第二章 飽和烴

第二章飽和烴第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日第二章飽和烴（烷烴）烷烴：指由碳和氫兩種元素組成的飽和、開鏈有機化合物。（一）烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)（二）烷烴的命名（三）烷烴的結(jié)構(gòu)（四）烷烴的物理性質(zhì)（五）烷烴的化學性質(zhì)（六）烷烴的主要來源和制法第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日(一)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu)

1、烷烴的通式為：CnH2n+2，n為碳原子個數(shù)。

例：甲烷乙烷丙烷丁烷第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日２、同系列和同系物

同系列：通式相同，組成上相差“CH2”及其整倍數(shù)的一系列化合物。同系物：同系列中的各個化合物互為同系物。系差：“CH2”稱為系差。第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日３、同分異構(gòu)體，同分異構(gòu)現(xiàn)象，構(gòu)造異構(gòu)體a、同分異構(gòu)體：具有相同分子式，但結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)，彼此

稱為～。第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日b、構(gòu)造異構(gòu)：由于分子中Ｃ原子排列方式或叫連接次序(Ｃ骨架)不同引起的同分異構(gòu)現(xiàn)象．沸點：-0.5℃-11.73℃第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日c、同分異構(gòu)體的推導方法：縮C法第一步，寫出最長碳鏈：

第二步，去掉最長碳鏈中一個碳原子作為支鏈，余下碳原子作為主鏈，依次找出支鏈在主鏈中的可能位置（以下相似）

第三步，去掉最長碳鏈中的兩個碳原子，⑴作為兩個支鏈（兩個甲基）：

①分別連在兩個不同碳原子上

②分別連在同一個碳原子上

⑵作為一個支鏈（乙基）

第四步，去掉最長碳鏈中的三個碳原子，⑴作為三個支鏈（三個甲基）⑵作為兩個支鏈（一個甲基和一個乙基）?！荒墚a(chǎn)生新的同分異構(gòu)體，最后用氫原子補足碳原子的四個價鍵。

例：寫出分子式為C7H16的所有有機物的結(jié)構(gòu)簡式。第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日烷烴構(gòu)造異構(gòu)體的數(shù)目第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日(二)烷烴的命名（1）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子(伯)(仲)(叔)(季)第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日（2）常見烷基甲基乙基丙基異丙基丁基仲丁基異丁基叔丁基新戊基亞甲基第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日（3）烷烴的命名1、普通命名法(習慣命名法)全部碳原子參與命名，碳原子數(shù)用“天干”字——甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和十一、十二……等數(shù)目字表示。

用“正”、“異”、“新”等前綴區(qū)別不同的構(gòu)造異構(gòu)體。第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日(1)選取最長碳鏈為主鏈----最長2、系統(tǒng)命名法(2)含有盡可能多的支鏈----最多第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日(３)編號時使支鏈號碼最小----最?。保玻常矗担叮罚保玻常矗担兜谑?，共五十六頁，2022年，8月28日a．依次寫出取代基的位次、名稱、主鏈名稱。b．“次序規(guī)則”“較優(yōu)”取代基后列出。c．相同取代基合并表示。(3)命名5-丙基-4-異丙基壬烷1234567893,7-二甲基-4-乙基壬烷987654321第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日2，6-二甲基-5-乙基辛烷CH3CHCHCH3CH2CH2CHCH2CH3CH3CH2CH312345678第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日(三)烷烴的結(jié)構(gòu)每個sp3雜化軌道含1/4s成分和3/4p成分sp3雜化軌道形狀碳原子的sp3雜化軌道鍵角為109.5°所有C原子都為SP3雜化，四面體結(jié)構(gòu)，鍵角109o28′左右.第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日甲烷乙烷C－C

:σBondC－H：σBond第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日甲烷正丁烷球棍模型(Kekulé模型)比例模型(Stuart模型)第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日（3）乙烷的構(gòu)象

構(gòu)象

一個已知構(gòu)型的分子，僅由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而引起分子中的原子或基團在空間的特定排列形式稱為構(gòu)象。

構(gòu)象異構(gòu)體單鍵旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生無數(shù)個構(gòu)象，這些構(gòu)象互為構(gòu)象異構(gòu)體（或稱旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體）。第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日交叉式重疊式交叉式第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日重疊式(順疊式)構(gòu)象交叉式(反疊式)構(gòu)象透視式(鋸架式)Newman投影式乙烷的兩種極限構(gòu)象第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日乙烷不同構(gòu)象的能量曲線圖交叉式構(gòu)象最穩(wěn)定，重疊式構(gòu)象最不穩(wěn)定。第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日（4）正丁烷的構(gòu)象正丁烷沿C2和C3之間的σ鍵鍵軸旋轉(zhuǎn)有四種典型構(gòu)象。對位交叉式部分重疊式鄰位交叉式全重疊式鄰位交叉式第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日正丁烷不同構(gòu)象的能量曲線圖第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日構(gòu)象(Conformation)重疊(Eclipse)交叉(Stagger)鄰位交叉

四種構(gòu)象穩(wěn)定性次序：對位交叉

>鄰位交叉

>部分重疊>全重疊對位交叉

全重疊

部分重疊

第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日高級烷烴的碳鏈呈鋸齒形由于分子主要以交叉式構(gòu)象的形式存在，所以高級烷烴的碳鏈呈鋸齒形。第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日(四)烷烴的物理性質(zhì)烷烴熔點的特點（1）隨相對分子質(zhì)量增大而增大。（2）偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳烷烴的熔點升高值大 （如右圖）。（3）相對分子質(zhì)量相同的烷烴，叉鏈增多，熔點下降。奇數(shù)碳偶數(shù)碳取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度。一、熔點第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日沸點大小取決于分子間的作用力

烷烴沸點的特點（1）沸點一般很低（非極性，只有色散力）。（2）隨相對分子質(zhì)量增大而增大（運動能量增大，范德華引力增大）。（3）相對分子質(zhì)量相同、叉鏈多、沸點低。（叉鏈多，分子不易接近）二、沸點第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日分子間接觸面積大作用力強分子間接觸面積小作用力弱bp：36℃bp：9.5℃第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日烷烴的密度均小于1（0.424-0.780)烷烴不溶于水，溶于非極性溶劑.三、密度四、溶解度第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日烷烴異構(gòu)體的熔點、沸點規(guī)律支鏈較多烷烴：熔點高、沸點低

正戊烷異戊烷新戊烷bp36289.5mp-130-160-17支鏈較少烷烴：沸點高、熔點低第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日一些直鏈烷烴的物理常數(shù)名稱熔點/℃沸點/℃相對密度(d420)折射率nd20甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷辛烷壬烷癸烷十一烷十二烷-183-172-188-135-130-95-91-57-54-30-26-10-161.5-88.6-42.1-0.536.168.798.4125.7150.8174.1195.9216.30.4240.5460.5010.5790.6260.6590.6840.7030.7180.7300.7400.749－－1.33971.35621.35771.37501.38771.39761.40561.41201.41731.4216第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日(五)烷烴的化學性質(zhì)1.穩(wěn)定。對強酸，強堿，強氧化劑，強還原劑都不發(fā)生反應。2.烷烴的多數(shù)反應都是通過自由基機理進行的。一、總體特點第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日二烷烴的鹵化——自由基反應1.自由基

一級碳自由基定義：帶有成單電子的原子或原子團稱為自由基。碳自由基：含有成單電子碳的體系稱為碳自由基。三級碳自由基二級碳自由基自由基的結(jié)構(gòu)特點：有三種可能的結(jié)構(gòu)；（1）剛性角錐體，（2）迅速翻轉(zhuǎn)的角錐體，（3）平面型。如下圖：第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日自由基的產(chǎn)生熱均裂產(chǎn)生輻射均裂產(chǎn)生單電子轉(zhuǎn)移的氧化還原反應產(chǎn)生光H2O2+Fe2+HO?+HO-+Fe3+RCOO-RCOO?-e-電解第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日自由基的穩(wěn)定性共價鍵均裂時所需的能量稱為鍵解離能。鍵解離能越小，形成的自由基越穩(wěn)定。均裂

H=359.8kJ/mol(88kcal/mol)第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日Ｅ第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日自由基相對穩(wěn)定次序：1°2°3°苯甲基自由基稀丙基自由基甲基自由基苯基自由基第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日兩點說明影響自由基穩(wěn)定性的因素是很多的，如：電子離域，空間阻礙，螯合作用和鄰位原子的性質(zhì)等；碳自由基的最外層為七個電子，反應時總要尋找另外的電子來達到八隅體結(jié)構(gòu)，所以是親電的。第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日共性（1）反應機理包括鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止三個階段。（2）反應必須在光、熱或自由基引發(fā)劑的作用下發(fā)生。（3）溶劑的極性、酸或堿催化劑對反應無影響。（4）氧氣是自由基反應的抑制劑。定義：由化學鍵均裂引起的反應稱為自由基反應。2.自由基反應第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日烷烴分子中的氫原子被其它原子或基團所取代的反應，稱為取代反應。被鹵素取代的反應稱為鹵代反應。3、鹵代反應a、在紫外光或熱的作用下，烷烴發(fā)生鹵代反應：hν第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日甲烷的氯化較難停留在一氯化階段：產(chǎn)物為四種氯甲烷的混合物，氯氣過量時主要得到四氯化碳，甲烷過量時主要得到一氯甲烷。hνhνhν第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日b、鹵代的反應機理

烷烴的氯代是一個連鎖反應，也叫鏈式反應。一般說，鏈式反應分為鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個階段：鏈引發(fā)鏈終止鏈增長(最慢，速率控制步)第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日形成CH3.一步，活化能最高，是決定反應速度步驟。過渡態(tài)中間體第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日ClHCH3[]＃反應勢能曲線第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日反應勢能曲線：圖中表示勢能高低的曲線。過渡態(tài)：在反應物互相接近的反應進程中，與勢能最高點相對應的結(jié)構(gòu)稱為過渡態(tài)?；罨埽河煞磻镛D(zhuǎn)變?yōu)檫^渡態(tài)所需要的能量。中間體：兩個過渡態(tài)之間的產(chǎn)物稱為中間體。（中間體能分離得到。過渡態(tài)不可分離得到。）Hammond假設：過渡態(tài)總是與能量相近的分子的結(jié)構(gòu)相近似。第四十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日1、第一步反應的活化能比較大，是速控步驟。2、第二步反應利于平衡的移動。3、反應1吸熱，反應2放熱，總反應放熱，所以反應只需開始時供熱。4、過渡態(tài)的結(jié)構(gòu)與中間體（中間體是自由基）相似，所以過渡態(tài)的穩(wěn)定性順序與自由基穩(wěn)定性順序一致。甲烷氯代反應勢能圖的分析第四十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日推論：3oH最易被取代，2oH次之，1oH最難被取代。當一