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第十二章
烃目录CONTENTS123有机化合物概述烯烃烷烃45炔烃环烃PART1有机化合物概述有机化合物概述有机化合物和无机化合物在组成上和性质上具有很大的差别,它主要由碳元素和氢元素组成,大量存在于自然界中。有机化合物概述一、有机化合物与有机化学
研究得知,有机化合物都含有碳元素,绝大多数还含有氢元素,也有许多含有氧、氮、硫、磷等元素。但并非所有含碳的化合物都属于有机化合物,如一氧化碳CO、二氧化碳CO2、碳酸钙CaCO3等化合物虽然也含有碳元素,但它们在结构和性质上与无机物相似,因此归为无机化合物。有机化学的任务是分离和提取自然存在的有机物(如中草药、昆虫素等),测定其结构和性质,以便加以利用;应用物理手段研究有机化合物的结构与性质之间的关系,反应经历的途径,影响反应的因素等,以便控制反应向着需要的方向进行发展;通过各种反应合成我们所需要的自然界中存在的,或者不存在的全新的有机化合物,如维生素、药品、新型材料、染料、生物农药等。有机化合物概述二、有机化合物的结构
有机化合物的结构是指有机物分子中各原子的连接方式、连接次序和空间排布等,它包括构造、构型和构象三层含义。有机化合物中普遍存在同分异构现象,因而多样性是有机化合物结构的主要特点。所谓同分异构现象(简称异构现象),是指不同化合物的分子组成相同(即分子式相同),但分子结构和性质都不相同的现象。例如,乙醇和甲醚的分子式均为,但它们的结构不同:HHHCCOHHHHHHCOCHHH乙醇
甲醚有机化合物概述二、有机化合物的结构
由于分子式只能表示出组成元素和每种元素的原子个数,不能表示出原子之间是如何连接的,可见它不能准确地表达出有机物是哪种物质,所以一般用结构式、结构简式和键线式来表示有机化合物。
结构式:用短线和元素符号表示分子中各原子的连接方式和连接顺序的化学式。一条短线表示一对共用电子(即共价键)。
结构简式:在结构式的基础上省略碳原子或其他原子与氢原子之间的短线而得到的化学式。
键线式:将碳、氢元素符号省略,只表示分子中键的连接情况的化学式,每个拐点或终点均表示有一个碳原子。有机化合物概述三、有机化合物的特点容易燃烧除少数例外,一般有机化合物都容易燃烧,生成二氧化碳和水,同时放出大量的热量。而大多数无机化合物,如酸、碱、盐、氧化物等都不能燃烧。因而有时采用灼烧试验可以区别有机物和无机物。熔点和沸点低在室温下,绝大多数无机化合物都是高熔点的固体,而有机化合物通常为气体、液体或低熔点的固体。例如,氯化钠和丙酮的相对分子质量相当,但二者的熔、沸点相差很大。难溶于水,易溶于有机溶剂大多数有机化合物在水中的溶解度都很小,但易溶于极性小的或非极性的有机溶剂(如乙醚、苯、烃、丙酮等)中,这就是“相似相溶”的经验规律。正因为如此,有机反应常在有机溶剂中进行。有机化合物概述三、有机化合物的特点反应速度慢无机反应是离子型反应,一般反应速度都很快。如与的反应,与生成AgCl沉淀的反应等都是在瞬间完成的。有机反应大部分是分子间的反应,反应过程中包括共价键旧键的断裂和新键的形成,所以反应速度比较慢。副反应多,产物复杂在有机反应中,反应生成的初级产物还可继续发生反应,得到进一步的产物。因此在有机反应中,除了生成主要产物以外,还常常有副产物生成。为了提高主产物的收率,控制好反应条件是十分必要的。由于得到的产物是混合物,故需要经分离、提纯的步骤,以获得较纯净的物质。0405有机化合物概述四、有机化合物的分类(一)根据碳架分类在开链化合物中,碳原子相互结合形成链状。由于这类化合物最初是从脂肪中得到的,所以又称脂肪族化合物。1、开链化合物碳环化合物分子中含有由碳原子组成的碳环。它又可分为:(1)脂环族化合物(2)芳香族化合物(3)杂环化合物2、碳环化合物有机化合物概述四、有机化合物的分类(二)根据官能团分类
按照所含官能团的不同,有机化合物可以分为:烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸等几类。有机物化合物中的主要官能团及其结构见下表。有机化合物概述四、有机化合物的分类(二)根据官能团分类有机物化合物中的主要官能团及其结构见下表。有机化合物概述
五、有机化学和医药、环境、农业等的关系世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物,其中许多已应用于材料、能源、医疗、农业、工业、国防、食品、环境、生命科学与生物技术等领域,直接或间接地为人类提供了大量的必需品。在1850~1900年间,有机化学家以煤焦油中得到的一系列芳香族化合物为原料合成了成千上万的药品(如阿司匹林、非那西叮等)、香料、染料(如茜素、偶氮橙、次甲基蓝、孔雀绿等)和炸药(如硝化棉)。20世纪初,由于对分子结构和药理作用的深入研究,药物合成迅速发展,成为有机合成的一个重要领域。PART2烷烃烷烃一、烷烃的命名(一)烷基的命名法烷烃分子从形式上消除一个氢原子而剩下的原子团称为烷基,通常以“R—”表示,常见的烷基及其名称见右表。烷烃一、烷烃的命名(二)普通命名法普通命名法一般只用于对结构比较简单的烷烃进行命名,具体方法为:根据碳原子的数目称为“某烷”,当碳原子的数目为1到10时,分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。当碳原子的数目为11或11以上时,则用数字(十一、十二…)来表示,其中直链烷烃称为“正某烷”。带有支链的烷烃用“异”和“新”字加以区别,链端第2个碳原子有一个甲基支链的,用“异”字,链端第2个碳原子有两个甲基支链的,用“新”字。十一烷异戊烷正戊烷新戊烷烷烃一、烷烃的命名(三)衍生命名法以甲烷为母体,把其他烷烃看作甲烷的衍生物。在命名时,应选择烷基最多的碳原子作为母体“甲烷”的碳原子,烷基按从小到大的顺序排列。例如右图:这种命名法能反映出分子的结构,但不能适用于结构更复杂的烷烃。二甲基乙基甲烷(异戊烷)二甲基乙基异丙基甲烷烷烃一、烷烃的命名(四)系统命名法01选取主链(母体)
从烷烃的结构式中选取最长的连续碳链作为主链,其他支链作为取代基。如果两种不同选择的主链的碳数相同,则以支链最多的主链为准,然后根据主链所含的碳原子数称为“某”烷。
烷烃的系统命名法则如下:烷烃一、烷烃的命名(四)系统命名法02编号即确定取代基的位次。从最接近支链的一端开始,依次用1,2,3,…对主链碳原子编号;如果从碳链任何一端开始,第一个支链的位置都相同,则从接近较简单支链的一端开始编号;若第一个支链的位置和结构相同,则依次比较第二、第三…个支链的位置,以取代基的系列编号和最小(最低系列原则)为原则。
烷烃的系统命名法则如下:烷烃一、烷烃的命名(四)系统命名法03命名命名时按照取代基的位置、短线、取代基的数目、取代基的名称、主链名称的顺序进行书写。如果含有几个不同的取代基,则小的取代基写在前面,大的写在后面;如果含有几个相同的取代基,则把它们合并起来,取代基的数目用二、三、四等表示,写在取代基名称的前面,其位次必须逐个注明,位次的数字之间要用“,”隔开。
烷烃的系统命名法则如下:烷烃一、烷烃的命名(四)系统命名法04如果烷烃比较复杂,在支链上还连有取代基时,则可用带撇的数字表明取代基在支链中的位次,或把带有取代基的支链的全名放在括号中。
烷烃的系统命名法则如下:烷烃二、烷烃的异构现象(一)同系列、同系物和碳原子类别同系列是指具有同一个通式,结构和性质相似,分子组成上相差一个或几个“CH2”原子团的一系列化合物。同系列中的各个化合物互为同系物。相邻同系物之间的差“CH2”叫做同系差。同系列是有机化学中的普遍现象,同系列中各个同系物(特别是高级同系物)具有相似的结构和性质。烷烃二、烷烃的异构现象(一)同系列、同系物和碳原子类别在烷烃分子中,碳原子在碳链中所处的位置和所连接的碳原子数是不同的。根据其所连的碳原子数目的不同,可把碳原子分为四类:只与1个碳原子直接相连的碳原子称为伯(或一级)碳原子,用1°表示;与2个碳原子直接相连的碳原子称为仲(或二级)碳原子,用2°表示;与3个碳原子直接相连的碳原子称为叔(或三级)碳原子,用3°表示;与4个碳原子直接相连的碳原子称为季(或四级)碳原子,用4°表示。烷烃二、烷烃的异构现象(二)烷烃的构造异构
烷烃同系列中,甲烷、乙烷、丙烷的碳架只有一种结合方式,因此没有异构现象,但从丁烷起,碳架则不止一种结合方式,开始出现同分异构现象。烷烃二、烷烃的异构现象(二)烷烃的构造异构
开始时,双方应掷挑边器,获胜方选择先发球或先接发球,以及场区由于分子中碳原子的排列方式不同而产生的异构体,称为构造异构体,又称碳架异构体。随着烷烃碳原子数的增加,碳架异构体的数目也迅速增加,见下表。碳原子数同分异构体数碳原子数同分异构体数421075531115965123557913802818141858935154347烷烃二、烷烃的异构现象(三)烷烃的构象异构烷烃分子中只存在C—C和C—H键(甲烷只存在C—H键),这些单键都是键。所谓键是指成键电子云沿键轴方向呈圆柱形对称重叠而形成的键。键有三个特点:一是电子云沿键轴呈圆柱形对称分布;二是可自由旋转而不影响电子云重叠的程度;三是结合得较牢固。乙烷是最简单的含有C—C单键的烷烃。乙烷分子可以有无穷多的构象,其中有两种典型的极限构象,一种是两个碳原子上的氢原子彼此相距最近的构象,即两个甲基相互重叠的构象,称为重叠式(顺叠式)构象;另一种是两个碳原子上的氢原子彼此相距最远的构象,即一个甲基上的氢原子处于另一个甲基上两个氢原子正中间的构象,称为交叉式(反叠式)构象。烷烃二、烷烃的异构现象(三)烷烃的构象异构
在重叠式构象中,两个碳原子上的C─H键两两相对,之间的距离最近,相互排斥作用力(扭转张力)最大,也最不稳定。而交叉式构象则相反,所以是最稳定的构象。烷烃三、烷烃的性质(一)烷烃的物理性质
在常温常压下,含1~4个碳原子的烷烃是气体,含5~16个碳原子的烷烃是液体,含17及17个以上碳原子的烷烃是固体;其熔、沸点一般随碳原子数的增加而有规律地升高;烷烃比水轻,其相对密度都小于1,且其相对密度也随着碳原子数的增加逐渐增大;烷烃几乎不溶于水,而易溶于有机溶剂(如汽油、乙醚等)。正烷烃的熔、沸点随碳原子数的增加而呈现的递变规律:烷烃三、烷烃的性质(一)烷烃的物理性质
(1)熔点的递变规律:直链烷烃的熔点随着碳原子数的增加而升高。一般含偶数个碳原子的烷烃的熔点比含奇数个碳原子的烷烃的熔点升高较多,构成相应的两条熔点曲线,偶数居上,奇数在下。
烷烃三、烷烃的性质(一)烷烃的物理性质
(2)沸点的递变规律:直链烷烃的沸点也随着碳原子数的增加而升高,但不是简单的直线关系,每增加一个CH2所引起的沸点升高是逐渐减小的。另外,在碳原子数相同的烷烃异构体中,含支链越多,其沸点越低。
烷烃三、烷烃的性质(二)烷烃的化学性质(1)卤代反应烷烃的氢原子被卤素取代生成卤代烃的反应称为卤代反应。卤素(氟、氯、溴、碘)与烷烃反应生成一卤和多卤代烷,其反应活性为F2>Cl2>Br2>I2,碘通常不反应。除氟外,烷烃在常温和黑暗中不发生或极少发生卤代反应,但在紫外光漫射或高温下,与氯和溴易发生反应,有时甚至剧烈到爆炸的程度。烷烃三、烷烃的性质(二)烷烃的化学性质(1)卤代反应碳链较长的烷烃氯代时,反应可以在分子中不同的碳原子上进行,取代不同的氢,得到各种一氯代或多氯代产物,情况较复杂。一般地,不同氢原子进行卤代反应的反应活性为:叔氢(3°H)>仲氢(2°H)>伯氢(1°H)。例如:烷烃三、烷烃的性质(二)烷烃的化学性质(2)氧化反应烷烃在室温下,一般不与氧化剂反应,与空气中的氧也不起反应,但是在空气中可以燃烧,生成二氧化碳和水,并放出大量的热能。烷烃三、烷烃的性质(二)烷烃的化学性质(3)热裂反应烷烃在没有氧气存在的条件下进行的热分解反应叫做热裂反应。热裂反应是一个复杂的过程,其产物为许多化合物的混合物,而且烷烃分子中所含碳原子数越多,产物就越复杂。此外,反应条件不同,产物也相应不同。但从主要反应的实质上看,无非是C—C键和C—H键断裂分解的反应。如:烷烃四、重要的烷烃010203甲烷甲烷容易燃烧,完全燃烧时生成二氧化碳和水;不完全燃烧时生成炭黑,炭黑可做黑色颜料、墨汁和橡胶的填充料。甲烷在适当条件下可以发生局部氧化,得到甲醇、甲醛、甲酸等氧化产物,进而可制备合成气(CO+)等,合成气是合成氨或尿素的原料。石油石油加工的主要工艺是分馏,从而得到各种石油产品,如石油醚、石油气、汽油、煤油、润滑油等。石油醚常温下是无色澄清的液体,不溶于水,它常用作有机溶剂,可溶解油和脂肪。石蜡石蜡是高级烷烃的混合物,从石油、页岩油或其他沥青矿物油中提取得到,是一种白色或淡黄色的半透明物质,具有相当明显的晶体结构。石蜡可用于制造高级脂肪酸和高级醇,也用于制造蜡烛、防水剂、绝缘材料、软膏等。PART3烯烃烯烃一、单烯烃的命名AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)1、烯基的命名法当烯烃从形式上去掉一个氢原子后剩下的一价基团叫做烯基。烯烃一、单烯烃的命名AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、烯烃的命名法(1)选主链选择一个含双键的最长碳链作为主链,按主链碳原子的数目命名为“某烯”。(2)编号(3)命名标明双键的位次,其位次以双键所连碳原子的较小位置表示,写在烯烃名称的前面,并用短线隔开。取代基的写法同烷烃的命名原则相同,即依次将取代基的位次、数目、名称写在烯烃的名称前面。从最靠近双键的一端开始,把主链碳原子依次编号。烯烃二、烯烃的异构现象AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)1、烯烃的构造异构
烯烃的构造异构现象比烷烃的要复杂,主要包括三种情况:一是由于碳架的结合方式不同,而产生的碳架异构;二是由于双键的位置不同,而产生的位置异构体;三是由于官能团的种类不同,而产生的官能团异构,即烯烃和环烷烃互为同分异构体。烯烃二、烯烃的异构现象AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、烯烃的构型异构
构型是指分子中的原子在空间的排列方式。这种由于组成双键的两个碳原子上连接的基团在空间的位置不同而形成的构型不同的现象称为顺反异构现象。(1)顺反异构体烯烃二、烯烃的异构现象AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、烯烃的构型异构
对于比较简单的顺反异构体,当两个相同的基团在C=C双键的同侧时,叫做顺式;反之,叫做反式,命名时在系统名称前加“顺”或“反”字即可,这就是顺、反命名法。顺式化合物和反式化合物互为顺反异构体。(2)顺反命名法烯烃二、烯烃的异构现象AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、烯烃的构型异构
Z、E命名法以顺序规则为基础,顺序规则的内容为:按原子序数从大到小排列,若与双键碳原子直接相连的原子的次序相同,则需要比较与该原子相连的其他原子的原子次序。几种常见原子的优先次序为:I>Br>Cl>S>P>F>O>N>C>H。Z、E命名法的命名步骤如下。(1)确定分子的构型(2)命名(3)Z、E命名法烯烃三、单烯烃的性质AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)1、烯烃的物理性质烯烃的物理性质与烷烃类似。烯烃的熔点、沸点、相对密度、折光率等也随着碳原子数的增加而递变。常见烯烃的物理常数烯烃三、单烯烃的性质AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、烯烃的化学性质烯烃的官能团是碳碳双键,双键中有一个是稳定的键(类似于烷烃),一个是不稳定的键。烯烃三、单烯烃的性质AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、烯烃的化学性质烯烃的化学性质比较活泼,容易发生加成、氧化、聚合等反应。其发生的化学反应主要表现在C=C双键和-碳原子上。(3)聚合反应(2)氧化反应(1)加成反应
加成反应是烯烃的典型反应。在反应中键断开,双键上的两碳原子与其他原子或基团结合,形成两个键,这种反应称为加成反应。
烯烃中的双键很容易被氧化,氧化产物比较复杂。烯烃在银的催化下可以被空气中的氧气直接氧化.烯烃可被高锰酸钾氧化。
在催化剂作用下,烯烃分子中的键断裂,相同分子间互相加成结合,生成高分子化合物的过程称为聚合反应。如乙烯、丙烯等在一定条件下,可分别生成聚乙烯、聚丙烯等。烯烃四、二烯烃AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)1、二烯烃的分类(1)累积二烯烃(2)孤立二烯烃(3)共轭二烯烃指两个双键相邻的二烯烃。例如,丙二烯(CH2=C=CH2)。指分子中的两个双键被两个或两个以上单键隔开的二烯烃。例如,1,4-戊二烯(CH2=CH-CH2-CH=CH2)。指两个双键被一个单键隔开的二烯烃。例如,1,3-丁二烯(CH2=CH-CH=CH2)。烯烃四、二烯烃AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、二烯烃的命名二烯烃的命名方法与烯烃类似,具体为:选取含两个双键的最长碳链作为主链,称为某二烯。从距离双键最近的一端开始给主链上的碳原子编号,两个双键的位次要标明,在编号时应使两个双键的位次最小,写在母体名称前,并用逗号隔开。取代基的名称及位次写在母体名称的前面。如果是顺反异构体,则需要在名称前标明双键的构型(Z或E)。2-甲基-13-戊二烯2-甲基-3-乙基-14-己二烯烯烃四、二烯烃AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)3、共轭二烯烃的化学性质(1)1,2-加成和1,4-加成与单烯烃类似,共轭二烯烃也容易与卤素、卤化氢等亲电试剂发生加成反应。共轭二烯烃与一分子亲电试剂加成时,有两种加成方式:一种是断开一个键,亲电试剂的两部分加到双键的两端,另一双键不变,称为1,2-加成;另一种是试剂加在共轭二烯烃两端的碳原子上,同时在第2个和第3个原子之间形成一个新的键,称为1,4-加成。烯烃四、二烯烃AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)3、共轭二烯烃的化学性质(2)双烯合成反应共轭二烯烃和某些具有碳碳双键、叁键的不饱和化合物进行14-加成,生成环状化合物的反应称为双烯合成反应。这是由德国化学家狄尔斯(DielsO.)和阿尔德(AlderK.)于1928年发现的,因此又称Diels-Alder反应。PART4炔烃炔烃一、炔烃的命名炔烃的系统命名法与烯烃相似,只需将“烯”字改为“炔”字即可。例如:分子中同时含有双键和叁键的化合物,称为烯炔类化合物。命名时,选择包括双键和叁键均在内的碳链为主链,编号时应遵循位次最低的原则,书写时先烯后炔。例如:双键和叁键处在相同的位次时,应使双键的编号最小。例如应命名为“1-戊烯-4-炔”,而不应命名为“4-戊烯-1-炔”。炔烃二、炔烃的性质炔烃的物理性质与烯烃相似,也是随着碳原子数的增加而有规律地变化。炔烃难溶于水,易溶于乙醚、丙酮、石油醚、苯等有机溶剂。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)1、炔烃的物理性质炔烃的物理常数炔烃二、炔烃的性质AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、炔烃的化学性质(1)加成反应1)催化加氢
在某些特殊的催化剂作用下,炔烃与氢进行加成,生成相应的烯烃或烷烃。例如:2)与卤素加成炔烃与卤素(氯和溴等)可发生亲电加成反应。反应是分步进行的,首先加一分子卤素生成二卤代烯,然后继续加成,得到四卤代烷。例如:PdPd炔烃二、炔烃的性质AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、炔烃的化学性质(1)加成反应4)与卤化氢加成3)与水加成
炔烃在催化剂(硫酸汞和硫酸溶液)存在的条件下,能与水发生加成反应,生成烯醇。烯醇不稳定,很快异构化为醛或酮。例如:
炔烃与烯烃一样,可与卤化氢加成。反应是分两步进行的,控制试剂的用量可只进行一步反应,生成卤代烯烃。例如:CH≡CH+HOHHgSO4H2SO4CH2=CHOH重排CH3—C—HO乙醛乙烯醇炔烃二、炔烃的性质AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、炔烃的化学性质(1)加成反应5)与醇加成
在碱性催化剂的作用下,炔烃可以和醇发生加成反应。例如,乙炔和甲醇发生加成反应,生成乙烯基醚类化合物。加热加压+甲基乙烯基醚炔烃二、炔烃的性质AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、炔烃的化学性质(2)氧化反应炔烃也可被高锰酸钾氧化,使高锰酸钾溶液的紫红色消失。乙炔被氧化时,生成二氧化碳,同时还有褐色的二氧化锰沉淀产生。其他炔烃的氧化,会因结构不同而得到不同的产物。炔烃二、炔烃的性质AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、炔烃的化学性质(3)聚合反应炔烃也能发生聚合反应,但不能合成高分子化合物。例如,乙炔可以在催化剂Cu2Cl2和NH4Cl存在的条件下自身发生聚合反应,生成乙烯基乙炔。乙烯基乙炔可以在同样的条件下继续与乙炔发生,生成连续共轭的不饱和烯炔化合物。炔烃二、炔烃的性质AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–(aq)2、炔烃的化学性质(4)金属炔化物的生成
在炔烃分子中,与叁键碳原子直接相连的氢原子,称为炔氢。炔氢具有微弱的酸性,可以被金属取代,生成金属炔化物。例如,将乙炔通入硝酸银的氨溶液或氯化亚铜的氨溶液中,分别生成白色的乙炔银沉淀和棕红色的乙炔亚铜沉淀。PART5环烃环烃一、脂环烃根据分子中有无不饱和键(双键或叁键),将脂环烃分为饱和脂环烃(环烷烃)和不饱和脂环烃(环烯烃、环炔烃)。根据分子中所含碳环的数目,将脂环烃分为单环、双环和多环脂环烃。根据成环碳原子数的不同,单环脂环烃又可分为小环(含3~4个碳原子)、普通环(含5~7个碳原子)、中环(含8~12个碳原子)和大环(含12个碳原子以上)脂环烃。在双环或多环脂环烃中,两个碳环共用1个碳原子(螺原子)的称为螺环烃;两个碳环共用2个碳原子的称为稠环烃;两个或两个以上碳环共用两个以上碳原子的称为桥环烃,所共用的碳原子称为桥头碳原子。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名1、脂环烃的分类和命名(1)脂环烃的分类环烃一、脂环烃通常所说的脂环烃就是单环脂环烃,它的命名方法与开链烃相似,只需在相应的链烃名称前加一个“环”字。若环上有取代基,编号时应使取代基的位次最小。当环上含有不饱和键时,要从不饱和键开始编号,并使取代基的位次最小。例如:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名1、脂环烃的分类和命名(2)脂环烃的命名1-甲基-3-乙基环己烷5-甲基-1,3-环戊二烯2-甲基-1,3-环己二烯12345612345123456环丙烷环丁烷环戊烷环烃一、脂环烃环烷烃的物理性质与烷烃相似。常温下的环烷烃分子中,小环为气体,普通环为液体,中环和大环为固体。环烷烃的沸点、熔点和相对密度都比相应的烷烃高,这是因为脂环烃中单键的旋转受到一定程度的限制,分子具有一定的对称性和刚性。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名2、脂环烃的物理性质环烃一、脂环烃在催化剂的作用下,环烷烃可发生催化加氢反应。加氢时,环烷烃开环,两端的碳原子和氢原子结合,生成烷烃。由于环的大小不同,反应的难易也不同,一般随着环元数的增加而变难。例如:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名2、脂环烃的化学性质(1)加氢反应Ni,80℃Ni,120℃Ni,300℃+H2CH3CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH2CH3环烃一、脂环烃环丙烷及其衍生物在室温下就可以与卤素和卤化氢发生开环加成反应,而环丁烷则需要在加热的条件下才可发生加成反应。例如:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名2、脂环烃的化学性质(2)加卤素、卤化氢反应环烃一、脂环烃五元和六元环烷烃比较稳定,难起加成反应,能发生取代反应。在光照或加热条件下可发生卤代反应。例如:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名2、脂环烃的化学性质(3)取代反应环烃二、芳香烃AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名1、芳香烃的分类和命名(1)芳香烃的分类011)苯型芳香烃单环芳香烃是指分子中只含有1个苯环的芳烃,包括苯及苯的同系物。例如:环烃二、芳香烃AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名1、芳香烃的分类和命名(1)芳香烃的分类011)苯型芳香烃多环芳香烃是指分子中含有2个或2个以上苯环的芳烃。根据苯环连接方式的不同,多环芳香烃又可分为以下几类。多苯代脂烃:脂肪烃分子中2个或2个以上的氢原子被苯基取代。例如:联苯及联多苯:苯环之间以一单键相连。例如:稠环芳香烃:分子中有2个或2个以上的苯环共用2个相邻的碳原子。例如:环烃二、芳香烃AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名1、芳香烃的分类和命名(1)芳香烃的分类022)非苯型芳香烃分子中不含苯环结构,但结构和化学性质与苯相似的环状烃,称为非苯型芳香烃。例如:环烃二、芳香烃AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名1、芳香烃的分类和命名(2)单环芳烃的命名对结构简单的苯的同系物进行命名时,以苯环为母体,烷基作取代基,称为“某烷基苯”(“烷基”二字常省略),如甲苯、乙苯、正丙苯、异丙苯等。苯的二烷基取代物有3种异构体,命名时为了表示取代基的不同位置,应在名称前用“邻”、“间”、“对”等词头表示其相对位次,或对苯环碳原子进行编号,以确定取代基的位置。例如:环烃二、芳香烃AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名1、芳香烃的分类和命名(2)单环芳烃的命名苯的三烷基取代物也有3种异构体,命名时可用“连”、“偏”、“均”等词头,或用苯环碳原子的位次来表示取代基的位置。例如:环烃二、芳香烃AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名1、芳香烃的分类和命名(2)单环芳烃的命名当苯环上连接有复杂烃基或不饱和烃基时,以苯环为取代基,按烃的类别进行命名。例如:环烃二、芳香烃苯通过氢化反应可生成环己烷,说明苯具有六元碳环的结构;苯的一元取代产物只有一种,说明苯环上6个碳原子和6个氢原子的地位完全相同。1865年,Kekulé提出了苯的环状结构,认为苯的结构是一个对称的六元碳环,每个碳原子上都连有1个氢原子,以单双键相间的方式结合,满足碳的4个化合价的要求,这个结构式称苯的Kekulé式。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名2、苯的结构(1)苯的Kekulé结构式环烃二、芳香烃由于碳原子的3个sp²杂化轨道处在同一个平面内,夹角为120°,所以6个碳原子正好形成1个正六边形,所有的碳原子和氢原子都在同一个平面上。碳原子除以sp²杂化轨道形成的2个碳碳键和1个碳氢σ键外,每个碳原子还有1个未参与杂化的p轨道,均垂直于苯环平面而相互平行。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名2、苯的结构(2)苯分子结构的现代解释环烃二、芳香烃苯及其同系物一般为液体,具有特殊的香气。它们的蒸气有毒,苯的蒸气可以通过呼吸道对人体产生损害,高浓度的苯蒸气主要作用于中枢神经,引起急性中毒,长期接触低浓度的苯蒸气会损害造血器官。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名3、芳香烃的物理性质环烃二、芳香烃1)卤代反应在三卤化铁或铁粉等催化剂的作用下,苯可以与卤素(Cl2或Br2)反应,生成卤代苯(氯苯或溴苯),放出卤化氢。2)硝化反应苯与浓硫酸和浓硝酸的混合物(也称混酸)发生反应,生成硝基苯。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名4、芳香烃的化学性质(1)亲电取代反应环烃二、芳香烃
3)磺化反应苯与浓硫酸一起加热,或与发烟硫酸作用时,苯环上的氢原子被磺酸基(-SO3H)取代生成苯磺酸,此反应称为磺化反应。磺化反应是一个可逆反应,苯磺酸与稀酸一起加热,可发生水解反应,脱去磺酸基,又生成苯和硫酸。4)烷基化反应在无水三氯化铝的催化下,苯与卤代烷作用,可以生成烷基苯,同时释放出卤化氢。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名4、芳香烃的化学性质(1)亲电取代反应环烃二、芳香烃5)酰基化反应苯与酰卤在三氯化铝的催化下相互作用,在芳环上引入1个酰基,生成酰基苯(芳酮),并释放出卤化氢。苯环上已有—NO2,—SO3H,—COR(酰基)等吸电子基时,这些取代基的吸电子作用会使苯环的反应性降低,烷基化和酰基化反应均不能进行。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名4、芳香烃的化学性质(1)亲电取代反应环烃二、芳香烃
1)加氢在加压、高温,并存在催化剂的条件下,苯可加氢生成环己烷。2)加氯在紫外光的照射下,苯与Cl2作用生成六氯化苯(C6H6Cl6)。六氯化苯的商品名为“六六六”,曾经是一种有效的杀虫剂,但由于本身稳定性高,残留毒性大,现已停止使用。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl–脂环烃的分类和命名(aq)脂环烃的分类和命名4、芳香烃的化学性质(2)加成反应环烃二、芳香烃1)自由基的取代反应在较高温度或光照射下,烷基苯可与卤素作用,发生侧链上的α-氢原子被卤素取代的反应。
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