2-饱和烃.ppt

1、第二章，饱和烃：烷烃和环烷烃，一，烷烃和环烷烃的通式和结构异构化，分子中只有烃两种元素体的有机化合物称为烃化合物(简称烃)，是最简单的有机化合物。 根据分子的碳棚，烃、烯烃、链烷、脂肪烃、芳烃、脂肪烃、饱和脂肪烃(环烷烃)、不饱和脂肪烃、1 .链烷和环烷烃的通链烷广泛存在于自然段，从天燃气和石油分离的链烷有甲烷、乙烷、职业摇镜头、丁由CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3可知，每增加一个c原子，就增加两个h原子。 烷烃的通式： CnH2n2，b .由碳和氢两个元素体组成，性质与烷烃类似的饱和碳环化化合物称为环烷烃。 环烷烃的通式： CnH2n，全部具有相同通式、组成上一个或多个CH2不同的一

2、系列化合物称为同系列，同系列中的化合物称为同系物。 同系物具有相似的化学性质，便于学习和研究。 2 .烷烃和环烷烃的结构异构化，a .链烷烃：分子式相同，结构不同的化合物称为同分异构体。 随着c原子的增加，同分异构体的数量增加，如戊烷有3种同分异构体，己烷有5种同分异构体。 不同碳骨架的结构异构化也称为碳棚异构化，与b .环烷烃：环烷烃相似，但比环烷烃复杂，异构化现象是有机化合物数量庞大的原因之一，也有二、链烷烃和环烷烃的命名、1.1、2、3级、4级碳和一级、2、2级连接3级碳原子的h原子相应地称为1级、2级、3级氢、2 .烷基化学基和环烷基化学基，烷烃和环烷烃分子从形状去除1个氢原子而残留的

3、部分分别称为烷基化学基和环烷基化学基。 烷基化学基的通式为CnH2n1，通常r表示的环烷基化学基的通式为CnH2n1，将除去了n-烷基化学基：直链烷烃末端的氢原子的原子团称为n-烷基化学基。 名称以“正”或“正常”的第一个字母“n”表示。 2级烷基化学基：除去1个2级氢原子得到的烷基化学基称为2级烷基化学基。 用“仲”或“仲”的前三个字母“sec”表示。 叔烷基化学基：除去一个叔氢原子而得到的烷基化学基称为叔烷基化学基。 用“tertiary”前面的字母“t”表示。 异烷基化学基：在链端倒数第2个碳原子上具有甲基支链。 用“isomeric”前面的字母“I”表示。链烷分子从形态中除去2个氢原子

4、后剩下的化学基称为亚烷基化学基，3 .链烷的命名，(1) .一般命名法是根据c原子的数量来命名，10个c以内用10个脑干名称来表示：甲、乙、丙、丁、戊、己、 为了区别同调瓦斯气体，通常用几个词头表示：正(n )表示链烷异(I )表示链端的第二位c原子上有甲基化学基。 新(neo )表示链端第二位的c原子上有2个甲基化学基，适用于单纯的有机化合物(2) .诱导体命名法将烷烃视为甲烷的烷基诱导体。 适用于简单且碳原子少的烷烃。 在文献中不怎么被使用。 原则： 1、烷基化学基连接最多的c原子为甲烷的c原子，与该c原子连接的化学基为甲烷h原子的取代化学基。 2 .被置换的烷基化学基按大小排列，简单地在

5、前、复杂地在后。 (3) .系统命名法，目前有机化合物最常用的命名法是IUPAC (internationlunionofpureandappliedchemistry，国际纯粹化学和应用化学联合会)系统命名法。 我国现行的系统命名法是根据IUPAC规定的原则，结合我国文字特点制定的。原则： 1、直链烷烃以c原子数命名，10以内用天干名表示(与习惯名相似，“正”字除外)，10以上用对外汉语数字(11、12等)表示。 2 .选择具有支链的链烷、主链：以支链最多、最长的碳链为母体，根据碳链的数量，称为某种链烷。b .编号：对主链上的碳原子从接近支链的一端开始依次用阿拉伯数字进行编号的主链编号有几种

6、可能性的情况下，应该选择支链的最低序列的编号，最低序列是指，在碳链为不同的方向编号，得到两个以上的不同的编号序列时，按顺序排列各序列的不同顺序进行比较，首先顺序最小c .命名和替换化学基：命名时替换化学基的名称写在主链名称的前面，替换化学基的顺序用主链上的碳原子数表示，替换化学基名称的前面，两者之间用半字线“-”连接。 如果包含一些不同的替换化学基，则替换化学基的排列顺序列在“优秀”化学基之后，如排序规则(见第3章3.3.3 )中所述。 例如，如果包含相同的替换化学基(如： )，则相同的化学基将合并，如下所示：如果链烷相对复杂且分支链具有替换化学基，则可以用截断的数字表示替换化学基在分支链中的

7、位置，或者用括号括住具有替换化学基的分支链的完整名称练习：4 .环烷烃的命名根据分子中的环数可以分为单环无环烃、二环无环烃和多环无环烃。 (1)单环烷烃的命名以碳环为母体，以环上侧链为置换化学基，在名字前面加上环字。 环上碳原子的序号顺序以取代化学基的位置最小为原则。 (2)二环环烷烃的命名、二环无环烃根据环的连接方式可以分为以下4种：环烃：两个环相互以单线(或双键)直接连接。 螺环烃：两个环共有一个碳原子。 稠环烃：两个环共有相邻的两个碳原子。 桥环烃：两个环共享两个不直接连接的碳原子。 (1)桥环烃的命名、结构特点：均有连接两个桥头碳原子和三个桥头的“桥”，编号：先编最长的桥，从桥头碳原子

8、开始编号。 命名：根据构成环的碳原子的总数命名为“某烷烃”，加上前缀“双环”。 并且，各“桥”中含有的碳原子的数量，在“双环”和“某烷烃”之间的方括号中按大小顺序写上，用圆圈分隔数字。 环上的碳原子序数从一个桥头碳原子开始，最初从最长的桥编织到第二个桥头，然后重组佟下的长桥，回到最初的桥头，最后编织最短的桥。 号码的顺序以置换基础位置号码的相加数小为原则。 (2)螺环烷烃的命名、结构特征：两个碳环共有一个碳原子(螺原子)的化合物。 编号：先编织小环，从与螺原子连接的某个碳原子开始编号。 命名：根据构成环的碳原子总数，命名为“某烷”，加上词头“螺”。 并且，将与螺原子相连的两个环的碳原子数，按照

9、从小到大的顺序写在“螺”和“某烷烃”之间的方括号上，用圆圈分隔数字。 当环中有取代化学基时，碳原子的编号从与螺旋原子相连的一个碳原子开始，首先形成小的环，然后经过螺旋原子形成第二个环。 三、烷烃和环烷烃的结构，1 .键的形成及其特性，原子轨道沿核间的连线(键轴)相互交叉，形成相对键轴圆柱形对称的轨道，称为轨道。 轨道上的电子叫电子。 轨道的共价键叫做结合。 在甲烷分布中，已知碳原子是sp-3混合物，CH键是碳原子的sp-3复杂化轨道和氢原子的1s轨道在对称轴的方向上交叉。、由sp3混合碳原子构成的甲烷、由sp3混合碳原子构成的乙烷、由两个以上的碳原子构成的烷烃、其CH键也是碳原子的sp3杂化轨

10、道和氢原子的1s轨道在对称轴的方向交叉。 不同的是，CC键是由两个碳原子分别在一个sp3杂化轨道上沿对称轴方向交叉而成的，由于六个CH键和一个CC键、四个CH键、以及其他烷烃的碳原子所连接的四个原子或原子团不完全相同，所以每个碳的结合角不完全相同。 除乙烷外，烷烃分子的碳链不是配置在同一直线上，而是弯曲地配置在空间上。 为了便于书写，碳链还以直链的形式写着。 也可以用键线式写烷烃的分子结构。 之字形线的角和其端点表示碳原子，氢原子以外的原子和原子团必须写。 2 .环烷烃的结构和环的稳定性，(1)燃烧热和环的稳定性，环烷烃的燃烧热，环烷烃比开放残奥片具有更高的能量环则张力能越大，分子越不稳定则环

11、已烷是没有张力的环环已烷和C12以上的大的环化合物越稳定的化合物。 (a )结合角偏离正常结合角，环烷烃中的碳原子的结合轨道为SP3，正常结合角为109.5 (b )重日式榻榻米式结构的张力，(2)环烷烃不稳定的原因，3 .链烷烃和环烷烃的结构，结构：基于单键旋转的分子(1)乙烷的构象，乙烷的构象其中具有典型意义的两种构象是过说唱乐式和交叉式构象，乙烷分子必须围绕CC单键360 o经过三个过说唱乐式和三个交叉式构象。 这两个构象可以分别由透视式和纽曼(M.S.Newman )心理投射式表示： Newman心理投射式从CC键的延长线上看，两个碳原子在心理投射式中处于重叠的位置. 代表接近观察者的

12、碳原子及其三个键。 代表远离观察者的碳原子及其三个键。 各碳原子相连的3个键，在心理投射式中相互形成120角。 (1)在过说唱乐构象中，两个碳原子上的h原子相互重合，无论CH键上的电子对间或h原子间的距离如何，都是最近的，相互排斥力最大，因此是能量最高，最不稳定的构象，(2)在交叉构象中，两个h原子相互交错单键的旋转是不完全自由的，但在室温下，由于自己的热运动能够跨越这个能垒，迅速地使各种构象相互变化，所以在室温下乙烷是无数构象组成的平衡混合物，(2)丁烷的构象，丁烷这4种典型构象的能量的高低是： 作为残奥交叉式奥尔特交叉式部分重日式榻榻米式全重日式榻榻米式的比较稳定的两种构造是椅子型构造和船

13、型构造，在椅子型构造中，所有的CCC结合角几乎保持1095，邻接的两个碳的CH结合是交叉式。 环已烷的椅子型构象是没有张力的环。 在船型构造中，因为所有的结合角都接近1095，所以没有角张力，但是邻接的碳上的C-H结合不一定都是交叉定义。 C-2和C-3的CH牛鼻子、C-5和C-6的CH牛鼻子都已过说唱乐。 另外，船型构造中，c1和c4上的2个向内延伸的氢原子之间，因为距离近互相排斥，分子的能量也上升。 椅型比船型稳定。 环已烷的椅子型和船型构造相互变换，环已烷分子通过CC结合不断地扭转，可以从一个椅子型反转为另一个椅子型。 如果星座反转，则原始的a键全部为e键，云同步上原始的电子牛鼻子全部为

14、a牛鼻子。在常温下，这些个的2个结构型的变化是可逆的，4 .置换了环已烷的结构型、(1)置换了环已烷的结构型、平衡体系中，e键甲基环己烷为95%、(2)多置换了环已烷的结构型、a e型、顺环上有不同的置换化学基时，体积大的置换化学基在e键上的排列稳定。 五、烷烃和环烷烃的物理性质，因为烷烃不分子极性，所以分子间的作用力主要是分散力，碳原子数越多分子间分散力越大。 支链烷烃的支链越多，分子间接触面积越小，分散力越小。 烷烃的物理性质都与这一点有关。 1 )沸点：分子间作用力越大沸点越高，4 )溶解度：“相似相溶”规则、数碳原子数、b.p碳原子数相同的支链、b.p支链数目相同的对称性、b.p，2

15、)熔点：即奇数c、m.p少，由此形成“偶上奇下”两条曲线。 3 )密度：所有链烷的密度小于1，6，链烷和环烷的化学性质，1 .自由基置换反应，链烷和环烷分子中的氢原子被其他原子或集团置换的反应称为置换反应。 由于自由基取代分子中的氢原子的反应，称为自由基置换反应。 对(1)卤化反应、烷烃和环烷烃分子中的氢原子被卤原子取代的反应、卤化反应或者卤化反应、(2)卤化的反应机制、化学反应进行详细描述，在理论上解释为反应过程或者反应机制。 在光照或高温下，烷烃的氯化反应是自由基链锁反应或游离基反应。 甲烷的反应历史如下： (3)卤化反应的取向和自由基的稳定性，1H的反应活性为1，h原子的反应活性顺序为：

16、3H 2H 1H，明显，自由基形成的容易程度，容易形成的自由基必定是稳定的自由基。 自由基的稳定性是： (4)反应活性和选择性，反应活性： F Cl Br I，(2)氧化反应，烷烃在空气中点火时产生燃烧反应，释放大量的热量。 在催化剂的存在下，烷烃可以氧化成含氧化合物。 所得产物为混合物，在工业上应用价值不大。 (3)异构化反应，将一个化合物转化为其同分异构体的反应称为异构化反应，炼油工业利用异构化反应，将石油馏分中的直链烷烃异结构化为支链烷烃，提高汽油的质量，(4)将在裂解反应、高温下分解烷烃分子的过程称为分解，催化剂存在下的分解称为催化分解， 裂解反应后得到低水平的链烷，也含有烯烃和氢，(6)环烷的加成反应、a. H2、环烷在催化剂存在下与氢作用，开环生成链烷。 但是，环境的大