有机化学第2章饱和烃(烷烃).ppt

第二章第二章 烷烃烷烃烃烃开链烃开链烃(脂肪烃脂肪烃)环烃环烃脂环烃脂环烃芳香烃芳香烃环烷烃环烷烃环烯烃环烯烃饱和烃饱和烃不饱和烃不饱和烃烯烃烯烃炔烃炔烃烷烃烷烃2.1 2.1 烷烃的通式、同系列和构造异构烷烃的通式、同系列和构造异构2.2 2.2 烷烃的命名烷烃的命名2.3 2.3 烷烃的性质烷烃的性质2.4 2.4 烷烃的主要来源和制法烷烃的主要来源和制法烷烃：烷烃：指由碳和氢两种元素组成的饱和、指由碳和氢两种元素组成的饱和、开链有机化合物。开链有机化合物。一、烷烃的通式和同系列一、烷烃的通式和同系列2.1 2.1 烷烃的通式、同系列和构造异构烷烃的通式、同系列和构造异构 CnH2n+2，n为碳原子个数为碳原子个数 甲烷甲烷 乙烷乙烷 丙烷丙烷 丁烷丁烷（A A）烷烃的通式烷烃的通式例如例如:（B B）同系列和同系物）同系列和同系物 同系列：同系列：通式相同，组成上相差通式相同，组成上相差“CH2”及其及其整倍数的一系列化合物。整倍数的一系列化合物。系差：系差：“CH2”称为系差。称为系差。同系物：同系物：同系列中的各个化合物互为同系物。同系列中的各个化合物互为同系物。同分异构体：同分异构体：构造异构体：构造异构体：结构不同是由于分子中原子的连接结构不同是由于分子中原子的连接方式和次序不同。方式和次序不同。碳链异构：碳链异构：异构体的分子式相同而异构体的分子式相同而碳骨架碳骨架不同的不同的现象现象（直链和支链）（直链和支链）。烷烃主要是烷烃主要是碳链异构。碳链异构。二、同分异构二、同分异构-11.73沸点：沸点：-0.5 烷烃构造异构体的数目烷烃构造异构体的数目写出构造异构体的步骤：写出构造异构体的步骤：写出C6H14的所有构造异构体三、碳原子与氢原子的类型三、碳原子与氢原子的类型 伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子1234aCH3bCH2bCH2bCH2aCH3 aCH3bCH2cCHaCH3 aCH3 CH3 aCH3dCaCH3 CH3戊烷（正戊烷）戊烷（正戊烷）2-甲基丁烷（异戊烷）甲基丁烷（异戊烷）2，2-二甲基丙烷（新戊烷）二甲基丙烷（新戊烷）a:一级（一级（1 1）(伯伯)碳原子碳原子 b:二级（二级（2 2）(仲仲)碳原子碳原子c:三级（三级（3 3）(叔叔)碳原子碳原子d:四级（四级（4 4）(季季)碳原子碳原子 伯氢、仲氢、叔氢伯氢、仲氢、叔氢 2.2 2.2 烷烃的命名烷烃的命名一、烃基（烷基）一、烃基（烷基）烃分子中去掉一个烃分子中去掉一个 H 后余下的原子团，可用后余下的原子团，可用R-表示。甲基甲基 丙基丙基 丁基丁基 仲丁基仲丁基 乙基乙基(1)某基某基(2)仲某基仲某基 异丁基异丁基 异丙基异丙基新戊基新戊基叔丁基叔丁基(3)异某基异某基(CH3)2CHCH2CH2 异戊基异戊基 (4)二、烷烃的命名二、烷烃的命名1 1、普通命名法、普通命名法(习惯命名法习惯命名法)碳原子数用碳原子数用“天干天干”字字甲、乙、丙、丁、戊、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和十一、十二己、庚、辛、壬、癸和十一、十二等数目字表示。等数目字表示。用用“正正”、“异异”、“新新”等前缀区别不同的构等前缀区别不同的构造异构体。造异构体。2 2、系统命名法、系统命名法I 选择母体化合物选择母体化合物II 给母体定编号给母体定编号III 写取代基写取代基 采用国际通用的采用国际通用的IUPAC（国际纯化学和应国际纯化学和应用化学联合会）命名原则，结合中国文字的特用化学联合会）命名原则，结合中国文字的特点，中国化学会点，中国化学会19801980年再次修订通过的原则。年再次修订通过的原则。（）选择母体化合物）选择母体化合物母体化合物母体化合物选最长的连续碳链为主链选最长的连续碳链为主链,以主链碳原子以主链碳原子数定为某烷数定为某烷.己己 烷烷 如果有几个等长的碳链可作主链，选择如果有几个等长的碳链可作主链，选择取代基最多的碳链为主链取代基最多的碳链为主链庚烷庚烷3 4 5 6当主链编有几种可能时，当主链编有几种可能时，按按“最低系列最低系列”原原则编号（使取代基的位次尽可能小）则编号（使取代基的位次尽可能小）（）给母体定编号）给母体定编号主链上碳原子从靠近支链的一端依次用阿主链上碳原子从靠近支链的一端依次用阿拉伯数字编号拉伯数字编号.123(从左从左)4(从右从右)1 24 5 6()()写取代基写取代基取代基的名称写在主链前取代基的名称写在主链前,位次用主链上碳原子位次用主链上碳原子的编号表示的编号表示,写在取代基名称前写在取代基名称前,两者只间用半字线两者只间用半字线“-”“-”相连相连.含有几个不同的取代基时含有几个不同的取代基时,按按“次序规则次序规则”规定的规定的顺序排列顺序排列.含几个相同的取代基时含几个相同的取代基时,相同取代基合并相同取代基合并,用二、用二、三、四三、四表示其数目，并逐个标明其所在位次，位表示其数目，并逐个标明其所在位次，位次之间用豆号分开次之间用豆号分开.烷烷己己3 4 5 612甲基甲基3-3-1 2 3 4 5 6 7 8 93,7-3,7-二甲基二甲基-4-4-乙基乙基9 8 7 6 5 4 壬烷壬烷5-5-丙基丙基-4-4-异丙基异丙基壬烷壬烷3 2 12.3 2.3 烷烃的结构烷烃的结构 一、甲烷的结构和一、甲烷的结构和sp3杂化轨道杂化轨道 碳原子的四个碳原子的四个sp3杂化轨道与氢原子的杂化轨道与氢原子的1s轨轨道在对称轴方向交盖形成四个道在对称轴方向交盖形成四个键。键。键的形成及其特性键的形成及其特性 原子原子 轨道沿键轴相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称的轨道沿键轴相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称的轨道称为轨道称为 轨道轨道。轨道构成的共价键称为轨道构成的共价键称为键键。例如：甲烷分子中有四个例如：甲烷分子中有四个CH键。键。相类似，乙烷分子中有六个相类似，乙烷分子中有六个CH键和一个键和一个 CC键。键。甲烷甲烷乙烷乙烷甲烷甲烷正丁烷正丁烷成键原子可沿键轴自由旋转成键原子可沿键轴自由旋转;球棍模型球棍模型(Kekul(Kekul模型模型)键的特性键的特性:键能较大，可极化性较小键能较大，可极化性较小 。烷烃分子的模型烷烃分子的模型三、乙烷的构象三、乙烷的构象构象：构象：由于围绕由于围绕键旋转而产生的，分子中键旋转而产生的，分子中原子或基团在空间的不同排列方式。原子或基团在空间的不同排列方式。围绕围绕C-CC-C键旋转产键旋转产生无穷多的构象，生无穷多的构象，一般研究典型的极一般研究典型的极限构象。限构象。重叠式重叠式(顺叠式顺叠式)构象构象交叉式交叉式(反叠式反叠式)构象构象透视式透视式乙烷的两种极限构象及表示方式：乙烷的两种极限构象及表示方式：球棒模型球棒模型重叠式重叠式(顺叠式顺叠式)构象构象交叉式交叉式(反叠式反叠式)构象构象Newman投影式投影式球棒模型球棒模型交叉式构象最稳定，重叠式构象最不稳定交叉式构象最稳定，重叠式构象最不稳定 能否跟据以上构象异构原理，用纽曼投影式能否跟据以上构象异构原理，用纽曼投影式并以并以C C2 2-C-C3 3为旋转轴，画出正丁烷的极限构象。为旋转轴，画出正丁烷的极限构象。对位交叉式对位交叉式(反错式反错式)部分重叠式部分重叠式(反叠式反叠式)邻位交叉式邻位交叉式(顺错式顺错式)全重叠式全重叠式(顺叠式顺叠式)正丁烷沿正丁烷沿C C2 2和和C C3 3之间的之间的键键轴旋转有四种键键轴旋转有四种典型构象。典型构象。问题问题2-22-2（p12p12）23正丁烷不同构象的能量曲线图正丁烷不同构象的能量曲线图 直链烷烃的沸点一般随相对分子质量的增直链烷烃的沸点一般随相对分子质量的增加而升高。加而升高。沸点沸点(b.p.)(b.p.)一、物理性质一、物理性质 一般一般C C4 4以下的直链烷烃是气体，以下的直链烷烃是气体，C C5 5-C-C1616的烷烃的烷烃是液体，大于是液体，大于C C1717的烷烃是固体。的烷烃是固体。物态物态碳原子数相同时，含支链多的烷烃沸点低。碳原子数相同时，含支链多的烷烃沸点低。2.4 烷烃的性质 烷烃相对密度小于烷烃相对密度小于1 1，随分子量的增加逐渐增大。，随分子量的增加逐渐增大。烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂。烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂。直链烷烃的熔点分子质量的增加而增加直链烷烃的熔点分子质量的增加而增加,一般含偶一般含偶数碳原子烷烃的熔点通常比含奇数碳原子烷烃的熔数碳原子烷烃的熔点通常比含奇数碳原子烷烃的熔点升高较多。点升高较多。在有支链的烷烃中，当相对分子量相同时，对称在有支链的烷烃中，当相对分子量相同时，对称性好的熔点高。性好的熔点高。熔点熔点(m.p.)(m.p.)相对密度相对密度溶解度溶解度一些直链烷烃的物理常数一些直链烷烃的物理常数二、烷烃的化学性质二、烷烃的化学性质 键键能大，键键能大，C-HC-H键极性又小，故烷烃化学性质键极性又小，故烷烃化学性质稳定。一般在常温下与强酸、强碱、氧化剂、还稳定。一般在常温下与强酸、强碱、氧化剂、还原剂都不反应。但稳定性是相对的。原剂都不反应。但稳定性是相对的。结构与性质结构与性质 烷烃分子中只含烷烃分子中只含C-CC-C单键和单键和C-HC-H单键，是单键，是键键.-键键（2 2）氧化反应）氧化反应 适当条件下可部分氧化为醇、醛、酮、羧酸适当条件下可部分氧化为醇、醛、酮、羧酸等含氧化合物。等含氧化合物。烷烃在没有氧气存在下进行的热分解反应烷烃在没有氧气存在下进行的热分解反应叫裂化反应叫裂化反应.（3 3）裂化反应）裂化反应 烷烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取烷烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取代的反应，为取代反应。被卤素取代的反应称代的反应，为取代反应。被卤素取代的反应称为卤代反应。为卤代反应。（1 1）取代反应）取代反应在漫射光或热的作用下，烷烃发生卤代反应：在漫射光或热的作用下，烷烃发生卤代反应：（A A）卤代反应卤代反应甲烷的氯化较难停留在一氯化阶段：甲烷的氯化较难停留在一氯化阶段：产物为四种氯甲烷的混合物，氯气过量时产物为四种氯甲烷的混合物，氯气过量时主要得到四氯化碳，甲烷过量时主要得到一主要得到四氯化碳，甲烷过量时主要得到一氯甲烷。氯甲烷。链引发链引发:链增长链增长:（B B）卤化的反应机理卤化的反应机理反应机理反应机理 化学反应所经过的途径或过程化学反应所经过的途径或过程.由自由基引发的烷烃的氯化是一个连锁反应，也由自由基引发的烷烃的氯化是一个连锁反应，也叫链反应。链反应分为链引发、链增长和链终止三个叫链反应。链反应分为链引发、链增长和链终止三个阶段：阶段：链终止链终止:（C）卤素和烷烃中不同氢的活性）卤素和烷烃中不同氢的活性卤素进行卤代反应的活性卤素进行卤代反应的活性卤化反应中烷烃不同氢的活性与自由基的卤化反应中烷烃不同氢的活性与自由基的 稳定性稳定性丙烷的氯化反应：丙烷的氯化反应：仲氢与伯氢活性之比为仲氢与伯氢活性之比为：12取代伯氢取代伯氢4555取代仲氢取代仲氢异丁烷的一元氯化反应：异丁烷的一元氯化反应：叔氢与伯氢活性之比为叔氢与伯氢活性之比为：氢原子被卤化的次序（由易到难）为：氢原子被卤化的次序（由易到难）为：叔氢叔氢仲氢仲氢伯氢伯氢烷基自由基的稳定性次序为：烷基自由基的稳定性次序为：(CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH313取代伯氢取代伯氢6436取代叔氢取代叔氢(六六)烷烃的主要来源和制法烷烃的主要来源和制法 石油的主要成分是各种烃类石油的主要成分是各种烃类(烷烃、环烷烃和芳香烷烃、环烷烃和芳香烃等烃等)的复杂混合物的复杂混合物 天然气的主要成分为低级烷烃（天然气的主要成分为低级烷烃（75 75甲烷，甲烷，1515乙烷，乙烷，5 5丙烷，丙烷，5%5%其它较高级的烷烃）的混合物。其它较高级的烷烃）的混合物。（B）Corey House合成合成（1 1）烷烃的来源）烷烃的来源石油和天然气石油和天然气（2 2）烷烃的制法）烷烃的制法（A）烯烃加氢）烯烃加氢