +RCHO燃烧燃烧在有从充足的氧存在时，发生如下的反应：在有从充足的氧存在时，发生如下的反应：R-R +O2 CO2 +H2O有机氧化的概念有机氧化的概念：无机中的氧化的概念以电子的得失，氧化数的变化来判断是否无机中的氧化的概念以电子的得失，氧化数的变化来判断是否是氧化还原反应。在有机中，是氧化还原反应。在有机中，加氧去氢为氧化，加氢去氧为还原加氧去氢为氧化，加氢去氧为还原。（*实际上，更广泛的概念为：实际上，更广泛的概念为：加上原子比去掉原子的电负性强则为氧化，加上原加上原子比去掉原子的电负性强则为氧化，加上原子比去掉原子的电负性弱则为还原。）子比去掉原子的电负性弱则为还原。）例如：反应中，分子例如：反应中，分子去掉了去掉了氢氢，加上了比氢电负性大的加上了比氢电负性大的氯氯原子原子，因此反应为，因此反应为氧化氧化反反应。以后我们还会遇到还原反应。应。以后我们还会遇到还原反应。本讲稿第二十四页，共二十五页复习思考题：复习思考题：n1.写出分子式为写出分子式为C7H16的烷烃的各种异构体，并的烷烃的各种异构体，并用用IUPAC命名原则命名。命名原则命名。n2.烷烃中的烷烃中的C-C和和C-H单键都是什么键？碳原单键都是什么键？碳原子以什么轨道和其他原子成键？什么叫同分异子以什么轨道和其他原子成键？什么叫同分异构体？什么叫构象？构体？什么叫构象？n作业：习题集作业：习题集P3 1题、题、P5 9题。题。本讲稿第二十五页，共二十五页