有机化学第二章饱和烃烷烃

有机化学第二章饱和烃烷烃1第一页，共四十页，2022年，8月28日只有碳氢两种元素的原子组成的化合物叫碳氢化合物,简称烃。烃是化学人造字：碳中之火加氢中之组合而成。烃为碳氢的谐音)。烃是最基本的有机化合物,习惯上把它们看成是有机化合物的母体。火+=烃在烷烃分子中,碳原子与氢原子的结合已达到了最高限度,不能再增加了,故烷烃又叫饱和烃。前言2第二页，共四十页，2022年，8月28日烃的分类：3第三页，共四十页，2022年，8月28日

2.1同系列与同分异构一、烷烃的同系列烷烃是碳氢化合物,我们以H-H为起点，依次插入CH2可以导出所有的烷烃：同系列：具有相同的通式，结构相似，组成上相差CH2及其整数倍，化学性质也相似，物理性质随碳数的增加有规律地变化的化合物系列。组成上的差叫同系差

烷烃的通式:CnH2n+2同系物：同系列中的各化合物互为同系物。………甲烷乙烷丙烷4第四页，共四十页，2022年，8月28日同系列的提出为我们学习有机化学提供了方便，对于同一类化合物，我们只要研究其中几个典型代表就可推知其他化合物的性质。二、烷烃的同分异构－构造异构现象同分异构（构造异构）：是指分子式相同，分子中的原子的成键顺序或连接顺序不同。构造：指分子中原子互相连接的方式和次序。顺反异构对映异构5第五页，共四十页，2022年，8月28日对于烷烃的构造异构，实质上是碳架异构，即分子式相同，碳架不同。CC-C-C-C-CC-C-C-CC-C-CCC戊烷（正戊烷）2-甲基丁烷（异戊烷）2,2-二甲基丙烷(新戊烷)碳原子、氢原子的分类：1oC2oC3oC4oC1oH2oH3oH一级二级三级四级伯仲叔季6第六页，共四十页，2022年，8月28日一、普通命名法2.2烷烃的命名1.直链的烷烃（没有支链）叫做“正某烷”1-10个碳的烷烃用甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸表示，10以后用大写数字表示，十一、十二、……。2.

含支链的烷烃为区别异构体，用“正(normal,n-)”(直链)、“异(iso,i-)”(一末端有两个甲基)、“新(neo)”(季碳)等词头表示。CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3CH3-C-CH2-CH3CH3CH3CH3-C-CH2-CH2-CH3CH3正己烷异己烷新己烷7第七页，共四十页，2022年，8月28日烷基1.烷基的命名烷基词头：正n–(normal),仲s–(second),异i–(iso–),叔t–(tertio–),新neo–(neo–)。烷烃—去掉一个H生成的一价原子团叫烷基R—,CnH2n+1—去掉两个H生成的二价原子团叫亚某基

—去掉三个H生成的三价原子团叫次某基亚甲基亚乙基次甲基8第八页，共四十页，2022年，8月28日注意异丁基与仲丁基的区别注意叔戊基与新戊基的区别9第九页，共四十页，2022年，8月28日二、系统命名法说明：IUPAC命名法与系统命名法并不等同。IUPAC命名法:是国际纯粹与应用化学联合会(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry,简称IUPAC)制定的命法。系统命名法:是中国化学会(CCS：Chinesechemicalsociety)根据IUPAC的命名原则，结合我国文字特点所制定的命名法。在系统命名法中：1.直链烷烃的命名与普通命名法相同,前面不需要“正字”。2.支链烷烃的命名分“三步曲(选主链,编号,命名)”，命名遵循“最长、最近、最多、最小”和“次序规则”。具体步骤如下：10第十页，共四十页，2022年，8月28日“三步曲”：选主链:选择最长碳链作为主链，其它侧链作为取基。

如果主链一样长，选含支链最多的为主链。11第十一页，共四十页，2022年，8月28日编号:从最靠近取代基的一端起依次给主链碳原子编号。4－甲基－3－乙基庚烷最低系列法：当取代基相同且取代基编号相同时,使取代基编号的和最小。因2+3+5小于2+4+5，故取黑色方向编号为主链。2,3,5－三甲基己烷12第十二页，共四十页，2022年，8月28日当取代基不同且取代基离端基等距时，编号遵守“次序规则”，以“较小”基团的基端开始编号。（先小后大）。2－甲基－5－氯己烷次序规则(1)

原子序数小的为”较小”基团I>Br>P>O>N>C>H,同位数D>H(2)

如第一个原子相同,比较与第一个原子相连的其它原子原子序数。<<<13第十三页，共四十页，2022年，8月28日例如：4-丙基-6-异丙基壬烷丙基：第一层原子：C；第二层次原子：C、H、H。异丙基：第一层子：C；第二层次原子：C、C、H。结论：“较小”基团为丙基14第十四页，共四十页，2022年，8月28日命名:化合物名称的书写—“取代基位次”+“取代基名称”+“母体名称”。书写规则：1）相同取代基合并,数目用汉文数字二、三...表示；2）取代基位号用阿拉伯数字表示；3）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；4）阿拉伯数字之间必须用逗号分开。5)

中文名称按基团次序规则，较小的基团列在前2，2，4—三甲基—3—乙基戊烷

15第十五页，共四十页，2022年，8月28日2-甲基-5-（1，1-二甲基丙基）癸烷16第十六页，共四十页，2022年，8月28日

2.3烷烃的结构1

烷烃的结构特征(1)碳原子都是以SP3杂化轨道成,呈四面体结构(2)

各个碳都是四面体构型，每个键键角约为10928(3)分子中的化学键都是σ键，σ键可自由旋转，稳定C—C键的平均键长为154pm(0.154nm)，C—H键的平均键长为107pm(0.107nm)1874年，范特霍夫(VantHoff.J.H)和勒贝尔(LeBel,J.A)分别提出碳四面体构型学说，C原子的四面体概念凯库勒模型(球棒模型)斯陶特模型(比例模型)17第十七页，共四十页，2022年，8月28日2碳原子的sp3杂化C原子基态电子排布：有2个未成对电子，应该是二价的，但碳原子实际上是四价的。是因为碳原子轨道发生了杂化。所谓杂化：“能量相近的原子轨道可以在原子内部进行混合组成新的轨道—杂化轨道”。

____P.Ｌ.Pauling(1931)杂化轨道理论用以解释：为什么基态下外层只有两个未成对电子的碳原子在有机化合物中总是保持四价，且在烷烃分子中还具有四面体的构型。18第十八页，共四十页，2022年，8月28日激发杂化杂化过程：2s轨道的能量与2p较接近,2s上的1个电子可以激发到2pz空轨道上。激发态的碳原子有4个单电子，但轨道能量不等。杂化形成4个能量相等的新轨道sp3轨道19第十九页，共四十页，2022年，8月28日杂化轨道的特征(1)

形成四个完全等同的sp3杂化轨道。每个sp3轨道，各含1/4s成份，3/4p成份。(2)

这些轨道具有最佳的空间取向，(指向正四面体的顶点，彼此间的夹角为109°28’，保持了最大程度的远离)。(3)杂化轨道具有更强的方向性(负瓣减弱,正瓣加强,增强了成键的能力)。20第二十页，共四十页，2022年，8月28日3烷烃分子的形成+sp3ssp3-s++6+sp3sp3-sp3sp321第二十一页，共四十页，2022年，8月28日σ-键:形成:由原子轨道头碰头重迭而形成.特征:电子云沿键轴呈圆柱状对称分布，成键两原子可围绕键轴自由旋转不会影响电子云密度的分布。4

烷烃分子构型的表示构型：指具有一定构造的化合物分子中的原子在空间的排列形式。构造：指分子中的原子相互连接的顺序及方式。甲烷分子的楔形式乙烷分子的楔形式简言之:楔前、虚后、实平面。22第二十二页，共四十页，2022年，8月28日所谓直链烷烃，碳链并非是直的，只是它不含侧链而已。≥C3的直链烷烃固态时碳链呈锯齿状，气态、液态下由于围绕σ-键的旋转而呈多种不规则的形状：戊烷的多种不规则形状23第二十三页，共四十页，2022年，8月28日2.4丁烷和乙烷的构象构象：指具有一定构型的化合物分子中的原子或基团,由于围绕碳–碳单键的旋转而产生的在空间的不同排列式。1乙烷的构象交叉式重叠式凯库勒模型锯架(透视)式纽曼(投影)式凯库勒模型HHHHHHHHHHHH24第二十四页，共四十页，2022年，8月28日能量分析：2H之间的距离：0.250nm0.229nm2H原子的范德华半径之和：0.24nm交叉式：0.250nm>0.24nm无范氏张力0.229nm<0.24nm

有范氏张力重迭式：25第二十五页，共四十页，2022年，8月28日乙烷分子的构象稳定性和内能变化构象的稳定性与内能有关.内能低,稳定;内能高,不稳定。内能最低的稳定构象称优势构象。稳定性：交叉式>重叠式乙烷的优势构象是交叉式。>>扭转能：使构象之间转化所需要的能量。26第二十六页，共四十页，2022年，8月28日乙烷的构象势能图27第二十七页，共四十页，2022年，8月28日纽曼(投影)式的写法2.丁烷的构象丁烷有四种构象:全重迭式,部分重迭式,邻位交叉式,

全交叉式28第二十八页，共四十页，2022年，8月28日60度60度60度60度60度60度全交叉式部分重迭式邻位交叉式部分重迭式邻位交叉式全重迭式29第二十九页，共四十页，2022年，8月28日2丁烷各种构象的内能变化30第三十页，共四十页，2022年，8月28日相对能量：全重迭式＞部分重迭式＞邻位交叉式＞全交叉式（顺迭式）（反错式）（顺错式）（反迭式）极少极少32%68%CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3HHHHH3C顺迭式顺

错

式（1）、（2）、全重迭式邻位交叉式部分重迭式全交叉式31第三十一页，共四十页，2022年，8月28日物理性质包括：外观：状态、颜色、气味、味道。物理常数:熔点（m.p.）、沸点（b.p.）、密度（d）、折光率（nD）、比旋光度偶极矩（μ）溶解度等2、根据物理性质来分离提纯化合物1、用来鉴别化合物或判别化合物的纯度一、研究物理性质的意义2.5

烷烃的物理性质32第三十二页，共四十页，2022年，8月28日二、烷烃的物理性质1、熔点（m.p）分子熔点的高低取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度.烷烃分子之间只有极弱的色散力。(1)随分子量的增大而升高。(C1-C4不规则)。(2)

分子量相同时,分子的对称性越好,m.p越高。2、沸点（b.p）⑴、烷烃为非极性分子,一般b.p都较低⑵、随分子量的增大而升高⑶、分子量相同时,支链越多,b.p越低33第三十三页，共四十页，2022年，8月28日正、异、新、戊烷熔点、沸点的比较：b.p/℃：36289.5m.p/℃：-130-160-1734第三十四页，共四十页，2022年，8月28日3、密度：小于1。在0.466–0.812之间。4、偶极矩:分子之间只有极弱的色散力,分子没有极性或仅有极弱的极性.正烷烃的偶极矩都等于零(μ=0)。5、溶解度:不溶于水易溶于非极性溶剂,如苯、四氯化碳等。2.6

烷烃的化学性质烷烃的结构特点与反应活性：1、烷烃分子中的键强度大，键能高不易断裂。

C–—CC–—H345.6415.5（KJ/mol）2、烷烃分子中电子云密度分布均匀，因而不易接受富电子或缺电子试剂的进攻。35第三十五页，共四十页，2022年，8月28日故：烷烃化学性质不活泼，室温下与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂不发生反应。但烷烃在高温或光照下能够进行反应。1．氯代反应——(连锁反应或链式反应)产物是各种氯代甲烷的混合物氟代反应太剧烈，以爆炸式进行，难以