第02章 饱和烃课件

1、根据烃分子中碳原子间连接方式可分为：根据烃分子中碳原子间连接方式可分为：烃烃开链烃开链烃饱和烃：饱和烃：烷烃烷烃不饱和烃：不饱和烃：烯烃烯烃炔烃炔烃脂环烃脂环烃芳香烃芳香烃 碳环烃碳环烃（脂肪烃）（脂肪烃）环烷烃环烷烃只含有只含有碳碳与与氢氢两元素的化合物，称为烃。两元素的化合物，称为烃。碳原子之间以单键相连，碳原子其它键均与氢原子相连，称为饱和烃。碳原子之间以单键相连，碳原子其它键均与氢原子相连，称为饱和烃。碳原子连接成开键的烃，称为脂肪烃，开链的饱和烃称为烷烃。碳原子连接成开键的烃，称为脂肪烃，开链的饱和烃称为烷烃。碳原子连接成环状的烃，称为脂环烃，环状的饱和烃称为环烷烃。碳原子连接成环状

2、的烃，称为脂环烃，环状的饱和烃称为环烷烃。2.1.1 2.1.1 烷烃的通式烷烃的通式可得烷烃通式：可得烷烃通式：CnH2n+2HCH HCCH HCCCH HCCCCH H H H H H H H H H HH H H H H H H H H H甲烷甲烷 乙烷乙烷 丙烷丙烷 丁烷丁烷CH4 C2H6 C3H8 C4H10H2CCH2H2CH2CH2CCH2H2CCH2H2CCH2H2CCH2H2CCH2H2CCH2CH2H2C可得烷烃通式：可得烷烃通式：CnH2n相邻的相邻的两个烷烃两个烷烃的组成都是相差的组成都是相差CH2。CH2 叫做叫做。具有具有同一个通式同一个通式，组成上相差一个或若

3、，组成上相差一个或若干个干个CH2的一系列化合物叫做的一系列化合物叫做。同系列中的各个化合物叫做同系列中的各个化合物叫做。 2.1.2 构造异构构造异构分子式相同的不同化合物称为异构体。分子式相同的不同化合物称为异构体。分子式相同而结构不同化合物叫做分子式相同而结构不同化合物叫做。碳链异构的正确书写方法碳链异构的正确书写方法 ：逐步减碳法逐步减碳法1. 首先写出最长的直链：首先写出最长的直链：CH3CH2CH2CH2CH2CH32. 其次，写出减少一个碳原子的最长碳链：其次，写出减少一个碳原子的最长碳链：CH3CHCH2CH2CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3CH33. 再次，写出减少两

4、个碳原子的最长碳链：再次，写出减少两个碳原子的最长碳链：CH3CHCHCH3CH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH3C6H14正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷 CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH2-CH3 CH3-C-CH3CH3CH3CH3CH31. 首先写出最长的环：首先写出最长的环：2. 其次，写出减少一个碳原子的最长环：其次，写出减少一个碳原子的最长环：3. 最后，写出减少两个碳原子的最长环：最后，写出减少两个碳原子的最长环：H3CCH3CH3CH3CH2CH3 按照所连接的碳原子的数目按照所连接的碳原子的数目, 可分为四类：可分为四类：2.2.1

5、碳、氢原子的分类碳、氢原子的分类 CH3 C CH2 CH CH3CH3CH3CH32341连有二个碳原子称为连有二个碳原子称为仲仲(20)碳原子碳原子， 所连的氢原子所连的氢原子仲仲(20)氢原子氢原子；连有三个碳原子称为连有三个碳原子称为叔叔(30)碳原子碳原子， 所连的氢原子所连的氢原子叔叔(30)氢原子氢原子； 连有四个碳原子称为连有四个碳原子称为季季(40)碳原子碳原子。连有一个碳原子称为连有一个碳原子称为伯伯(10)碳原子碳原子， 所连的氢原子所连的氢原子伯伯(10)氢原子氢原子；写出下列化合物的碳、氢原子的分类写出下列化合物的碳、氢原子的分类 烷烃和环烷烃分子烷烃和环烷烃分子去掉

6、一个去掉一个H原子原子后余下的原子团后余下的原子团C H3C H3C H2C H3C H2C H2H3CH3CC H3C H3C H2C H3C H2C H2H3CH3C正丙基正丙基异丙基异丙基CH3CH2CH2CH3CHCH3C H3C H2C H2C H2C H C H2H3CH3CC H3C H2C HC H3C H3C H2CC H3C H3CH3CC H3C H3CH3CC H3C H3C H2C H3C H2C H2C H2C H C H2H3CH3CC H3C H2C HC H3C H3C H2C H2C H2C H C H2H3CH3CC H3C H2C HC H3 H2CCH

7、CH3H2CH2CCCH3H3C烷烃常用的命名法有烷烃常用的命名法有普通命名法普通命名法和和系统命名法系统命名法两种。两种。2.2.3.1. 普通命名法普通命名法适用于适用于结构简单结构简单的烷烃的烷烃基本原则基本原则（1）根据分子中碳原子的数目称某烷；含含10个碳原子以内个碳原子以内的直链烷烃的直链烷烃含含10个以上碳原子个以上碳原子的直链烷烃的直链烷烃CH3C H3CH3C H2C H2C H3CH3C H2C H2C H2C H3 戊戊烷烷 实例 CH3CH2(CH2)10CH3 十三十三烷烷 基本原则（2 2）为了区别异构体）为了区别异构体称称“正正”某烷某烷称称“异异”某烷某烷称称“

8、新新”某烷某烷 CH3CH CH3CH3CH3CH CH2CH3CH3CH3C CH3CH3CH3 异丁异丁烷烷实例 异戊异戊烷烷新戊新戊烷烷CH3C H3CH3C H2C H2C H3CH3C H2C H2C H2C H3正丁正丁烷烷适用于适用于C数少于数少于7个的简单烷烃个的简单烷烃方法：以甲烷为母体，其他为取代基方法：以甲烷为母体，其他为取代基2.2.3.2. 衍生物命名法衍生物命名法次序规则次序规则 （较优基团后写出）（较优基团后写出） (1) (1)取代基或官能团的第一个原子，其取代基或官能团的第一个原子，其原子序数原子序数大的为大的为“较优基团较优基团” ” 。 (2) (2)第一

9、个原子相同，则比较与之相连第一个原子相同，则比较与之相连的第二个原子，依此类推。的第二个原子，依此类推。 命名时选连接烷基最多的碳原子，作为命名时选连接烷基最多的碳原子，作为母体甲烷。母体甲烷。 ?CH3CHCH3CC2H5CH2CH2CH2CH3CH3CH3CH3CCH3CH3四甲基甲烷四甲基甲烷衍生物命名法举例：衍生物命名法举例：甲基乙基正丁基异丙基甲烷甲基乙基正丁基异丙基甲烷命名方法：命名方法：选主链选主链编位次编位次写全称写全称1、选主链、选主链CH3CH2CHCHCHCH3CHCH3CH3CH3CH32.2.3.3 系统命名法系统命名法两个以上的等长碳链，如何选择？两个以上的等长碳链

10、，如何选择？例例1：CH3CH2CHCHCHCH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH3选择支链多的碳链为主碳链。选择支链多的碳链为主碳链。例例2：CH3CH2CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH2CHCH3CH312345671234567选择支链位号较小的为主碳链。选择支链位号较小的为主碳链。2、编位次、编位次“最低系列最低系列”CH3CH2CHCHCHCH3CHCH3CH3CH3CH3 是指碳链以不同方向编号时，若有不止一种可能的是指碳链以不同方向编号时，若有不止一种可能的系列，则需顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到系列，则需顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者定

11、为最低系列。的位次最小者定为最低系列。CH3CH2CHCHCHCH3CHCH3CH3CH3CH2CH32,3,5三甲基三甲基4乙基庚烷乙基庚烷3、写全称：按次序规则写取代基和主链、写全称：按次序规则写取代基和主链2,6-二甲基二甲基-5-乙基乙基-4-异丙基壬烷异丙基壬烷CH3CH2CHCH2CH2CH3CH3C(C2H5)23-甲基甲基-3,4-二乙基庚烷二乙基庚烷3-甲基甲基-5-乙基辛烷乙基辛烷2,2,6,6,7-五甲基辛烷五甲基辛烷2,3,7-三甲基三甲基-5-乙基辛烷乙基辛烷2,3,7,7,8,10-六甲基十一烷六甲基十一烷2,3,3,7,7-五甲基辛烷五甲基辛烷2,4,5,5,9,

12、10-六甲基十一烷六甲基十一烷“最低系列最低系列”（1）单环环烷烃）单环环烷烃CH2CH3乙基环戊烷乙基环戊烷CH3CH2CH31-甲基甲基-1-乙基环戊烷乙基环戊烷CH3CH2CH2CH31-甲基甲基-4-正丙基环己烷正丙基环己烷1,5-戊烷2-甲基环戊基二（）（2）二环环烷烃）二环环烷烃 桥环化合物：桥环化合物：桥头碳桥原子2.2.1CH3桥头碳最长桥另一个桥头碳次长桥回到桥头碳最短桥二环二环庚烷庚烷3.2.1辛烷辛烷二环二环2-甲基甲基CH3CH2CH32-甲基甲基-5-乙基二环乙基二环2.2.2辛烷辛烷 螺环化合物：螺环化合物：螺螺编号:先小环, 后大环.5_甲基螺 3 . 5 壬烷C

13、H312345螺原子螺原子辛烷辛烷2.56-甲基螺甲基螺3.5壬烷壬烷叔丁基环戊烷叔丁基环戊烷1-甲基-7-乙基螺4.5癸烷二环3.2.1辛烷1-甲基-3-乙基二环2.2.1庚烷6-甲基螺3.4辛烷 2.3.1 烷烃的结构特征烷烃的结构特征sp3杂化、杂化、键键杂化杂化sp3激发激发2S2py2px2pZ2s2pE棒状模型棒状模型比例模型比例模型乙烷乙烷棒状模型棒状模型比例模型比例模型 2.3.2 环烷烃的结构与环的稳定性环烷烃的结构与环的稳定性燃烧热：燃烧热：1mol化合物完全燃烧生成化合物完全燃烧生成CO2和和H2O所放出的热量。所放出的热量。 燃烧热燃烧热(Hc)测定数据表明：测定数据表

14、明：烷烃烷烃分子每增加一个分子每增加一个CH2，其燃烧热数值其燃烧热数值的增加基本上是一个定值的增加基本上是一个定值659 kJmol-1。名 称分子燃烧热( kj.mol-1)CH2的平均燃烧热( kj.mol-1)CH2的( kj.mol-1)每个张力整个环的张力( kj.mol-1)环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环庚烷环辛烷环壬烷环癸烷开链烷烃20912744332039514637531059816636697.1686.2664.0658.6662.4663.6664.1663.6658.638.527.45.403.85.05.55.00115.5109.627.0026.640.049

15、.550.90* 小环小环(C3C4)；普通环；普通环(C5C7)；中环；中环(C8C11)；大环；大环(C12)。 现代理论：现代理论：105.5。C CC CC CCH3CH3109.5。丙丙 烷烷环环丙丙烷烷CHH (1) 键的重叠程度小，稳定性键的重叠程度小，稳定性。 (2) 角张力导致键不稳定。角张力导致键不稳定。构象构象构造构造 分子结构分子结构立体异构体立体异构体分子中原子的连接分子中原子的连接顺序和方式顺序和方式分子中分子中, 仅因围绕仅因围绕-单键旋转单键旋转而产生的原子或原子团在空间而产生的原子或原子团在空间的不同排列形象的不同排列形象同分异构体同分异构体:具有相同分子式具

16、有相同分子式, 结构和性质不同的化合物结构和性质不同的化合物构型构型分子中的各原子或原子团分子中的各原子或原子团在空间在空间的排列方式的排列方式 2.4.1 烷烃的构象烷烃的构象顺反、对映异构顺反、对映异构（1）乙烷的构象）乙烷的构象两个典型的构象异构体两个典型的构象异构体(又称又称极限构象极限构象异构体异构体)可表示：可表示： 乙烷分子不同构象的能量曲线如下图所示：乙烷分子不同构象的能量曲线如下图所示：结论结论： 交叉式构象的能量较低，故较为稳定。交叉式构象的能量较低，故较为稳定。-060120180240300360E E旋旋转转角角度度能能量量1 12 2. .6 6 k kj j. .

17、m mo ol l- -1 1HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH（2）丁烷的构象）丁烷的构象 丁烷绕丁烷绕 C2C3键键 旋转的典型构象：旋转的典型构象：H3CCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH全重叠式(顺叠式)邻位交叉式(顺错式)部分重叠式(反错式)对位交叉式(反叠式)部分重叠式(反错式)邻位交叉式(顺错式) 丁烷分子不同构象的能量曲线如下图所示：丁烷分子不同构象的能量曲线如下图所示： 结论结论：丁烷四种典型构象能量的高低顺序是：丁烷四种典型构象能量的高低顺序是：

18、 全重叠式全重叠式 部分重叠式部分重叠式 邻位交叉式邻位交叉式 对位交叉式对位交叉式 反交叉式是丁烷的优势构象反交叉式是丁烷的优势构象(又称：最稳定构又称：最稳定构象象)- - - - - -0 06 60 01 12 20 01 18 80 02 24 40 03 30 00 03 36 60 0E E旋旋转转角角度度能能量量1 18 8. .8 8 k kj j. .m mo ol l- -1 1C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3H H3 3C CH HH HC CH H3 3H HC CH H3 3H HC CH

19、H3 3H H3 3C C C CH H3 3H H3 3C C C CH H3 31 15 5. .9 93 3. .7 7HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH（3 3）高级烷烃的构象）高级烷烃的构象锯齿状排列，其中锯齿状排列，其中C-HC-H都处于交叉式，碳链看起来都处于交叉式，碳链看起来像锯齿。像锯齿。最稳定的构象是：整个碳链是锯齿状的。最稳定的构象是：整个碳链是锯齿状的。（3）环己烷的构象）环己烷的构象船船 式式 构构 象象椅椅 式式 构构 象象0.18 nm123456同一碳原子若同一碳原子若a键在上，键在上，e键必然在下；键必然在下；123456环己烷的六个碳原子构成环

20、己烷的六个碳原子构成两个平面；两个平面；六个六个a、e键分别为键分别为三上三下；三上三下；a、e 键可以键可以相互转化相互转化。123456123456HHHHHHHH一取代环己烷一取代环己烷123456HHHHCH3HHHCH3CH3112233445566123456HCH3结论结论：取代基处于取代基处于e 键稳定。键稳定。2.5.1 烷烃烷烃C1C4气态气态C5C16液态液态C17以上以上固态固态直链烷烃直链烷烃常温、常压常温、常压(0.1MPa)(0.1MPa) （1）状态）状态 同数碳烷烃，支链同数碳烷烃，支链 沸点沸点 。CH3CH2CH2CH2CH3(CH3)2CHCH2CH3(

21、CH3)4C36.1 C.27.9 C.9.5 C.（2） 沸点沸点（b.P.） 直链烷烃，碳数直链烷烃，碳数 则沸点则沸点 。CH4(-161.6)(-88.6)b.p 73C.(68.9)(36.1)b.p 32.8 C.b.p 19.3 C.(216.2)(235.5)M1 倍M1 / 5M1 / 12C2H6C5H12C6H14C12H26C13H28（3）熔点（）熔点（m.p.） 碳数碳数 ， 则熔点则熔点 。C3以后以后含含偶数偶数C，m.p的的多；多；含含奇数奇数C，m.p的的少。少。从而形成了从而形成了“偶上奇下偶上奇下”两条曲线。两条曲线。对称性逐渐增高对称性逐渐增高熔点逐渐

22、增大熔点逐渐增大新戊烷新戊烷 正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH2-CH2-CH3CH3CH3-CH-CH2-CH3mP：-17 -130 -160 同数碳异构体：同数碳异构体：支链支链 熔点熔点 ; 对称性对称性 熔点熔点 。（5）溶解性）溶解性烷烃烷烃，但易溶于非极性有机溶剂。，但易溶于非极性有机溶剂。（4）相对密度相对密度碳数碳数 ，则则相对密度相对密度 ，最后近于，最后近于0. 80 相同碳原子数的烷烃，支链增多，相对密度降低相同碳原子数的烷烃，支链增多，相对密度降低。状态状态C3C4气态气态C5开始开始液态液态熔点熔点沸点沸点相对密度相对密度

23、溶解性溶解性 不溶于水不溶于水比相应的烷烃高比相应的烷烃高 （1）正丁烷和异丁烷 （2）正辛烷和2,2,3,3-四甲基丁烷 （3）庚烷、2-甲基己烷和3,3-二甲基戊烷2.6 2.6 烷烃和环烷烃的化学性质烷烃和环烷烃的化学性质2.6.1 2.6.1 烷烃的化学性质烷烃的化学性质2.6.1.1 2.6.1.1 自由基取代反应自由基取代反应CH4+Cl2CH3Clh+HClCH2Cl2+Cl2h+HClCH3ClCHCl3CH2Cl2+ Cl2h+HClCCl4CHCl3+ Cl2h+HCl卤化反应：烷烃分子中的氢原子被卤素取代的反应。卤化反应：烷烃分子中的氢原子被卤素取代的反应。注意：得到混合

24、物，控制条件，可使某一种产物占主要。注意：得到混合物，控制条件，可使某一种产物占主要。合成上无价值，重要性在于机理的研究。合成上无价值，重要性在于机理的研究。 实验事实实验事实：混混合合物物在在黑黑暗暗中中长长期期保保存存，不不反反应应。CH4、Cl2经光照后CH4Cl2与混合合，也也不不反反应应。经经光光照照后后，迅迅速速在在黑黑暗暗中中与与甲甲烷烷Cl2混混合合，反反应应立立即即发发。实验事实告诉我们：实验事实告诉我们： 烷烃的卤代反应是从烷烃的卤代反应是从Cl2的光照开始的。的光照开始的。链引发：Cl：ClhClCl+生成活泼质点链增长：Cl+CH3HHCl+CH3CH3+Cl2CH3C

25、l+ClCH3Cl+ClHCl+CH2ClCH2Cl+Cl2CH2Cl2Cl+原有的活泼质点消失，生成新的活泼质点。链终止：ClCl+Cl2CH3+ ClCH3Cl活泼质点消失。波波谱谱研研究究表表明明：烷烷基基自自由由基基的的SP2杂杂化化。中中心心碳碳原原子子为为C CSP2 这就是说：由这就是说：由CH4转化为转化为CH3Cl，碳原子的杂化方式碳原子的杂化方式也发生了变化。也发生了变化。 CH4ClCH3Cl2CH3ClSP3SP2SP3HHHHHHHHClClHHH反 应 物过 渡 状 态中 间 体 烷烃 卤素 中间体 光照或加热卤代反应中卤代反应中X2的相对活性的相对活性 (1)+C

26、H4HX +CH3(2)CH3+ X2CH3X+- 130.0- 107.0+ 4.0+ 71.0+ 138.0- 297.0- 100.0- 84.0最易易难关键步骤 X XF Cl Br IKj/mol直接直接F化的反应过于剧烈，生成大量热，破坏产物降低产率，化的反应过于剧烈，生成大量热，破坏产物降低产率，难于控制，因此，氟代烷用这个方法制取。难于控制，因此，氟代烷用这个方法制取。I化反应是吸热过程，不利于进行，同时生成的化反应是吸热过程，不利于进行，同时生成的HI是还原剂，是还原剂，可使碘代烷还原为原来的烷烃。可使碘代烷还原为原来的烷烃。反应活性：反应活性：F2 Cl2 Br2 I2卤代

27、反应的选择性卤代反应的选择性 CH3CH2CH2CH3Br2h 正丁基溴仲丁基溴2 %98 %CH3CH2CH2CH3C Cl l2 2h 正正丁丁基基氯氯仲仲丁丁基基氯氯2 28 8 % %7 72 2 % %CH3CHCH3Br2h 异丁基溴叔丁基溴CH31 %99 %CH3CHCH3C Cl l2 2h 异异丁丁基基氯氯叔叔CH3丁丁基基氯氯6 64 4 % %3 36 6 % %卤代反应活性卤代反应活性ClBr，反应选择性，反应选择性BrCl卤代反应的取向卤代反应的取向 反反应应活活性性。3 3 H H2 2 H H1 1 H H自由基的稳定性自由基的稳定性各类各类CH键的离解能：键的

28、离解能： X+HRHX +R键的离解能决定了反应的难易CH3CH2CHCH2CH3CH2CH2CH2CH3CH2CHCH3HH410.3 kj/mol1自由基2自由基397.7 kj/mol不易生成稳定性差较易生成稳定性较好H410.3 kj/mol1自由基3自由基389.4 kj/mol不易生成稳定性差CH3CCH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CCH3CH3H容易生成稳定性好3。2。1。CCCCH3易难 3 2 1结结论论：自由基的相对稳定性 2.6.1.2 氧化反应：氧化反应： 1 1、完全氧化、完全氧化2 2、部分氧化、部分氧化RCH2CH2R+O2MnO2。RCOOH + RCO

29、OH110 C+.2.6.1.3 裂解与异构反应裂解与异构反应。CH3CH2CHCH3+500 CCH4C2H6.C3H6+C2H49095 C。CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3AlCl32.6.2.1 2.6.2.1 与烷烃类似的性质与烷烃类似的性质 1. 1. 卤代反应：卤代反应： 2. 2. 氧化反应：氧化反应： KMnO4不不反反应应可可与与烯烯烃烃或或炔炔烃烃区区别别开开来来。+X2hX(X = Cl、Br)2.6.2.2 与烯烃类似的性质与烯烃类似的性质 小环烷烃的加成小环烷烃的加成 1. 加加H2： + + H H2 2N Ni iN Ni iP Pt t。C CH H3 3C CH H2 2C CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2C CH H2 2C CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH