s02飽和脂肪烴

1、 第二章 飽和脂肪烴目的要求：掌握烷烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象及系統(tǒng)命名方法；掌握烷烴的結(jié)構(gòu)及雜化軌道理論；掌握烷烴的性質(zhì)；. 了解烷烴的構(gòu)象； 5. 了解烷烴的來源及用途。 烷烴的基本結(jié)構(gòu)特征（1）碳原子彼此以單鍵相連；（2）與碳結(jié)合的氫原子數(shù)目已達(dá)最高限度，不能再增加，故又稱為“飽和烴”。 分子通式：CnH2n+2 僅有碳?xì)鋬煞N元素組成的化合物稱為烴。碳原子與其他原子以單鍵相連且達(dá)最大限度，稱飽和烴，開鏈的飽和烴即為烷烴。也即烷烴的基本結(jié)構(gòu)特征為：一、同系列及異構(gòu)現(xiàn)象1、同系列、同系物、同系差 從幾種簡單的烷烴看： 甲烷 CH4 H-CH2-H 乙烷 C2H6 H-(CH2)2-H 丙烷 C3H8

2、H-(CH2)3-H 丁烷 C4H10 H-(CH2)4-H. 通式 CnH2n+2 H-(CH2)n-H 同系列：凡是具有同一個通式，結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)也 相似，物理性質(zhì)則隨碳原子數(shù)的增加而有規(guī)律 地變化的化合物系列為。 同系物：同系列中各化合物彼此互稱為。 同系差：相鄰?fù)滴镌诮M成上相差一個恒定的結(jié)構(gòu)增量 即CH2。 2、烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象 甲烷、乙烷、丙烷只有一種結(jié)合方式，沒有異構(gòu)現(xiàn)象。丁烷有二種結(jié)合方式： 正丁烷 異丁烷戊烷有三種結(jié)合方式：正戊烷異戊烷新戊烷 象丁烷或戊烷中二個分子的不同在于分子中原子相互連接的方式和次序不同。這種現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。分子中原子互相連接的方式和次序稱構(gòu)造

3、;我們把分子式相同，構(gòu)造不同的異構(gòu)體稱為構(gòu)造異構(gòu)體。 隨著碳原子數(shù)的增加，異構(gòu)體的數(shù)目增加很快： C原子數(shù) 4 5 6 7 10 13 25 異構(gòu)體數(shù) 2 3 5 9 75 802 3679萬多個 結(jié)構(gòu)異構(gòu)存在的意義： 說明有機化合物數(shù)目龐大的原因之一； 認(rèn)識一個有機化合物僅知道分子式是不夠的，只有知道其分子結(jié)構(gòu)，才能有全面的認(rèn)識。3、碳原子和氫原子的類型 伯碳：或第一碳，或1級，用1表示與一個C原子直接相連。仲碳：或第二碳，或2級，用2表示與二個C原子直接相連。叔碳：或第三碳，或3級，用3表示與三個C原子直接相連。季碳：或第四碳，或4級，用4表示與四個C原子直接相連。 甲烷是一個例外，不屬于

4、以上類型。 二、命名1、普通命名法-僅適于簡單烷烴直鏈的烷烴（沒有支鏈）：稱為“正某烷”?！澳场敝竿闊N中C原子的數(shù)目。用甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸表示，十以后用大寫數(shù)字表示，十一、十二、。例如：正-代表不含支鏈的化合物 ;異-指分子中碳鏈一端的第二個碳原子上帶有一個CH3的化合物;新-具有叔丁基結(jié)構(gòu)的含五個或六個碳原子的鏈烴?！爱悺?、“新”只適用于少于七個碳原子的烷烴。支鏈的烷烴：為區(qū)別異構(gòu)體，用“正”、“異”、“新”等詞頭表示。例如：2、烷基的命名 烷基：烷烴分子去掉氫原子剩下的原子團叫烷基，常用“R-”表示。一價基的通式為CnH2n+1甲基CH3- (Me) methane 乙

5、基CH3CH2- ( Et ) ethane 丙基CH3CH2CH2- ( n-Pr ) propane 異丙基 (CH3)2CH-(i-Pr) 丁基CH3CH2CH2CH2 - (n-Bu, butane) 異丁基(CH3)2CHCH2- (i-Bu)仲丁基CH3CH2CH(CH3) (sec-Bu) 叔丁基(CH3)3C- (t-Bu) 亞甲基（二價基） 次甲基（三價基） （見p14下頁） CH2 CH 3、系統(tǒng)命名法（又稱IUPAC命名法）(國際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會) 直鏈烷烴：同普通命名法，但不加“正”字。 支鏈烷烴：按以下步驟：（1）選主鏈（母體）：選取含碳原子最多的碳鏈為主鏈，即

6、最長鏈；（2）編號：對主鏈上的碳原子依次編號，盡可能使含支鏈 的碳原子編號小；（3）補充支鏈：將支鏈的位置、數(shù)量、名稱補充在主鏈名稱前。 注意書寫方式（逗點、短橫線等），相同的取代基合并。書寫順序：英文-按第一個字母的順序； 中文-按“次序規(guī)則”，由小到大。（4）支鏈上又有支鏈時，可對支鏈進行編號。（5）若分子中有兩個等長主鏈，則選含支鏈多的為主鏈。 4、次序規(guī)則：主鏈上連有多個不同支鏈時，支鏈的排列順序按立體化學(xué)中的“次序規(guī)則”，將較優(yōu)基團列在后面。CH3 CH2 CH CH CH2 CH2 CH3CH2CH3CH34-甲基-3-乙基庚烷乙基為較優(yōu)基團，故應(yīng)排在后面。排列較優(yōu)基團的方法：a.

7、各支鏈與母體相連的原子的原子序數(shù)大的，為較優(yōu)基團。b.若與母體相連的第一個原子相同，則比較第二個原子，以此類推。c.烷基的優(yōu)先次序（由小到大）：甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、異戊基、異丁基、新戊基、異丙基、仲丁基、叔丁基。d.最低系列編號法:當(dāng)主鏈有幾個支鏈時,從主鏈的任一端開始編號,可得兩套表示取代基位置的數(shù)據(jù)。逐個比較兩種編號法中取代基位置的數(shù)字，最先遇到位次較小者，定為“最低系列”。例如：C C C C C C CC 1 2 3 4 5CCC678CC C C C C C CCCCCC1238 7 6 5 4如何命名？2，7-二甲基-5-乙基辛烷2,7-二甲基-4-乙基辛烷注意：中文命名

8、中阿拉伯?dāng)?shù)字表示取代基的位置，漢文數(shù)字表示取代基的數(shù)目，二者不可混淆。3甲基戊烷2,4二甲基戊烷3甲基十一烷4 ,4二甲基庚烷4甲基5乙基辛烷4異丙基庚烷練習(xí)：下列化合物的系統(tǒng)命名法中哪些應(yīng)予以改正：三、烷烴的結(jié)構(gòu)1、碳原子的SP3雜化 C: 1S2.2S2.2Px.2Py 軌道進行SP 雜化后，不再是原來的S或P軌道，而是一種含有與原來不同軌道成分的新軌道。形成的四個SP 雜化軌道在空間互為109.5。 33 首先發(fā)生電子躍遷,由2S 2P 變成2S 2P ,再經(jīng)過雜化,形成SP 雜化軌道。其構(gòu)型是碳原子處在四面體的中心，四個雜化軌道指向四面體的頂點。22133sp3雜化：C原子的電子組態(tài)：

9、1s2 2s2 2px1 2py1 2pz，其中2s2 2px1 2py1 2pz為價軌道，其中的電子為價電子。在形成化學(xué)鍵時，原子的不同能級的價軌道進行“混合”，即“雜化”，形成新的價軌道，價電子的排布也隨之改變，利用雜化軌道與其它原子形成共價鍵。 軌道的“雜化”、“成鍵”等過程是同時完成的。sp3雜化軌道形狀四個sp3軌道互成109.5的角，指向四面體的四個頂角。C的四個sp3軌道氫原子沿sp3軌道的對稱軸方向接近C原子，H的1s軌道與sp3軌道的電子云能最大限度的重疊，形成四個穩(wěn)定的、彼此夾角為109.5的C-H鍵，即為甲烷CH4分子。甲烷的C-H鍵C的sp3軌道與另一個C的sp3軌道沿

10、著各自的對稱軸成鍵，就形成C-C鍵： 這是C原子能形成碳鏈和碳環(huán)的化學(xué)鍵的基礎(chǔ)。C的sp3軌道也可以與鹵原子的p軌道重疊，形成C-X鍵： 因此氯甲烷的分子形狀應(yīng)與甲烷形狀相似。同樣C的sp3軌道還可以與O、N等原子的雜化軌道形成C-O、C-N等鍵。 鍵的特點：成鍵兩原子可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的結(jié)果改變了原子空間排列。2、碳原子的四面體概念與甲烷分子的形成SP 雜化軌道成鍵時，都是以雜化軌道較大的一頭與氫原子的成鍵軌道重疊而形成四個 鍵，鍵角為109.5 。3甲烷的球棍模型3、其它烷烴分子的形成 烷烴分子中，每個碳原子均是sp3雜化的，其中碳原子與碳原子之間各以一個sp3雜化軌道重疊形成C-C 鍵

11、，剩下的未有成鍵的sp3軌道再分別與氫原子的1s軌道重疊形成C-H鍵，即 C-C鍵：sp3sp3；C-H鍵：sp3s 。 電子云以“頭碰頭”的方式沿鍵軸方向重疊形成的鍵叫 鍵，單鍵是可以繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)的，這樣，便構(gòu)成了豐富多彩的烷烴分子。注意：烷烴分子中的直鏈并不等于直線，實際上是鋸齒型的。原因：價鍵分布四面體形；C-C單鍵能自由旋轉(zhuǎn)。sp3 sp3 鍵sp3 1s 鍵1個C鍵6個CH鍵乙烷的球棒模型乙烷的棍棒模型正丁烷的球棒模型 四、烷烴的構(gòu)象 1、乙烷的構(gòu)象 由于碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)，形成原子或原子團在空間產(chǎn)生不同的排布形象，成為構(gòu)象。每一種空間排布叫做一種構(gòu)象。因單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的異構(gòu)體稱為構(gòu)象

12、異構(gòu)體，是一種立體異構(gòu)。它們的原子的連接順序相同，不是構(gòu)造異構(gòu)。（1）構(gòu)象的表示-透視式和Newman投影式 （2）典型構(gòu)象與優(yōu)勢構(gòu)象 重疊式與交叉式是乙烷的兩種典型構(gòu)象。 優(yōu)勢構(gòu)象是指內(nèi)能較低的交叉式。 重疊式交叉式透視式紐曼投影式乙烷的構(gòu)象120120能量 / (kJmol-1)060120旋轉(zhuǎn)角度 / ( )12.6交叉式與重疊式是乙烷分子的極限構(gòu)象紐曼(Newman)投影式：（3）乙烷各種構(gòu)象的能量變化 由于重疊式中兩個碳原子上的C-H鍵靠得較近，成鍵電子間排斥作用，產(chǎn)生一種張力，稱為扭轉(zhuǎn)張力。使重疊式能量比交叉式高，從一個交叉式到另一個交叉式，分子必須越過這個能壘?？梢妴捂I旋轉(zhuǎn)并非完

13、全自由。2、丁烷的構(gòu)象(1) 丁烷分子中有三個C-C單鍵，均可自由旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生各種構(gòu)象。以下僅討論繞C2-C3單鍵旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的構(gòu)象。（可以看成是乙烷的二甲基衍生物）（1）四種典型構(gòu)象反交叉式也叫對位交叉式，順交叉式也叫鄰位交叉式。 （2）構(gòu)象的穩(wěn)定性比較對位交叉式 鄰位交叉式 部分重疊式全重疊式。顯然，優(yōu)勢構(gòu)象是對位交叉式。 由C2C3 鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的構(gòu)象.固定C2原子，反時針旋轉(zhuǎn)C3原子，得到以下正丁烷的極限構(gòu)象.丁烷的構(gòu)象(2)對位交叉 部分重疊 鄰位交叉 全重疊 正丁烷構(gòu)象的模型對位交叉 部分重疊 鄰位交叉 全重疊 正丁烷構(gòu)象的模型（3）丁烷各種構(gòu)象的能量變化(圍繞C2-C3旋轉(zhuǎn)）其中：A為

14、全重疊；C為部分重疊；B、E為鄰位交叉；D位對位交叉。在對位交叉中，兩個體積大的甲基相距最遠(yuǎn)，能量最低，為優(yōu)勢構(gòu)象。鄰位交叉中，兩甲基間的距離小于范德華半徑之和，因此仍有排斥作用；全重疊構(gòu)象中兩甲基處于重疊位置，范德華斥力大，還有C-H鍵的重疊，故能量最高；部分重疊中有甲基與氫及氫與氫的重疊，能量也較高穩(wěn)定性： 對位交叉 鄰位交叉 部分重疊 全重疊 分子的構(gòu)象，不僅影響化合物的物理和化學(xué)性質(zhì)，而且涉及蛋白質(zhì)、酶、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)和性能，以及藥物的構(gòu)效關(guān)系。許多藥物分子的構(gòu)象異構(gòu)與藥物生物活性的發(fā)揮密切相關(guān)。藥物受體一般只與藥物多種構(gòu)象中的一種結(jié)合，這種構(gòu)象稱為藥效構(gòu)象。不具有藥效構(gòu)象的藥

15、物很難與藥物的受體結(jié)合，這樣就低效或無藥效。例如：抗震顫麻痹藥物多巴胺作用與受體的藥效構(gòu)象是對位交叉式。 五、物理性質(zhì) 1狀態(tài)：常溫常壓下，14個C原子的烷烴為氣體；516個C的烷烴為液體；17以上C原子的烷烴為固體。2沸點（b.p）： 直鏈烷烴：直鏈烷烴的沸點隨著分子量的增加，而有規(guī)律地升高（因色散力隨分子中碳、氫原子增加而增加） 支鏈烷烴：分子量相同的異構(gòu)體中，支鏈越多沸點越低（由于支鏈存在，分子間接觸面積小，色散力變?nèi)酰?正戊烷 異戊烷 新戊烷b.p： 36.1 27.9 9.53熔點（m.p）：直鏈烷烴的熔點隨著分子量的增加而升高（熔點不僅與色散力有關(guān)，還與 分子在晶格中堆積的緊密程度

16、有關(guān)。分子越對稱，排列越緊密，熔點越高）4密度：直鏈烷烴的密度隨著分子量的增加而逐漸增大，但比水輕（1）。（分子間力弱）5溶解度：烷烴不溶于水和其它極性較強的溶劑。 烷烴溶于苯、乙醚和氯仿等非極性溶劑。 六、化學(xué)性質(zhì) 1、穩(wěn)定性：在一般情況下，烷烴具有極大的化學(xué)穩(wěn)定性。 2、鹵代反應(yīng)：在光照條件下，烷烴分子中氫被鹵素取代的反應(yīng)。不同鹵素的反應(yīng)活性：F2 Cl2 Br2 I2（1）甲烷的氯代 （2）甲烷的氯代歷程-屬于游離基鏈反應(yīng) A. 鏈的引發(fā)階段 B. 鏈的增長階段 .C. 鏈的終止階段 （3）其它烷烴的鹵代反應(yīng)伯、仲、叔氫原子的反應(yīng)活性 CH3H C2H5H Me2CHH Me3CH KJ/mol 435.1 410 397.5 380.7氯代反應(yīng)氫原子的反應(yīng)活性：叔H 仲H