饱和烃：烷烃和环烷烃课件

1、饱和烃：烷烃和环烷烃1第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃 烃： 只含碳氢的化合物 ting： tan qing 脂肪烃 饱和烃：烷烃(石蜡烃)烃 不饱和烃 烯烃 炔烃 脂环烃 饱和烃：环烷烃 不饱和烃 环烯烃 环炔烃 饱和烃：烷烃和环烷烃饱和烃：烷烃和环烷烃饱和烃：烷烃和环烷烃饱和烃：烷烃和环烷烃2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构烷烃和环烷烃的通式和构造异构饱和烃：烷烃和环烷烃62.1 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(1) 同系列中的第一个化合物有特性饱和烃：烷烃和环烷烃7(2) 环烷烃饱和烃：烷烃和环烷烃82.1.1 烷烃和环烷烃的构造异构 仅有链异构，又称碳架异

2、构(1) 随碳原子数增加，异构体数目增加 CH4C2H6C3H8饱和烃：烷烃和环烷烃9C4H10C5H12C6H14C20H42366,319235饱和烃：烷烃和环烷烃10(2) 构造异构体的物理性质不同 bp、mp、相对密度、光谱、 溶解度、折光率、存在形式 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 氢原子饱和烃：烷烃和环烷烃11H3CCH2CH2CH3H3CCHCH3CH3H3CCCH3CH3CH3饱和烃：烷烃和环烷烃122.2.2 烷基和环烷基 烷烃和环烷烃去掉一个氢原子余下的基团 通常5个碳以下 RH R (radical 基、原子团) 饱和烃：烷烃和环

3、烷烃13R（烷烷基基）CH3CH3CH2CH3CH2CH2中中文文名名英英文文名名甲甲基基乙乙基基（正正）丙丙基基methylethyln-propylCH3CHCH3异异丙丙基基缩缩写写MeEtn-Prisopropyli-Pr饱和烃：烷烃和环烷烃14CH3CH2CH2CH2CH3CHCH2CH3（正正）丁丁基基异异丁丁基基n-butylisobutylCH3CCH3CH3叔叔丁丁基基tert-butyln-Bui-But-Bu(tertiary)CH3CH2CH仲仲丁丁基基sec-butyls-BuCH3(secodary)R（烷烷基基）中中文文名名英英文文名名缩缩写写饱和烃：烷烃和环烷烃

4、15CH3(CH2)3CH2CH3CHCH2CH2CH3（正正）戊戊基基异异戊戊基基n-pentyln-amylisopentylCH3CH2CCH3CH3叔叔戊戊基基tert-pentylCH3CCH2CH3CH3新新戊戊基基neopentylR（烷烷基基）中中文文名名英英文文名名缩缩写写饱和烃：烷烃和环烷烃16 亚烷基 烷烃去掉二个氢原子余下的基团 亚甲基 环烷基 环丙基 环丁基 环戊基 环己基CH2饱和烃：烷烃和环烷烃172.2.3 烷烃的命名 反映分子中的 原子组成 数目 化合物的结构 (1) 普通命名法(习惯命名法) 简单、方便，只适用于含碳原子少的烷烃 根据分子中碳原子的数目而称为

5、某烷 直链烷烃 碳原子数从一到十，以天干名称表示： 甲、乙、丙、丁、戊、 己、庚、辛、壬、癸碳原子数大于十，以数目称之： 十一、十二、三十二 饱和烃：烷烃和环烷烃18 CH3(CH2)5CH3CH3(CH2)6CH3CH3(CH2)7CH3CH3(CH2)8CH3CH3(CH2)9CH3CH3(CH2)10CH3CH3(CH2)11CH3CH3(CH2)18CH3饱和烃：烷烃和环烷烃19 区别同分异构体，冠以词头：正、异、新CH3(CH2)4CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3如何命名？如何命

6、名？如何命名？如何命名？饱和烃：烷烃和环烷烃20(2) 衍生命名法 能简明地反映结构，不适用于结构较复杂的烷烃 以甲烷为母体，其它烷烃都看作甲烷的烷基衍生物。选连接烷基最多的碳原子作为甲烷的碳原子 烷基按次序规则(见P73)列于名称中二甲基(正)丙基异丙基甲烷 CH3CH3CH3CH3CH3CHCH2CH2C饱和烃：烷烃和环烷烃21(3) 系统命名法 根据IUPAC 命名原则，结合我国文字上 的特点制定 1892年日内瓦 1960年制定 国际化学会议拟订 1979年修订 1980年修订 直链烷烃 与习惯命名法一致 支链烷烃 看作是直链烷烃的烷基衍生物 饱和烃：烷烃和环烷烃22最长链为主链最长链

7、为主链取代基编号数最小取代基编号数最小CH3CH2CH2CHCHCH3CH2CH31234CH356122 甲甲基基 3 乙乙基基己己烷烷3- -异异丙丙基基己己烷烷3 ethyl 2 methylhexane3456不不正正确确命命名名取代基最多的链为主链取代基最多的链为主链小基团排在前面（英文小基团排在前面（英文以字母顺序排列）以字母顺序排列）CH3CH2CH2CHCH2CH3CH2CH2CH2CH312345678123456784 乙乙基基辛辛烷烷4 ethyloctane4 乙乙基基 辛辛烷烷不不正正确确命命名名饱和烃：烷烃和环烷烃23不同基团编号相不同基团编号相同时，使小取代基同时

8、，使小取代基编号最小编号最小7CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3123456CH3123456CH2CH38783- -甲甲基基- -6- -乙乙基基辛辛烷烷6 ethyl 3 methyloctane相同取代基合并用相同取代基合并用大写大写数字表示（数字表示（英英文表示基团数目用词文表示基团数目用词头头 di, tri, tetra, penta, hexa 表示）表示）CH3CH2CHCH2CHCHCH2CH3EtEt123456Et783, 4, 6 三三乙乙基基辛辛烷烷3, 4, 6 triethyloctane用用“,”隔开隔开饱和烃：烷烃和环烷烃2412345678231

9、23456781这样选取主链及这样选取主链及编号是否合适？编号是否合适？最低系列原则：比较最低系列原则：比较各系列的不同位次，最各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者定先遇到的位次最小者定为最低系列为最低系列饱和烃：烷烃和环烷烃25 以环为母体，名称以环为母体，名称用用“环环” 开头。开头。 环外基团作为环上环外基团作为环上的取代基的取代基2.2.4 环烷烃的命名(1) 单环环烷烃 环某烷为母体CH31231234 取代基位置数字取取代基位置数字取最小最小饱和烃：烷烃和环烷烃26 环为取代基34饱和烃：烷烃和环烷烃27(2) 二环环烷烃 联环：两环以单键或双键相连 常见的是两个相同环组成，称为

10、联二环某烷或联环某烷 联二环丙烷123123饱和烃：烷烃和环烷烃28 桥环烷烃 两环共用两个或更多个碳原子 含稠环：两环共用两个相邻碳原子桥桥 头头 碳：碳：几个环共用的碳原子，几个环共用的碳原子，桥头间的碳原子数：桥头间的碳原子数：不包括桥头不包括桥头C，由多到少列出，由多到少列出环的编号方法：环的编号方法：从桥头开始，先长链后短链从桥头开始，先长链后短链12345678910 (用用.隔开隔开)饱和烃：烷烃和环烷烃29用用,隔开隔开123456789123456712345671234567饱和烃：烷烃和环烷烃30 螺环烷烃：两个环共用一个碳原子 螺碳原子 编号从小环开始编号从小环开始 取

11、代基数目取最小取代基数目取最小 (用用.隔开隔开)123456789101234567饱和烃：烷烃和环烷烃312.3 烷烃和环烷烃的结构2.3.1 键的形成及其特性(1) 碳原子轨道的杂化状态 SP3杂化 成分：1/4 S，3/4 P 方向：一头大，电子云偏向该方，利于成键 一头小 对称轴夹角：109.5，价电子彼此离得最远， 斥力最小饱和烃：烷烃和环烷烃32(2) 键的形成 原子轨道沿键轴相互交叉，形成圆柱型轴对称 头碰头 轨道，称为轨道 希腊字母，相当于S Symmety 对称 轨道上的电子称电子 轨道构成的共价键称键 C-H 键 C-C 键 饱和烃：烷烃和环烷烃33(3) 键的特性 键以

12、键轴为对称轴，成键时轨道交叉程度大，键牢固 以键相连接的两个原子可以相对旋转，不影响电子云的分布 饱和烃：烷烃和环烷烃34Space FillingModelBall andStick ModelCHHHH109.5o1.09 键键(sp3-s)CHHCHHHH109.3o1.54 1.10 键键(sp3-s) 键键(sp3-sp3)饱和烃：烷烃和环烷烃352.3.2 环烷烃的结构与环的稳定性(1) 燃烧热与稳定性 1mol化合物完全燃烧生成CO2和水所放出的热量 其大小反映分子能量的高低，可提供有关化合物稳定性的依据 开链烷烃分子每增加一个亚甲基，燃烧热增值658.6kJ/mol 环烷烃可看

13、作多个亚甲基相连的化合物 燃烧热不象烷烃那样有规律 不同环烷烃中的亚甲基单元的燃烧热因环的大小不同而有明显差别饱和烃：烷烃和环烷烃36每个每个CH2的燃烧的燃烧 (KJ/mol) 每个每个CH2的燃烧热的燃烧热 (KJ/mol)小环小环C3C4环丙烷环丙烷 697.1环丁烷环丁烷 686.1中中环环C8 C11环辛烷环辛烷 663.8环壬烷环壬烷 664.6环癸烷环癸烷 663.6普通普通环环C5C7环戊烷环戊烷 664.0环己烷环己烷 658.6环庚烷环庚烷 662.4大大环环C12 环十四烷环十四烷 658.6环十五烷环十五烷 659.0开链烷烃的能量，称为张力能开链烷烃的能量，称为张力能

14、(2) 张力能角张力：键角偏离正常键角引起的张力扭转张力：构象是重叠式引起的张力饱和烃：烷烃和环烷烃37角张力（角张力（angle strain）：）： 环的角度与环的角度与sp3轨道夹轨道夹角差别引起的张力角差别引起的张力CCCHHHHHH104oHHHHHHHHHHHH123123C1-C2所有所有C H 键均为键均为重叠式构象，重叠式构象，有有扭转张力扭转张力平面型平面型饱和烃：烷烃和环烷烃38环丁烷角张力角张力扭转张力扭转张力角张力稍增角张力稍增加加, , 扭转张扭转张力明显减小力明显减小HHHHHHHH1234C1-C2C4-C3HHHHHH1234HHHHHHHHHH1234HHH

15、HH2C123H2C4C1-C2饱和烃：烷烃和环烷烃39 环戊烷 几乎没有角张力 以信封型和扭曲型来降低扭转张力=饱和烃：烷烃和环烷烃40 环己烷120oHHHHHHHHHHHHn 环己烷不是平面型分子环己烷不是平面型分子饱和烃：烷烃和环烷烃41HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH123456123456饱和烃：烷烃和环烷烃42 712C环：没有角张力，存在扭转张力 更大的环，自然界中少见2.4 烷烃和环烷烃的构象 由于烷烃分子中的碳原子可以以C-C 键为轴进行旋转，这就使得碳原子上的基团在空间的相对位置随之发生变化，产生不同形象的分子，属于立体异构中的构象异构饱和烃：烷烃和环烷烃

16、43CHHCHHHH12HHHHHH1212HHHHHH1饱和烃：烷烃和环烷烃44von der waals排斥力，排斥力， CHHCHHHH2.3 小于两个小于两个H 的的von der waals 半半径（径（1.2）之和，）之和，有排斥力有排斥力60oC1旋旋转转-250oC): 单个乙烷分子：绝大部分时间单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。在稳定构象式上。一群乙烷分子：某一时刻，绝一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。大多数分子在稳定的构象式上。饱和烃：烷烃和环烷烃46 构象互变的可能性 单键旋转的能量差一般在12.641.8 kJ/mol之间，室温下分子间的碰撞

17、可能产生84kJ/mol的能量，足以越过此能垒，使各种构象容易迅速互变 分子在某一构象停留的时间很短（ 2o 1oCH3CH2CH3CH3CHCH3CH3CH2CH2410.0 kJ/mol397.5 kJ/mol+H+HCH3CHCH3CH3CCH3CH3CHCH2CH3CH3CH3389.1 kJ/mol410.0 kJ/mol+H+H键离解能（键离解能（DH）饱和烃：烷烃和环烷烃66(4) 反应活性与选择性 卤素不同，反应活性不同 F2 Cl2 Br2 I2 难控制 取代叔仲伯氢 取代叔仲氢 难反应 有实用价值 符合C-X键键能规律 CH3-F CH3-Cl CH3-Br CH3-I 4

18、51 349 293 234 kJ/mol 形成共价键释放的能量减少，反应活性降低 饱和烃：烷烃和环烷烃67随卤素活性减弱，选择性增加2.6.2 氧化反应 (1) 完全氧化 燃烧，放热原油 汽油 煤油 柴油 润滑油 重油 40200 130250 250350 350500 500(2) 控制氧化 得醇、醛、酮、羧酸等，混合物 个别反应有应用 +CH3CH2CH3CH3CHCH3hvBr2125 C0,CH3CH2CH2BrBr97%3%饱和烃：烷烃和环烷烃68 +O2Co1501600C0.81 MPaOHO+HNO3CH2CH2COOHCH2CH2COOH己二酸与己二胺缩聚产物为尼龙66纤维、塑料+OHO2O聚十二内酰胺（尼龙12）的原料环十二烷环十二醇环十二酮饱和烃：烷烃和环烷烃692.6.3 异构化