有机化学_饱和烃

1、第第 三三 章章 饱和烃饱和烃HHHH 3.1.1 3.1.1 烷烃的结构烷烃的结构 3.1.2 3.1.2 烷烃的构象烷烃的构象 3.1.3 3.1.3 烷烃的物理性质烷烃的物理性质 3.1.4 3.1.4 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 3.1.5 3.1.5 烷烃的来源与用途烷烃的来源与用途 可燃冰的几篇参考文献可燃冰的几篇参考文献第一节第一节 烷烷 烃烃甲烷的结构模型 乙烷的结构模型3.1.1烷烃的结构烷烃的结构3.1.2 烷烃的构象烷烃的构象 构象，构象，是指有机分子中单键相是指有机分子中单键相連的原子，以键为轴相对旋转而引連的原子，以键为轴相对旋转而引起分子中各原子或基团在空间产生起

2、分子中各原子或基团在空间产生不同的排列方式不同的排列方式(不同空间形象或不同空间形象或花样花样)。如。如乙烷，乙烷，它的典型构象可表它的典型构象可表示为示为 纽曼投影式纽曼投影式（Newman式）式）透视式透视式交叉式交叉式重叠式重叠式HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH乙烷的各种构象和能量曲线乙烷的各种构象和能量曲线EDegrees of Rotation 300601201802400360HHHHHHHHHHHH看看丁烷丁烷典型构象的丁烷典型构象的Newman式式H3CHHCH3HHH3CHHCH3HHH3CHHHHCH3H3CHHHHCH3H3CHHHH3CHACDEB及它

3、们的能量曲线及它们的能量曲线问：问：三个碳以上的碳链为什么常用锯三个碳以上的碳链为什么常用锯齿形折线表示？齿形折线表示？丁烷癸烷有机化合物的物理性质有机化合物的物理性质主要包括物理状态、熔主要包括物理状态、熔点、沸点溶解度点、沸点溶解度等等3.1.3 烷烃的物理性质烷烃的物理性质正正 烷烷 烃烃 的的 沸沸 点点-200-10001002003004000 02 24 46 68 81010 1212 1414 1616 1818 2020Numbers of carbonBoiling point 3.1.4 3.1.4 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 烷烃在常温下对一般氧化剂不发生反烷烃在常

4、温下对一般氧化剂不发生反应，例如不能使应，例如不能使KMnO4溶液褪色。溶液褪色。化学化学稳定性是烷烃一大特点。稳定性是烷烃一大特点。1、Oxidation(氧化反应氧化反应)燃烧是一种剧烈的氧化反应，燃烧是一种剧烈的氧化反应，烷烃烷烃燃烧放出大量的热。这是石油作为能源燃烧放出大量的热。这是石油作为能源的基础。的基础。2、Cracking ( 裂化反应裂化反应 ) 在隔绝空气的高温下使烷烃分子发生裂解在隔绝空气的高温下使烷烃分子发生裂解的过程叫裂化。的过程叫裂化。裂化产物复杂，如：裂化产物复杂，如：有有热裂化热裂化和和催化裂化催化裂化之分之分CH3CH2CH2CH3CH2=CH2 + CH3C

5、H3CH2=CHCH3 + CH4CH2=CHCH2CH3 + H2热 裂3、自由基取代反应自由基取代反应 有机化合物分子中的某个原子或基团被其它有机化合物分子中的某个原子或基团被其它原子或基团所置换的反应称为取代反应。若取代原子或基团所置换的反应称为取代反应。若取代反应是按共价键均裂的方式进行的，即是由于分反应是按共价键均裂的方式进行的，即是由于分子经过均裂产生自由基而引发的，则称其为自由子经过均裂产生自由基而引发的，则称其为自由基型取代反应。基型取代反应。实例：实例： 甲烷的氯化甲烷的氯化CH4 + Cl2 CH3Cl + HClhv反应机理反应机理链引发链引发链增长链增长ClClCl2H

6、3CHCH3Cl+HClH3C+ ClClCH3Cl + Cl+ HClCH2ClHCH2ClClClH2C +ClClCH2Cl2+ Cl+CH3CH3H3CCH3+ClClClCl+ClH3CCH3Cl链终止链终止甲烷卤代反应过程中的能量变化甲烷卤代反应过程中的能量变化 一个反应是否容易进行一个反应是否容易进行,主要取决于反应物和产物主要取决于反应物和产物间能量的变化，即能量差，反应热间能量的变化，即能量差，反应热H。CH4+Cl过 渡态3C H Cl HCl+CH3H3C ClClCH3Cl+Cl反 应 物产 物如：如：CH3-H + Cl-Cl CH3-Cl + H-Cl 435 24

7、3 349 431 H=-102 kJ/mol CH3-H + Br-Br CH3-Br + H-Br 435 192 293 366 H=-32 kJ/mol 甲烷溴代仅放热甲烷溴代仅放热32kJ/mol，比氯代小，所以反应，比氯代小，所以反应也较慢。也较慢。 一般，链的引发需要较大的能量才能使反应进行。一般，链的引发需要较大的能量才能使反应进行。 过渡态与反应物间的能量差叫活化能，是反应进行过渡态与反应物间的能量差叫活化能，是反应进行所需要的最低能量，用所需要的最低能量，用E活化活化表示。表示。思考：思考：CH3CH2CH3一氯代时，一氯代时，主要产物为何？为什么？主要产物为何？为什么？C

8、H3CHCH3Cl 自由基的稳定性为：自由基的稳定性为：(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3 原因是氢的活泼性是不一样的原因是氢的活泼性是不一样的(或者自由基的稳定性不同或者自由基的稳定性不同)。CH3CH2CH3+ ClCH3CH2CH2CH3CHCH4HCl-Cl2Cl2+CH3CH2CH2ClCH3CHCH3ClClCl-HH43%57%-p 超共轭超共轭HHHH-p 超共轭超共轭HHHHH 石油工业上常常利用烷烃的异构化反应来提高轻质石油工业上常常利用烷烃的异构化反应来提高轻质油：汽油、煤油等的产量。油：汽油、煤油等的产量。4. 异构化反应异构化反应由一个化合物较变为

9、其异构体的反应。由一个化合物较变为其异构体的反应。3.1.5 3.1.5 烷烃的来源与用途烷烃的来源与用途石油与天然气石油与天然气另一温室气体另一温室气体甲烷甲烷 天然气水合物天然气水合物(可燃冰可燃冰) 单位体积水合物可含164倍体积气体，成份不稳定 ，除甲烷外还有乙、丙、丁烷等。属超分子结构。据估计全球有机碳中煤、石油、天然气三者总合仅佔36.6% ,而天然 气水合物约佔53.3%。关于可燃冰的几篇参考文献：关于可燃冰的几篇参考文献：胡春等 ：天然气水合物的结构性质及应用 天然气化 工2000.04刘芙蓉等：冰-水-气生成天然气水合物的实验研究 西安交通大学学报 2000.12 孙志高等：

10、天然气水合物研究进展 天然气工业 2001.01陈作义等：新世纪的新能源天然气水合物 辽宁化工 2001.103.2.1 3.2.1 环烷烃的分类和异构现象环烷烃的分类和异构现象3.2.2 3.2.2 环烷烃的性质环烷烃的性质3.2.3 3.2.3 环烷烃的分子结构环烷烃的分子结构 环己烷及其衍生物的构象讨论环己烷及其衍生物的构象讨论第二节第二节 环环 烷烷 烃烃3.2.1. 环烷烃分类和异构现象环烷烃分类和异构现象CH3CH3HHCH3CH3HH螺环烃 桥环烃顺-1，2-二甲基环丙烷反-1，2-二甲基环丙烷3.2.2 环烷烃的性质环烷烃的性质1、物理性质、物理性质中文名英文名沸点/熔点/相对

11、密度/d420环丙烷cyclopropane-32.7-127.60.680 (-33)环丁烷cyclobutane12.5-800.703(0)环戊烷cyclopentane49.3-93.90.745环己烷cyclohexane80.96.60.779环庚烷cycloheptane118.5-120.810环辛烷cyclooctane150.0-14.30.8362、环烷烃的化学性质、环烷烃的化学性质取代反应取代反应 普通五元环以上可与卤素发生自由基取代反应。普通五元环以上可与卤素发生自由基取代反应。Br+ Br2日 光 氧化反应氧化反应 开环反应开环反应 小环可起加成反应。小环可起加成反

12、应。OHOO2催化+BrBrH+abab（常温下环烷烃不与KMnO4反应）3.2.3 3.2.3 环烷烃的分子结构环烷烃的分子结构 * 环烷烃的结构环烷烃的结构 环丙烷的弯键环丙烷的弯键* 环己烷及其衍生物的构象环己烷及其衍生物的构象* 环己烷椅式构象的环己烷椅式构象的Newman 投影式投影式CH2HHHHCH2HHHH再看看环己烷的船式构象HHHH及立体模型CCCCCHHHHHHHHHHHH* 环己烷船式构象的环己烷船式构象的Newman 投影式投影式CH2HHHHHHHH* 环己烷椅式构象的环己烷椅式构象的 a 键和键和 e 键键* 单取代环己烷椅式构象单取代环己烷椅式构象HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH1234561234561,2二甲基环己烷的顺反异构二甲基环己烷的顺反异构HHCH3HHCH3HHHHHHHHHHHCH3HHHHCH3HCH3HCH3HHHHHHHHHIVHHHHHHHHHHCH3CH31-甲基甲基-3-异丙基环己烷异构体的