有机化学课件第二章

1、第二章第二章 饱和烃饱和烃 第一部分第一部分 烷烃烷烃 烷烃的通式、结构和命名烷烃的通式、结构和命名 烷烃的物理性质、化学性质烷烃的物理性质、化学性质 自由基取代反应历程自由基取代反应历程 第二部分第二部分 自然界的烷烃自然界的烷烃- -石油和天然气石油和天然气 C CH HH HH HH H烃：烃：碳氢化合物碳氢化合物, ,仅含仅含C C、H H烃的衍生物烃的衍生物：烃分子中氢被其它原子或基团所取代。烃分子中氢被其它原子或基团所取代。 烃烃 开链烃开链烃（脂肪烃）（脂肪烃）环状烃环状烃饱和烃饱和烃(烷烃烷烃)不饱和烃不饱和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环烷烃环烷烃环烯

2、烃环烯烃单环芳烃单环芳烃稠环芳烃稠环芳烃烷烃：开链的饱和烃。烷烃：开链的饱和烃。环烷烃：闭链的饱和烃。环烷烃：闭链的饱和烃。2-1 2-1 烷烃的同系列、通式和同分异构现象烷烃的同系列、通式和同分异构现象一、烷烃的同系列、通式一、烷烃的同系列、通式 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12烷烃的通式烷烃的通式 ：C Cn nH H2n+2 2n+2 开链的饱和烃叫做烷烃开链的饱和烃叫做烷烃 同系列：同系列：通式相同，结构、性质相似，组成上相差一个或多个通式相同，结构、性质相似，组成上相差一个或多个 CH2 的一系列化合物。同系列中的化合物互为同系物。的一系列化合物。同系列中的化合物互

3、为同系物。 系列差系列差 ：CH2CH4 ： CH4C2H6 ： CH3CH3C3H8： CH3CH2CH3二、同分异构现象二、同分异构现象C C C C C CC C C C CCC C C CC CC C C CCCC C C C CCC6H14：碳链异构碳链异构构造异构构造异构C4H10： CH3CH2 CH2 CH3 CH3CHCH3CH3C5H12：CH3CCH3CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH CH3CH3三、烷烃中碳原子和氢原子的类型三、烷烃中碳原子和氢原子的类型伯碳原子，第一碳原子：伯碳原子，第一碳原子：1。 伯氢原子，第一氢原子伯氢原子，第一氢原子仲

4、碳原子，第二碳原子：仲碳原子，第二碳原子：2。 仲氢原子，第二氢原子仲氢原子，第二氢原子叔碳原子，第三碳原子：叔碳原子，第三碳原子：3。 叔氢原子，第三氢原子叔氢原子，第三氢原子季碳原子，第四碳原子：季碳原子，第四碳原子：4。CH3CH2CHCH3CH3CCH3CH3CH3CH31。1。1。2。3。4。1。2-2 2-2 烷烃的命名烷烃的命名一一. .普通命名法（习惯命名法）普通命名法（习惯命名法） 1.1.根据烷烃中碳原子的数目称为根据烷烃中碳原子的数目称为 “某烷某烷”。 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一烷甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一烷2.2.区分异构体。区分异

5、构体。用用“正、异、新等正、异、新等”区别。区别。 例：例：C C5 5H H1212 戊烷戊烷CH3CH2CH CH3CH3C CH3CH3CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷二、系统命名法（二、系统命名法（IUPAC命名法）命名法） 直链烷烃直链烷烃：根据碳原子数称为：根据碳原子数称为“某烷某烷”。甲、乙、。甲、乙、CH31CH22CH23CH34丁烷丁烷（普通命名法：（普通命名法：正丁烷正丁烷） 支链烷烃支链烷烃：选择主链：选择主链：最长、支链最多的碳链。称最长、支链最多的碳链。称 “某烷某烷”。 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十

6、二，甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二，2. 编号编号：从最靠近支链的一端开始。使取代基位次最小。从最靠近支链的一端开始。使取代基位次最小。3. 命名命名：先写取代基先写取代基( (标出取代基的位置标出取代基的位置) )，再写某烷。，再写某烷。CH31CH2CH23CH24CH35CH32-甲基戊烷甲基戊烷2 2，2 2，4-4-三甲基戊烷三甲基戊烷CH31C2CH23CH4CH35CH3CH3CH3CH38CH7CH26CH25CH4CH23CH2CH31CH3CH3CH32,4,7-2,4,7-三甲基辛烷三甲基辛烷2 2，3 3，5-5-三甲基三甲基-4-4-丙基庚烷丙基庚

7、烷CH37CH26CH5CH4CH3CH2CH31CH3CH2CH2CH3CH3CH3CH26CH5CH24CH3CH22CH2CH3CH37CH31CH33-甲基甲基-5-乙基庚烷乙基庚烷“优先优先”基团顺序：基团顺序：a.a.把与主链碳直接相连的原子按原子序数大小排列，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。原子序数大的优先。 例：例：-I-Br -Cl -CH3 -Hb.b.如果直接相连的原子相同，则比较第二个原子，如果直接相连的原子相同，则比较第二个原子， 依次类推。依次类推。 例：例：-CH(CH3)2 -CH2CH2CH3 -CH2CH3 -CH3次序规则：

8、次序规则：“优先优先”基团在后基团在后CC(C)(C)HHH-CH=CH2 :-C(CH3)3 :CCH3CH3CH3-CH(CH3)2 :CCH3CH3H优先基团顺序：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。双键和叁键分别作为两个和三个单键处理。例：比较大小例：比较大小:-C(CH )3 、-CH=CH2 、 -CH(CH3)2烷基烷基 通式：通式：CnH2n+1 ， R-。 CHCH3 3- - 甲基甲基 C C2 2H H5 5- - 乙基乙基 CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2- - 丙基丙基CHCH3CH3异

9、丙基异丙基CH3CH2CH2CH2- 丁基丁基CHCH3CH2CH3仲丁仲丁基基CH CH2CH3CH3异丁基异丁基CCH3CH3CH3叔丁基叔丁基C CH2CH3CH3CH3新戊基新戊基 2-3 2-3 烷烃的结构烷烃的结构一、甲烷的构型、一、甲烷的构型、spsp3 3杂化、杂化、键键构型构型：具有一定结构的分子中各原子在空间的排列情况。具有一定结构的分子中各原子在空间的排列情况。 结构（构造）：结构（构造）：分子中各原子的连接顺序和连接方式。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甲烷的正四面体结构甲烷：甲烷：CHCH4 4 正四面体结构正四面体结构C-H C-H 键

10、长：键长：109pm 109pm H-C-H H-C-H 键角：键角：109.5109.5C:1S22S22P22p2 s激发激发2p2sspsp3 3杂化杂化spsp3 3基态基态激发态激发态每个每个spsp3 3杂化轨道具有杂化轨道具有1/4s1/4s成分和成分和3/4p3/4p成分。成分。 杂化：杂化：不同类型的轨道相互作用而形成新轨道的过程。不同类型的轨道相互作用而形成新轨道的过程。C-H 键键-+葫芦形葫芦形乙烷乙烷: CH3-CH3C-C 键键键：键：价电子云具有轴对称的共价键。价电子云具有轴对称的共价键。单键是单键是键，可以自由旋转。键，可以自由旋转。C-HC-H键键(SP(SP

11、3 3-S)-S)-+-+-+C-C键键(SPSP3 3-SP-SP3 3) 球棒模型球棒模型 比例模型比例模型 凯库勒凯库勒(Kek(Kekl l) )模型模型 斯陶特斯陶特(Stuart)(Stuart)模型模型分子模型：分子模型：其它烷烃的结构：其它烷烃的结构：成锯齿型成锯齿型CH3CH2CH2CH2CH3CH3C H2C HC H2C H3C H3键线式键线式二、烷烃的构象二、烷烃的构象同一构型的化合物，由于单键的旋转而产生分子中原子在同一构型的化合物，由于单键的旋转而产生分子中原子在空间不同的排列形式，称为构象空间不同的排列形式，称为构象。乙烷的构象：乙烷的构象：CHCH3 3-CH

12、-CH3 3楔型式楔型式 纽曼纽曼 (Newman) 投影式投影式HHHHHH透视式透视式乙烷的典型构象有两种：乙烷的典型构象有两种： HHHHHHHHHHHH 交叉式交叉式 重叠式重叠式 透视式透视式 纽曼投影式纽曼投影式重叠式、交叉式构象比较：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，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，其排斥力较小，分子内能最低，因而较稳定，为优势构象。为优势构象。乙烷分子的能量曲线乙烷分子的能量曲线交叉式最稳定交叉式最稳定为优势构象为优势构象几个概念：几个概念： 构型是固定的，而构象一般是瞬间的。构型

13、的变化须破坏构型是固定的，而构象一般是瞬间的。构型的变化须破坏化学键，而构象的变化则不会发生键的断裂。化学键，而构象的变化则不会发生键的断裂。3）构象（）构象（conformation）：一定构型的分子中，由于单键）：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。的旋转而导致原子和基团在空间的不同排布。2）构型（）构型（configuration）：一定构造的分子中，原子和基团）：一定构造的分子中，原子和基团在空间的排布；在空间的排布；1）构造（）构造（constitution）：分子中原子间的连接方式和次序；）：分子中原子间的连接方式和次序；2-4 2-4 烷烃的物理性质

14、烷烃的物理性质 有机化合物的物理性质包括：有机化合物的物理性质包括：化合物的状态、化合物的状态、熔点、沸点、熔点、沸点、密度、折光率和密度、折光率和溶解度溶解度等等称为物理常数。称为物理常数。 烷烃为非极性分子，分子间作用力是色散力，烷烃为非极性分子，分子间作用力是色散力，随分子随分子量的增大而增大，随分子间距离的增大而迅速减小。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，烷烃同系列中，m.pm.p， b.pb.p都随分子量增加而增加，都随分子量增加而增加，即随碳数增加而增加。即随碳数增加而增加。一、物质状态（一、物质状态（2525，一个大气压下），一个大气压下）C C11C

15、 C4 4烷烃：气体烷烃：气体 C C55C C1616正烷烃：液体正烷烃：液体 C C1717以上：固体以上：固体二、密度二、密度直链烷烃的密度随分子量的增加而增大，最后趋向于直链烷烃的密度随分子量的增加而增大，最后趋向于最大值最大值0.780.78。三、溶解度三、溶解度烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有机溶剂。烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有机溶剂。如苯、如苯、 氯仿、四氯化碳、其它烷烃。氯仿、四氯化碳、其它烷烃。四、沸点四、沸点 正烷烃的沸点随着分子量的增加而增高。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。烷烃异构体中，支链愈多，沸点愈低。CH

16、3C CH3CH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3b.p( )： 36.1 28 9.5正正 烷烷 烃烃 的的 沸沸 点点 曲曲 线线 碳碳 原原 子子 数数 目目 沸点（沸点（）不要查表将下列烃类化合物按沸点降低的次序排列。不要查表将下列烃类化合物按沸点降低的次序排列。（1）3,3-二甲基戊烷二甲基戊烷 （2）正庚烷）正庚烷 （3）2-甲基庚烷甲基庚烷 （4）正戊烷）正戊烷 （5）2-甲基己烷甲基己烷 答答: (3)(2)(5)(1)(4)正正 烷烷 烃烃 的的 熔熔 点点 曲曲 线线 碳碳 原原 子子 数数 目目 熔点（熔点（）五、熔点五、熔点 正烷烃的熔点

17、随着分子量的增加而增高。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。分子结构的对称性越大，熔点也越高。一、取代反应一、取代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。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。卤代反应：被卤素取代的反应。也称卤化反应。CH4 : Cl2 = 10 : 1 温度：温度：400450 主要产物：一氯甲烷主要产物：一氯甲烷CH4 : Cl2 = 0.263 : 1 温度：温度：400 主要产物：四氯化碳主要产物：四氯化碳CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl 光光CH3Cl + C

18、l2 CH2Cl2 + HCl 光光CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl 光光CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl 光光2-5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质二、烷烃的卤代反应历程二、烷烃的卤代反应历程： （以以CH4 Cl2反应为例反应为例）C1 + Cl C12CH3 + CH3 CH3CH3CH3 + C1 CH3C1链终止链终止C1 + CH4 CH3 + HC1(决定反应速率决定反应速率) CH3 + Cl2 CH3C1 + C1C1 + CH3Cl CH2C1 + HC1CH2C1 + C12 CH2C12 + C1 链增长链增长 链引发链引发Cl ：Cl 2Cl

19、h(250400）图图 Cl + HCH3 CH3Cl + Cl 能量变化能量变化甲烷氯代反应过程的能量变化甲烷氯代反应过程的能量变化 活化能活化能三、卤代反应取代的位置与自由基的稳定性：三、卤代反应取代的位置与自由基的稳定性：仲氢：伯氢仲氢：伯氢=57/2=57/2：43/6=443/6=4：1 1叔氢：伯氢叔氢：伯氢=36/1=36/1：64/9=5 64/9=5 ：1 1叔氢：仲氢：伯氢叔氢：仲氢：伯氢=5=5：4 4：1 1氢的相对活性氢的相对活性: 叔氢仲氢伯氢叔氢仲氢伯氢43%57%Cl2光，光，25CH3CH2CH3CH3CH2CH2ClCH3CH CH3Cl+36%64%Cl2

20、光，光，25CH3CHCH3CH3+CH3CCH3CH3ClCH3CH CH2CH3Cl 用自由基（游离基用自由基（游离基)的稳定性来解释：的稳定性来解释：（自由基碳原子连接的烷基越多越稳定）（自由基碳原子连接的烷基越多越稳定）CH3CCH3CH3CH3CCH3HCH3CHHH3C二、氧化和燃烧二、氧化和燃烧1.1.燃烧燃烧完全氧化完全氧化CnH2n+2 + O2 CO2 + H2O + 热量热量燃燃 烧烧2.部分氧化部分氧化工业上常用高级烷烃通过氧化反应来制备高级脂肪醇和脂肪酸工业上常用高级烷烃通过氧化反应来制备高级脂肪醇和脂肪酸RCH3 RCH2OH + RCHO + RCOOH锰盐，锰盐

21、，O2部分氧化部分氧化MnO2，O2110COOHRCH2RCH2R/COOHR/+氧化、还原的概念氧化、还原的概念有机分子中加入氧或脱去氢，氧化。有机分子中加入氧或脱去氢，氧化。有机分子中加入氢或脱去氧，还原。有机分子中加入氢或脱去氧，还原。有机分子中加入有机分子中加入N、X等，氧化；反之，还原。等，氧化；反之，还原。烷烃烷烃醇醇醛（酮）醛（酮） 羧酸羧酸烷烃烷烃烯烃，烯烃， 氧化氧化烷烃烷烃卤代烃，卤代烃， 氧化氧化三三. 裂化反应裂化反应 在高温（在高温（40040010001000）及无氧条件下使烷烃分子发生键断裂）及无氧条件下使烷烃分子发生键断裂的反应叫裂化反应。的反应叫裂化反应。50023MPaC16H34 C8H18 + C8H16C8H18 C4H10 + C4H8裂裂 化化脱氢脱氢 CH4 + C3H6C4H10 C2H6 + C2H4 C4H8 + H2500 热裂化：热裂化：在在5MPa5MPa，500500600600进行的裂化反应。进行的裂化反应。 催化裂化催化裂化：在：在450450500500、常压及催化剂存在下进行的裂化。、常压及催化剂存在下进行的裂化。 石油工业利用裂化反应来提高汽油石油工业利用裂化反应来提高汽油（C6C9）的产量和质量。的产量和质量。 (原油分馏只能得到原油分馏