第二章烷烴和環(huán)烷烴

第二章烷烴和環(huán)烷烴第1頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章烷烴和環(huán)烷烴2.1烷烴和環(huán)烷烴的通式和構造異構2.2烷烴和環(huán)烷烴的命名2.3烷烴和環(huán)烷烴的結構2.4烷烴和環(huán)烷烴的構象2.5烷烴和環(huán)烷烴的物理性質2.6烷烴和環(huán)烷烴的化學性質2.7烷烴和環(huán)烷烴的來源和制法第2頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.6烷烴和環(huán)烷烴的化學性質2.6.1自由基取代反應

(1)鹵化反應及機理

(2)鹵化反應的取向與自由基的穩(wěn)定性

(3)反應活性與選擇性2.6.2氧化反應2.6.3異構化反應2.6.4裂化反應2.6.5小環(huán)環(huán)烷烴的加成反應

加氫、加溴、加溴化氫第3頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月烴(hydrocarbons)烴：只含有C、H兩種元素的化合物——碳氫化合物碳氫烴第4頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月烴的分類按分子中C原子的結合方式，可以分為：含有碳碳雙鍵或叁鍵的碳氫化合物。烯烴、炔烴等。飽和烴：不飽和烴:(unsaturatedhydrocarbons)(saturatedhydrocarbons)

環(huán)丙烷

環(huán)己烷僅含有C－C單鍵的碳氫化合物。環(huán)烷烴(cycloalkanes):烷烴(alkanes)：甲烷乙烷第5頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月烴的分類按分子中碳骨架分類，可以分為：脂肪烴：脂環(huán)烴:(unsaturatedhydrocarbons)(saturatedhydrocarbons)

環(huán)丙烷

環(huán)己烷丙烯

丁烷第6頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1

烷烴和環(huán)烷烴的通式和構造異構2.1.1烷烴和環(huán)烷烴的通式烷烴的通式：(CH2)n+2=CnH2n+2

甲烷乙烷丙烷丁烷methaneethanepropanebutane第7頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)烷烴的通式環(huán)戊烷環(huán)己烷環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)烷烴的通式：(CH2)n=CnH2n第8頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

烷烴和環(huán)烷烴的構造異構C4H10：C5H12：異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷新戊烷直鏈烷烴支鏈烷烴碳骨架異構第9頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月同分異構及構造異構同分異構體(isomers)：

分子式相同，結構不同的化合物構造異構體(constitutionalisomers)：

分子式相同，分子中原子鍵合次序不同的化合物異丁烷正丁烷C4H10：第10頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)烷烴的構造異構C5H10：環(huán)烷烴C5H10的構造異構體第11頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月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(nomenclatureofalkanesandcycloalkanes)伯碳(1o)仲碳(2o)叔碳(3o)季碳(4o)第12頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1

伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子伯氫(1o)仲氫(2o)叔氫(3o)第13頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)烷烴伯碳(1o)仲碳(2o)叔碳(3o)季碳(4o)伯氫(1o)仲氫(2o)叔氫(3o)第14頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月烷基和環(huán)烷基烷基(alkylgroups):

烷烴中去掉一個H原子剩余的部分。甲烷甲基methane甲基縮寫甲烷Me第15頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月

一些常見的烷基第16頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月

一些常見的烷基第17頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3

烷烴的命名

普通命名法用于簡單化合物的命名

IUPAC命名法（系統(tǒng)命名法）（IUPAC:國際純粹與應用化學聯(lián)合會，

InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）

第18頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月普通命名法分別用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳原子數(shù)在10個以下的碳的數(shù)目；C原子數(shù)大于10的用十一、十二等數(shù)字表示。用“正”、“異”、“新”分別表示直鏈、一端具有異丙基和叔丁基的構造異構體。(正)戊烷異戊烷新戊烷C5C5第19頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月烷烴的普通命名第20頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月C5第21頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月C6第22頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月C7~C20碳原子數(shù)結構式中文名英文名C7CH3(CH2)5CH3正庚烷n-heptaneC8CH3(CH2)6CH3正辛烷n-octaneC9CH3(CH2)7CH3正壬烷n-nonaneC10CH3(CH2)8CH3正癸烷n-decaneC11CH3(CH2)9CH3正十一烷n-undecaneC12CH3(CH2)10CH3正十二烷n-dodecaneC13CH3(CH2)11CH3正十三烷n-tridecaneC20CH3(CH2)18CH3正二十烷n-eicosane碳原子數(shù)為10以上時用大寫數(shù)字表示第23頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月

以甲烷為母體，把其它的烷烴看作是甲烷的衍生物。

選擇連接烷基最多的C原子作為母體甲烷按照“先小后大”的原則將各個烷基依次列出。二甲基乙基甲烷二甲基乙基異丙基甲烷

2衍生命名法第24頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)命名法InternationalUnionofPureandAppliedChemistry，縮寫作IUPAC1980年出版的《有機化學命名原則》直鏈烷烴的命名與普通命名法相似，去掉“正”支鏈烷烴的命名分三步：

選主鏈、定編號、正名稱。遵循：從簡就低大讓小名構對應守規(guī)矩第25頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月支鏈烷烴的命名(a)選擇主鏈，確定母體

選取最長的碳鏈作為主鏈。

有多條碳鏈可選，選取含支鏈最多的。根據主鏈的碳原子數(shù)，稱“某”烷?！椤镣榈?6頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月支鏈烷烴的命名(a)選擇主鏈，確定母體

選取最長的碳鏈作為主鏈。有多條碳鏈可選，選取含支鏈最多的。根據主鏈的碳原子數(shù)，稱“某”烷。3–異丙基己烷2–甲基–3–乙基己烷第27頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月(b)為主鏈上的碳原子編號

從最靠近支鏈一端依次用阿拉伯數(shù)字編號。當編號有幾種可能時，要使支鏈的位次號較小(符合“最低系列”規(guī)則)。5–乙基辛烷4–乙基辛烷第28頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月(b)為主鏈上的碳原子編號

從最靠近支鏈一端依次用阿拉伯數(shù)字編號。

當編號有幾種可能時，要使支鏈的位次號較小(符合“最低系列”規(guī)則)。

4,7–二甲基–3–乙基壬烷3,6–二甲基–7–乙基壬烷第29頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月不同基團編號相同時，使小取代基編號最小6–甲基–3–乙基辛烷3–甲基–6–乙基辛烷第30頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月(c)確定化合物的名稱將取代基的位次號和名稱寫在烷烴名稱的前面。當含有不同的取代基時，按照“次序規(guī)則”，將“優(yōu)先”的基團列在后面。當含有幾個相同的取代基時，用“一、二、三……”表示其個數(shù)，逐個標明其位次號。所有表明位次號的阿拉伯數(shù)字之間用逗號分開，數(shù)字與漢字之間半字線“–”隔開。第31頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月實例3,4,6–三乙基辛烷3,7–二甲基–4–乙基壬烷第32頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月更多實例2,2,5-三甲基己烷4,4-二甲基-1-環(huán)戊基戊烷8-甲基-7-乙基-2-甲氧基-3-氯-4-溴壬烷2,2,8-三甲基-7,7-二乙基-3-異丙基壬烷第33頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月含支鏈的取代基的命名仲丁基1-甲基丙基

2,7-二甲基-4-仲丁基辛烷2,7-二甲基-4-(1-甲基丙基)辛烷第34頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4

環(huán)烷烴的命名(單)環(huán)烷烴通式：CnH2n橋環(huán)烴（稠環(huán)）橋環(huán)烴螺環(huán)烴（與烯烴通式相同）聯(lián)環(huán)烷烴兩個環(huán)共用一個原子為螺環(huán)，共用一個以上原子為橋環(huán)。第35頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4

環(huán)烷烴的命名

環(huán)烷烴的命名與烷烴相似，稱“環(huán)某烷”。環(huán)上的支鏈作為取代基。當有多個取代基時，使所有的取代基位號盡可能小。1–甲基–3–乙基環(huán)己烷1,1–二甲基–3–異丙基環(huán)戊烷第36頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月螺環(huán)的命名螺環(huán)編號：從靠近螺原子開始，先小環(huán)后大環(huán)。螺[4.5]癸烷spiro[4.5]decane除螺C外的碳原子數(shù)

(用"."隔開)取代基編號取最小6-甲基螺[4.5]癸烷第37頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月螺環(huán)的命名1,6-二甲基螺[4.5]癸烷1-甲基螺[3.5]-5-壬烯第38頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月橋環(huán)的命名橋頭碳：幾個環(huán)共用的碳原子，環(huán)的數(shù)目：斷裂二根C—C鍵可成開鏈烷烴為二環(huán)；斷裂三根C—C鍵可成開鏈烷烴為三環(huán)橋環(huán)碳原子數(shù)：不包括橋頭C，由多到少列出，中間使用“.”分隔環(huán)的編號方法：從橋頭開始，先長鏈后短鏈二環(huán)[4.3.0]壬烷環(huán)的數(shù)目橋頭間的碳原子數(shù)橋環(huán)化合物碳原子數(shù)第39頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月橋環(huán)命名實例二環(huán)[2.2.1]庚烷二環(huán)[4.4.0]癸烷2,7,7-三甲基二環(huán)[2.2.1]庚烷8-甲基二環(huán)[4.3.0]壬烷第40頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月更多實例10-甲基-2-氯二環(huán)[3.3.2]癸烷2,6-二甲基-2-溴二環(huán)[2.2.1]庚烷二環(huán)[4.1.0]庚烷

1,2-二甲基-3-乙基-6-氯二環(huán)[3.2.1]辛烷第41頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月多環(huán)烷烴Prismane（棱烷）Cubane（立方烷）Housane（房烷)(五棱烷）Adamentane（金剛烷）Basketane（籃烷）四環(huán)[2.2.0.02,6.03,5]己烷五環(huán)[4.2.0.02,5.03,8.04,7]辛烷六環(huán)[4.4.0.02,5.03,9.04,8.07,10]癸烷三環(huán)[3.3.1.13,7]癸烷五環(huán)[4.4.0.02,5.03,8.04,7]癸烷第42頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3

烷烴和環(huán)烷烴的結構2.3.1σ鍵的形成及其特性碳原子采取sp3雜化，s

軌道成分：1/4；p軌道成分：3/4。4個C—Hσ鍵，sp3—1sσ鍵第43頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月甲烷的球棍模型甲烷的比例模型甲烷的模型第44頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月乙烷的結構第45頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月乙烷中的成鍵1個C?Cσ鍵，6個C?Hσ鍵第46頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月σ鍵的特性

σ鍵呈圓柱形對稱，鍵能較大，可極化性小，可沿鍵軸自由旋轉。

由于σ鍵是沿成鍵軌道方向交蓋而成，C—C—C的鍵角保持接近109.5°。因此直鏈烷烴的形狀是曲折形，而不是直線形。正十五烷正丁烷的球棒模型和比例模型第47頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2

環(huán)烷烴的結構與穩(wěn)定性環(huán)烷烴通式為CnH2n,即(CH2)n，每個單元燃燒熱應相同。摩爾燃燒熱：是指1mol化合物在氧氣中完全燃燒所放出的熱量

。890kJ?mol-1第48頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月一些環(huán)烷烴的燃燒熱名稱環(huán)大小分子燃燒熱/(kJ·mol-1)-CH2-的平均燃燒熱/(kJ·mol-1)與開鏈烷烴燃燒熱的差/(kJ·mol-1)環(huán)丙烷3209169738環(huán)丁烷4274468627環(huán)戊烷533206645環(huán)己烷639546590環(huán)庚烷746376623環(huán)辛烷853106645環(huán)壬烷959816656環(huán)癸烷1066366645環(huán)十五烷1598856601開鏈烷烴659第49頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)烷烴的穩(wěn)定性普通鍵角張力（anglestrain）：

環(huán)的角度與sp3軌道夾角差別引起的張力第50頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)丙烷Newman投影式透視式所有C—H鍵均為重疊式構象，有扭轉張力。第51頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)丁烷第52頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)戊烷第53頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)己烷第54頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月構象與構象異構體

由于σ鍵呈圓柱狀對稱，C—Ｃ單鍵能夠發(fā)生旋轉，由此而導致的分子中的其它原子或基團在空間的排布方式不同，分子的這種立體形狀——構象(conformation)。由此產生的異構體——構象異構體

(conformers)。第55頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月描述立體結構的幾種方式透視式Wedge-and-dash鋸架式SawhorseNewman投影式NewmanProjection第56頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月紐曼(Newman)投影式寫法123第57頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4烷烴和環(huán)烷烴的構象2.4.1乙烷的構象H的vonderwaals半徑(1.2?)，2.3?小于兩個氫的vonderwaals半徑之和2.4?交叉式構象扭曲式構象重疊式構象staggeredconformerskewedconformereclipsedconformer第58頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月乙烷構象轉換與勢能關系圖旋轉中須克服能壘——扭轉張力電子云排斥相鄰兩H間的vonderwaals排斥力一般情況下,乙烷分子絕大部分時間以穩(wěn)定構象形式存在。第59頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4.2

丁烷的構象交叉式（anti）（反交叉式）部分重疊式鄰位交叉式（gauche）全重疊式(eclipsed)第60頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月丁烷構象與勢能關系圖(動畫)穩(wěn)定性：對位交叉>鄰位交叉>部分重疊>全重疊第61頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月丁烷構象與勢能關系圖第62頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4.3

環(huán)己烷的構象環(huán)己烷的碳骨架不是平面結構，有兩種典型構象：椅型構象船型構象第63頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月椅式構象與船式構象椅式構象

(chairform)船式構象

(boatform)C2,C3,C5,C6共平面兩者互為構象異構體第64頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月a鍵與e鍵12個C—H鍵分為兩類：6個C—H鍵處于直立鍵(a鍵)，6個C—H鍵處于平伏鍵(e鍵)。a鍵e鍵二個平面C1、C3、C5原子在一個平面上C2、C4、C6原子在另一個平面上(axialbond)(equatorialbond)第65頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月椅式構象H……H的VanderWaal’s半徑之和2.4?,在椅式構象中H原子之間的距離大于此值。第66頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月a鍵和e鍵的相互轉換翻轉后,原來的a鍵轉變?yōu)閑鍵,而e鍵轉變?yōu)閍鍵第67頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月船式構象有幾組H……H之間距離小于H的VanderWaal’s半徑之和（2.40?）第68頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2.16環(huán)己烷的構象翻轉第69頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3-直立鍵相互作用第70頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月次要作用CH3與C3為對位交叉CH3與C3為鄰位交叉取代基處在a

鍵上時，取代基和環(huán)上碳原子處于鄰位交叉式。第71頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月取代基越大，它處于e

鍵的構象越穩(wěn)定：構象間的平衡優(yōu)勢構象1.3-豎鍵作用非常大第72頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5

烷烴和環(huán)烷烴的物理性質物理性質

物態(tài)：氣體？液體？固體？

沸點（b.p.）

熔點（m.p.）

密度（比重）

溶解度：水中溶解度？有機溶劑中？

折光率

物理常數(shù)：單一純凈的有機化合物在一定的條件下其物理常數(shù)為固定值。據此可以分離和鑒定有機化合物烷烴和環(huán)烷烴：大多為無色、有一定氣味的液體。第73頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月直鏈烷烴的沸點隨相對分子質量的增加而升高。沸點與分子間作用力——vanderWaals力相關。相對分子質量大的分子，其表面積增大，分子間vanderWaals力——色散力增大，其沸點隨之升高。2.5.1

沸點當C原子數(shù)相同時，含支鏈越多的烷烴，相應的沸點越低。沸點/℃36.127.99.5第74頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月烷烴熔點的變化基本上與沸點相似。直鏈烷烴熔點隨相對分子質量的增加而升高。偶數(shù)碳原子烷烴比奇數(shù)原子烷烴的熔點升高較多。烷烴的熔點與分子中所含碳原子數(shù)的關系2.5.2

熔點第75頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月碳原子數(shù)烷烴熔、沸點關系圖第76頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月

C原子數(shù)相同烷烴的不同異構體，對稱性較好的異構體具有較高的熔點。熔點/℃-130-160-17當C數(shù)相同時，環(huán)烷烴的沸點、熔點均高于烷烴。因為后者具有較大的剛性和對稱性。熔點的變化第77頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月

CH電負性2.52.2烷烴的結構

一般情況下烷烴化學性質不活潑、耐酸堿（常用作低極性溶劑，如正己烷、正戊烷、石油醚等）

烷烴可與鹵素發(fā)生自由基取代反應（烷烴的重要反應）sp3

雜化已飽和不能加成低極性共價鍵H酸性小不易被置換2.6

烷烴和環(huán)烷烴的化學性質第78頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月分子中的某個原子或基團被其他原子或基團所取代的反應——取代反應。通過自由基取代H原子的反應——自由基取代反應。2.6.1自由基取代反應第79頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月鹵化反應(halogenation)：也叫鹵代反應鹵化氫(1)鹵化反應(halogenation)反應特點:(1)反應需光照或加熱。(2)光照時吸收一個光子可產生幾千個氯甲烷（反應有引發(fā)過程）。(3)有O2存在時反應延遲，過后正常。延遲時間與O2量有關。烷烴鹵素鹵代烷第80頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月在漫射光或熱的作用下，甲烷發(fā)生氯代反應：甲烷的氯化較難停留在一氯化階段：產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。甲烷的氯化第81頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月烴鹵化反應的更多例子第82頁，課件共93頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)鹵化的反應機理烷烴的氯化是一個連鎖反應，也叫鏈反應。一般說，鏈反應分為鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個階段：鏈引發(fā)鏈終止鏈增長