有机化学课件：第2章 饱和烃

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1、第二章第二章 饱和烃饱和烃hydrocarbon1烷烃的卤代反应机理烷烃的卤代反应机理环烷烃结构及性质环烷烃结构及性质烷烃的构象、透视式及纽曼投影式烷烃的构象、透视式及纽曼投影式掌握命名与异构现象掌握命名与异构现象环己烷的典型构象环己烷的典型构象(椅式、船椅式、船式式)2烃：烃：分类分类：根据分子中：根据分子中碳原子的连接方式碳原子的连接方式不同分类。不同分类。仅由仅由碳、氢碳、氢两种元素组成的化合物。两种元素组成的化合物。第二章第三章第四章3烷烃的来源比较广泛：烷烃的来源比较广泛：白菜叶白菜叶 C C2929烷烷苹果皮苹果皮 C C2727-C-C2929烷烷烟叶烟叶 C C2727-C-C

2、3131烷烷蜂蜡蜂蜡 C C2929-C-C3131烷烷石油石油各种烃的混合物各种烃的混合物天然气天然气主要成份是甲烷主要成份是甲烷动植物动植物 来源来源2.1 2.1 烷烷 烃烃烷烷烃烃：碳碳碳碳之之间间以以单单键键相相连连，其其余余价价键键均均为为氢原子所饱和氢原子所饱和的化合物。的化合物。4 烷烃烷烃通式通式 CnH2n+2 R-H CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3同同系系列列：结结构构相相似似，组组成成相相差差CH2或或其其倍倍数数的一系列化合物。的一系列化合物。同系物：同系物：同系列中各化合物互称同系物。同系列中各化合物互称同系物。2.1.1 2.1

3、.1 烷烃的同系列烷烃的同系列系系 差：差：CH25（1 1）同同分分异异构构现现象象：分分子子式式相相同同结结构构不不同同的的现象。现象。2.1.2 2.1.2 烷烃的同分异构现象烷烃的同分异构现象丁烷丁烷C4H10CH3 CH2CH2CH3CH3 CHCH3CH30.6 0.6 正丁烷正丁烷11.7 11.7 异丁烷异丁烷 bpbp6 说明：同一分子式，说明：同一分子式，C C数数越多，异构体数越多越多，异构体数越多 丁丁 2 戊戊 3 己己 5 庚庚 9 癸癸 75（2 2）同同分分异异构构体体：分分子子式式相相同同而而结结构构式式不不同的化合物。同的化合物。甲、乙、丙烷无异构现象甲、乙

4、、丙烷无异构现象7碳原子数碳原子数异构体数异构体数碳原子数碳原子数异构体数异构体数（推算）（推算）42123555313802651418587915434781820363199352536797588107530411164676311159烷烃的同分异构体数目烷烃的同分异构体数目【了解了解】8 C|CCCC 异戊烷异戊烷 27.9CCCCC bp正戊烷正戊烷 36.1戊烷戊烷C5H12 C|CCC|C新戊烷新戊烷 9.5练习：写出戊烷的同分异构体的结构9伯（一级）伯（一级）1：与另外一个与另外一个C相连相连 1 仲（二级）仲（二级）2：与另外二个与另外二个C相连相连 H 2 叔（三级）叔

5、（三级）3：与另外三个与另外三个C相连相连 3 季（四级）季（四级）4：与另外四个与另外四个C相连相连 碳原子碳原子 C|CCC|4 C C|CCCC 3CCCCC 2 1碳原子、氢原子的种类碳原子、氢原子的种类10构构造造异异构构：分分子子中中各各原原子子连连接接方方式式和和次次序序不同而引起的异构。不同而引起的异构。碳碳链链异异构构：仅仅由由分分子子中中碳碳原原子子的的连连接接方方式式不不同而产生的异构。同而产生的异构。烷烃的构造异构是由碳链异构而引起。烷烃的构造异构是由碳链异构而引起。碳链异构属于构造异构的一种碳链异构属于构造异构的一种11 请写出庚烷请写出庚烷(C7H16)的同分异构体

6、的结的同分异构体的结构式并标明构式并标明1、2、3、4碳原子及碳原子及1、2、3 氢原子。氢原子。课下练习：12 CH3CH2CH2CH2CH2CH32.1.3 2.1.3 烷烃的命名烷烃的命名 普通、系统（国际）、普通、系统（国际）、俗名等俗名等名称名称结构结构 1 1、普通法、普通法（简单、含碳较少的烷烃）（简单、含碳较少的烷烃）C C1010以内用天干次序（甲、乙以内用天干次序（甲、乙癸）癸）C C1010以上用中文数字（十一、二以上用中文数字（十一、二）名称前冠名称前冠“正正”或或 n n直链直链烷烃烷烃正十五烷正十五烷 正己烷正己烷CH3(CH2)13CH313在链端在链端C C2

7、2上连一个甲基为上连一个甲基为“异异”isoiso-在链端在链端C C2 2上连二个甲基为上连二个甲基为“新新”neo-neo-侧链烷烃侧链烷烃CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCHCHCH3 3 异己烷异己烷|CHCH3 3 CH3|CH3CCH2CH3 新己烷新己烷|CH3C原子个数包括支链。原子个数包括支链。14烷基：烷基：烷烃分子中去掉一个烷烃分子中去掉一个氢原子氢原子剩下的基团。剩下的基团。CnH2n+1,RCH3CH2CH2CH2 正丁基正丁基 CHCH3 3|CHCH3 3CH CHCH CH2 2 异丁基异丁基|CHCH3 3CHCHCHCH2 2CHCH3 3 仲

8、丁基仲丁基 CHCH3 3|CHCH3 3C C|CH CH3 3 叔丁基叔丁基 CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 CH3CH|甲基甲基 乙基乙基 丙基丙基 CH3 异丙基异丙基 练习：写出异戊基、新戊基、仲戊基、叔戊基。练习：写出异戊基、新戊基、仲戊基、叔戊基。152 2、系统命名法、系统命名法(IUPAC,(IUPAC,International Union of Pure and Applied Chemistry，国际纯粹与应用化学联合会），国际纯粹与应用化学联合会）：18921892年制定，年制定，19601960年颁布，年颁布，19801980修改，要点：修改，要点：（1

9、1）选主链）选主链（定母体（定母体,最长最长最多最多）：）：（2 2）编号：）编号：“最低最低系列系列”最长最长碳链作为母体（某烷）。当多个碳链可碳链作为母体（某烷）。当多个碳链可供选择时，则选支链供选择时，则选支链最多最多的碳链为主链。的碳链为主链。最近支链端开始编号最近支链端开始编号;取代基取代基位次和最小位次和最小。16（3）写全名）写全名位置位置阿拉伯数字阿拉伯数字标标取代基取代基位位次次。数目数目中文数字表取代基数目中文数字表取代基数目。名称名称按按“优优先次序先次序规则规则”排列排列取代基取代基，较优较优基基团团列后列后。取代基取代基(前前)母体（后）母体（后）优先次序规则（优先次

10、序规则（P P4545）1 1、按原子序数大小排列：如、按原子序数大小排列：如 2 2、第一个原子相同比较第二个，依次类推。、第一个原子相同比较第二个，依次类推。CH3CH2CH2 CH3CHCH3|丙基丙基 异丙基异丙基 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全重叠式稳定性：稳定性：37 （3）推广）推广：ACH2CH2B（A=B或或AB）例：例：1,2-二溴乙烷二溴乙烷(对位交叉式对位交叉式构象约占构象约占84)乙二醇乙二醇/胺胺(分子内氢键，主分子内氢键，主要为要为邻位交叉式邻位交叉式构象构象)381物态：物态：常温常压下常温常压下C1C4气体，气体，C5C17液体，液体，

11、C17以上固体。以上固体。2.1.52.1.5烷烃的物理性质烷烃的物理性质2沸点：沸点：同系列中，同系列中，C越多，越多，b p 越高越高同分异构体：同分异构体：直链支链直链支链，支链越多，支链越多，bp越小。越小。bp 36.1 28 9.5 戊烷戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷39分子间接触面积大分子间接触面积大分子间接触面积大分子间接触面积大作用力强作用力强作用力强作用力强分子间接触面积小分子间接触面积小分子间接触面积小分子间接触面积小作用力弱作用力弱作用力弱作用力弱bp：36.1bp：9.5403.熔点：熔点：对称性大的烷对称性大的烷烃熔点要高些，烃熔点要高些，但总体还是上但总体还是上

12、升。升。(1)Cn越多越多,熔点越高熔点越高(2)偶数碳的比相邻奇数碳的熔点高偶数碳的比相邻奇数碳的熔点高41烃是非极性化合物，烃是非极性化合物，易溶于非极性溶剂，易溶于非极性溶剂，不溶与水不溶与水，可以用，可以用“相似相溶相似相溶”原理解释。原理解释。4.4.溶解度溶解度5.5.相对密度相对密度 分子量分子量，密度，密度，但，但1。42练练 习习将下列化合物按沸点将下列化合物按沸点由高到低由高到低顺序排列：顺序排列：（1）3,3二甲基戊烷 （2）正庚烷 （3）2甲基庚烷 （4）正戊烷 （5）2甲基己烷答案：答案：（3）（）（2）（）（5）（）（1）（）（4）43键，牢固。键，牢固。C CC

13、C C CH H 有四面体构型（有四面体构型（spsp3 3具有方向性，单具有方向性，单键可旋转）键可旋转）烷烃烷烃结构结构特点特点 C CC C以单键相连（以单键相连（spsp3 3-sp-sp3 3方式）方式）乙烷、丁烷优势构象（透视式、纽曼投影式）乙烷、丁烷优势构象（透视式、纽曼投影式）442.1.6、烷烃的化学性质、烷烃的化学性质 烷烷烃烃分分子子，C CC C，C CH H 键键牢牢固固，分分子子极极化化度度小小，化化学学性性质质稳稳定定，一一般般情情况况下下不不与与强强酸酸、强强碱碱、强强氧氧化化剂剂反反应应，特特殊殊条条件件下下能发生能发生氧化氧化，取代取代，裂化，裂化等反应。等

14、反应。45烷烃在空气中燃烧，生成烷烃在空气中燃烧，生成二氧化碳二氧化碳和和水水，并放，并放出大量的热能。出大量的热能。用途：内燃机中汽油，柴油等用途：内燃机中汽油，柴油等发生热能的基本反应，热源利用（沼气等）。发生热能的基本反应，热源利用（沼气等）。1.1.氧化反应氧化反应无机氧化：电子的得失，化合价的升降无机氧化：电子的得失，化合价的升降有机氧化：加氧去氢为氧化，加氢去氧为还原有机氧化：加氧去氢为氧化，加氢去氧为还原462 2取取代代反反应应：有有机机分分子子中中原原子子或或原原子子团团被被其其它原子或原子团取代的反应。它原子或原子团取代的反应。CH4CH3ClCH2Cl2CCl4Cl2光光

15、Cl2光光Cl2光光CHCl3Cl2光光麻醉剂麻醉剂溶剂溶剂溶剂溶剂氯仿氯仿灭火剂灭火剂CH4:Cl2=50:1（CH3Cl为主）为主）1:50（CCl4为主）为主）（1 1）卤代反应：）卤代反应：烷烃中的烷烃中的H H被被X X代替的反应。代替的反应。BrBr2 2,Cl,Cl2 2 47（2 2）烷烃氯代反应历程）烷烃氯代反应历程均裂均裂异裂异裂游离基（游离基（自由基自由基）离子离子共价键断裂共价键断裂方式方式游游离离基基反反应应（自自由由基基反反应应）：采采取取共共价价键键均均裂裂方式进行的反应。方式进行的反应。反应历程（机理）：反应历程（机理）：由反应物到产物所经历的过程。由反应物到产

16、物所经历的过程。离子型反应：采取共价键离子型反应：采取共价键异裂异裂方式进行的反应。方式进行的反应。48烷烃氯代烷烃氯代属于属于游离基取代反应游离基取代反应历程。历程。反应反应条件条件：由：由光、辐射、热（高温）光、辐射、热（高温）、过氧化物引发过氧化物引发，在，在气相或非极性溶剂气相或非极性溶剂中中进行。进行。49游离基历程包括三个阶段：游离基历程包括三个阶段：（1）、）、链引发链引发：光、热、过氧化物作用产光、热、过氧化物作用产生自由基。生自由基。Cl2 2Cl（2）、）、链增长链增长：自由基与其它分子间的交自由基与其它分子间的交换反应。换反应。（3）、）、链终止链终止：自由基相互反应生成

17、稳定自由基相互反应生成稳定化合物，消耗自由基，终止反应。化合物，消耗自由基，终止反应。50第一步第一步链引发链引发第二步第二步链增长链增长第三步第三步链终止链终止51链链引发引发注意：得到混合物，控制条件，可使某一种产物占主要。注意：得到混合物，控制条件，可使某一种产物占主要。链链增长增长链链终止终止522.2 2.2 环烷烃环烷烃(cycloalkane)环烷烃是链形烷烃两端的碳原子相环烷烃是链形烷烃两端的碳原子相互以互以键结合形成的环状化合物。键结合形成的环状化合物。53分类：分类：u环碳原子数目：三元环、四元环、五元环等。环碳原子数目：三元环、四元环、五元环等。u分子内环的数目：单环烃、

18、双环烃、多环烃。分子内环的数目：单环烃、双环烃、多环烃。环数环数：使环状化合物变：使环状化合物变成开链化合物所需打破成开链化合物所需打破的碳碳键的数目。的碳碳键的数目。542.2.1 2.2.1 环烷烃的异构环烷烃的异构1.1.碳环异构碳环异构：C3 无无 C4 2种种 C5 5种种 55(1)概念概念：由于分子中与：由于分子中与双键双键或或环环相连接的原子相连接的原子或原子团的相对旋转受到阻碍可能产生的立体异或原子团的相对旋转受到阻碍可能产生的立体异构称顺反异构。构称顺反异构。顺顺1,2二甲基环丙烷二甲基环丙烷 （b.p.37）反反1,2二甲基环丙烷二甲基环丙烷 (b.p.29)2.2.顺反

19、异构顺反异构56在系统命名前分别加在系统命名前分别加“顺顺”或或“反反”。两个相同的原子或原子团在两个相同的原子或原子团在环的同侧环的同侧为为顺式顺式构型。构型。两个相同的原子或原子团在两个相同的原子或原子团在环的异侧环的异侧为为反式反式构型。构型。构构象象：同同一一构构型型的的化化合合物物，由由于于单单键键的的旋旋转转和和扭扭曲曲，而而使使得得原原子子或或原原子子团团在在空空间间产产生生多多种不同的排布方式。种不同的排布方式。(2)异构的表示异构的表示（3）*构象和构型的异同点（区别）构象和构型的异同点（区别）57构型构型：表示分子中原子或原子团在空间的排布表示分子中原子或原子团在空间的排布

20、方式。方式。相相同同点点：都都表表示示分分子子中中原原子子或或原原子子团团在在空空间间的排布方式。的排布方式。不不同同点点：一一种种构构型型变变成成另另一一种种构构型型需需要要化化学学键的断裂与形成键的断裂与形成。一种一种构象构象变成另一种构象只需要变成另一种构象只需要键的旋转，键的旋转，其构型不变其构型不变。58同分异构同分异构构造异构构造异构立体异构立体异构碳链异构碳链异构官能团异构官能团异构位置异构位置异构构象异构构象异构构型异构构型异构顺反异构顺反异构旋光异构旋光异构59（1）环上）环上无取代基无取代基时：环时：环+烷烃名称烷烃名称 如：环丙烷，环丁烷，环戊烷如：环丙烷，环丁烷，环戊烷

21、（2）环上环上有取代基有取代基时，取代基（前），母体（环）时，取代基（前），母体（环）编号：用小数字标小基团位，和最小。编号：用小数字标小基团位，和最小。1甲基甲基2乙基乙基5 异丙基异丙基环己烷环己烷2.2.2环烷烃命名：环烷烃命名：类似烷烃类似烷烃60 反反1甲基甲基4异丙基环己烷异丙基环己烷若取代基碳链较长，则环作为取代基。若取代基碳链较长，则环作为取代基。2甲基甲基3环丙基庚烷环丙基庚烷61（3）双环烷烃）双环烷烃螺螺环：两个碳环共用环：两个碳环共用一个一个碳原子碳原子桥桥环环：两两个个或或两两个个以以上上碳碳环环共共用用两两个或两个以上个或两个以上碳原子碳原子分分类类3 3个桥个桥6

22、21,5二甲基螺二甲基螺3.5壬烷壬烷1549母母体体：螺螺.Y Y 某某烷烷（“某某”指指碳碳原原子子总总数数.Y.Y 小小到到大大排排，除除去去螺螺原原子子以以外外的的碳碳原原子子数数目）目）编号：编号：近近螺碳，螺碳，小环小环经螺原子经螺原子到大环到大环，位次和，位次和 最小。最小。螺环螺环 633,7,7三甲基二环三甲基二环4.1.1辛烷辛烷2,7,7三甲基二环三甲基二环4.1.0庚烷庚烷136781267.编号：编号：先编大桥后编小桥先编大桥后编小桥，从桥头碳开始从桥头碳开始编，使编，使 取代基位次最小。取代基位次最小。.环数的确定：把桥环烃变为链烃，打开几次，就环数的确定：把桥环烃

23、变为链烃，打开几次，就 是几元环。是几元环。.确定母体：几环某烷（由桥环中总碳数确定）。确定母体：几环某烷（由桥环中总碳数确定）。几环几环a.b.c某烷，某烷，a,b,c由由大到小大到小，不包括桥头不包括桥头碳碳桥桥环环64螺、桥环命名异同点螺、桥环命名异同点同：某烷（除支链外总碳数）同：某烷（除支链外总碳数）.取代基小取代基小-大，位次和最小大，位次和最小 内不包括螺原子，桥头碳内不包括螺原子，桥头碳异：异：内数字小内数字小-大（螺环）；大大（螺环）；大-小（桥环）小（桥环）编号：小桥编号：小桥-大桥（螺环），大桥大桥（螺环），大桥-小桥（桥环）小桥（桥环）从近螺从近螺C C开始（螺环），从

24、桥头开始（螺环），从桥头C C开始（桥环）开始（桥环）652.2.3 环烷烃的物理性质（自学）环烷烃的物理性质（自学）m.p.b.p.d420同碳数同碳数环烷烃环烷烃 烷烃烷烃，不溶水，易溶有，不溶水，易溶有机溶剂。机溶剂。m.p.b.p.d4202.2.4 环烷烃的化学性质环烷烃的化学性质 结构分析：结构分析：CC，CH 键，牢固，化性稳定，键，牢固，化性稳定，似似烷烃烷烃；但；但C3C4环易破，环可以加成环易破，环可以加成似烯烃似烯烃66（1 1）催化加氢）催化加氢 CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3H2H2H2H2Ni/80Ni/80Pt/300Pt/30

25、0Ni/120Ni/120结结论论：环环丙丙烷烷、环环丁丁烷烷不不稳稳定定，环环戊戊烷烷以以上上者者较稳定，证明环烷的稳定性与环大小有关。较稳定，证明环烷的稳定性与环大小有关。1加成反应加成反应 67（2）加卤素）加卤素（3）加卤化氢）加卤化氢+Br2室温室温(褪色褪色褪色褪色)CH2CH2CH2BrBr+HBrCH3CH2CH2Br+HBrCH3CCHCH2CH3CH3BrHH室温下只有环丙烷能反应室温下只有环丙烷能反应马氏规则：环断马氏规则：环断裂在连接裂在连接H原子最原子最多和最少的两个多和最少的两个C原子间；原子间；H加在含加在含H多的多的C上。上。用于用于鉴别鉴别682取代反应取代反

26、应 Cl2光光Cl2hvBr2hvClClBr3、氧化反应、氧化反应+KMnO4室温室温鉴别烯烃和鉴别烯烃和环烷烃环烷烃自由基自由基反应反应HNO3(浓浓)HOOC(CH2)4COOH己二酸己二酸己二酸己二酸692.2.5 环烷烃的分子结构和稳定性环烷烃的分子结构和稳定性化学性质表明：化学性质表明：环丙烷和环丁烷不稳定；环丙烷和环丁烷不稳定；环戊烷和环戊烷和环己烷环己烷较稳定。较稳定。环丙烷环丙烷环环丙丙烷烷三三个个C C处处于于同同一一平平面面上上，张张力力较较大大，具具有有较较高高的的能能量量。因因此此，环环丙丙烷烷的的化化学学性性质质活活泼泼，容容易易开环加成。开环加成。70环丁烷环丁烷

27、（蝴蝶式蝴蝶式结构）结构）环丁烷与环丙烷相似，环丁烷与环丙烷相似，C-C键也是弯曲的，键也是弯曲的，C-C-C键角约键角约111.5，其中四个，其中四个C不在同一平面。角张力不在同一平面。角张力和扭转张力比环丙烷小，比环丙烷稳定。和扭转张力比环丙烷小，比环丙烷稳定。71环戊烷（环戊烷（信封式信封式）五个五个C不在同一平面，其中，四个不在同一平面，其中，四个C处于同一平面，处于同一平面，键角接近键角接近109o28，环张力很小，比较稳定，不易发，环张力很小，比较稳定，不易发生开环作用，易发生取代反应。生开环作用，易发生取代反应。72环己烷环己烷碳原子不在同一平面内碳原子不在同一平面内,CCC键角

28、为键角为109。28,为无张力环，环很稳定。为无张力环，环很稳定。732.2.6、环已烷及衍生物的构象、环已烷及衍生物的构象（1）典型构象：）典型构象：1环已烷的构象环已烷的构象 椅式椅式船式船式74（2）稳定性稳定性：椅式（优势构象）椅式（优势构象）船式船式 交叉状态交叉状态 全重叠状态全重叠状态7576（3）椅式构象中的平伏键和直立键）椅式构象中的平伏键和直立键（4）转环作用）转环作用 77a-直立键直立键e-平伏键平伏键环已烷椅式构象的环已烷椅式构象的画法及键的排列画法及键的排列782.取代环己烷的构象分析取代环己烷的构象分析79（1）一元取代环已烷）一元取代环已烷 结论：一取代环己烷优势构象是取代基占结论：一取代环己烷优势构象是取代基占e键键且取代基越大，则优势构象含量越高。且取代基越大，则优势构象含量越高。CH3CH3 5%95%86课下练习：本章所有插题及课下练习：本章所有插题及 不上作业的习题不上作业的习题本章作业：本章作业：教材教材P P3939：1 1、3 3、5 5注意：注意：不抄题，但必须写清题号。不抄题，但必须写清题号。写明班级、学号、姓名写明班级、学号、姓名，按，按学号顺序学号顺序收齐，收齐，每上完一章交一次。每次作业情况每上完一章交一次。每次作业情况记入平记入平时成绩时成绩。87