第3章 飽和烴

1、第3章 飽和烴,飽和烴（5學時）,第一節(jié) 烷烴 第二節(jié) 環(huán)烷烴 第三節(jié) 烷烴和環(huán)烷烴的主要來源和用途,第一節(jié) 烷烴,烴: 僅由碳、氫兩種元素組成的化合物，分子中只有C-C 鍵和C-H鍵。,一、烷烴的結(jié)構(gòu),C-H鍵是由碳的sp3雜化軌道分別與氫原子的1s軌道沿軸方向重疊形成的。形成的鍵為鍵。,二、烷烴的構(gòu)象,構(gòu)象：分子由于圍繞鍵旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的分子的各種立體形象 稱為構(gòu)象（conformation）。 （一）乙烷的構(gòu)象,重疊式構(gòu)象,交叉式構(gòu)象,交叉式構(gòu)象為穩(wěn)定構(gòu)象或優(yōu)勢構(gòu)象。,乙烷構(gòu)象與能量的關(guān)系,構(gòu)象異構(gòu)產(chǎn)生的原因和特點,描述立體結(jié)構(gòu)的幾種方式,乙烷分子,（二）正丁烷的構(gòu)象,二、正丁烷的構(gòu)象與能量

2、圖,對位交叉式鄰位交叉式部分重疊式全重疊式,三、烷烴的物理性質(zhì),（二）熔點,環(huán)烷烴的沸點、熔點和相對密度比同碳原子數(shù)的直鏈烷烴高。,練習：將下列化合物按沸點降低的順序排列。 （1）丁烷 （2）己烷 （3）3-甲基戊烷 （4）2-甲基丁烷（5）2,3-二甲基丁烷 （6）環(huán)己烷,（6） （2） （3） （5） （4） （1）,四、烷烴的化學性質(zhì),（一）鹵代反應,反應特點： （1）反應需要光照或加熱； （2）控制反應物濃度可以控制主要產(chǎn)物的產(chǎn)率。,甲烷與其它鹵素的鹵代反應,甲烷鹵代的反應機理,（一）自由基鏈鎖反應-甲烷的氯代反應過程分析,（一）自由基鏈鎖反應-甲烷的氯代反應過程分析,（一）自由基鏈鎖

3、反應-甲烷的氯代反應過程分析,甲烷氯代反應機理的表達,甲烷溴代反應機理的表達,甲烷鹵代反應機理的循環(huán)表達式,O2存在對反應的延遲現(xiàn)象,過渡態(tài)理論,碳原子的級-烷烴中碳原子直接相連碳原子的個數(shù),烷烴的鹵代產(chǎn)物,烷烴鹵代反應的選擇性問題,氯代反應的選擇性,溴代反應的選擇性,根據(jù)反應活性預測產(chǎn)率,鹵素的活潑性比較,氯代與溴代的反應速率,烷烴的鹵代反應小結(jié),二、烷烴的燃燒-氧化反應,燃燒熱,燃燒熱,練習題： 推測辛烷、2,2-二甲基己烷和2,2,3,3-四甲基丁烷 燃燒熱大小的次序？,答案：1 2 3,三、烷烴的裂解反應,廣泛應用到石油工業(yè)中，如催化重整，以提高汽油的 產(chǎn)量和質(zhì)量。,第二節(jié) 環(huán)烷烴,環(huán)

4、烷烴：飽和的具有環(huán)狀碳架的烷烴。,一、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu),除環(huán)丙烷外，四元環(huán)以上的環(huán)烷烴上的碳原子不在一個平面上。,（1）環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu),有較大的角張力，不穩(wěn)定，容易開環(huán)。,（2）環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu),“蝴蝶式”結(jié)構(gòu),有角張力，不穩(wěn)定，容易開環(huán)，但比環(huán)丙烷稍穩(wěn)定。,（3）環(huán)戊烷的結(jié)構(gòu),角張力小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。,（4）環(huán)己烷的結(jié)構(gòu)及取代環(huán)己烷的構(gòu)象,順反異構(gòu),（4）環(huán)己烷的結(jié)構(gòu)及取代環(huán)己烷的構(gòu)象,椅式構(gòu)象,船式構(gòu)象,環(huán)己烷的椅式構(gòu)象,椅式的Newman投影式,環(huán)己烷的船式構(gòu)象,船式的Newman投影式,椅式和船式比較,椅式與船式的勢能,椅式,半椅式,船式,扭船式,椅式構(gòu)象的翻環(huán)作用,環(huán)己烷構(gòu)象的畫法,（5）取代環(huán)己

5、烷的構(gòu)象,5.1 甲基環(huán)己烷的構(gòu)象,室溫下，平衡混合物中e-甲基構(gòu)象約占95%。,5.2 叔丁基環(huán)己烷的構(gòu)象,5.3 二取代環(huán)己烷的構(gòu)象,椅式1,2-二甲基環(huán)己烷構(gòu)象的穩(wěn)定性順序：,反-ee順ea反aa,5.4 取代環(huán)己烷的構(gòu)象規(guī)律,6. 多脂環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)-以十氫萘為例,含兩個以上碳環(huán)的脂環(huán)化合物稱為多脂環(huán)化合物。,二、環(huán)烷烴的性質(zhì),（一）物理性質(zhì),環(huán)烷烴比同碳原子數(shù)的開鏈烷烴有更高的熔沸點和密度。,（二）化學性質(zhì),（二）化學性質(zhì),環(huán)的穩(wěn)定性：五元環(huán)四元環(huán)三元環(huán),（二）化學性質(zhì),碳環(huán)斷裂: 發(fā)生在含H最多和含H最少的兩碳之間。,加成規(guī)律: H加在含H最多的碳上,鹵素加在含H少碳上。,馬氏加成

6、,常溫下即使小環(huán)烷烴對氧化劑相當穩(wěn)定，不被KMnO4/H2O或O3氧化，可鑒別環(huán)烷烴與烯烴。,（二）化學性質(zhì),（3）氧化反應,練習：,第三節(jié) 烷烴和環(huán)烷烴的主要來源和用途,一、烷烴的主要來源,甲烷主要存在于天然氣、石油氣、沼氣和煤礦的坑氣中。,（一）烷烴的工業(yè)來源,C1C4的烷烴、正戊烷和異戊烷，都可以從天然氣和石 油分餾得到純的產(chǎn)品。新戊烷在自然界中不存在，戊烷 以上的異構(gòu)體沸點差別小，分餾提純困難，只有靠化學 方法合成。,（二）烷烴的制法,烯烴氫化得烷烴,鹵代烷還原得烷烴,1) Grignard試劑水解得烷烴,Grignard試劑,烷烴,2) 用金屬+酸產(chǎn)生的氫還原得烷烴,3）鹵代烷與有機金屬化合物偶聯(lián)得烷烴,RX必須是1o,（二）烷烴的制法,1.環(huán)烷烴的工業(yè)來源,五元環(huán)、六元環(huán)烷烴的衍生物可從石油中獲得，三元環(huán)、四元環(huán)烷烴在自然界含量不多，一般通過合成來制取。,環(huán)己烷及其衍生物也可由相應的芳烴經(jīng)催化氫化還原制得。例如，現(xiàn)在工業(yè)上就用這種方法大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)己烷和十氫化萘。,二、環(huán)烷烴的主要來源,2. 環(huán)烷烴的制法,（1）亞甲基(CH2)插入法(Simmons-Smith reaction),烯烴和碳烯反應生成環(huán)丙烷,（2）Baeye