飽和烴烷烴和環(huán)烷烴

會(huì)計(jì)學(xué)1飽和烴烷烴和環(huán)烷烴2.1.2烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)：分子式相同而構(gòu)造不同的化合物，稱為構(gòu)造異構(gòu)體。從丁烷開始有同分異構(gòu)體：正丁烷異丁烷

Bp-0.5CBp-11.73C第1頁(yè)/共55頁(yè)同分異構(gòu)體的推導(dǎo)：寫出最長(zhǎng)鏈：寫出少一個(gè)碳原子的直鏈，把一個(gè)碳當(dāng)支鏈，找出可能的異構(gòu)體寫出少二個(gè)碳原子的直鏈，把二個(gè)碳當(dāng)兩個(gè)支鏈，或一個(gè)支鏈，找出可能的異構(gòu)體第2頁(yè)/共55頁(yè)環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)以C6H12為例：可構(gòu)成六元環(huán)、五元環(huán)、四元環(huán)、三元環(huán):第3頁(yè)/共55頁(yè)同分異構(gòu)（1）構(gòu)造異構(gòu)1）碳架異構(gòu)2）位置異構(gòu)3）官能團(tuán)異構(gòu)（2）立體異構(gòu)1）構(gòu)象異構(gòu)2）構(gòu)型異構(gòu)第4頁(yè)/共55頁(yè)習(xí)題2.2下列哪些化合物是同一化合物?哪些是構(gòu)造異構(gòu)體?第5頁(yè)/共55頁(yè)2.2烷烴和環(huán)烷烴的命名2.2.1伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子只與一個(gè)碳原子相連的碳原子稱為伯碳原子，又稱為一級(jí)碳原子，用1表示。與兩個(gè)碳原子相連的碳原子稱為仲碳原子，又稱為二級(jí)碳原子，用2表示。與三個(gè)碳原子相連的碳原子稱為叔碳原子，又稱為三級(jí)碳原子，用3表示。與四個(gè)碳原子相連的碳原子稱為季碳原子，又稱為四級(jí)碳原子，用4表示。第6頁(yè)/共55頁(yè)與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子，分別稱為伯、仲、叔氫原子。例標(biāo)出下列化合物中的伯、仲、叔、季碳原子，并指出有多少伯、仲、叔氫原子？第7頁(yè)/共55頁(yè)第8頁(yè)/共55頁(yè)2.2.2

烷基和環(huán)烷基一個(gè)烷烴和環(huán)烷烴從形式上去掉一個(gè)氫原子后剩下的基團(tuán)稱為烷基或環(huán)烷基．(1)某基：甲基CH3-Me乙基CH3CH2-Et（正）丙基CH3CH2CH2-n-Pr（正）丁基CH3CH2CH2CH2-n-Bu第9頁(yè)/共55頁(yè)(2)異某基:異丙基(CH3)2CH-i-Pr異丁基(CH3)2CHCH2-i-Bu(3)仲某基:仲丁基s-Bu第10頁(yè)/共55頁(yè)(4)叔某基:叔丁基(CH3)3C-t-Bu叔戊基環(huán)丙基,環(huán)丁基,環(huán)戊基,環(huán)己基第11頁(yè)/共55頁(yè)2.2.3烷烴的命名(1)普通命名法按碳原子的數(shù)目稱：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸烷、十一烷、十二烷等。直鏈的稱為正某烷，碳鏈一端帶有兩個(gè)甲基的稱為異某烷，有季碳原子的稱新某烷，正戊烷第12頁(yè)/共55頁(yè)異丁烷新庚烷第13頁(yè)/共55頁(yè)(2)衍生命名法按甲烷的衍生物命名，通常選擇連接烷基最多的碳原子作為母體甲烷碳原子．二甲基乙基甲烷二甲基乙基異丙基甲烷第14頁(yè)/共55頁(yè)(3)系統(tǒng)命名法IUPAC命名法,國(guó)際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)中國(guó)化學(xué)會(huì)1980年“有機(jī)化學(xué)命名原則”(a)選取含碳原子最多支鏈數(shù)目最多的碳鏈為主鏈.例：第15頁(yè)/共55頁(yè)(b)

主鏈碳原子的位次編號(hào)

(1)取代基位次最小。例：

3-甲基己烷(2)小的取代基列前，相同的取代基合并。例：第16頁(yè)/共55頁(yè)2,2,3-三甲基-3-乙基戊烷(3)烷基大小順序(4)支鏈上還有取代基時(shí)，用括號(hào)中的數(shù)字或帶撇數(shù)字來標(biāo)明：例：

2-甲基-5,5-二(1,1-二甲基丙基)癸烷2-甲基-5，5-二-1’，1’-二甲基丙基癸烷第17頁(yè)/共55頁(yè)2.2.4環(huán)烷烴的命名(1)單環(huán)脂環(huán)烴環(huán)某烷:取代基編號(hào)最小,小的基團(tuán)列前:環(huán)某烯,環(huán)某炔:官能團(tuán)為1,2位,取代基盡量小:第18頁(yè)/共55頁(yè)(1)

環(huán)上碳原子數(shù)――環(huán)某烷(2)

小的取代基為1位1-甲基-2-異丙基環(huán)戊烷1-甲基-4-異丙基環(huán)己烷第19頁(yè)/共55頁(yè)(2)二環(huán)脂環(huán)烴(a)橋環(huán)烷烴1.成環(huán)碳原子總數(shù)――環(huán)某烷，以二環(huán)為詞頭，標(biāo)出環(huán)數(shù)2.編號(hào)從橋頭開始，經(jīng)最長(zhǎng)的橋至另一橋頭碳原子，沿次長(zhǎng)的橋回到第一個(gè)橋頭碳原子，最短的橋上碳原子最后編號(hào)3.中括號(hào)中從大到小依次標(biāo)出橋上碳原子數(shù)目，中間用圓點(diǎn)隔開。第20頁(yè)/共55頁(yè)1,2,7-三甲基二環(huán)[2.2.1]庚烷1,7,7-三甲基二環(huán)[2.2.1]庚烷第21頁(yè)/共55頁(yè)十氫萘，二環(huán)[4.4.0]癸烷

第22頁(yè)/共55頁(yè)(b)螺環(huán)烷烴1.成環(huán)碳原子總數(shù)――螺某烷2.編號(hào)從小環(huán)開始，經(jīng)螺原子至大環(huán)3.中括號(hào)中標(biāo)出螺環(huán)上除螺原子外碳原子數(shù)目，中間用圓點(diǎn)隔開。螺[3.4]辛烷

6-甲基螺[4.5]癸烷

第23頁(yè)/共55頁(yè)2,7,7-三甲基二環(huán)[4.1.0]庚烷1,3,7-三甲基螺[4.4]壬烷第24頁(yè)/共55頁(yè)2.3烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)(1)碳原子的sp3雜化軌道1)碳原子的電子躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)2)碳原子的電子sp3雜化第25頁(yè)/共55頁(yè)(2)σ鍵的形成及其特性sp3

雜化軌道：一個(gè)s軌道和三個(gè)p軌道雜化后，形成四個(gè)完全相等的雜化軌道，這種軌道稱為sp3

雜化軌道。烷烴分子的形成雜化軌道有更強(qiáng)的方向性b四個(gè)SP3雜化軌道完全等值c四個(gè)鍵盡可能遠(yuǎn)離在sp3

雜化軌道中，每?jī)蓚€(gè)雜化軌道之間的夾角都是10928’第26頁(yè)/共55頁(yè)甲烷的四面體構(gòu)型鍵長(zhǎng)：0.109nm鍵角：10928’第27頁(yè)/共55頁(yè)分子模型凱庫(kù)勒(球棒模型)和斯陶特(比例模型)模型烷烴的成鍵以乙烷為例：CH3-CH3

六個(gè)C-H鍵為SP3-Sσ鍵，一個(gè)SP3-SP3

σ鍵第28頁(yè)/共55頁(yè)2.3.2環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與環(huán)的穩(wěn)定性三元環(huán)最不穩(wěn)定,其次是四元環(huán),五元環(huán)、六元環(huán)及更大的一些環(huán)比較穩(wěn)定(從燃燒熱可看出)角張力：與正常的四面體鍵角的偏差引起了分子的張力，力圖恢復(fù)正常鍵角的趨勢(shì)，這種力叫作角張力。環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)碳環(huán)鍵角：105.5,H-C-H鍵角：114，環(huán)丙烷具有一定的鍵的性質(zhì)第29頁(yè)/共55頁(yè)環(huán)丁烷的構(gòu)象

C-C-C鍵角約111.5,形如蝴蝶，上下擺動(dòng)。環(huán)戊烷的構(gòu)象

信封型扭曲型第30頁(yè)/共55頁(yè)2.4烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象2.4.1乙烴的構(gòu)象(交叉式與重疊式)透視式：(鋸架式)紐曼投影式第31頁(yè)/共55頁(yè)兩種構(gòu)象式能量差為12.6kJ/摩爾見P39圖2-8乙烷不同構(gòu)象的能量曲線圖第32頁(yè)/共55頁(yè)2.4.2丁烷的構(gòu)象對(duì)位交叉式鄰位交叉式部分重疊式全重疊式這種由于單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的異構(gòu)體稱為構(gòu)象異構(gòu)體，簡(jiǎn)稱異象體．第33頁(yè)/共55頁(yè)2.4.3環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷的構(gòu)象椅式構(gòu)象：C-C-C鍵角109.5,相鄰碳原子的鍵處于鄰位交叉式六個(gè)平伏鍵(e鍵)，六個(gè)直立鍵(a鍵)，并相互轉(zhuǎn)換。第34頁(yè)/共55頁(yè)船式構(gòu)象：C-C-C鍵角109.5，有兩對(duì)相鄰碳原子處在鄰位交叉式位置：2.4.4取代環(huán)己烷的構(gòu)象取代基處在平伏鍵的位置時(shí)，能量更低，更穩(wěn)定：如甲基環(huán)己烷第35頁(yè)/共55頁(yè)當(dāng)環(huán)上有二個(gè)基團(tuán)時(shí)，大的基團(tuán)處于平伏鍵的位置時(shí)，更穩(wěn)定：如順-1-甲基-4-異丙基環(huán)己烷：左式更穩(wěn)定第36頁(yè)/共55頁(yè)2.5烷烴和環(huán)烷烴的物理性質(zhì)物質(zhì)狀態(tài)1~4碳?xì)怏w；5~16碳液體；17碳以上固體2.5.1沸點(diǎn)由色散力決定：隨碳原子數(shù)增加而升高；正烷烴的沸點(diǎn)高于它的異構(gòu)體.2.5.2熔點(diǎn)分子間引力及分子的對(duì)稱性決定（排列緊密）：隨碳原子數(shù)增加而升高；偶數(shù)烷烴的熔點(diǎn)比奇數(shù)的升高的更多；對(duì)稱性好的新戊烷的熔點(diǎn)（-17C）高于異戊烷(-160C)和戊烷(-130C)第37頁(yè)/共55頁(yè)2.5.3相對(duì)密度分子間引力決定:隨碳原子數(shù)增加而增大,接近0.782.5.4溶解度不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，尤其是烴類中，如石臘溶于汽油。(相似相溶的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律)2.5.5折射率光通過空氣和介質(zhì)的速度比，數(shù)值大于1，與分子被極化程度等有關(guān)。直鏈烷烴的折光率隨碳原子數(shù)增加而增大。第38頁(yè)/共55頁(yè)環(huán)烷烴的物理性質(zhì)與烷烴相似P48:問題2.14(1)正丁烷的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都比異丁烷高．(2)正辛烷沸點(diǎn)更高,2,2,3,3-四甲基丁烷熔點(diǎn)更高。(3)庚烷的沸點(diǎn)較高,3,3-二甲基戊烷熔點(diǎn)較高第39頁(yè)/共55頁(yè)2.6烷烴和環(huán)烷烴的的化學(xué)性質(zhì)特點(diǎn):穩(wěn)定性好,不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng);不易發(fā)生異裂反應(yīng)，僅可發(fā)生均裂反應(yīng)。2.6.1自由基取代反應(yīng)烷烴和環(huán)烷烴分子中的氫原子被其他原子或基團(tuán)取代的反應(yīng)，稱為取代反應(yīng)．通過自由基取代分子中的氫原子的反應(yīng),稱為自由基取代反應(yīng).(1)鹵化反應(yīng)在光熱或催化劑作用下,烷烴(環(huán)烷烴)的氫原子可被鹵素取代，生成鹵代烴，并放出鹵化氫。第40頁(yè)/共55頁(yè)1)鹵素的反應(yīng)活性F2

>Cl2>Br2,I2

通常不發(fā)生反應(yīng)2)烷烴中各種氫的活性叔氫仲氫伯氫3)自由基的穩(wěn)定性叔碳自由基仲碳自由基伯碳自由基第41頁(yè)/共55頁(yè)

1-氯-2-甲基丙烷2-氯-2-甲基丙烷

64%36%活性:氯代時(shí),叔,仲,伯氫在室溫時(shí)的相對(duì)活性為5:4:1

第42頁(yè)/共55頁(yè)反應(yīng)的選擇性:溴>

氯>氟溴代反應(yīng)時(shí)，叔、仲、伯氫相對(duì)活性為1600：82：1氯代反應(yīng)因反應(yīng)原料易得，在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，如甲烷氯代，可生產(chǎn)氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。第43頁(yè)/共55頁(yè)(2)鹵化的反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理，是指化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑或過程。甲烷的反應(yīng)機(jī)理1)鏈引發(fā)2)鏈增長(zhǎng)第44頁(yè)/共55頁(yè)3)鏈的終止第45頁(yè)/共55頁(yè)2.6.2氧化反應(yīng)1)燃燒生成CO2

和水,(不完全燃燒時(shí)生成C,CO)燃燒熱:化合物完全燃燒后放出的熱量。2)在引發(fā)劑引發(fā)下可發(fā)生部分氧化，合成了乙酸，高級(jí)脂肪酸等產(chǎn)品。工業(yè)上,以石臘生產(chǎn)高級(jí)脂肪酸.以環(huán)十二烷生產(chǎn)環(huán)十二酮.第46頁(yè)/共55頁(yè)2.6.3異構(gòu)化反應(yīng)化合物由一種異構(gòu)體轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N異構(gòu)體的反應(yīng)，稱為異構(gòu)化反應(yīng)。在石油工業(yè)中具有重要的意義，將直鏈烷烴異構(gòu)化為支鏈烷烴可提高汽油的辛烷值。(辛烷值大,汽油的抗爆性好)異辛烷(2,2,4-三甲基戊烷)的辛烷值為100,正庚烷的辛烷值為0.第47頁(yè)/共55頁(yè)2.6.4裂化反應(yīng)隔絕氧氣，高溫下，化合物發(fā)生鍵斷裂的反應(yīng)。一般生成分子量更小的烷，烯和氫氣。如:催化裂化，又稱催化重整，是很重要的反應(yīng)。在裂解過程中首先因均裂產(chǎn)生自由基。第48頁(yè)/共55頁(yè)2.6.5小環(huán)環(huán)烷烴的加成反應(yīng)(1)催化加氫三元環(huán)更易反應(yīng)第49頁(yè)/共55頁(yè)(2)加鹵素第50頁(yè)/共55頁(yè)(3)加鹵化氫產(chǎn)物符合馬爾科夫尼科夫規(guī)則環(huán)的斷裂發(fā)生在連接氫原子最多的碳原子和連接氫原子最少的碳原子之間第51頁(yè)/共55頁(yè)