第2章 饱和烃

1、2020/7/4,1,第二章饱和烃,2020/7/4,2,2020/7/4,3,烷烃,2020/7/4,4,2.1烷烃的通式、同系列和构造异构,2020/7/4,5,同分异构现象和同分异构体,（CONSTITUTIONALISOMERS，STRUCTURALISOMERS）,2020/7/4,6,C4以上烷烃出现同分异构现象,C4H10,C5H12,C6H14,C20H42,366,319,同分异构体数,2,3,5,化合物含有的碳原子数和原子种类越多,同分异构体越多。,2020/7/4,7,构造异构体的含义,同分异构体中，如果它们结构的不同是由分子中各原子连接次序不同（构造不同）而引取的，又叫

2、构造异构体。,正丁烷,异丁烷,2020/7/4,8,2020/7/4,9,1)烷烃中碳原子和氢原子的分类(P32),2.2烷烃的命名,2.2.1烷基的概念,2020/7/4,10,1,1,2,1,1,1,2,2,1,1,3,4,4,1,1,1,1,1,1,分析下列化合物所含碳原子种类,1,2020/7/4,11,1C（伯碳，一级碳）,primarycarbon,2C（仲碳，二级碳）,secondarycarbon,tertiarycarbon,3C（叔碳，三级碳）,4C（季碳，四级碳）,quaternarycarbon,与伯,仲,叔碳原子相连的H原子,分别称为伯,仲,叔H原子,2020/7/4

3、,12,碳原子种类的扩展,1自由基（伯自由基）,2自由基（仲自由基）,3自由基（叔自由基）,1碳负离子（伯碳负离子）,2碳负离子（仲碳负离子）,3碳负离子（叔碳负离子）,3碳正离子（叔碳正离子）,2碳正离子（仲碳正离子）,1碳正离子（伯碳正离子）,2020/7/4,13,2）烷基(P33),烷烃去掉一个氢原子后留下的原子团,烷烃,烷基,2020/7/4,14,2020/7/4,15,例如:,叔戊基,异戊基,新戊基,正戊基,正戊烷,异戊烷,新戊烷,2020/7/4,16,一些烷基（alkyl）结构及名称(P27),2020/7/4,17,普通命名法用于简单化合物的命名系统命名法(IUPAC命名法

4、)（IUPAC:国际纯粹与应用化学联合会）,2.2.2烷烃的命名(P33),学习要求:由构造式写出名称，由名称写出构造式。,2020/7/4,18,一、普通命名法,中文名,英文名,甲烷,乙烷,丙烷,methane,ethane,propane,碳原子数目+烷英文命名用词尾-ane表示烷烃,碳原子数为110用天干（甲、乙、丙、壬、癸）表示,C1,C2,C3,2020/7/4,19,异构词头用词头“正”、“异”和“新”等区分相应的英文词头为n-(normal)、iso和neo（注意不加“-”）,中文名,英文名,正丁烷,异丁烷,正戊烷,异戊烷,新戊烷,n-butane,isobutane,n-pen

5、tane,isopentane,neopentane,C4,C5,2020/7/4,20,C6,正己烷,异己烷,新己烷,n-hexane,isohexane,neohexane,中文名,英文名,如何命名？,如何命名？,2020/7/4,21,新己烷,异己烷,正己烷,？,？,异戊基,叔丁基碳正离子,练习：普通命名法进行命名：,仲丁基,2020/7/4,22,二、系统命名法（IUPAC命名法）,异丁烷,2-甲基丙烷,普通命名法：,IUPAC命名法：,2020/7/4,23,10以内：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(gui).表示碳原子数。10以上：用中文数字:十一.烷.,1、直链烷烃按碳原子数命

6、名,对于直链烷烃的命名和普通命名法是基本相同的，仅不写上“正”字，称为某烷。如CH3CH2CH2CH2CH3普通命名法叫正戊烷，系统命名法叫戊烷。,2020/7/4,24,常见直链烷烃的中、英文名称,2020/7/4,25,2、支链烷烃的命名法的步骤：,选主链,把构造式中连续的最长碳链作为母体称为某烷.,支链烷烃的命名时是把它看作是直链烷烃的烷基衍生物。,例1：命名下列化合物,2020/7/4,26,首先写出所有可能的连续碳链=把构造式中连续的最长碳链-作为主链称为某烷.,最长连续碳链有八个碳原子,该化合物母体的名称为辛烷,例1解析：,1：8个；2：7个；3：4个；4：6个；5：6个；6：7个

7、。,2020/7/4,27,选主链，如果有等长的碳链均可作主链时,选择含取代基（支链）最多的碳链为主链。,选a碳链为主链,例1：7个碳的庚烷,a:4个,b:3个,C：2个,应遵循以下原则：,2020/7/4,28,例2：,六个碳的主链上有四个取代基，六个碳的主链上有两个取代基,2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷,2020/7/4,29,编号码,从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用阿拉伯数字1,2,3.编号.,例1,a,b,2020/7/4,30,例2：,左：2,2,3,5-四甲基己烷位号加和为12右：(2,4,5,5-四甲基己烷)位号加和为16,左,右,若主链两端取代基的位次相同，遵循最低

8、系列规则(使取代基的位次加和最小),左位次加和左小于右,2020/7/4,31,3，4-二甲基-6-乙基辛烷,a,b,例3编号时，若主链上有几种取代基，从简单的取代基这边开始编号：甲基、乙基、丙基的顺序）,5，6-二甲基-3-乙基辛烷,2020/7/4,32,命名取代基,a):把它们在母链上的位次作为取代基的前缀。,3-甲基戊烷,1,2,3,4,5,2020/7/4,33,b):有不同取代基时，简单的放在前面，复杂*（较优基团）的放在后面。,3-甲基-5-乙基辛烷,甲基比乙基简单应放前面：,（英文名称则以首字母A、B、C、为次序）,2020/7/4,34,c):相同的取代基可以合并，但应在基团

9、名称之前写明位次和数目，数目用汉字二，三，四.表示。,2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷,2020/7/4,35,d）:位次数字之间须用逗号“,”隔开，位次与基名之间需用短线“-”相隔。最后一个基名和母体名称直接相连。,3，9二甲基6乙基十二烷,2020/7/4,36,总结例题.命名下列烷烃,123456789,-4-异丙基,A）选主链。,B）编号码。,C）名取代。,壬烷,2,6,6-三甲基,2020/7/4,37,（1）形状：一头大，一头小。（2）成分：每一个轨道含1/4S，3/4P成分。（3）易于成键：成键时，轨道重叠程度大于单纯S或P轨道。（4）键角：等性杂化，各轨道间夹角均为10928

10、。,2.3烷烃的结构(P35),2020/7/4,38,结构模型,C:sp3杂化，成键,2020/7/4,39,键：轴对称，键可“旋转”。CC单键是可以旋转的.,单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列（构象）,2020/7/4,40,2.4烷烃的构象（conformation）(P35),构象：一已知构型的分子，仅由单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。,构象异构体：单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体。,2020/7/4,41,比较,构造异构和构象异构,2020/7/4,42,描述立体结构的几种方式,BallandStickModel,不方

11、便,伞形式(透视式)锯架式(从斜侧面看分子模型的形象)Newman投影式(从碳碳键轴的延长线上来观察),2020/7/4,43,构象有无数种，主要研究典型位置的构象：重叠式、交叉式。,一、乙烷的构象,2020/7/4,44,交叉式构象,扭曲式构象,重叠式构象,原子间距离最远,内能较低（最稳定）,（有无数个）,2020/7/4,45,重叠式能量比交叉式高12.1KJ/mol,乙烷构象能量变化图,2020/7/4,46,分子由一个交叉式转到另一个交叉式需经过能量较高的重叠式，亦称能垒。因此，碳碳单键的旋转并非自由。,说明,旋转中须克服能垒扭转张力电子云排斥相邻两H间的vonderwaals排斥力,

12、2020/7/4,47,2.5烷烃的物理性质(P38),有机物的物理性质通常是指:物态、沸点、熔点、密度、溶解度、折射率、比旋光度和光谱性质等。通过测定物理常数可以鉴定有机物和分析有机物的纯度。,1.状态(常温常压下)(了解),正烷烃:C1C4C5C16C17以上气体液体固体,2.沸点(b.p.),沸点主要与下列因素有关:,分子间vanderWaals引力:包括色散力(与分子量大小有关）、诱导力和取向力（与分子极性有关）。,分子间是否形成氢键,氢键的影响明显。,2020/7/4,48,烷烃是非极性或极性很弱的分子,分子间仅存在很弱的色散力，与分子量相同或相近的其它有机物相比,烷烃的沸点最低。,

13、直链烷烃随着碳数的增加,分子间色散力增大,因而沸点逐渐升高.同碳数的烷烃中,直链烃的沸点较高,支链越多,沸点越低。,3.熔点(m.p.)(了解),烷烃的熔点也随着碳数的增加而升高,结构对称的分子熔点较高，但不像沸点变化那样有规律。,4.密度比水轻,1gcm3,5.溶解性根据“极性相似者相溶”的规律,所有烷烃均不溶于水,易溶于非极性或弱极性溶剂如乙醚、苯、CCl4。,2020/7/4,49,烷烃的结构特点：,2.6烷烃的化学性质(P40),一般情况下烷烃化学性质不活泼、耐强酸碱、不与氧化剂反应（常用作低极性溶剂）烷烃可与卤素发生自由基取代反应（烷烃的重要反应!）,sp3杂化已饱和不能加成,低极性

14、共价键H酸性小不易被置换,2020/7/4,50,2.5.1氧化反应（了解P41）,燃烧反应：,用途：内燃机,汽油,柴油等发生热能的基本反应,热源利用(沼气等).,2020/7/4,51,2.5.2、2.5.3异构化和裂化（自学P41）,化合物从一种构造转变成另一种构造的反应称为异构化反应。,正构烷烃异构成带支链的烷烃，可以提高油品的质量。,烷烃在没有氧气存在下进行的热分解反应叫裂化反应,利用裂化反应，可以提高汽油(C6C9)的产量和质量。,2020/7/4,52,工业上可控制不同反应条件，获得各种氯代物,甲烷的氯代反应,2.5.4烷烃的取代反应(P42),烷烃RH中的氢原子被其它原子或基团取

15、代的反应称为取代反应.烷烃常见的取代反应有卤代反应。,2020/7/4,53,卤素与甲烷反应活性：F2Cl2Br2I2,反应速率:F2Cl2Br2I2（不反应）,2020/7/4,54,二、甲烷的卤代反应机理（反应机制，反应历程）（ReactionMechanism）,反应机理是对反应过程的详细描述，应解释以下问题：,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。,什么是反应机理：,研究反应机理的意义：,2020/7/4,55,1、甲烷卤代反应机理-自由基链式反应,2020/7/4,56,甲烷的氯代反应机理的表达,自由基型链反应（chainreactio

16、n）,2020/7/4,57,2、甲基自由基的结构,有机物分子中(CH3-)甲基C：SP3杂化(CH3)甲基自由基C：SP2杂化,C,2020/7/4,58,过渡态(TransitionState)理论,在化学反应中，反应物相互接近，总是先达到一势能最高点（活化能，相应结构称为过渡态），然后再转变为产物。,例：机理步骤(2),过渡态,势能增加,势能降低,势能最高,三、甲烷卤代反应过程中的能量变化-活化能和过渡态,对一个化学反应，除了要注意产物的生成外，对反应涉及到的能量变化也必须给以充分重视，能量的变化不仅涉及到反应的快慢，更可决定反应会否发生。,2020/7/4,59,Ea即过渡态与反应物之

17、间的能量差。活化能Ea越小，反应越易进行，反应速度也越快。Ea大的反应就不易进行，反应速度也慢。它是反应进行所需要的最低能量,2020/7/4,60,过渡态与中间体：,过渡态,2020/7/4,61,甲烷卤代机理的循环表达式,2020/7/4,62,其它烷烃的卤代反应更复杂，如：,四、其它烷烃的卤代反应,2020/7/4,63,若继续反应，产物种类更多。,2020/7/4,64,五、卤素的反应活性与选择性,烷烃的溴化反应与氯化反应相比，往往能得到更多的叔和仲氢原子被取代的溴代物。,卤素的活性对氢的选择性在有机反应中，对于相同的底物，活性小的试剂有较强的选择性。溴自由基的活性较低，选择性较好。,

18、2020/7/4,65,六、卤化反应的取向与自由基的稳定性,高级烷烃由于可以生成各种异构体而使反应变得复杂，这些异构体是由于烷烃上不同的氢原子被取代而生成的。,2020/7/4,66,以上反应各产物所占比例不同。为什么？,各种氢的相对活性不同！,各种氢的相对活性：3H2H1H,从产物比率可以算出不同种类氢的相对活性，若以伯氢的活性为1，则仲氢、叔氢的相对活性为：仲氢伯氢=28/2(34+16)/9=2.8，叔氢伯氢=22(34+16)/9=4.0。,2020/7/4,67,1、C-H键的离解能;2、自由基的稳定性。,C-H键的离解能：能量低者易离解。,相对活性顺序的理论解释：,2020/7/4

19、,68,离解能低者易形成自由基，自由基也相对稳定，因此，烷烃分子中活泼氢被卤代的几率大。,2020/7/4,69,本部分总结,烷烃的卤代及其自由基反应机理；烷烃的制备；氢原子的活泼性：3H2H1H；自由基的稳定性：321CH3。,2020/7/4,70,直链烷烃两头的两个碳原子以单键连接成环状结构。,2.8环烷烃(cycloalkane)(P49),2020/7/4,71,一、环烷烃的类型,(单)环烷烃,通式：CnH2n,桥环烃（稠环）,桥环烃,螺环烃,（与烯烃通式相同）,2020/7/4,72,二、环烷烃命名(P50),1、单环烷烃,根据成环碳原子总数，称为“环（cyclo）某烷”；,202

20、0/7/4,73,如,环上有取代基时，给取代基的位次尽量小。,2020/7/4,74,2、二环烷烃,2020/7/4,75,桥头碳原子,十氢萘,桥环烷烃（二环）的命名,桥头碳：几个环共用的碳原子。桥头间碳原子数：不包括桥头C，由多到少列出。,2020/7/4,76,编号从桥头碳开始，绕最长的桥到另一个桥头，再绕次长桥回来，最后再编最短的桥。可能的情况下给取代基以尽可能小的编号,2020/7/4,77,2020/7/4,78,螺环烷烃的命名,几个环共用的碳原子称螺碳原子,2020/7/4,79,比较:,2020/7/4,80,可能情况下给取代基以尽量小的编号。,5,2020/7/4,81,三、环

21、烷烃的同分异构,1、构造异构,2020/7/4,82,2、顺反异构（构型异构）,-由于分子中与环或双键相连接的原子或原子团的相对旋转受到阻碍而产生的来立体异构。,两个相同的原子（团）在环的同侧为顺式构型两个相同的原子（团）在环的异侧为反式构型,2020/7/4,83,2020/7/4,84,四、环烷烃的物理性质和化学反应(P56),1、物理性质（自学）,2、化学反应,1）取代反应(大环)2）开环反应(小环),2020/7/4,85,环的大小与化学性质,2020/7/4,86,小环化合物的催化加氢(环越大越不易加氢),（打开一根C-C键）,主要产物,支链多较稳定,（小环烷烃，特别是环丙烷，和一些

22、试剂作用时易发生开环）,2020/7/4,87,小环化合物与卤素的反应,（离子型）加成反应,三元环与X2,HX在常温下即可发生开环反应，X2,HX于常温下不使四元环开环，但加热后，反应可发生。,需加热!,室温即可!,2020/7/4,88,小环化合物与HI或H2O/H2SO4的反应,反应选择性与碳正离子稳定性有关,分别加两头,2020/7/4,89,练习.完成下列反应。,（2）,（3）,（1）,2020/7/4,90,五、环烷烃的结构(P51,52),环烷烃的C也为sp3杂化，但为了成环，碳原子间键角很难维持109.5。键角因环不同而异。,1、角张力（anglestrain）,角张力：环烷烃分

23、子中碳原子间的键角偏离正常键角而引起的张力。,2020/7/4,91,环丙烷三个原子共平面，相邻的两个C上C-H键处于重叠式，能量高。,扭转张力：由于构象是重叠式而引起的张力。,环丙烷分子中由于角张力和扭转张力均存在，分子能量高，不稳定。,2、环丙烷,2020/7/4,92,3、环己烷的结构及构象*(重点)(P53),如果环己烷的6个碳原子在同一平面上:将有角张力和扭转张力！,环己烷不是平面型分子,2020/7/4,93,环己烷碳架是折叠的,椅式构象(chairform),船式构象(boatform),C2,C3,C5,C6共平面,两者互为构象异构体,2020/7/4,94,）船式构象和椅式构

24、象-两种典型构象,占99%以上,2020/7/4,95,椅式构象的特点,HH之间距离均大于H的VanderWaals半径之和（2.40）,椅式构象中所有的键角都接近正常的四面体角（109.5度）,非键原子间的距离都大于范氏半径之和,故分子中无角张力及扭转张力。,交叉式,2020/7/4,96,船式构象(了解),船式构象是环己烷能保持正常键角的另一个构象。船式构象中虽然没有角张力存在，但存在着较大的非键张力和扭转张力.,2020/7/4,97,）椅式构象中的平伏键与直立键-两种键,平伏键:六个CH键与分子的C3对称轴大致垂直并伸出环外,若以与碳原子1、3、5或2、4、6所在的平面相垂直的直线为轴，则旋转120或其倍数得到的构象和原来的完全一样，椅式构象有一个三重对称轴C3。,直立键:六个CH键彼此基本平行，与环平面垂直轴基本平行,1,3,5,2,4,6,2020/7/4,98,椅式构象中C-H键的顺反关系*,位于环同侧的基团是顺式的关系;位于环异侧的基团是反式的关系.,相邻碳上的a键和e键为顺式;两个相邻的a键（或e键）为反式.,重点理解和记忆！,2020/7/4,99,）构象翻转过程中a键与e键的变换,在同一个碳原子上的a-键及e-键可以经过环的翻转而相