饱和烃烷烃和环烷烃.ppt

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1、烷烃和环烷烃,2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构,2.1.1烷烃和环烷烃的通式： 烷烃 CnH2n+2; 环烷烃CnH2n+2 同系列: 这种具有同一通式,组成上相差 CH2 及其整倍数的一系列化合物，称为同系列。 同系列中的各化合物互为同系物。 CH2 称为同系列的系差。,2.1.2 烷烃和环烷烃的构造异构 构造异构：分子式相同而构造不同的化合物，称为构造异构体。 从丁烷开始有同分异构体： 正丁烷异丁烷 Bp-0.5 C Bp-11.73 C,同分异构体的推导：,写出最长链： 写出少一个碳原子的直链，把一个碳当支链，找出可能的异构体 写出少二个碳原子的直链，把二个碳当两个支链，或一个支链，

2、找出可能的异构体,环烷烃的构造异构,以C6H12为例：可构成六元环、五元环、四元环、三元环:,同分异构,（ 1 ）构造异构 1 ）碳架异构 2 ）位置异构 3 ）官能团异构 （ 2 ）立体异构 1 ）构象异构 2 ）构型异构,习题 2.2 下列哪些化合物是同一化合物?哪些是构造异构体?,2.2 烷烃和环烷烃的命名,2.2.1伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子 只与一个碳原子相连的碳原子称为伯碳原子，又称为一级碳原子，用 1表示。 与两个碳原子相连的碳原子称为仲碳原子，又称为二级碳原子，用 2 表示。 与三个碳原子相连的碳原子称为叔碳原子，又称为三级碳原子，用 3 表示。 与四个碳原子相连的

3、碳原子称为季碳原子，又称为四级碳原子，用 4 表示。,与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子。 例标出下列化合物中的伯、仲、叔、季碳原子，并指出有多少伯、仲、叔氢原子？,2.2.2 烷基和环烷基,一个烷烃和环烷烃从形式上去掉一个氢原子后剩下的基团称为烷基或环烷基 (1) 某基： 甲基 CH3- Me 乙基 CH3CH2- Et （正）丙基 CH3CH2CH2- n-Pr （正）丁基 CH3CH2CH2CH2- n-Bu,(2) 异某基: 异丙基 (CH3)2 CH- i-Pr 异丁基 (CH3)2 CHCH2- i-Bu (3) 仲某基: 仲丁基 s-Bu,(4) 叔某基:

4、叔丁基 (CH3)3 C- t- Bu 叔戊基 环丙基, 环丁基, 环戊基, 环己基,2.2.3烷烃的命名,(1)普通命名法 按碳原子的数目称：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸烷、十一烷、十二烷等。 直链的称为正某烷， 碳链一端带有两个甲基的称为异某烷， 有季碳原子的称新某烷， 正戊烷,异丁烷 新庚烷,(2)衍生命名法,按甲烷的衍生物命名，通常选择连接烷基最多的碳原子作为母体甲烷碳原子 二甲基乙基甲烷 二甲基乙基异丙基甲烷,(3)系统命名法,IUPAC 命名法,国际纯化学和应用化学联合会 中国化学会 1980 年“有机化学命名原则” (a) 选取含碳原子最多支链数目最多的碳链为主链. 例

5、：,(b) 主链碳原子的位次编号 (1)取代基位次最小。 例： 3- 甲基己烷 (2)小的取代基列前，相同的取代基合并。 例：,2 , 2, 3-三甲基-3-乙基戊烷 ( 3) 烷基大小顺序 (4)支链上还有取代基时，用括号中的数字或带撇数字来标明：例： 2-甲基-5,5-二 (1,1-二甲基丙基) 癸烷 2 -甲基-5 ， 5-二-1 ， 1 -二甲基丙基癸烷,2.2.4 环烷烃的命名,(1) 单环脂环烃 环某烷:取代基编号最小, 小的基团列前: 环某烯,环某炔:官能团为1,2位,取代基尽量小:,(1) 环上碳原子数环某烷 (2) 小的取代基为1位 1-甲基-2-异丙基环戊烷 1-甲基-4-

6、异丙基环己烷,(2) 二环脂环烃 (a)桥环烷烃 1.成环碳原子总数环某烷，以二环为词头，标出环数 2. 编号从桥头开始，经最长的桥至另一桥头碳原子，沿次长的桥回到第一个桥头碳原子，最短的桥上碳原子最后编号 3.中括号中从大到小依次标出桥上碳原子数目，中间用圆点隔开。,1,2,7-三甲基二环2.2.1庚烷 1, 7,7-三甲基二环2.2.1庚烷,十氢萘， 二环4.4.0癸烷,(b)螺环烷烃 1.成环碳原子总数螺某烷 2.编号从小环开始，经螺原子至大环 3.中括号中标出螺环上除螺原子外碳原子数目，中间用圆点隔开。 螺3.4辛烷 6-甲基螺4.5癸烷,2,7,7-三甲基二环4.1.0庚烷 1,3,

7、7-三甲基螺4.4壬烷,2.3 烷烃和环烷烃的结构,(1)碳原子的 sp3 杂化轨道 1) 碳原子的电子跃迁 基态激发态 2) 碳原子的电子 sp3 杂化,(2) 键的形成及其特性 sp3 杂化轨道：一个 s 轨道和三个 p 轨道杂化后，形成四个完全相等的杂化轨道，这种轨道称为 sp3 杂化轨道。 烷烃分子的形成 杂化轨道有更强的方向性 b 四个 SP3 杂化轨道完全等值 c 四个键尽可能远离 在 sp3 杂化轨道中，每两个杂化轨道之间的夹角都是 10928 ,甲烷的四面体构型 键长： 0.109 nm 键角： 10928 ,分子模型 凯库勒 (球棒模型) 和斯陶特 (比例模型) 模型 烷烃的

8、成键 以乙烷为例： CH3- CH3 六个 C-H 键为 SP3- S 键，一个 SP3- SP3 键,2.3.2 环烷烃的结构与环的稳定性,三元环最不稳定,其次是四元环,五元环、六元环及更大的一些环比较稳定(从燃烧热可看出) 角张力：与正常的四面体键角的偏差引起了分子的张力，力图恢复正常键角的趋势，这种力叫作角张力。环丙烷的结构 碳环键角：105.5, H-C-H键角：114 ，环丙烷具有一定的键的性质,环丁烷的构象 C-C-C键角约111.5, 形如蝴蝶，上下摆动。 环戊烷的构象 信封型 扭曲型,2.4 烷烃和环烷烃的构象,2.4.1 乙烃的构象(交叉式与重叠式) 透视式： (锯架式) 纽

9、曼投影式,两种构象式能量差为 12.6 kJ/摩尔见 P39 图 2-8 乙烷不同构象的能量曲线图,2.4.2丁烷的构象,对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式 这种由于单键旋转而产生的异构体称为构象异构体，简称异象体,2.4.3 环己烷的构象,环己烷的构象 椅式构象：C-C-C键角109.5,相邻碳原子的键处于邻位交叉式 六个平伏键(e键)，六个直立键(a键)，并相互转换。,船式构象：C-C-C键角109.5，有两对相邻碳原子处在邻位交叉式位置： 2.4.4 取代环己烷的构象 取代基处在平伏键的位置时，能量更低，更稳定：如甲基环己烷,当环上有二个基团时，大的基团处于平伏键的位置时，更稳定：如

10、顺-1-甲基-4-异丙基环己烷： 左式更稳定,2.5 烷烃和环烷烃的物理性质,物质状态 14 碳气体； 516 碳液体； 17 碳以上固体 2.5.1 沸点 由色散力决定：随碳原子数增加而升高；正烷烃的沸点高于它的异构体. 2.5.2 熔点 分子间引力及分子的对称性决定（排列紧密）：随碳原子数增加而升高；偶数烷烃的熔点比奇数的升高的更多；对称性好的新戊烷的熔点（-17 C）高于异戊烷(-160 C)和戊烷(-130 C),2.5.3相对密度 分子间引力决定: 随碳原子数增加而增大,接近 0.78 2.5.4溶解度 不溶于水，易溶于有机溶剂，尤其是烃类中，如石腊溶于汽油。(相似相溶的经验规律)

11、2.5.5折射率 光通过空气和介质的速度比，数值大于 1 ，与分子被极化程度等有关。直链烷烃的折光率随碳原子数增加而增大。,环烷烃的物理性质与烷烃相似 P48:问题 2.14 (1)正丁烷的熔点和沸点都比异丁烷高 (2)正辛烷沸点更高,2,2,3,3-四甲基丁烷熔点更高。 (3)庚烷的沸点较高,3,3-二甲基戊烷熔点较高,2.6 烷烃和环烷烃的的化学性质,特点: 稳定性好,不易发生化学反应;不易发生异裂反应，仅可发生均裂反应。 2.6.1 自由基取代反应 烷烃和环烷烃分子中的氢原子被其他原子或基团取代的反应，称为取代反应通过自由基取代分子中的氢原子的反应,称为自由基取代反应. (1)卤化反应

12、在光热或催化剂作用下,烷烃(环烷烃)的氢原子可被卤素取代，生成卤代烃，并放出卤化氢。,1) 卤素的反应活性 F2 Cl2 Br2 , I2 通常不发生反应 2) 烷烃中各种氢的活性 叔氢 仲氢 伯氢 3) 自由基的稳定性 叔碳自由基 仲碳自由基 伯碳自由基,1-氯-2-甲基丙烷 2-氯-2-甲基丙烷 64% 36% 活性: 氯代时,叔,仲,伯氢在室温时的相对活性为5 : 4 : 1,反应的选择性: 溴 氯 氟 溴代反应时，叔、仲、伯氢相对活性为1600：82：1 氯代反应因反应原料易得，在工业上得到广泛应用，如甲烷氯代，可生产氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。,(2)卤化的反应机理,反应机

13、理，是指化学反应所经历的途径或过程。 甲烷的反应机理 1) 链引发 2) 链增长,3) 链的终止,2.6.2 氧化反应,1)燃烧生成 CO2 和水,(不完全燃烧时生成 C,CO) 燃烧热:化合物完全燃烧后放出的热量。 2)在引发剂引发下可发生部分氧化，合成了乙酸，高级脂肪酸等产品。 工业上,以石腊生产高级脂肪酸. 以环十二烷生产环十二酮.,2.6.3 异构化反应,化合物由一种异构体转变为另一种异构体的反应，称为异构化反应。 在石油工业中具有重要的意义，将直链烷烃异构化为支链烷烃可提高汽油的辛烷值。(辛烷值大,汽油的抗爆性好) 异辛烷 (2,2,4-三甲基戊烷) 的辛烷值为 100, 正庚烷的辛

14、烷值为 0.,2.6.4 裂化反应,隔绝氧气，高温下，化合物发生键断裂的反应。 一般生成分子量更小的烷，烯和氢气。如: 催化裂化，又称催化重整，是很重要的反应。 在裂解过程中首先因均裂产生自由基。,2.6.5 小环环烷烃的加成反应,(1) 催化加氢 三元环更易反应,(2) 加卤素,(3) 加卤化氢 产物符合马尔科夫尼科夫规则 环的断裂发生在连接氢原子最多的碳原子和连接氢原子最少的碳原子之间,2.7 烷烃和环烷烃的主要来源和制法,2.7.1 烷烃和环烷烃的来源 1) 天然气 2) 石油和石油气 3) 其他 天体 植物 动物,2.7.2 烷烃和环烷烃的制法,(1) 烯烃和芳烃加氢 (2) Corey-House合成 有机铜锂和有机碘化物反应 (3) 由卤代烃制备 用锌或钠与二卤代烃反应,生成环烷烃,习题 (p60-62),(一)(1)(3)(5) (四)(1)(3)(5) (八)(1)(2) (九)(1)(3) (十一) (十三),