饱和烃：烷烃和环烷烃

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1、1 第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃 烃： 只含碳氢的化合物 ting： tan qing 脂肪烃 饱和烃：烷烃(石蜡烃)烃 不饱和烃 烯烃 炔烃 脂环烃 饱和烃：环烷烃 不饱和烃 环烯烃 环炔烃 2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构 6 2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构2.1.1 烷烃和环烷烃的通式(1)烷烃(2)同系列中的第一个化合物有特性 7 (2) 环烷烃 8 2.1.1 烷烃和环烷烃的构造异构 仅有链异构，又称碳架异构(1) 随碳原子数增加，异构体数目增加 CH4C 2H6C3H8 9 C4H10C5H12C 6H14C20H42 366,319 235 10 (2) 构造异构体的物

2、理性质不同 bp、mp、相对密度、光谱、 溶解度、折光率、存在形式 2.2 烷烃和环烷烃的命名2.2.1 伯、仲、叔、季碳原子和 伯、仲、叔 氢原子 11 H3C CH2 CH2 CH3 H3C CH CH3CH3 H3C C CH3CH3CH3 12 2.2.2 烷基和环烷基烷烃和环烷烃去掉一个氢原子余下的基团通常5个碳以下 RH R (radical 基、原子团) 13 R （ 烷 基 ）CH3 CH3CH2CH 3CH2CH2 中 文 名 英 文 名甲 基 乙 基（ 正 ） 丙 基 methylethyln-propyl CH3CHCH3 异 丙 基 缩 写Me Etn-Pr isopr

3、opyl i-Pr 14 CH3CH2CH2CH2 CH3CHCH2CH3 （ 正 ） 丁 基 异 丁 基 n-butyl isobutylCH3CCH3 CH3 叔 丁 基 tert-butyl n-Bu i-But-Bu(tertiary) CH3CH2CH 仲 丁 基 sec-butyl s-BuCH3 (secodary) R （ 烷 基 ） 中 文 名 英 文 名 缩 写 15 CH3(CH2)3CH2CH 3CHCH2CH2CH3 （ 正 ） 戊 基异 戊 基 n-pentyln-amylisopentyl CH3CH2CCH3CH3 叔 戊 基 tert-pentyl CH3CC

4、H2CH3CH3 新 戊 基 neopentyl R （ 烷 基 ） 中 文 名 英 文 名 缩 写 16 亚烷基 烷烃去掉二个氢原子余下的基团 亚甲基环烷基 环丙基 环丁基 环戊基 环己基CH 2 17 2.2.3 烷烃的命名反映分子中的 原子组成 数目 化合物的结构 (1) 普通命名法(习惯命名法)简单、方便，只适用于含碳原子少的烷烃 根据分子中碳原子的数目而称为某烷直链烷烃 碳原子数从一到十，以天干名称表示： 甲、乙、丙、丁、戊、 己、庚、辛、壬、癸碳原子数大于十，以数目称之： 十一、十二、三十二 18 CH3(CH2)5CH3CH 3(CH2)6CH3CH3(CH2)7CH3CH 3(

5、CH2)8CH3CH3(CH2)9CH3CH 3(CH2)10CH3CH3(CH2)11CH3CH 3(CH2)18CH3 19 区别同分异构体，冠以词头：正、异、新CH3(CH2)4CH3 CH3CHCH2CH2CH3CH3 CH3CCH2CH3CH3CH3CH 3CHCHCH3CH3CH3 CH3CH2CHCH2CH3CH3 如 何 命 名 ？如 何 命 名 ？ 20 (2) 衍生命名法能简明地反映结构，不适用于结构较复杂的烷烃以甲烷为母体，其它烷烃都看作甲烷的烷基衍生物。选连接烷基最多的碳原子作为甲烷的碳原子烷基按次序规则(见P73)列于名称中 二甲基(正)丙基异丙基甲烷 CH 3 CH

6、 3CH 3CH 3 CH 3CH CH 2CH 2C 21 (3) 系统命名法根据IUPAC 命名原则，结合我国文字上 的特点制定 1892年日内瓦 1960年制定 国际化学会议拟订 1979年修订 1980年修订 直链烷烃与习惯命名法一致 支链烷烃看作是直链烷烃的烷基衍生物 22 最 长 链 为 主 链取 代 基 编 号 数 最 小 CH3CH2CH2CHCHCH3CH2CH31234 CH356 12 2甲 基 3乙 基 己 烷 3-异 丙 基 己 烷3ethyl2methylhexane3456 不 正 确 命 名 取 代 基 最 多 的 链 为 主 链小 基 团 排 在 前 面 （

7、英 文以 字 母 顺 序 排 列 ）CH3CH2CH2CHCH2CH3CH2CH2CH2CH31 2 3 45 6 7 812345678 4乙 基 辛 烷4ethyloctane 4乙 基 辛 烷不 正 确 命 名 23 不 同 基 团 编 号 相同 时 ， 使 小 取 代 基编 号 最 小7CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH31 2 3 4 5 6CH3 123456CH2CH3 878 3-甲 基 -6-乙 基 辛 烷 6ethyl3methyloctane 相 同 取 代 基 合 并 用大 写 数 字 表 示 （ 英文 表 示 基 团 数 目 用 词头 di, tri, tet

8、ra, penta, hexa 表 示 ） CH3CH2CHCH2CHCHCH2CH3Et Et 123456Et78 3, 4, 6三 乙 基 辛 烷 3, 4, 6triethyloctane用 “ ,”隔 开 24 1 2345678 2 3 1 2 3 4 567 81 这 样 选 取 主 链 及编 号 是 否 合 适 ？最 低 系 列 原 则 ： 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 25 以 环 为 母 体 ， 名 称用 “ 环 ” 开 头 。 环 外 基 团 作 为 环 上的 取 代 基2.2.4 环烷烃的命名(1)

9、 单环环烷烃 环某烷为母体CH3 123 1 234 取 代 基 位 置 数 字 取最 小 26 环为取代基34 27 (2) 二环环烷烃 联环：两环以单键或双键相连常见的是两个相同环组成，称为联二环某烷或联环某烷 联二环丙烷 123 1 23 28 桥环烷烃两环共用两个或更多个碳原子含稠环：两环共用两个相邻碳原子 桥 头 碳 ： 几 个 环 共 用 的 碳 原 子 ，桥 头 间 的 碳 原 子 数 ： 不 包 括 桥 头 C， 由 多 到 少 列 出环 的 编 号 方 法 ： 从 桥 头 开 始 ， 先 长 链 后 短 链1 2 3456789 10 (用 .隔 开 ) 29用 ,隔 开1

10、2 345678 9 1 2 3456 7 1 2345 6 7 1 2345 6 7 30 螺环烷烃：两个环共用一个碳原子 螺碳原子 编 号 从 小 环 开 始 取 代 基 数 目 取 最 小 (用 .隔 开 )123 4 56 7 891012 3 4 567 31 2.3 烷烃和环烷烃的结构2.3.1 键的形成及其特性(1) 碳原子轨道的杂化状态 SP3杂化 成分：1/4 S，3/4 P方向：一头大，电子云偏向该方，利于成键 一头小对称轴夹角：109.5，价电子彼此离得最远， 斥力最小 32 (2) 键的形成原子轨道沿键轴相互交叉，形成圆柱型轴对称 头碰头 轨道，称为轨道 希腊字母，相当

11、于S Symmety 对称轨道上的电子称电子轨道构成的共价键称键 C-H 键 C-C 键 33 (3) 键的特性 键以键轴为对称轴，成键时轨道交叉程度大，键牢固以键相连接的两个原子可以相对旋转，不影响电子云的分布 34Space FillingModelBall andStick Model CHH HH 109.5o1.09 键 (sp3-s) CHH CH H HH109.3o1.54 1.10 键 (sp3-s) 键 (sp3-sp3) 35 2.3.2 环烷烃的结构与环的稳定性(1) 燃烧热与稳定性 1mol化合物完全燃烧生成CO2和水所放出的热量其大小反映分子能量的高低，可提供有关化

12、合物稳定性的依据 开链烷烃分子每增加一个亚甲基，燃烧热增值658.6kJ/mol 环烷烃可看作多个亚甲基相连的化合物燃烧热不象烷烃那样有规律不同环烷烃中的亚甲基单元的燃烧热因环的大小不同而有明显差别 36 每 个 CH2的 燃 烧 (KJ/mol) 每 个 CH2的 燃 烧 热 (KJ/mol)小 环 C3C4 环 丙 烷 697.1环 丁 烷 686.1 中环 C8C11 环 辛 烷 663.8环 壬 烷 664.6环 癸 烷 663.6普 通环 C5C7 环 戊 烷 664.0环 己 烷 658.6环 庚 烷 662.4 大环 C12 环 十 四 烷 658.6环 十 五 烷 659.0开

13、 链 烷 烃 的 能 量 ， 称 为 张 力 能(2) 张力能角张力：键角偏离正常键角引起的张力扭转张力：构象是重叠式引起的张力 37角 张 力 （ angle strain） ： 环 的 角 度 与 sp3轨 道 夹角 差 别 引 起 的 张 力 CC C HH H H HH 104o HHHHHH HHHHHH 123 123 C1-C2所 有 CH 键 均 为重 叠 式 构 象 ， 有扭 转 张 力 平 面 型 38 环丁烷角 张 力扭 转 张 力 角 张 力 稍 增加 , 扭 转 张力 明 显 减 小HH HHHH HH1 234C1-C2C4-C3 HHHHHH 1234HHHH H

14、 HHH HH1 234 HHHHH2C 123H2C4C1-C2 39 环戊烷几乎没有角张力以信封型和扭曲型来降低扭转张力= 40 环己烷 120o HH H H HH HH H HH H n 环 己 烷 不 是 平 面 型 分 子 41H HHH HH HHH HH H H HHH HH HHH HH H1234 5 6 123 4 5 6 42 712C环：没有角张力，存在扭转张力 更大的环，自然界中少见2.4 烷烃和环烷烃的构象由于烷烃分子中的碳原子可以以C-C 键为轴进行旋转，这就使得碳原子上的基团在空间的相对位置随之发生变化，产生不同形象的分子，属于立体异构中的构象异构 43C H

15、 H CH HH H1 2 H H H HH H1 2 1 2H HHH H H 44von der waals排 斥 力 ， CHH CH H HH2.3 小 于 两 个 H 的von der waals 半径 （ 1.2） 之 和 ，有 排 斥 力60 o C1旋 转 -250 oC): 单 个 乙 烷 分 子 ： 绝 大 部 分 时 间在 稳 定 构 象 式 上 。一 群 乙 烷 分 子 ： 某 一 时 刻 ， 绝大 多 数 分 子 在 稳 定 的 构 象 式 上 。 46 构象互变的可能性 单键旋转的能量差一般在12.641.8 kJ/mol之间，室温下分子间的碰撞可能产生84kJ/m

16、ol的能量，足以越过此能垒，使各种构象容易迅速互变分子在某一构象停留的时间很短（ 2o 1o CH3CH2CH3 CH3CHCH3CH3CH2CH2410.0 kJ/mol397.5 kJ/mol + H+ H CH3CHCH3 CH3CCH3CH3CHCH2CH3 CH3CH3389.1 kJ/mol410.0 kJ/mol + H+ H 键 离 解 能 （ DH） 66 (4) 反应活性与选择性 卤素不同，反应活性不同 F2 Cl2 Br2 I2 难控制 取代叔仲伯氢 取代叔仲氢 难反应 有实用价值 符合C-X键键能规律 CH3-F CH3-Cl CH3-Br CH3-I 451 349

17、293 234 kJ/mol 形成共价键释放的能量减少，反应活性降低 67 随卤素活性减弱，选择性增加2.6.2 氧化反应 (1) 完全氧化 燃烧，放热原油 汽油 煤油 柴油 润滑油 重油 40200 130250 250350 350500 500(2) 控制氧化 得醇、醛、酮、羧酸等，混合物个别反应有应用 +CH 3CH 2CH 3 CH 3CH CH 3hv Br2125 C 0, CH 3CH 2CH 2BrBr97% 3% 68 + O2 Co1501600C0.81MPa OH O+ H NO3 CH 2CH 2COOHCH 2CH 2COOH己二酸与己二胺缩聚产物为尼龙66纤维、

18、塑料 +OHO2 O聚十二内酰胺（尼龙12）的原料环十二烷 环十二醇 环十二酮 69 2.6.3 异构化反应 一种异构体转变为另一种异构体的反应炼油工业将石油馏分中的直链烷烃(沸点高) 异构化为支链烷烃(沸点低)，以提高汽油质量 抗爆性好 抗爆性差 “爆燃”现象缩短发动机 寿命，增加汽油耗量 提高辛烷值汽油抗爆性的表示单位，规定异辛烷(2,2,4-三甲基辛烷)的辛烷值为100，正庚烷的辛烷值为0四乙基铅能提高汽油抗爆性，但污染环境。现有用甲基叔丁基醚 70 2.6.4 裂化反应烷烃和环烷烃在高温、无氧条件下进行的热分解反应，是石化工业由重质油获得轻质油和低级烯烃的方法热裂化催化裂化深度裂化(裂

19、解) 71 2.6.5 小环环烷烃的加成反应 卤代 氧化 开环加成大环(环戊烷、环己烷) 小环(环丙烷、环丁烷)(1) 催化加氢 + H 2 Ni 802003000C CH 3CH 2CH 3CH 3CH 2CH 2CH 3CH 3CH 2CH 2CH 2CH 30C0C容易开环 72 (2) 加卤素 C 5不反应高温发生自由基取代 + CH 2CH 2CH 2CH 2CH 2CH 2CH 2Br2 CCl4r.t.加热 BrBr BrBr 73 (3) 加HX C 4常温不反应环的断裂发生在连接氢原子最多和最少的成环碳原子之间（符合马氏规则）+ CH 3CH CH 2CH 2CH 3 H X HX 74 作业 P45习题2.13 P59习题2.23 P60 （一） （二） （十三）