第3章饱和烃1

1、第三章第三章 饱和烃：烷烃和环烷烃饱和烃：烷烃和环烷烃1 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2 2 烷烃和环烷烃的命名烷烃和环烷烃的命名3 3 烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的结构4 4烷烃和环烷烃的构象烷烃和环烷烃的构象5 5烷烃和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的物理性质6 6 烷烃和环烷烃的化学性质烷烃和环烷烃的化学性质 烷烃：烷烃：指由碳和氢两种元素组成的饱和、开链指由碳和氢两种元素组成的饱和、开链有机化合物。有机化合物。第一节 烷烃1.1 烷烃烷烃的通式和构造异构的通式和构造异构 烷烃的通式为：CnH2n+2，n为碳原子个数。 例如：CHHHHCCHH HHHHC

2、CCHHHHHHHHCCCCHHHHHHHHHH 甲烷甲烷 乙烷乙烷 丙烷丙烷 丁烷丁烷 烷烃的构造异构烷烃的构造异构C4H10：正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3沸点：沸点： -0.5 -11.73同分异构体同分异构体: :分子式相同的不同的化合分子式相同的不同的化合物。物。构造异构体构造异构体: : 分子式相同，分子构造不分子式相同，分子构造不同的化合物，同的化合物， 称为构造异构体。烷烃称为构造异构体。烷烃的的构造异构属于碳架异构。构造异构属于碳架异构。烷烃构造异构体的数目烷烃构造异构体的数目碳原子数异构体数碳原子数异构体数13456712359891

3、015201835754,347366,319 1.2 烷烃的命名烷烃的命名(nomenclature of alkanes)1.2.1 伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、 叔氢原子叔氢原子伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子 C CHHHHHCCH3HCCH3CH3CH31 1碳碳原原子子2 2碳碳原原子子3 3碳碳原原子子4 4碳碳原原子子1.2.2 烷基烷基烷基烷基 (alkyl groups): 从烷烃中去掉一个从烷烃中去掉一个H 原子原子,剩余的结构部分剩余的结构部分 RHR名称 缩写CH3HCH3甲基 MeCH3CH2HCH3CH2乙基 Et(meth

4、yl)(ethyl)CH3CH2CH2HCH3CH2CH2正丙基(propyl)Pr表表2.1 一些烷基的名称与表示一些烷基的名称与表示CH3CHCH3异丙基异丙基(iso-propyl)i-PrCH3CH2CH2CH2H CH3CH2CH2CH2正丁基(butyl)BuCH3CH2CHCH3仲丁基(sec-butyl)s-BuCCH3CH3CH3叔丁基(tert-butyl)t-BuCH3CHCH3CH3CH3CHCH2CH3异丁基(iso-butyl)i-BuRHR名称名称 缩写缩写1.2.3 烷烃的命名烷烃的命名CH2CH2CH2CH3CH3正戊烷异戊烷CHCH3CH2CH3CH3新戊烷

5、CH3CCH3CH3CH3（A）普通命名法）普通命名法(习惯命名法习惯命名法) 碳原子数用碳原子数用“天干天干”甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和十一、十二辛、壬、癸和十一、十二等数目字表示。等数目字表示。把在碳链的一末端有两个甲基的把在碳链的一末端有两个甲基的特定结构的烷烃称为特定结构的烷烃称为异某烷异某烷。在五或六个碳原子烷烃的异构体中含有在五或六个碳原子烷烃的异构体中含有季碳原子的可加上季碳原子的可加上新某烷新某烷 用用“正正”、“异异”、“新新”分别表示分别表示直链直链、一端具有一端具有异异丙基丙基或或叔丁基叔丁基的构造异构体。的构造异构体。根据国际纯

6、化学与应用化学联合会（根据国际纯化学与应用化学联合会（international international union of pure and applied chemistryunion of pure and applied chemistry）于）于19791979年公布年公布的命名原则，简称的命名原则，简称IUPACIUPAC命名原则，结合我国文字特点制命名原则，结合我国文字特点制定。定。 （B）系统命名法）系统命名法 对于直链烷烃和普通命名法基本相同，仅不写正字。对于直链烷烃和普通命名法基本相同，仅不写正字。 Eg: CH3CH2CH2CH2CH2CH3 己烷 （1）选取主链（母体

7、）。）选取主链（母体）。选一个含碳原子数最多的碳选一个含碳原子数最多的碳 链作为主链链作为主链, 按这个链所按这个链所含的碳原子数称为某烷含的碳原子数称为某烷,并以此作为母体并以此作为母体.当具有相同长度的链可作为主链时，则应选择具有支当具有相同长度的链可作为主链时，则应选择具有支链数目最多的链作为主链。链数目最多的链作为主链。CH3CHCH2CH2CH2CH3CH3母体是己烷母体是己烷CHCHCH CH2CH2CH3CH3CH3CH3CH CH3CH2CH3庚烷庚烷*(2) 由由距离支链最近距离支链最近的一端开始编号的一端开始编号.CH3CHCH3CHCHCH3CH2CHCH2CH3CH3C

8、H31234567 若支链个数相同，则需顺次逐项比较各系列的不若支链个数相同，则需顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者为最低系列，定为同位次，最先遇到的位次最小者为最低系列，定为主链。主链。 CH3CHCH3CHCH2CH3CHCH3CH3CH3CHCH3CHCH2CH3CHCH3CH3123456 6 5 4 3 2 1 （2，3， 5）（2，4， 5）a将母体名称放在取代基后面，称为将母体名称放在取代基后面，称为X基基X烷烷b取代基的位次用主链上碳原子的编号表示（阿拉伯取代基的位次用主链上碳原子的编号表示（阿拉伯数字）写在取代基之前，用半字线相连，相同取代基数字）写在取代基之

9、前，用半字线相连，相同取代基合并表示（中文数字）。合并表示（中文数字）。c. 如果有几个不同的取代基时，把小的取代基名称写如果有几个不同的取代基时，把小的取代基名称写在前面，大的写在后面在前面，大的写在后面；(3) 命名命名CH3CH2CH CH2CH2CH CH2CH3CH3CHCH2CH3CH35丙基丙基4异丙基壬烷异丙基壬烷1234567893,7二甲基二甲基4乙基壬烷乙基壬烷CH3CH2CH2CHCH CH2CH2CHCH3CH3CH2CH2CH3CH2CH3756891 2 3 4CH3CHCH3CHCHCH2CH3CH2CH2CH3CH2CHCH3CH32，6-二甲基二甲基-3-乙

10、基乙基-4-丙基庚烷丙基庚烷CH3CHCH2CH3CH2CHCH2CH3CH2CH3CH3CHCHCH3CH2CH3CHCH2CH2CH3CHCH3CH3CH3CH2CHCHCHH3CCH3CH2CHCH3CH3CH33-甲基甲基-5-乙基庚烷乙基庚烷2，3，7-三甲基三甲基-5-乙基辛烷乙基辛烷2，5-二甲基二甲基-3，4-二乙基己烷二乙基己烷4个个CH 键键甲烷的结构甲烷的结构 原子原子 轨道沿键轴相互交盖，形成对键轴呈轨道沿键轴相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称的轨道称为圆柱形对称的轨道称为 轨道轨道。轨道构成的轨道构成的共价键称为共价键称为键键。1.3 烷烃的结构烷烃的结构 CC 键是由

11、两个碳原子各以一个键是由两个碳原子各以一个sp3杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的。杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的。如：乙烷分子的结构如：乙烷分子的结构乙烷的结构乙烷的结构 由两个和两个以上碳原子组成的烷烃，由两个和两个以上碳原子组成的烷烃，除了具有除了具有CH键外，还有键外，还有CC 键。键。乙烷的球棒模型乙烷的球棒模型 由于由于键是沿成键轨道方向交盖而成，键是沿成键轨道方向交盖而成， 在碳链中，在碳链中，CCC的键角保持接近的键角保持接近 109.5。对于直链烷烃，其三维形状。对于直链烷烃，其三维形状 是曲折形，而不是直线形。是曲折形，而不是直线形。 正丁烷的球棒模型正丁烷的球棒模型正十五烷正

12、十五烷曲折形曲折形1.4 烷烃的构象烷烃的构象 1.4.1 乙烷的构象乙烷的构象 构象构象（conformationconformation）: :由于围绕单键旋转而由于围绕单键旋转而产生的分子中的原子或基团在空间的不同排产生的分子中的原子或基团在空间的不同排列形式。列形式。 烷烃的极限构象有两种：烷烃的极限构象有两种： 交叉式（反叠式）交叉式（反叠式） antiperiplanar, apantiperiplanar, ap 重叠式（顺叠式）重叠式（顺叠式） synperiplanarsynperiplanar, sp, sp乙烷的构象乙烷的构象 HHHHHHHHHHHHHHHHHH能量能量

13、 / (kJmol-1)060120旋转角度旋转角度 / ( )12.6交叉式与交叉式与重叠式是重叠式是乙烷分子乙烷分子的极限构象的极限构象1.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质 物理常数物理常数：单一纯净的有机化合物在一定的：单一纯净的有机化合物在一定的条件下其物理性质为一固定值。条件下其物理性质为一固定值。t 有机化合物的物理性质有机化合物的物理性质：物态、熔点：物态、熔点(mp)、沸点沸点(bp)、相对密度、相对密度(d)、折射率、折射率( )和溶解度和溶解度(s)等。等。nD物理常数物理常数已知化合物的鉴定已知化合物的鉴定不同化合物的分离不同化合物的分离测定测定利利 用用烷烃：无色、有一

14、定的气味。烷烃：无色、有一定的气味。1.5.1 沸点沸点直链烷烃的沸点随相对分子质量的增加而直链烷烃的沸点随相对分子质量的增加而升高。升高。 当当C原子数相同时，含支链越多的烷烃，原子数相同时，含支链越多的烷烃，相应的沸点越低。相应的沸点越低。CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3CH3CCH3CH3CH3沸点沸点/ 36.1 27. 9 9.5沸点与分子间的作用力沸点与分子间的作用力van der Waals 力相关。力相关。 相对分子质量大的分子，其表面积增大，相对分子质量大的分子，其表面积增大，分子间分子间van der Waals 力力色散力增大，色散力增大，其沸点

15、随之升高。其沸点随之升高。1.5.2 熔点熔点(mp) 直链烷烃的熔点随分子质量的直链烷烃的熔点随分子质量的增加而增加。一般含偶数碳原子烷烃的熔点通常增加而增加。一般含偶数碳原子烷烃的熔点通常比含奇数碳原子烷烃的熔点升高较多。比含奇数碳原子烷烃的熔点升高较多。 在晶体中，分子间作用力不仅取决于分子的大小，在晶体中，分子间作用力不仅取决于分子的大小，还与晶体中晶格排列的还与晶体中晶格排列的对称性对称性有关有关 含偶数碳原子的含偶数碳原子的碳链具有较好的对称性，晶格排列碳链具有较好的对称性，晶格排列紧密。紧密。 支链支链，m.pm.p( (不利于晶格的紧密排列不利于晶格的紧密排列) )。 对称性对

16、称性，m.pm.p；高度对称高度对称的异构体的异构体 m.p m.p 直链异构体。直链异构体。 CH3CH2CH2CH2CH3(CH3)2CHCH2CH3(CH3)4C- 129.7 C.- 160.0 C.- 16.6 C.相差 113.1C.支链m.p， 同分异构体同分异构体 相对密度相对密度 烷烃相对密度小于烷烃相对密度小于1，随分子量，随分子量的增加逐渐增大。的增加逐渐增大。 溶解度溶解度 烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂。烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂。1.6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 C-C C-H不活泼不活泼1.6.1 自由基取代反应自由基取代反应 饱和烃分子中的氢原子被其它原子或

17、基团所取代饱和烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取代的反应的反应取代反应取代反应。 RH+ XRX + HXX通过自由基取代通过自由基取代H原子的反应原子的反应自由基取代反应。自由基取代反应。(1) 卤化反应卤化反应(halogenation)：在光、高温或催化剂作用下，烷烃与卤素分子反应，在光、高温或催化剂作用下，烷烃与卤素分子反应，生成卤代烷和卤化氢。生成卤代烷和卤化氢。烷烃烷烃 卤素卤素 卤代烷卤代烷 卤化氢卤化氢R H + X2h或RX + HXCCHHHHHH + ClCl420 CCCHHHHHCl+ HCl乙烷乙烷氯氯氯乙烷氯乙烷(78%)工业上洗涤剂原料的合成：工业上洗涤剂原料

18、的合成： C12H26 + Cl2120 CC12H25Cl + HCl十二烷十二烷 氯十二烷氯十二烷(2) 卤化的反应机理卤化的反应机理反应机理是化学反应所经历的途径或过程。反应机理是化学反应所经历的途径或过程。烷烃卤化反应是自由基反应的机理。烷烃卤化反应是自由基反应的机理。光或热的作用下，光或热的作用下，分子发生均裂，分子发生均裂，分解为分解为2个氯原子个氯原子,氯原子带氯原子带有成单电子，称为自由基。有成单电子，称为自由基。 链的引发阶段：链的引发阶段：Cl Clh2 Cl第一步第一步 氯分子的解离氯分子的解离链的增长阶段：链的增长阶段：第二步第二步 自由基与分子的反应自由基与分子的反应

19、Cl+ HCH3ClH +CH3Cl Cl + CH3ClCH3+ ClCl +HCH2ClCl H +CH2Cl自由基分别与自由基分别与反应物分子和反应物分子和产物分子反应。产物分子反应。Cl Cl +CH2ClClCH2Cl + Cl链反应：链反应：链的引发是慢步骤，是决定反应速率的一步。链的引发是慢步骤，是决定反应速率的一步。自由基一经引发，就会很快连续不断地反应下去。自由基一经引发，就会很快连续不断地反应下去。链反应按上述三个阶段进行。链反应按上述三个阶段进行。 链的终止阶段链的终止阶段:第三步第三步 自由基间的反应自由基间的反应CH3Cl+ClCH3H3C + CH3H3C CH3C

20、l+ClClClCH3CHCH3Cl光25取代伯氢45%55%取代仲氢CH3CH2CH2ClCH3CH2CH3+ Cl2丙烷的氯化反应：丙烷的氯化反应：仲氢与伯氢活性之比为仲氢与伯氢活性之比为：仲氢伯氢=55/245/627.57.541=(3) 卤化反应的取向与自由基的稳定性卤化反应的取向与自由基的稳定性CH3CCH3CH3H + Cl2光2536%取代叔氢取代伯氢64%CH3CCH2ClCH3HCH3CCH3CH3Cl叔氢伯氢=36/164/9367.151=异丁烷的一元氯化反应：异丁烷的一元氯化反应：叔氢与伯氢活性之比为：叔氢与伯氢活性之比为：氢原子被卤化的次序（由易到难）为：氢原子被卤

21、化的次序（由易到难）为：叔氢仲氢伯氢叔氢仲氢伯氢 离解能愈小，离解能愈小，C-H键易断裂，游离基易生成。氢原子越键易断裂，游离基易生成。氢原子越易被夺去，活泼性越强。易被夺去，活泼性越强。CH3CH2HCH3CH2HH.+410KJ/mol烷基自由基的稳定性次序为：烷基自由基的稳定性次序为：（CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH33（2）氧化反应）氧化反应CH4 2O2+燃烧+CO2 2H2O 891 kJ mol-1 O2RCH2CH2R+MnO2107110+RCOOH RCOOH 其它羧酸CH2CH3CH2CH395150,12MPaAlCl3, HClCH3CHCH3CH3（3

22、）异构化反应）异构化反应 适当条件下，直链或支链少的烷适当条件下，直链或支链少的烷烃可以异构化为支链多的烷烃。烃可以异构化为支链多的烷烃。 适当条件下可部分氧化为醇、醛、酮、羧酸等含氧化合物。适当条件下可部分氧化为醇、醛、酮、羧酸等含氧化合物。CH3CH3600C2H4 H2+CH4 C H2+CH3CH2CH2CH3500CH4 C3H6+CH3CH3 C2H4+C4H8 H2+CH41200+C 2H2（4）裂化反应）裂化反应 C-C 347 KJmol-1 C-H 414 KJmol-1 烷烃在烷烃在没有氧气没有氧气存在下进行的热分解反应叫裂化反应。存在下进行的热分解反应叫裂化反应。热裂

23、化 500-700加压 催化裂化 450-500 常压 裂解 大于700第二节第二节 环烷烃环烷烃( (一一) ) 环烷烃的分类环烷烃的分类( (二二) ) 环烷烃的命名环烷烃的命名( (三三) ) 环烷烃的性质环烷烃的性质( (四四) ) 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性( (五五) ) 环己烷及其衍生物的构象环己烷及其衍生物的构象( (一一) ) 环烷烃的同分异构环烷烃的同分异构 环烷烃的构造异构现象比烷烃复杂，如环环烷烃的构造异构现象比烷烃复杂，如环烷烃烷烃C5H10的构造异构体有：的构造异构体有：CH3CH2CH3CH3CH3CH3CH3环戊烷环戊烷1,1-二甲基环丙烷二甲基环

24、丙烷乙基环丙烷乙基环丙烷甲基环丁烷甲基环丁烷1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷环烷烃是由碳和氢两种元素组成的一类碳环化合物。环烷烃是由碳和氢两种元素组成的一类碳环化合物。(二二) 环烷烃的命名环烷烃的命名单环环烷烃单环环烷烃(1)根据分子中成环碳原子数目，在相应烷烃名称前加根据分子中成环碳原子数目，在相应烷烃名称前加“环环”字，字，称为称为“环某烷环某烷”；(2) 使所有取代基编号尽可能小；使所有取代基编号尽可能小； (3) 基团顺序按基团顺序按“次序规则次序规则”小的优先列出。小的优先列出。CH3CH3CH3654321CH3CH2CH3654321甲基环戊烷甲基环戊烷1,2-二甲基环己烷二甲

25、基环己烷1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷当环上的碳原子数比与环相连碳链的原子数少时，或碳链连有多个环时， 通常以碳链为母体，环作为取代基来命名。CH3CH2HCCH2CH33-环丁基戊烷1，3-二环己基丙烷(三三) 环烷烃的性质环烷烃的性质 环烷烃的沸点、熔点和相对密度都较含同数碳环烷烃的沸点、熔点和相对密度都较含同数碳原子的开链脂肪烃为高。原子的开链脂肪烃为高。名称熔点/沸点/相对密度(d420)环丙烷-127.6-32.90.720(-79)环丁烷-80120.703(0)环戊烷-9349.30.745甲基环戊烷-142.4720.779环己烷6.580.80.779甲基环己烷-12

26、6.5100.80.769环庚烷-121180.810环辛烷11.51480.836一些环烷烃的物理常数一些环烷烃的物理常数 环烷烃的化学性质与烷烃相似，可发生卤化和氧环烷烃的化学性质与烷烃相似，可发生卤化和氧化反应等。化反应等。(1) 取代反应取代反应(2) 氧化反应氧化反应+ Br2300。CBr+HBr+ Cl2紫外光Cl+HCl+ O2钴催化剂150160。C,0.81MPaOH+O空气，H3BO3150160。COH+O环己醇环己醇环己酮环己酮环十二烷环十二烷环十二醇环十二醇环十二酮环十二酮(3) 加成反应加成反应环丙烷环丙烷和和环丁烷环丁烷与与烯烃烯烃相似，易开环进行加成。相似，易

27、开环进行加成。（甲）加氢（甲）加氢+ H2Ni80。CCH3CH2CH3+ H2Ni200。CCH3CH2CH2CH3+H2Ni300。CCH3CH2CH2CH2CH3（乙）加卤素（乙）加卤素+Br2CCl4CH2CH2CH2BrBr+ Br2heatCH2CH2CH2CH2BrBr不能用溴褪不能用溴褪色的方法来色的方法来区别环烷烃区别环烷烃与烯烃！与烯烃！1,4-二溴丁烷二溴丁烷1,3-二溴丙烷二溴丙烷（丙）加卤化氢（丙）加卤化氢+HBrCH2CH2CH2BrH+ HBrCH3CHCH2CH2CH3CH CH2CH2BrHC CHCH2CH3CH3CH3+HBr CH3CBrCH3CH CH2HCH3取代环丙烷加成氢加到含氢较多的碳上取代环丙烷加成氢加到含氢较多的碳上氧化反应氧化反应环丙烷对氧化剂稳定，不被高锰酸钾、臭氧等氧化剂氧化。例如：故可用高锰酸钾溶液来区别烯烃与环丙烷衍生物。环烷烃性质小结：环烷烃性质小结：小环烷烃（3，4元环）易加成，难氧化，似烷似烯。普通环以上难加成，难氧化，似烷。(四四) 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 燃烧热:指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和水所放出的能量，其大小反映