第二章饱和烃

1、1精品课程 Organic Chemistry有机化学教研室有机化学教研室云南大学化学科学与工程学院云南大学化学科学与工程学院第二章第二章 饱和烃饱和烃(3学时学时)2n1 1掌握烷烃的同分异构和命名方法掌握烷烃的同分异构和命名方法n2 2掌握乙烷、丁烷的异构现象及其优掌握乙烷、丁烷的异构现象及其优 势构象势构象n3 3了解烷烃的物理性质及其变化规律了解烷烃的物理性质及其变化规律n4 4熟悉烷烃的化学反应类型及卤代反熟悉烷烃的化学反应类型及卤代反 应机理。应机理。 目的要求目的要求 ：31 烷烃的同系列和同分异构现象烷烃的同系列和同分异构现象 一、一、烷烃的同系列烷烃的同系列二、二、烷烃的同分

2、异构现象烷烃的同分异构现象三、三、碳原子和氢原子的类型碳原子和氢原子的类型4C Cn nH H2n+22n+2烃烃环状烃环状烃饱和烃饱和烃不饱和烃不饱和烃脂环烃脂环烃芳烃芳烃开链烃开链烃CH4CH2CH3CH3CH3CH2CH3CH2CH2一、烷烃的同系列一、烷烃的同系列1 1、分类：、分类： 1 1 烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象 烷烃：烷烃：5一、烷烃的同系列一、烷烃的同系列1 1 烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象 6 凡是具有同一个通式，结构相似，化学性质也凡是具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，物理性质则随碳原子数的增加而有规律地变相似，

3、物理性质则随碳原子数的增加而有规律地变化的化合物系列为。化的化合物系列为。2.2.同系列：同系列：相邻同系物在组成上相差一个恒定的结构增量。相邻同系物在组成上相差一个恒定的结构增量。3.3.系差：系差：一、烷烃的同系列一、烷烃的同系列1 1 烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象 7概念概念：具有相同的分子式，而结构不同的化：具有相同的分子式，而结构不同的化合物互称同分异构体。合物互称同分异构体。1 1 烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象 二、同分异构现象二、同分异构现象结构：结构：分子中原子间相互连接的方式和次序，以分子中原子间相互连接的方式和次序，以及原子或

4、基团在空间的相对位置。及原子或基团在空间的相对位置。81 1 烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象 二、同分异构现象二、同分异构现象91 1 烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象 二、同分异构现象二、同分异构现象10COOHHCH3OHCOOHHH3CHOHOOCCHOHCH3立体异构立体异构11CH3CHCH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH2CH2CH3CH3CH32. 2. 推算简单烷烃的同分异构体（推算简单烷烃的同分异构体（C C7 7H H1616） 写出此烷烃的最长直链式。写出此烷烃的最长直链式。CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHC

5、H2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3 再写少一个再写少一个C C原子的直链，另一个原子的直链，另一个C C作为取代基。作为取代基。 再写少二个再写少二个C C原子的直链，另二个原子的直链，另二个C C作为取代基。作为取代基。CH3CHCH2CHCH3CH3CH3CH CHCH2CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3CH3CH3C2H5CH3CH2CCH2CH3CH3CCH2CH2CH3CH3CH3CH3CH31 1 烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象 二、同分异构现象二、同分异构现象12CH3CCH3CH3CHCH3CH3 类推，再写少三个类推，再写少三个C

6、C原子的直链。原子的直链。不重复的只能写出不重复的只能写出9 9个个1 1 烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象 二、同分异构现象二、同分异构现象13伯碳：伯碳：又称第一碳，用又称第一碳，用11表示，表示， 与一个与一个C C原子直接相连。原子直接相连。 仲碳：仲碳：又称第二碳，用又称第二碳，用22表示，表示， 与二个与二个C C原子直接相连。原子直接相连。 叔碳：叔碳：又称第三碳，用又称第三碳，用33表示，表示， 与三个与三个C C原子直接相连。原子直接相连。 季碳：季碳：又称第四碳，用又称第四碳，用44表示，表示， 与四个与四个C C原子直接相连。原子直接相连。CH3CH2

7、CH2CH2CH31。2。1。2。2。CH3CCH3CH3CHCH3CH33。4。1。1。1。1。1。1 1 烷烃的同系列及同分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象 3. 3. 碳原子的类型碳原子的类型 二、同分异构现象二、同分异构现象14一、普通命名法一、普通命名法 烷烃的命名烷烃的命名二、烷基的系统命名法二、烷基的系统命名法三、系统命名法三、系统命名法( (重点重点) )15一、普通命名法一、普通命名法1.1.直链的烷烃（没有支链）叫做直链的烷烃（没有支链）叫做“正某烷正某烷”。 用甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸表用甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸表示，十以后用大写数字表示，十

8、一、十二、示，十以后用大写数字表示，十一、十二、烷烃的命名烷烃的命名一、普通命名法一、普通命名法CH4 甲烷CH3CH2CH2CH3 正丁烷CH3（CH2）10CH3 正十二烷162. 2. 含支链的烷烃含支链的烷烃 为区别异构体，用为区别异构体，用“正正”、“异异”、“新新”等词头等词头表示。表示。一、普通命名法一、普通命名法2 烷烃的命名烷烃的命名正戊烷正戊烷“正正”：表示直链：表示直链异戊烷异戊烷“异异”：表示含：表示含CH3CHCH3新戊烷新戊烷“新新”：表示含：表示含CH3CCH3CH3171.1.烷基的命名烷基的命名 烷基用烷基用R R表示，通式：表示，通式：C Cn nH H2n

9、+12n+1。 乙基：乙基：CHCH3 3CHCH2 2- (Et)- (Et)甲基：甲基：CHCH3 3- (Me)- (Me)；丙基：丙基：CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2-(n-Pr) -(n-Pr) 丁基：丁基：CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2- (n-Bu) - (n-Bu) 还要掌握：还要掌握：异丙基、异丙基、异丁基、仲丁基、叔异丁基、仲丁基、叔丁基、异戊基、新戊丁基、异戊基、新戊基、叔戊基等基、叔戊基等。 二、烷基的系统命名法二、烷基的系统命名法2 烷烃的命名烷烃的命名二、烷基的系统命名法二、烷基的系统命名法18二、烷基的系统命名法二、烷基的系统

10、命名法2 烷烃的命名烷烃的命名192 烷烃的命名烷烃的命名三、烷烃的系统命名法三、烷烃的系统命名法( (重点重点) )20三、烷烃的系统命名法三、烷烃的系统命名法2 烷烃的命名烷烃的命名21c. c. 含有双键和叁键的基团，可以认为连有两个或叁个含有双键和叁键的基团，可以认为连有两个或叁个相同的原子相同的原子 。 C=OCOO - -OH OH -CHO -CHO -CH -CH2 2OH OH a a 原子序数大的为较优基团：原子序数大的为较优基团：IBrClSPONCDH b b第一个原子相同，按原子序数大小比较第二原子：第一个原子相同，按原子序数大小比较第二原子： (CH3 3)2 2C

11、HCH2 2-CH3 3CH2 2CH2 2CH2 2- CH3 3CH2 2- CH3 3-CH3CHCH2CH2CH2CHCH3CH2CH2ClF次序规则：次序规则：三、烷烃的系统命名法三、烷烃的系统命名法2 烷烃的命名烷烃的命名22取代基取代基名名 称称位次和基之位次和基之间用短线连间用短线连接接母体母体名称名称表示取表示取代基的代基的位次位次 2 2，3 3，77三甲基三甲基66乙基辛烷乙基辛烷 2 烷烃的命名烷烃的命名三、系统命名法三、系统命名法取代基取代基数数 目目23CH3CHCH2CH3CH2CH32-乙基丁烷33甲基戊烷甲基戊烷1. 1. 下列化合物的系统命名法中哪些应予以改

12、正下列化合物的系统命名法中哪些应予以改正 课堂练习课堂练习 CH3CHCH2CHCH32,4-2甲基戊烷CH3CH32,42,4二甲基戊烷二甲基戊烷CH3CH2CH（CH2）7CH33-甲基11烷CH33甲基十一烷甲基十一烷2 烷烃的命名烷烃的命名三、系统命名法三、系统命名法24CH3CH2CH2CCH2CH2CH34-二甲基庚烷CH3CH3CH3CH2CH2CH-CHCH2CH2CH35-甲基-4-乙基辛烷CH3CH2CH3CH3CH2CH2CHCH2CH2CH34-丙基庚烷CHCH3CH34 ,44 ,4二甲基庚烷二甲基庚烷44甲基甲基55乙基辛烷乙基辛烷44异丙基庚烷异丙基庚烷CH3CH

13、2CH-CHCH2CH33,4- 二异丙基已烷CHCH3CH3CH3CHCH32,52,5二甲基二甲基3,43,4二乙基已烷二乙基已烷三、系统命名法三、系统命名法( (重点重点) )2 烷烃的命名烷烃的命名25烷烃的分子结构烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构一、甲烷的分子结构二、乙烷和丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象26烷烃的分子结构烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构一、甲烷的分子结构 1. 甲烷的构型甲烷的构型 HCHHH109。280.109nm一、一、C原子的四面体概念原子的四面体概念 Stuart模型模型Kekule模型模型272Pz2Py2Px2S2P2S激发杂化SP32. C2. C原子

14、的原子的spsp3 3杂化杂化 C C的电子构型：的电子构型：1S1S2 22S2S2 22P2P2 2 烷烃的分子结构烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构一、甲烷的分子结构 28烷烃的分子结构烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构一、甲烷的分子结构 293 3、键：沿键轴旋转，它的形状和位相符号不变。键：沿键轴旋转，它的形状和位相符号不变。 烷烃的分子结构烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构一、甲烷的分子结构 30特点：特点： 电子云沿键轴近似于圆柱形对称分布。电子云沿键轴近似于圆柱形对称分布。 成键的两个原子可以围绕键轴旋转，而不影成键的两个原子可以围绕键轴旋转，而不影响电子云的分布。响电子云的分布。

15、烷烃的分子结构烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构一、甲烷的分子结构 314.4.用立体形状的楔形式表示用立体形状的楔形式表示HCHHHCHCH表示伸向纸的后方表示伸向纸的后方表示伸向纸的前方表示伸向纸的前方返回返回烷烃的分子结构烷烃的分子结构一、甲烷的分子结构一、甲烷的分子结构 32二、乙烷和丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象 33( (一一) )、乙烷的构象、乙烷的构象 二、乙烷和丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象 构象构象(Conformation)：由单键旋转而产生的分子中由单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34(一)、乙烷的构象 1.1.构象的表示

16、构象的表示透视式：这种表示，每根透视式：这种表示，每根键都看得很清楚，但相对键都看得很清楚，但相对位置不清楚。位置不清楚。 重叠式交叉式扭曼式：这种表示，键的扭曼式：这种表示，键的相对位置比较清楚。相对位置比较清楚。 重叠式交叉式二、乙烷和丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象 352.2.重叠式与交叉式重叠式与交叉式 重叠式：所有的重叠式：所有的H H原子都重叠在一起，靠的近，原子都重叠在一起，靠的近，H H与与H H原子的电子云排斥，内能高是不稳定的构象。原子的电子云排斥，内能高是不稳定的构象。 ( (一一) )、乙烷的构象、乙烷的构象 二、乙烷和丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象 HHHHHHHHH

17、HHH透视式：透视式：投影式：投影式：36 交叉式：交叉式：H H与与H H原子交叉相隔原子交叉相隔6060，距离较远，距离较远，拆力小，内能低，是较稳定的构象。拆力小，内能低，是较稳定的构象。( (一一) )、乙烷的构象、乙烷的构象 二、乙烷和丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象 HHHHHHHHHHHH透视式：透视式：投影式：投影式：37 构象的稳定性与内能有关。内能低，构象的稳定性与内能有关。内能低，稳定；内能高，不稳定。稳定；内能高，不稳定。 内能最低的构象称内能最低的构象称优势构象优势构象。 3、构象的稳定性、构象的稳定性( (一一) )、乙烷的构象、乙烷的构象 二、乙烷和丁烷的构象二、乙

18、烷和丁烷的构象 384. 4. 乙烷分子的位能变化曲线图乙烷分子的位能变化曲线图 (一)、乙烷的构象 二、乙烷和丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象 对位交叉式为优势构象对位交叉式为优势构象 39返回二、乙烷和丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象 丁烷可看成是丁烷可看成是1,2-二甲基乙烷，沿二甲基乙烷，沿C2，C3旋转，产生各种构象，典型构象有四种。旋转，产生各种构象，典型构象有四种。( (二二) )、正丁烷的构象、正丁烷的构象 40反交叉式CH3HHCH3HH全重叠式CH3HHCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHCH3HH部分重叠式顺交叉式1. 1. 四种特殊形式四种特殊形式 ( (二二) )、正

19、丁烷的构象、正丁烷的构象 二、乙烷和丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象 412. 2. 正丁烷分子的位能变化曲线图正丁烷分子的位能变化曲线图(P.18(P.18图图2-7) 2-7) ( (二二) )、正丁烷的构象、正丁烷的构象 二、乙烷和丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象 42 3. 3. 构象的稳定性比较构象的稳定性比较 ： 对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式全重叠式部分重叠式全重叠式( (二二) )、正丁烷的构象、正丁烷的构象 二、乙烷和丁烷的构象二、乙烷和丁烷的构象 43 烷烃的物理性质烷烃的物理性质44一、烷烃的物理性质一、烷烃的物理性质1.1.物质状态：物质状态： 常温

20、常压下，常温常压下，1414个个C C原子的烷烃为气体；原子的烷烃为气体； 516516个个C C的烷烃为液体；的烷烃为液体； 1717以上以上C C原子的烷烃为固体。原子的烷烃为固体。2.2.沸点（沸点（b.pb.p）：）： 直链烷烃：直链烷烃的沸点随着分子量直链烷烃：直链烷烃的沸点随着分子量的增加，而有规律地升高。的增加，而有规律地升高。烷烃的性质烷烃的性质 支链烷烃支链烷烃: :相同相同C C原子的烷烃，支链愈多沸原子的烷烃，支链愈多沸点愈低。点愈低。 453.3.熔点（熔点（m.pm.p）一、烷烃的物理性质一、烷烃的物理性质烷烃的性质烷烃的性质直链烷烃的熔点随着分子量的增加而升高。直链

21、烷烃的熔点随着分子量的增加而升高。4. 4. 密度密度 直链烷烃的密度随着分子量的增加而逐渐直链烷烃的密度随着分子量的增加而逐渐增大，但比水轻。增大，但比水轻。 5. 5. 溶解度溶解度 烷烃不溶于水和其它极性较强的溶剂。烷烃不溶于水和其它极性较强的溶剂。 烷烃溶于苯、乙醚和氯仿等非极性溶剂。烷烃溶于苯、乙醚和氯仿等非极性溶剂。 465 5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 一、稳定性一、稳定性 三、卤代反应三、卤代反应 二、燃烧和氧化反应二、燃烧和氧化反应 47一、稳定性一、稳定性 5 5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 48二、燃烧和氧化反应二、燃烧和氧化反应 1. 1. 完全氧化：产物是二氧化

22、碳和水。完全氧化：产物是二氧化碳和水。 5 5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 2. 2. 不完全氧化不完全氧化CH4+O2COH221/2+ O2RH120150锰盐RCOOH(RR）3. 3. 催化氧化催化氧化495 5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 1. 1. 甲烷的氯代甲烷的氯代 三、卤代反应三、卤代反应 CH4+ Cl2HClCH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4+光25+甲烷甲烷ClCl2 2 主产物主产物 101 101 一氯甲烷一氯甲烷 1 4 1 4 四氯甲烷四氯甲烷CH4+ Cl2强光CCl4HCl4+50 2. 2. 其它烷烃的氯代反应其它烷烃的氯代反应 伯、仲、叔氢原子

23、的反应活性伯、仲、叔氢原子的反应活性 三、卤代反应三、卤代反应 + Cl2HCl+CH3CH3光CH3CH2Cl25+ Cl2+CH3CH2CH3光CH3CH2CH2ClCH3CHCH3Cl57%43%氯代反应氢原子的反应活性：叔氯代反应氢原子的反应活性：叔H H 仲仲H H 伯伯H H（541541）5 5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 25+ Cl2+光36%64%CH3CHCH3CH3CH3CClCH3CH3CH2ClCHCH3CH336%64%513. 3. 烷烃与其它卤素的取代反应烷烃与其它卤素的取代反应+CH3CH2CH2CH32%98%Br2127CH3CH2CH2CH2BrCH

24、3CHCH2CH3Br 溴代反应氢原子的反应活性：溴代反应氢原子的反应活性： 叔叔H H 仲仲H H 伯伯H H（16008211600821） 卤素的反应活性：卤素的反应活性：F F2 2 ClCl2 2 BrBr2 2 I I2 2三、卤代反应三、卤代反应 2-5 2-5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 52Cl2Cl2242.5 KJ/mol+HH3CCH3H435.1 KJ/molCH4+HCl +ClCH3+Cl2ClCH3CH3Cl+HCl +Cl2+HClH2CClCH2Cl2CH2ClCH2Cl+Cl4 4、卤代反应的历程、卤代反应的历程链的引发阶段链的引发阶段 链的增长阶段链的

25、增长阶段 三、卤代反应三、卤代反应 2-5 2-5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 53+HCl +Cl2+HCl2HCClCHCl3CHCl2+ClCHCl2+HCl +Cl2+HCl3CClCCl4+ClCCl3CCl3+Cl2+CH3CH3ClCH3ClCH3CH3Cl+CH3Cl4 4、烷烃的氯代反应历程、烷烃的氯代反应历程 链的终止：链的终止： 三、卤代反应三、卤代反应 54断裂键需吸收的能量：断裂键需吸收的能量： 435.1 + 242.5 = 677.6 KJ/mol (H 435.1 + 242.5 = 677.6 KJ/mol (H 0)0) 形成键放出的能量：形成键放出的能量

26、： - -（431.0 + 351.5 = -782.5KJ/mol (H 431.0 + 351.5 = -782.5KJ/mol (H 0)0)反应热反应热 H = 677.6 - 782.5 = -104.9 KJ/molH = 677.6 - 782.5 = -104.9 KJ/mol+ClCH3HClH3CClH+Cl 435.1 242.5 351.4 431.0 435.1 242.5 351.4 431.0 三、卤代反应三、卤代反应 5 5、甲烷氯代反应的能量变化、甲烷氯代反应的能量变化 键能键能(KJ/mol)(KJ/mol)556 6、烷烃对卤代反应的相对、烷烃对卤代反应的相对活性与烷基自由基的稳定性活性与烷基自由基的稳定性 1).1).游离基和稳定性