饱和烃(烷烃和环烷烃)

1、第第 2 章章 饱和烃饱和烃烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构烷烃和环烷烃的通式和构造异构2.1.1烷烃和环烷烃的通式烷烃和环烷烃的通式：烷烃烷烃 CnH2n+2; 环烷烃环烷烃CnH2n+2同系列同系列: 这种具有同一通式这种具有同一通式,组成上相差组成上相差 CH2 及其整倍数的一系列化合物，称为及其整倍数的一系列化合物，称为同系列。同系列。同系列中的各化合物互为同系列中的各化合物互为同系物同系物。CH2 称为同系列的称为同系列的系差系差。2.1.2 烷烃和环烷烃的构造异构烷烃和环烷烃的构造异构构造异构：分子式相同而构造不同的化合物，构造异构：分子式相同而构造不同

2、的化合物，称为构造异构体。称为构造异构体。从丁烷开始有同分异构体：从丁烷开始有同分异构体： 正丁烷异丁烷正丁烷异丁烷 Bp-0.5 C Bp-11.73 CCH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH3 CH3CH(CH3)2CH3CH2CH2CH3 HCCHHCHCHHHHHHHCCHHCHHCHHHHH 同分异构体的推导：同分异构体的推导：写出最长链：写出最长链： 写出少一个碳原子的直链，把一个碳当写出少一个碳原子的直链，把一个碳当支链，找出可能的异构体支链，找出可能的异构体写出少二个碳原子的直链，把二个碳当写出少二个碳原子的直链，把二个碳当两个支链，或一个支链，找出可能的异两个支链，或一

3、个支链，找出可能的异构体构体CCCCCC CCCCCC CCCCCC CCCCCC CCCCCC 环烷烃的构造异构以C6H12为例：可构成六元环、五元环、四元环、三元环:同分异构同分异构（ 1 ）构造异构）构造异构1 ）碳架异构）碳架异构2 ）位置异构）位置异构3 ）官能团异构）官能团异构（ 2 ）立体异构）立体异构1 ）构象异构）构象异构2 ）构型异构）构型异构习题习题 2.2 下列哪些化合物是同一化合物下列哪些化合物是同一化合物?哪些哪些是构造异构体是构造异构体?(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.2 烷烃和环烷烃的命名烷烃和环烷烃的命名2.2.1伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔伯、仲

4、、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子氢原子只与一个碳原子相连的碳原子称为伯碳只与一个碳原子相连的碳原子称为伯碳原子，又称为一级碳原子，用原子，又称为一级碳原子，用 1 表示。表示。与两个碳原子相连的碳原子称为仲碳原与两个碳原子相连的碳原子称为仲碳原子，又称为二级碳原子，用子，又称为二级碳原子，用 2 表示。表示。与三个碳原子相连的碳原子称为叔碳原与三个碳原子相连的碳原子称为叔碳原子，又称为三级碳原子，用子，又称为三级碳原子，用 3 表示。表示。与四个碳原子相连的碳原子称为季碳原与四个碳原子相连的碳原子称为季碳原子，又称为四级碳原子，用子，又称为四级碳原子，用 4 表示。表示。与伯、仲、叔碳原子相连

5、的氢原子，分别称为与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子。伯、仲、叔氢原子。例标出下列化合物中的伯、仲、叔、季碳原子，例标出下列化合物中的伯、仲、叔、季碳原子，并指出有多少伯、仲、叔氢原子？并指出有多少伯、仲、叔氢原子？CH3CH2CHCH3CHCH3CH3CH3CCH2CHCH3CH3CH3CH3CH3CH2CHCH3CHCH3CH31233111ooooooo3ooCH3CCH2CHCH3CH3CH3CH3o1o1o1o1o1o242.2.2 烷基和环烷基烷基和环烷基一个烷烃和环烷烃从形式上去掉一个氢一个烷烃和环烷烃从形式上去掉一个氢原子后剩下的基团称为烷基或环烷基原子后

6、剩下的基团称为烷基或环烷基(1) 某基：某基：甲基甲基 CH3- Me乙基乙基 CH3CH2- Et（正）丙基（正）丙基 CH3CH2CH2- n-Pr（正）丁基（正）丁基 CH3CH2CH2CH2- n-Bu(2) 异某基异某基: 异丙基异丙基 (CH3)2 CH- i-Pr异丁基异丁基 (CH3)2 CHCH2- i-Bu(3) 仲某基仲某基: 仲丁基仲丁基 s-Bu CH3CH2CH CH3(4) 叔某基叔某基: 叔丁基叔丁基 (CH3)3 C- t- Bu叔戊基叔戊基环丙基, 环丁基, 环戊基, 环己基CH3CH2CCH3CH3 2.2.3烷烃的命名烷烃的命名(1)普通命名法普通命名法

7、按碳原子的数目称：甲、乙、丙、丁、戊、己、按碳原子的数目称：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸烷、十一烷、十二烷等。庚、辛、壬、癸烷、十一烷、十二烷等。直链的称为正某烷，直链的称为正某烷，碳链一端带有两个甲基的称为异某烷，碳链一端带有两个甲基的称为异某烷，有季碳原子的称新某烷，有季碳原子的称新某烷，正戊烷正戊烷CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3 异丁烷异丁烷新庚烷新庚烷 CH3CH CH2CH3CH3CH3(2)衍生命名法衍生命名法按甲烷的衍生物命名，通常选择连接烷基最多的碳原按甲烷的衍生物命名，通常选择连接烷基最多的碳原子作为母体甲烷碳原子子作为母体甲烷碳原子二甲基乙基

8、甲烷二甲基乙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷CH3CHCH3CH2CH3 CH3CHCH3CCH3CH3CH2CH3 (3)系统命名法系统命名法IUPAC 命名法命名法,国际纯化学和应用化学联合会国际纯化学和应用化学联合会中国化学会中国化学会 1980 年年“有机化学命名原则有机化学命名原则”(a) 选取含碳原子最多支链数目最多的碳链为主选取含碳原子最多支链数目最多的碳链为主链链. 例：例： CH3CCHCH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3123456(b) 主链碳原子的位次编号主链碳原子的位次编号 (1)取代基位次最小。 例：例： 3- 甲基己烷(2)小的取代基列前，相同

9、的取代基合并。小的取代基列前，相同的取代基合并。 例：例：CH3CCH2CH3CH2CH2CH3H CH3CCH3C CH2CH3CH3CH3CH2CH3 2 , 2, 3-三甲基三甲基-3-乙基戊烷乙基戊烷( 3) 烷基大小顺序烷基大小顺序(4)支链上还有取代基时，用括号中的数字或带支链上还有取代基时，用括号中的数字或带撇数字来标明：例：撇数字来标明：例： 2-甲基甲基-5,5-二二 (1,1-二甲基丙基二甲基丙基) 癸烷癸烷2 -甲基甲基-5 ， 5-二二-1 ， 1 -二甲基丙基癸烷二甲基丙基癸烷CH3CCH3CH3CH3CHCH3CH3CHCH3CHHCH3CHHCHHCH3CHHCH

10、HH Cl2 Br2 ,I2 通常不发生反应通常不发生反应2) 烷烃中各种氢的活性烷烃中各种氢的活性叔氢叔氢 仲氢仲氢 伯氢伯氢3) 自由基的稳定性自由基的稳定性叔碳自由基叔碳自由基 仲碳自由基仲碳自由基 伯碳自由基伯碳自由基 (CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3 1-氯氯-2-甲基丙烷甲基丙烷 2-氯氯-2-甲基丙烷甲基丙烷 64% 36%活性活性: 氯代时氯代时,叔叔,仲仲,伯氢在室温时的相对活性为伯氢在室温时的相对活性为5 : 4 : 1 CH3CCH3CH3Cl+ClCH2CCH3CH3HCo25Cl2, 光CH3CCH3CH3H =叔氢伯氢36/164/95.11反

11、应的选择性反应的选择性: 溴溴 氯氯 氟氟溴代反应时，叔、仲、伯氢相对活性为溴代反应时，叔、仲、伯氢相对活性为1600：82：1氯代反应因反应原料易得，在工业上得氯代反应因反应原料易得，在工业上得到广泛应用，如甲烷氯代，可生产氯甲到广泛应用，如甲烷氯代，可生产氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。(2)卤化的反应机理卤化的反应机理反应机理，是指化学反应所经历的途径或过程。反应机理，是指化学反应所经历的途径或过程。 甲烷的反应机理甲烷的反应机理1) 链引发链引发2) 链增长链增长 .Cl2hvCl:Clor. CH3+HClCH3H+.Cl CH3.+Cl2CH

12、3Cl+Cl.3) 链的终止链的终止CH3Cl+.ClCH3.CH3CH3+CH3.CH3Cl2Cl.+.Cl 2.6.2 氧化反应氧化反应1)燃烧生成燃烧生成 CO2 和水和水,(不完全燃烧时生成不完全燃烧时生成 C,CO)燃烧热燃烧热:化合物完全燃烧后放出的热量。化合物完全燃烧后放出的热量。2)在引发剂引发下可发生部分氧化，合在引发剂引发下可发生部分氧化，合成了乙酸，高级脂肪酸等产品。成了乙酸，高级脂肪酸等产品。工业上工业上,以石腊生产高级脂肪酸以石腊生产高级脂肪酸.以环十二烷生产环十二酮以环十二烷生产环十二酮.2.6.3 异构化反应异构化反应化合物由一种异构体转变为另一种异构体的反化合物

13、由一种异构体转变为另一种异构体的反应，称为异构化反应。应，称为异构化反应。在石油工业中具有重要的意义，将直链烷烃异在石油工业中具有重要的意义，将直链烷烃异构化为支链烷烃可提高汽油的辛烷值。构化为支链烷烃可提高汽油的辛烷值。(辛烷值辛烷值大大,汽油的抗爆性好汽油的抗爆性好)异辛烷异辛烷 (2,2,4-三甲基戊烷三甲基戊烷) 的辛烷值为的辛烷值为 100,正庚烷的辛烷值为正庚烷的辛烷值为 0.CH3CH2CH2CH3AlCl3,HClCH3CHCH3CH3 2.6.4 裂化反应裂化反应隔绝氧气，高温下，化合物发生键断裂的反应。隔绝氧气，高温下，化合物发生键断裂的反应。一般生成分子量更小的烷，烯和氢

14、气。如一般生成分子量更小的烷，烯和氢气。如: 催化裂化，又称催化重整，是很重要的反应。催化裂化，又称催化重整，是很重要的反应。 在裂解过程中首先因均裂产生自由基。在裂解过程中首先因均裂产生自由基。H2+CH3CHCH2Co460CH3CHCH2HH CH4+H2CCH2460oCCH3CH2CH2H 2.6.5 小环环烷烃的加成反应(1) 催化加氢催化加氢三元环更易反应+H2Ni80oCCH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CoNiH2+200(2) 加卤素加卤素+Br2BrCH2CH2CH2BrBrCH2CH2CH2CH2BrBr2+CCl4CCl4(3) 加卤化氢加卤化氢产物符合马尔科夫尼科夫规则产物符合马尔科夫尼科夫规则环的断裂发生在连接氢原子最多的碳原子和连环的断裂发生在连接氢原子最多的碳原子和连接氢原子最少的碳原子之间接氢原子最少的碳原子之间+HBr(CH3)2CHCBrCH3CH3CH3CH2CH2BrHBr+2.7 烷烃和环烷烃的主要来源和制法烷烃和环烷烃的主要来源和制法2.7.1 烷烃和环烷烃的来源烷烃和环烷烃的来源1) 天然气天然气2) 石油和石油