饱和烃优秀公开课课件

第二章饱和烃（烷烃和环烷烃）（8学时）本章基本内容：

1.饱和烃的概念、通式、构造异构

**2.烷烃和环烷烃的命名

*3.烷烃和环烷烃的结构

**

4.烷烃和环烷烃的构象

*5.烷烃和环烷烃的物理性质（自学）**6.烷烃和环烷烃的化学性质

7.烷烃和环烷烃的来源2.1基本概念1.烃：只由碳和氢两种元素组成的有机化合物称为碳氢化合物，简称烃(Tan+Qing)。(脂肪烃、脂环烃、芳香烃）（hydrocarbons）Ⅰ脂肪烃：烷烃，烯烃，炔烃；Ⅱ脂环烃：环烷烃，环烯烃，环炔烃；Ⅲ芳香烃：含芳环的碳氢化合物；2.饱和烃：碳碳单键相连的烃。6.同分异构体：具有相同分子式的不同化合物称为同分异构体。当烷烃和环烷烃中碳原子数多于4个时，有同分异构现象。CH4C2H6C3H8无异构体

甲烷，乙烷，丙烷，环丙烷无同分异构现象C3H6CH3-CH2-CH2-CH3

正丁烷CH3-CH-CH3

异丁烷CH3-CH2-CH2-CH2-CH3正戊烷CH3-CH-CH2-CH3CH3-C-CH3

CH3CH3CH3CH3异戊烷新戊烷C6H14C20H42·······················366319练习：写出庚烷的9种异构体环丁烷构造异构环戊烷构造异构练习：环己烷的构造异构；2.2烷烃和环烷烃的命名1.伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子：

伯碳原子(1º)：只与一个碳原子相联的碳原子。仲碳原子(2º)

：只与两个碳原子相联的碳原子。叔碳原子(3º)

：只与三个碳原子相联的碳原子。季碳原子(4º)

：与四个碳原子相联的碳原子。练习：3.亚烷基：烷烃分子中去掉两个氢原子后剩下的基团。环丙基环丁基环戊基环己基4.烷烃的命名：

（1）普通命名法:

甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷正戊烷异戊烷新戊烷正己烷异己烷新己烷？？正庚烷正辛烷正癸烷正壬烷正十一烷正十二烷正十三烷正二十烷（3）系统命名法（IUPAC命名法）:IUPAC命名法的原则：a.从烷烃的结构式中选取最长链的连续碳链作为主链。当含有不止一个相等的最长碳链可供选择时，一般选取包含支链最多的最长碳链做主链。如：b.将主链上的碳原子从靠近支链的一端开始编号。当主链编号有几种可能时，应选定支链具有“最低系列”的编号。最低系列：碳链以不同方向编号时，若有不止一种可能的命名系列，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为“最低系列”3，7－二甲基－4－乙基壬烷d.如果烷烃比较复杂，在支链上还有取代基时，可用带撇的数字标明取代基在支链中的位次或把有取代基的支链的全名放在括号中。2-甲基-5-1′,1′-二甲基丙基癸烷2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷练习：判断命名是否正确。2－乙基丁烷╳2，3－甲基戊烷╳4，6－二甲基－乙基庚烷╳立方烷金刚烷棱烷篮烷（二）环烷烃的命名A单环烷烃：命名方法与烷烃的命名相似。按着环上碳原子的数目，称为“环某烷”。支链作取代基处理，其名称放在“环某烷”之前。若环上有多个取代基，则编号成环碳原子。编号时，按次序规则给“较优”基团以较大的编号，且使所有取代基的编号尽可能小。环上碳原子的编号：从一个桥头碳原子开始，沿最长的桥到另一个桥头碳原子，再沿次长的桥编回到开始的桥头碳原子，最短桥上的碳原子最后编号。若环上联有支链：支链作为取代基，其所在位次即为环上碳原子的位次号，将取代基的位次和名称放在“二环”之前，得全称。二环[4,4,0]癸烷螺环烷烃：两个碳环共用的碳原子称为螺原子。命名时以“螺”字作词头。按成环碳原子总数称为“某烷”。用方括号中的阿拉伯数字，分别标明两个碳环除螺原子以外的碳原子数目。但顺序是由小环到大环，数字用圆点分开。环上碳原子编号顺序：由小环中与螺原子相邻的碳原子开始，沿小环编号，然后通过螺原子到大环。若环上有支链：支链的命名与桥环烷烃的命名相同。如：5,8-二甲基-2-乙基螺[3.4]辛烷3-甲基-9-乙基螺[5.5]十一烷2.3烷烃和环烷烃的结构1.碳原子轨道的sp3杂化：2.σ键的形成及其特性：原子轨道沿核间连线方向相互接近，形成的对键轴呈圆柱形对称的分子轨道。σ轨道上的电子称为σ电子。sp3杂化轨道形状3.环烷烃的结构与环的稳定性在环烷烃中，环越小，能量越高，体系越不稳定。环丙烷不稳定的原因是：由于成环碳原子的sp3杂化轨道未能形成最大程度交盖所致。在环丙烷中三个碳在同一平面上，碳碳夹角为60°。而碳原子以sp3杂化轨道相互交盖时，其键角应为109.5°或接近这一值。这就导致在环丙烷中碳碳σ键只能以弯曲的形式交盖，即形成弯曲键。导致环张力提高，原子轨道交盖程度降低，键稳定性下降。环己烷（六元环）最稳定，其次是环戊烷（五元环）；大环都是稳定的；小环中的环丙烷最不稳定，其次是环丁烷。环己烷分子结构包括构造、构型、构象；构造：分子内各原子间的成键顺序；具有一定构造的分子中各原子在空间的排列方式用构象、构型表示；构象：分子结构能够通过单键旋转转化的；构型：分子结构不能通过单键旋转转化的；2.4烷烃和环烷烃的构象乙烷的两种极限构象（1）乙烷的构象构象：由于σ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。透视式Newman投影式重叠式交叉式交叉式部分重叠式小于两个H的vanderwaals半径（1.2Å）之和，有排斥力交叉式扭曲式重叠式H原子间距离最远，内能较低。（最稳定）H原子间距离最小，存在较大排斥力，内能较高。（最不稳定）（2）丁烷的构象交叉式（anti）（反交叉式）部分重叠式邻位交叉式全重叠式邻位交叉式甲基间距离最远(最稳定)较不稳定较稳定甲基间距离最近（最不稳定）

正丁烷不同构象的能量曲线图（3）环己烷的构象环己烷的两种极限构象：两种构象中碳碳键角均为109.5°，无弯曲角，无环张力，体系稳定。椅式结构的能量相对更低，常温下动态平衡体系中，主要以椅式构象存在。椅式环己烷中十二个碳氢键可分为两种类型：六个为直立键或称a键。三个向上，三个向下。另六个为平伏键或称e键。三个向上斜伸，三个向下斜伸。每一个碳原子上有一个a键，有一个e键。如下图：环己烷两种构象投影式环己烷由一种椅式构象变成另一种椅式构象时，原先的a键转变为e键，原先的e键转变为a键。环己烷的一元取代物一般倾向于连在碳环的e键上，因为取代基在e键上时体系更稳定。(4)环己烷衍生物优势构象的判定环己烷一取代物以取代基处于e-键上的最稳定；5%95%含相同取代基的环己烷多元取代物最稳定的构象是e-取代基最多的构象；反式－1，2－二甲基环己烷稳定反式－1，3－二甲基环己烷顺式－1，2－二甲基环己烷顺式－1，3－二甲基环己烷稳定顺式－1，4－二甲基环己烷环上有不同取代基时，大的取代基在e-键上的最稳定；反式－1，4－二甲基环己烷稳定2.5烷烃的物理性质（自学）

有机化合物的物理性质包括：状态、密度、熔点、沸点、折射率、溶解度等。1.沸点(bp)：随烷烃相对分子量的增加，沸点升高。在碳原子数相同的异构体中，支链越多，沸点越低。2.熔点(mp)：

随烷烃相对分子量的增加，熔点升高。含偶数碳原子烷烃的熔点通常比含奇数碳原子烷烃的熔点升高较多，从而形成偶数在上，奇数在下的两条熔点曲线。同分异构体中对称性大的烷烃，熔点相对要高。3.相对密度：随烷烃相对分子量的增加，相对密度逐渐增大。烷烃的相对密度都小于1。4.溶解度：烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂。相似互溶（相似相溶）规则：结构相似的化合物，彼此互溶或易溶。5.折光率：2.6烷烃和环烷烃的化学性质

CH电负性2.52.1

烷烃和环烷烃的结构

一般情况下烷烃和环烷烃（小环烷烃除外）化学性质不活泼、耐酸碱，耐氧化、还原（常用作低极性溶剂，如正己烷、正戊烷等）。烷烃和环烷烃在一定条件下也显示一定的反应活性。sp3

杂化已饱和不能加成低极性共价键H酸性小不易被置换1.自由基取代反应：烷烃和环烷烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取代的反应。被卤素取代的反应称为卤代反应或卤化反应。A卤代反应

CH4+2Cl2C+4HCl

CH4+Cl2CH3Cl+HCl+Q强烈阳光慢射光

CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HClCH2Cl2+Cl2CHCl3+HClCHCl3+Cl2CCl4+HCl

卤素对烷烃进行卤化反应的相对活性顺序（P54）：F2>Cl2>Br2>I2

慢射光慢射光慢射光烷烃卤化反应特点：需要光或热

F2

：反应过分剧烈、较难控制Cl2

：正常（常温下可发生反应）Br2

：稍慢（加热下可发生反应）

I2

：不反应。即使反应,其逆反应易进行工业上卤代烷合成反应的用途：

CnH2n+2+Cl2CnH2n+1Cl+HCl加热B卤化反应机理1.反应机理：化学反应所经历的途径或过程。亦称反应历程。

反应条件起什么作用？决速步骤是哪一步？副产物是如何生成的？

反应是如何开始的？产物生成的合理途径？经过了什么中间体？

通过反应机理的研究，我们可以得到有关化学反应的如下信息：研究反应机理的意义：了解影响反应的各种因素，最大限度地提高反应的产率。发现反应的一些规律，指导研究的深入。2.甲烷的卤代机理－自由基机理链引发链增长链终止甲烷溴化反应机理循环引发产物产物自由基中间体甲烷卤代反应机理的循环表示式决速步骤DH(反应热)+7.5kJ/mol吸热－112.9kJ/mol放热甲烷氯代各步反应能量过渡态:势能最高处的原子排列，Ea：活化能（activationenergy）；

DH:反应热

C卤化反应的取向与自由基的稳定性选择性：2oH:1oH=3.7:1选择性：3oH:1oH=5.0:1氯代选择性（25oC）：3oH:2oH:1oH=5.0:3.7:1氢原子被卤化的活性顺序：叔氢>仲氢>伯氢选择性：2oH:1oH=82:1选择性：3oH:1oH=1600:1溴代选择性（127oC）：3oH:2oH:1oH=1600:82:1溴代反应的选择性烷烃分子中不同H原子的活性不同，与C－H键的解离能有关；饱和烃卤化反应中氢原子的活性顺序：

叔氢>仲氢>伯氢过渡态：由反应物到产物的中间状态。自由基的稳定性顺序：

(CH3)3C·>(CH3)CH·>CH3CH2·>CH3·烷烃卤化时，卤原子的选择性强弱顺序：

I>Br>Cl>F2.氧化反应：（完全氧化）

CH4+2O2CO2+2H2O+Q

氧化反应在工业上的其它用途（不完全氧化）R-CH2-CH2-R`+O2RCOOH+R`COOH+其它杂质燃烧MnO2加热

用途：生产环己醇，进一步氧化制备己二酸，己二酸为生产尼龙－6，6的原料。用途：生成环十二酮，进而生成尼龙12。3.异构化反应：化合物从一种异构体变成另一种异构体的反应。4.裂化反应：烷烃在没有氧气存在下进行的热分解反应。不加催化剂称为热裂化（获得化工基本原料为目的，800～1000℃），有催化剂则称为催化裂化（以提高汽油的产量和质量为目的，400～500℃）。裂解和催化重整天然气炼油气粗柴油润滑油煤油重燃料油轻、重石脑油直溜汽油催化重整裂解裂解5.小环烷烃的加成反应小环烷烃如环丙烷和环丁烷分子中虽无双键，但比较容易进行开环加成反应。该反应是小环烷烃的特征反应。（Ⅰ）加氢（Ⅱ）加卤素环丙烷及其衍生物在常温下即可以与卤素加成。如：环丁烷与溴在常温下不反应，开环加成需加热。如：环碳原子多于5个的环烷烃不进行卤素加成反应，高温时进行取代反应。（Ⅲ）加卤化氢：环丙烷及其烷基衍生物容易与卤化氢进行开环加成反应。如：烷基取代环丙烷与卤化氢开环加成时，环在连接氢原子最多的环碳原子和连接氢原子最少的环碳原子间断裂，且氢原子加到含氢较多的成环碳原子上，而溴原子加到含氢较少的成环碳原子上。