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1、第三章 饱和烃 烷 烃,基本要求：,1.掌握碳原子的sp3杂化，伯、仲、叔、季碳原子的概念，烷烃分子的构象表示方法(Newman投影式和透视式)，重叠式与交叉式构象及能垒，环己烷及其衍生物的构象。 2.掌握烷烃和环烷烃的系统命名法及习惯命名法。 3.了解烷烃和环烷烃的物理性质。 4.掌握烷烃的化学性质(卤代)；了解自由基反应机制，掌握不同类型碳自由基结构与稳定性的关系。 5.掌握环烷烃的化学性质(三元环、四元环的加成反应，五元环、六元环的取代反应)。,烷 烃,在组成上仅含有碳与氢两元素的化合物叫碳氢化合物也称为烃。,脂肪烃分子中只含有C-C单键和C-H 键的叫做烷烃。,烷 烃,一、同系列,在烷
2、烃的一系列化合物中，其分子组成中所含的碳原子和氢原子在数量上存在着一定的关系，即每增加一个C 原子，就相应地增加二个H 原子。,烷烃通式：CnH2n+2,这些结构上相似而组成上相邻的两个烷烃的组成都是相差CH2。CH2 叫做同系列差。,3-1烷烃的同系列和同分异构体现象,具有同一个通式，组成上相差只是CH2或其整数倍的一系列化合物叫做同系列。,同系物具有相似的化学性质，其物理性质（例如沸点、熔点、相对密度、溶解度等）一般是随着相对分子质量的改变而呈现规律性的变化。,二、同分异构现象,分子式相同的不同化合物叫做同分异构体（简称异构体）。这种现象叫做同分异构现象。,从丁烷开始出现同分异构体,H,H
3、,碳链异构、位置异构、官能团 异构、旋光异构等,异构体数目 如 戊烷 C5H12 3 己烷 C6H14 5 壬烷 C9H20 35,一个已知分子式的烷烃究竟有多少个异构体？,利用逐步缩短碳链的方法，推导出异构体的数目及其构造式。,基本步骤：（以己烷C6H14为例）,同分异构现象是有机化合物中存在的普遍现象。随着化合物分子中所含碳原子数目的增加，同分异构体的数目也越多。,化合物的结构式不仅能代表化合物分子的组成，而且能反映出分子中的成键顺序。因此，常用结构式来表示有机化合物。,与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子分别称为伯、仲、叔氢原子。不同类型的氢原子在同一反应中的反应性能是有一定差别。,2,3,4
4、,三、伯、仲、叔和季碳原子,碳链中的碳原子按照它们所连结的碳原子数目可分为四类：,一、普通命名法,“天干”甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。 十一碳以上用汉字数字表示：,一般按烷烃所含碳原子数目来命名，碳原子在十以内用“天干”表示，称“某烷”。,如：C6H14 C8H18 C12H26,己烷,辛烷,十二烷,区别异构体用“正”、“异”、“新”。,将直链烷烃叫“正”,3-2 烷烃的命名法,二、系统命名法,系统命名法是采用国际纯化学与应用化学联合会（简称IUPAC）的命名原则，结合我国文字的特点，制定了中文系统命名法（1960年）。,1. 烷基,烷烃分子中去掉一个氢原子后，剩下的原子团叫烷基。
5、烷基是一价基，通式为CnH2n+1，常用R-代表烷基。,烷基的名称由相应的烷烃而得。,异戊烷,正戊烷,新戊烷,2. 直链烷烃的命名,与普通命名法基本相同，但不用“正”字。具有110个碳原子数的烷烃采用我国古代记数的“天干”。10个碳以上的烷烃则用汉字数字表明。,如：CH3CH2CH2CH2CH3,3、支链烷烃的命名,把它看作是直链烷烃取代衍生物, 选取主链选择最长的碳链为主链。支链当作取代基。, 编号从靠近支链的一端开始，编号时应尽可能使取代 基具有最低编号。,步 骤,（如上例）,1 2 3 4 5 6 7 8,当几种可能的编号方向时，应当选定使取代基具有“最低系列”的那种编号（即顺次逐项比较
6、各系列的不同位次，最先遇到位次最小者定为最低系列）。,两端一样长时，从小取代基一端开始编号。,1 2 3 4 5 6 7,7 6 5 4 3 2 1,1 2 3 4 5 6 7,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,2, 7, 8-三甲基癸烷（不叫3,4,9-三甲基癸烷）,3-甲基-5-乙基庚烷, “先小后大，同基合并”,（如前例）,烃基大小的次序（按“对映异构中的次序规则”决定）:,甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基异丁基异丙基,2, 3-二甲基-3-乙基己烷,1 2 3 4 5 6,有不同取代基时，把小取代基名称写在 前面，大取代基写在后面。相同取代基 合并起来，取代基数目用二、三、 等表
7、示。, 有多种等长的最长碳链可供选择时，应选择取代基最多 的碳链为主链。,2, 5-二甲基-3,4-二乙基己烷,2, 3, 5-三甲基-4-丙基庚烷,不是2, 3-二甲基-4-仲丁基庚烷,仲丁基,叔丁基,异丙基,异丁基,一、C原子的sp3杂化轨道和键,1. C原子的sp3杂化轨道,碳原子在基态时电子构型：1S2、2S2、2p2,键长：0.109nm 键角：109.5,3-3 烷烃的分子结构,4个SP3杂化轨道,2、甲烷的分子模型,甲烷的正四面体构型,甲烷凯库勒模型,甲烷斯陶特模型,原子轨道以头碰头的方式进行重叠交盖所形成的共价键称为键。,3. 键的形成,其特点是：在键轴方向上进行最大程度的重叠
8、，形成的价 键比较稳定，以键相连的二个原子可以键为 轴做相对旋转。,原子轨道以“头碰头”的方式重叠交盖形成键,键以键轴为对称 轴的键。成键 时轨道的交盖 程度较大。键 比较牢固。,处于键的电子叫电子。,乙烷分子结构虽然是四面体，但不是正四面体，键角也不是109. 5而是接近109. 5。,实验证明，气态或液态的含多个碳原子的烷烃，由于键的自由旋转，能形成多种曲折形式。,二、烷烃的构象,构象围绕碳碳键旋转而使分子中原子或基团在空间 的不同排列方式。,如正戊烷的碳链可以有几种代表形式：,1. 乙烷的构象,乙烷分子中两个极端的空间形象：,透视式,2. 丁烷的构象,一、物理性质,1. 物理状态,C1C
9、4气态 C5C16液态 C17以上固态,2. 沸点（b.P.）,3-4 烷烃的性质, 同C数烷烃，直链比支链沸点高。,分子间的作用力是指范德华力。,分子间接触面积大，分子间的距离近，分子间的作用力就大，沸点就高,3、熔点（m.P.）,一般含C数相同的烷烃的熔点是随着分子的对称才增加而升高的，分子越对称，它们在晶格中排列越紧密，分子之间的范德华作用力也越强，故熔点越高。,5. 水溶性,烷烃几乎不溶于水，但易溶于有机溶剂。,结构相似或极性大小相近的化合物可以彼此互溶，这就是“相似相溶”的经验溶解规律。,4. 相对密度（D）,分子间作用力随着M的增加而增大，使分子间的距离相应减小，故相对密度就增大。
10、,烷烃的稳定性不是绝对的，在一定条件下（如光、高温或催化剂的影响下）也可以发生某些反应。,二、化学性质,在常温下烷烃的化学性质很不活泼，与强酸、强碱、强氧化剂和还原剂等都不起作用。, 部分氧化（选择性氧化）,1. 氧化反应, 燃烧,2. 卤代反应,烷烃分子中的氢原子被卤素所取代的反应称为卤代反应。,烷烃与卤素在室温和黑暗中并不发生反应，但在强烈日光照射下，则发生猛烈反应。,在漫射光、加热或某些催化剂作用下，能够进行可以控制的卤代反应。,其它烷烃的卤代,碳链较长的烷烃进行氯化时，可以取代不同的氢原子得到不同的氯化烃。,室温下三氢原子被氯原子夺取的相对速率为5 : 4 : 1。,卤素对烷烃进行卤代
11、的相对活性：F2 Cl2 Br2 I2,烷烃的溴代反应的选择性比氯代要好。,反应物转变为产物所经过的途径或过程叫做反应历程或反应机理。,反应机理是在综合实验事实后提出的理论假说。如果一个假说能完满地解释观察到的实验事实和新发现的现象，同时根据这个假说所作的推断被实验所证实，它与其它有关反应的机理又没有矛盾，这个假说则称为反应机理。,3-5 卤代反应历程,通过反应历程可以告诉我们：,反应分几步进行； 反应的中心在哪里； 分子内部如何调整。（包括键的变形、电子云分布 情况、键的破裂与形成等）,氯与甲烷反应有如下的实验现象：,一、甲烷的卤代反应历程,为了解释这些现象，化学家对氯与甲烷反应过程提出了如
12、下的历程：,1、链的引发：,2、链的增长（传递）：,3、链的终止：,. 进而生成CHCl3 、CCl4等,另外，反应中不应有氧存在，因为氧易和游离基反应生成过氧游离基，使链增长不能进行。因此常把氧叫做游离基阻止剂。,从热力学角度来考察甲烷卤化反应：,卤素发生取代反应的难易顺序是： F2 Cl2 Br2 I2,二、卤素对烷烃的反应活性,游离能1mol 烷烃被夺取1个氢原子后形成游离基所 需要的能量。,三、游离基的稳定性,一般讲，越稳定的游离基越容易生成，其反应速率也越快，这是一个非常有用的通则。可以认为，在许多有游离基生成的反应中，游离基的稳定性支配着反应的取向和活性。,基本步骤：（以己烷C6H
13、14为例）,1. 写出己烷的最长直链式：,2. 写出比 式少一个碳原子的直链式：,3. 再写出比 式少两个碳原子的直链式：,C-C-C-C-C-C ,计算举例,435.1 431,H1 = +435.1 + (-431) = 4.1 kJ / mol,242.5 351.4,H2 = +242.5 + (-351.4) = -108.9 kJ / mol,HR = H1 + H2 = 4.1 + (-108.9) = -104.8 kJ / mol,从计算结果看，氯、溴、碘与CH3 反应，其放出之热能相差不大，对于反应的影响也不会有多大差别。所以卤代发生取代总的反应速率取决于甲基游离基形成的快慢（反应）。,