第二章饱和烃201508-合肥工业大学-有机化学

1、烃：烃：碳氢化合物碳氢化合物, 仅含仅含C、H。烃烃 开链烃开链烃（脂肪烃）（脂肪烃）环状烃环状烃饱和烃饱和烃(烷烃烷烃)不饱和烃不饱和烃脂环烃脂环烃芳香烃芳香烃烯烃烯烃炔烃炔烃二烯烃二烯烃环烷烃环烷烃环烯烃环烯烃单环芳烃单环芳烃稠环芳烃稠环芳烃烷烃：开链的饱和烃。烷烃：开链的饱和烃。环烷烃：闭链的饱和烃。环烷烃：闭链的饱和烃。第二章第二章 饱和烃饱和烃:烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃烃的衍生物：烃的衍生物： 烃分子中氢被其它原子或基团所取代。烃分子中氢被其它原子或基团所取代。 第一节第一节 直链烷烃的同系物、同分异构现象和命名直链烷烃的同系物、同分异构现象和命名1 烷烃的通式和同系列烷烃的通式和同

2、系列 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 烷烃的通式烷烃的通式 ：CnH2n+2同系物之间联系：同系物之间联系： 同系物之间物理性质呈现规律性变化，化学性质相似。同系物之间物理性质呈现规律性变化，化学性质相似。有机化学学习中重要的规律之一！有机化学学习中重要的规律之一！同系列：同系列： 通式相同，结构、性质相似，组成上相差一个或多个通式相同，结构、性质相似，组成上相差一个或多个CH2 的一系列化合物统称为同系列；的一系列化合物统称为同系列； 系列差系列差 ：CH2；同系物：同系物： 同系列中的化合物互为同系物。同系列中的化合物互为同系物。同分异构现象：同分异构现象：分子式相同而

3、结构式不同的现象。分子式相同而结构式不同的现象。同分异构体：同分异构体：分子式相同而结构式不同的化合物。分子式相同而结构式不同的化合物。C2H6OC O HHCHHHHCOCHHHHHH乙醇（乙醇（b.p.=78.3）甲醚（甲醚（b.p.=-23.6）2、同分异构现象和同分异构体、同分异构现象和同分异构体同分异构体：同分异构体：构造异构体构造异构体。本本 质：质：由于分子结构中原子的连接次序不同。由于分子结构中原子的连接次序不同。 CH4 ： CH4C2H6 ： CH3CH3C3H8： CH3CH2CH3CC C C CCCC C C CCCC C CC CCC C CCCCC C C CCC

4、6H14：碳链异构碳链异构C4H10： CH3CH2 CH2 CH3 CH3CH CH3CH3C5H12：CH3CCH3CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3有机分子碳原子增加，同分异构体数目急剧增加。有机分子碳原子增加，同分异构体数目急剧增加。烷烃的同分异构现象：烷烃的同分异构现象：水螅毒素水螅毒素CH3C H2C HC H3C H3CC H3C H3CH3C H31。1。1。2。3。4。1。3、烷烃中碳原子和氢原子的类型、烷烃中碳原子和氢原子的类型伯碳原子，第一碳原子：伯碳原子，第一碳原子：1。 伯氢原子，第一氢原子伯氢原子，第一氢原子仲碳原子，第二碳原子：

5、仲碳原子，第二碳原子：2。 仲氢原子，第二氢原子仲氢原子，第二氢原子叔碳原子，第三碳原子：叔碳原子，第三碳原子：3。 叔氢原子，第三氢原子叔氢原子，第三氢原子季碳原子，第四碳原子：季碳原子，第四碳原子：4。C H3C H2C HC H3C H3CC H3C H3CH3C H3C H3C H2C H2C H2C H3正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷4 烷烃的命名烷烃的命名4.1.1 根据烷烃中碳原子的数目称为根据烷烃中碳原子的数目称为 “某烷某烷”。 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十、十一、十二烷十、十一、十二烷有机化合物命名：有机化学最基本

6、知识；有机化合物命名：有机化学最基本知识；4.1、烷烃普通命名法（习惯命名法）、烷烃普通命名法（习惯命名法） 普通命名法和系统命名法。普通命名法和系统命名法。适用：适用： 结构简单有机化合物。结构简单有机化合物。例：例：C5H12 戊烷戊烷 C15H32 十五烷。十五烷。 4.1.2 区分异构体区分异构体: 用用“正、异、新等正、异、新等”区别分子中区别分子中特有结构。特有结构。 CH37CH26CH5CH4CH3CH2CH31CH3CH2CH2CH3CH3CH34.2、系统命名法（、系统命名法（IUPAC命名法）命名法） 适用适用：所有有机化合物。：所有有机化合物。戊烷戊烷（1）选择主链（找

7、母体）：）选择主链（找母体）：最长、支链最多的碳链。根据主链最长、支链最多的碳链。根据主链碳原子数称碳原子数称 “某烷某烷”。其中。其中1-10个碳原子称为甲、乙、丙、个碳原子称为甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸烷，十一个碳原子以上称为丁、戊、己、庚、辛、壬、癸烷，十一个碳原子以上称为“十一、十二十一、十二烷烷”。（2）编号）编号：从最靠近支链的一端开始。使取代基位次最小。：从最靠近支链的一端开始。使取代基位次最小。（3）命名）命名：先写取代基：先写取代基(标出取代基的位置标出取代基的位置)，再写成某烷。，再写成某烷。2-甲基戊烷甲基戊烷。5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 4.2.

8、1 系统命名法规则：系统命名法规则：选择主链（找母体）、编号、命名。选择主链（找母体）、编号、命名。2，2，4-三甲基戊烷三甲基戊烷CH31C2CH23CH4CH35CH3CH3CH3CH38CH7CH26CH25CH4CH23CH2CH31CH3CH3CH32,4,7-三甲基辛烷三甲基辛烷1 2 3 4 5 6 7 8 2,5,7-三甲基辛烷：错误三甲基辛烷：错误2，3，5-三甲基三甲基-4-丙基庚烷丙基庚烷CH37CH26CH5CH4CH3CH2CH31CH3CH2CH2CH3CH3CH3CH26CH5CH24CH3CH22CH2CH3CH37CH31CH31 2 3 4 5 6 7 3-

9、甲基甲基-5-乙基庚烷乙基庚烷5-甲基甲基-3-乙基庚烷：错误乙基庚烷：错误为什么甲基放在乙基前？为什么甲基放在乙基前？烷基烷基 通式：通式：CnH2n+1 ， R-。 CH3- 甲基甲基 C2H5- 乙基乙基 CH3CH2CH2- 丙基。丙基。CHCH3CH3异丙基异丙基CH3CH2CH2CH2- 丁基丁基CHCH3CH2CH3仲丁基仲丁基CH CH2CH3CH3异丁基异丁基CCH3CH3CH3叔丁基叔丁基C CH2CH3CH3CH3新戊基新戊基4.2.2 取代基及其次序规则：取代基及其次序规则：（1）取代（烷）基：）取代（烷）基： 烷烃烷烃（有机）（有机）分子中除去一个氢原子剩余部分，通常

10、用分子中除去一个氢原子剩余部分，通常用R-表示。表示。a.把与主链碳直接相连的原子按原子序数大小排列，原子序数把与主链碳直接相连的原子按原子序数大小排列，原子序数大的优先。大的优先。 例：例：-I-Br -Cl -CH3 -Hb.如果直接相连的原子相同，则比较第二个原子，依次类推。如果直接相连的原子相同，则比较第二个原子，依次类推。 例：例：-CH(CH3)2 -CH2CH2CH3 -CH2CH3 -CH3（2）取代基）取代基“优先优先”基团顺序（大小顺序）：基团顺序（大小顺序）：中文命名中文命名 在有机化合物中取代原子或取代基团的排列次序。在有机化合物中取代原子或取代基团的排列次序。取代基次

11、序规则：取代基次序规则： 有机化合物命名时简单基团有机化合物命名时简单基团（小基团）（小基团）在前在前标号最小，标号最小，复杂基团复杂基团（大基团）（大基团）在后在后 。-中文命名规则。中文命名规则。 英文取代基规则：按取代基第一个英文字母顺序。英文取代基规则：按取代基第一个英文字母顺序。 -C(CH3)3 :CCH3CH3CH3优先基团顺序：优先基团顺序：-C(CH3)3 -CH=CH2 -CH(CH3)2C. 双键和叁键分别作为两个和三个单键处理。双键和叁键分别作为两个和三个单键处理。 例：比较大小例：比较大小: -C(CH )3 、-CH=CH2 、 -CH(CH3)2 CCH3CH3H

12、-CH(CH3)2 :-CH=CH2 :CC(C)(C)HHHCAS编号：编号： 物质数字识别号码物质数字识别号码 ，美国化学会的下设组织化学文摘社，美国化学会的下设组织化学文摘社（Chemical Abstracts Service，简称，简称CAS）。该社负责为每一种出）。该社负责为每一种出现在文献中的物质分配一个现在文献中的物质分配一个数字组合数字组合-CAS编号（登录号）。编号（登录号）。4.3 CAS编号（登录号）编号（登录号）H2O：7732-18-5，阿司匹林：阿司匹林： 50-78-2厄贝沙坦厄贝沙坦 CAS号：号：138402-11-6 CAS已经登记了已经登记了62,164

13、,509种物质，并且还以每天种物质，并且还以每天4,000余种余种的速度增加。的速度增加。 这是为了避免化学物质有多种名称的麻烦，使数据库的检索这是为了避免化学物质有多种名称的麻烦，使数据库的检索更为方便。更为方便。 其缩写其缩写CAS在生物、化学上便成为物质唯一识别码的在生物、化学上便成为物质唯一识别码的代称，相当于每一种化学物质都拥有了自己的代称，相当于每一种化学物质都拥有了自己的“学号学号”。如今的。如今的化学数据库普遍都可以用化学数据库普遍都可以用CAS编号检索。编号检索。 第二节第二节 烷烃的结构和构象烷烃的结构和构象结构（构造）：结构（构造）： 分子中各原子的连接顺序和连接方式。分

14、子中各原子的连接顺序和连接方式。CHHHH甲烷的正四面体结构甲烷的正四面体结构正四面体结构正四面体结构C-H 键长：键长：109pm H-C-H 键角：键角：109.51、烷烃的构型、烷烃的构型、sp3杂化、杂化、键键 1.1 甲烷的构型：甲烷的构型： 具有一定结构的分子中各原子在空间的排列情况，即分具有一定结构的分子中各原子在空间的排列情况，即分子的立体结构。子的立体结构。-具有极其复杂性。具有极其复杂性。甲烷：甲烷：CH4 C:1S22S22P22p2 s激发激发2p2ssp3杂化杂化sp3基态基态激发态激发态每个每个sp3杂化轨道具有杂化轨道具有1/4s成分和成分和3/4p成分。成分。

15、杂化：不同类型的轨道相互作用而形成新轨道的过程。杂化：不同类型的轨道相互作用而形成新轨道的过程。1.2、烷烃中碳原子的杂化：、烷烃中碳原子的杂化：C-H 键键-+葫芦形葫芦形1.3、C H间（甲烷）成键：间（甲烷）成键： 键键C-H键键(SP3-S)1.4、乙烷结构（、乙烷结构（CH3-CH3）: C C键键C-C 键键C-C键键(SP3-SP3)HCCHHHHH 电子云延成键轨道的轴方向重叠交盖，重叠度最大，电子云延成键轨道的轴方向重叠交盖，重叠度最大，-单键单键有方向性；有方向性；C-H 键键(SP3-S)-+- +-+C-C 键键(SP3-SP3)1.5 键特点：键特点： 成键成键 电子

16、云密集成键原子之间，呈现轴对称。电子云密集成键原子之间，呈现轴对称。 对于对于-单键，可以自由旋转。单键，可以自由旋转。键能较大，不易断裂，化学反应活性低。键能较大，不易断裂，化学反应活性低。不同不同键电子云模型图：键电子云模型图： 2、烷烃的结构和模型：、烷烃的结构和模型：CH3C H2C HC H2C H3C H3CH3CH2CH2CH2CH3键线式键线式2.1成锯齿型结构成锯齿型结构 球棒模型球棒模型 凯库勒凯库勒(Kekl)模型模型2.2、有机分子模型：、有机分子模型：比例模型比例模型斯陶特斯陶特(Stuart)模型模型正己烷分子模型正己烷分子模型3、烷烃的构象、烷烃的构象 构象：构象

17、： 同一构型的化合物，由于同一构型的化合物，由于-单键单键的旋转而产生分子中原子的旋转而产生分子中原子在空间不同的排列形式，引起的结构差异，这种特定的在空间不同的排列形式，引起的结构差异，这种特定的结构排结构排列形式列形式称为构象。称为构象。是有机化合物最重要立体结构之一！是有机化合物最重要立体结构之一！3.1、构象定义、构象定义 -单键单键旋转产生的旋转产生的有机分子不同排列形式有机分子不同排列形式称为构象异构体，称为构象异构体，该现象称为构象异构。该现象称为构象异构。 楔型式楔型式 纽曼纽曼 (Newman) 投影式投影式3.2、构象结构的表示：、构象结构的表示：近端近端C原子原子远端远端

18、C原子原子球棒模型球棒模型3.3 乙烷的构象乙烷的构象 交叉式交叉式HHHHHHHHHHHH透视式透视式纽纽曼曼投投影影式式重叠式重叠式无数种无数种中间形式构象中间形式构象乙烷的两种典型构象乙烷的两种典型构象3.4、乙烷不同构象间（重叠式、交叉式构象）比较：、乙烷不同构象间（重叠式、交叉式构象）比较： 交叉式构象因两个碳原子上的氢原子距离最大，其排交叉式构象因两个碳原子上的氢原子距离最大，其排斥力较小，分子内能最低，因而较稳定，为优势构象。斥力较小，分子内能最低，因而较稳定，为优势构象。重叠式重叠式交叉式交叉式3.5、乙烷分子的能量曲线、乙烷分子的能量曲线交叉式最稳定为交叉式最稳定为优势构象优

19、势构象3.6、正丁烷的构象和势能关系图、正丁烷的构象和势能关系图乙烷的构象乙烷的构象H-CH2-CH2-H CH3-CH2-CH2-CH 3 1 对位交叉对位交叉2 部分重叠部分重叠3邻位交叉邻位交叉4 全重叠全重叠5 邻位交叉邻位交叉6 部分重叠部分重叠7 对位交叉对位交叉3.6.1正丁烷的构象：正丁烷的构象：CH3H3CHHHHCH3CH3HHHHH3CH3CHHHH246CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHH6 0o1 2 0o1 8 0o2 4 003 0 0o3 6 0o0 K J3 .8 K J 1 4 .6 K J

20、2 2 .6 K J能能量量旋转角旋转角4 全重叠全重叠2，6 部分重叠部分重叠3，5 邻位交叉邻位交叉1=7 对位交叉对位交叉2, 4, 6 是不稳定构象，是不稳定构象，1, 3, 5, 7 是稳定构象。是稳定构象。1=7 是优势构象（能量是优势构象（能量最低的稳定构象称为优最低的稳定构象称为优势构象）势构象）沿沿C2-C3键轴旋转的转动能垒键轴旋转的转动能垒 22.6 kJmol-13.6.2、正丁烷的构象和势能关系图、正丁烷的构象和势能关系图有机分子结构中的几个概念比较：有机分子结构中的几个概念比较： 构型是构型是固定的固定的，数目有限；构型的变化须破坏化学键；而，数目有限；构型的变化须

21、破坏化学键；而构象一般是构象一般是瞬间的，瞬间的，而构象的变化则不会发生键的断裂。而构象的变化则不会发生键的断裂。3）构象（）构象（conformation）：）： 一定构型的分子中，由于单键的旋转而导致原子和基团一定构型的分子中，由于单键的旋转而导致原子和基团在空间的不同排布。在空间的不同排布。2）构型（）构型（configuration）：）： 具有具有确定确定构造的分子中，原子和基团在空间的排布；由原构造的分子中，原子和基团在空间的排布；由原子的成键轨道方向性决定的子的成键轨道方向性决定的-分子的立体结构。分子的立体结构。1）构造（）构造（constitution）：）： 分子中原子间的

22、连接方式和次序；分子中原子间的连接方式和次序；构型和构象都是有机分子构型和构象都是有机分子立体结构。立体结构。有机分子结构层次：有机分子结构层次：分子式：组成；分子式：组成；构造：原子连接构造：原子连接;构型：原子位置构型：原子位置;构象：原子动态位置构象：原子动态位置;有机化合物的物理性质包括：有机化合物的物理性质包括： 化合物的状态、化合物的状态、熔点、沸点、熔点、沸点、密度、折光率、偶极矩、晶密度、折光率、偶极矩、晶型和型和溶解度（性）溶解度（性）等称为物理常数。等称为物理常数。-同系物之间物理性质呈同系物之间物理性质呈现规律性变化，与有机分子之间作用紧密相关。现规律性变化，与有机分子之

23、间作用紧密相关。 烷烃为非极性分子，偶极距为烷烃为非极性分子，偶极距为0，分子间作用力是色散力，分子间作用力是色散力，随分子量的增大而增大，随分子间距离的增大而迅速减小。随分子量的增大而增大，随分子间距离的增大而迅速减小。 烷烃同系列中，烷烃同系列中，m.p， b.p，d 都随分子量增加而增加，即都随分子量增加而增加，即随碳数增加而增加。随碳数增加而增加。第三节第三节 烷烃的物理和化学性质烷烃的物理和化学性质1、烷烃的物理性质、烷烃的物理性质1.1 物质状态（物质状态（25，一个大气压下），一个大气压下） C1C4烷烃：气体烷烃：气体 C5C16正烷烃：液体正烷烃：液体 C17以上：固体以上：

24、固体1.2 密度密度 直链烷烃的密度随分子量的增加而增大，最后趋向直链烷烃的密度随分子量的增加而增大，最后趋向于最大值于最大值0.78。1.3 溶解度溶解度 烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有机溶烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有机溶剂。如苯、剂。如苯、 氯仿、四氯化碳、其它烷烃。氯仿、四氯化碳、其它烷烃。1.4 沸点沸点 正烷烃的沸点随着分子量的增加而增高。正烷烃的沸点随着分子量的增加而增高。 烷烃异构体中，支链愈多，沸点愈低。烷烃异构体中，支链愈多，沸点愈低。CH3C CH3CH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3b.p( )： 36.1 28 9

25、.5m.p()： -129.7 -159.9 -16.6正正 烷烷 烃烃 的的 沸沸 点点 曲曲 线线碳碳 原原 子子 数数 目目 沸点（沸点（）正正 烷烷 烃烃 的的 熔熔 点点 曲曲 线线碳碳 原原 子子 数数 目目 熔点（熔点（）1.5 熔点熔点 正烷烃的熔点随着分子量的增加而增高。正烷烃的熔点随着分子量的增加而增高。 分子结构的对称性越大，熔点也越高。分子结构的对称性越大，熔点也越高。A: 稳定：稳定： 对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发生反应。对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发生反应。 结构特点：结构特点： 烷烃分子中只有烷烃分子中只有C-C和和C-H间间-键。键。2 烷烃的

26、化学性质烷烃的化学性质B：烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。2.1 卤代反应卤代反应CH4 : Cl2 = 10 : 1 温度：温度：400450 主要产物：一氯甲烷主要产物：一氯甲烷CH4 : Cl2 = 0.263 : 1 温度：温度：400 主要产物：四氯化碳主要产物：四氯化碳CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl 光CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl 光CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl 光CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl 光2.1.1、卤素反应、卤素反应 烷烃分子中的氢原子被其他原子或基团所取代

27、的反应。烷烃分子中的氢原子被其他原子或基团所取代的反应。 卤代反应：被卤素取代的反应。也称卤化反应。卤代反应：被卤素取代的反应。也称卤化反应。2.1.2 烷烃的卤代反应机理（历程）烷烃的卤代反应机理（历程）： （以以CH4 Cl2反应为例反应为例） 有机反应机理中包括反应过程中有机分子键的有机反应机理中包括反应过程中有机分子键的断裂和形断裂和形成、有机分子间电子转移成、有机分子间电子转移 、分子几何形状变化、分子几何形状变化等，与反应等，与反应中间体的能量变化。中间体的能量变化。CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl有机反应机理：有机反应机理： 从反应物到产物所经历的途径的详细描述，是对化

28、学反从反应物到产物所经历的途径的详细描述，是对化学反应过程中化学键变化的逐步描述。又称为反应历程或反应机应过程中化学键变化的逐步描述。又称为反应历程或反应机制。制。Reaction Mechanism。有机反应机理是有机化学学习和研究最重要内容！有机反应机理是有机化学学习和研究最重要内容！C1 + Cl C12CH3 + CH3 CH3CH3CH3 + C1 CH3C1（3）链终止）链终止Cl + CH4 CH3 + HCl (决定反应速率决定反应速率) CH3 + Cl2 CH3C1 + ClC1 + CH3Cl CH2C1 + HClCH2C1 + C12 CH2C12 + Cl （2）链

29、增长）链增长 （1）链引发）链引发Cl ：Cl 2Clh(250400）自由基反应机理：链引发、链增长和链终止。自由基反应机理：链引发、链增长和链终止。CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl分为三个步骤：分为三个步骤：Cl + HCH3 CH3Cl + Cl 能量变化能量变化甲烷氯代反应中一个过程的能量变化甲烷氯代反应中一个过程的能量变化 任何化学反应过程都伴随着反应体系能量变化！任何化学反应过程都伴随着反应体系能量变化！C1 + CH4 CH3 + HCl (决定反应速率决定反应速率) 活化能活化能2.1.3、卤代反应取代的位置与自由基的稳定性：、卤代反应取代的位置与自由基的稳定性：仲氢

30、：伯氢仲氢：伯氢=57/2：43/6=4：1叔氢：伯氢叔氢：伯氢=36/1：64/9=5 ：1叔氢：仲氢：伯氢叔氢：仲氢：伯氢=5：4：1氢的相对活性氢的相对活性: 叔氢仲氢伯氢叔氢仲氢伯氢43%57%Cl2光，光，25CH3CH2CH3CH3CH2CH2ClCH3CH CH3Cl+36%64%Cl2光，光，25CH3CHCH3CH3+CH3CCH3CH3ClCH3CH CH2CH3Cl用自由基（游离基用自由基（游离基)的稳定性来解释：的稳定性来解释：（自由基碳原子连接的取代基越多越稳定）（自由基碳原子连接的取代基越多越稳定）CH3CCH3CH3CH3CCH3HCH3CHHH3C36%64%C

31、l2光，光，25CH3CHCH3CH3+CH3CCH3CH3ClCH3CH CH2CH3Cl叔氢：伯氢叔氢：伯氢=36/1：64/9=5 ：12.2.1 燃烧燃烧完全氧化完全氧化CnH2n+2 + O2 CO2 + H2O + 热量热量燃燃 烧烧RCH3 RCH2OH + RCHO + RCOOH锰盐，锰盐，O2部分氧化部分氧化MnO2，O2110COOHRCH2RCH2R/COOHR/+2.2 烷烃的氧化和燃烧反应烷烃的氧化和燃烧反应地球上现代社会运行的动力基础之一；地球上现代社会运行的动力基础之一；地球温室效应重要原因之一。地球温室效应重要原因之一。2.2. 2 部分氧化部分氧化 工业上常

32、用高级烷烃通过氧化反应来制备高级脂肪醇和脂肪酸。工业上常用高级烷烃通过氧化反应来制备高级脂肪醇和脂肪酸。 在高温（在高温（4001000）及）及无氧条件无氧条件下使烷烃分子发生键断下使烷烃分子发生键断裂的反应叫裂化反应。裂的反应叫裂化反应。-现代石油化工的基础反应之一。现代石油化工的基础反应之一。50023MPaC16H34 C8H18 + C8H16C8H18 C4H10 + C4H8裂裂 化化脱氢脱氢 CH4 + C3H6C4H10 C2H6 + C2H4+C2H2 C4H8 + H25002.2.3 裂化反应裂化反应基础高分子材料原料来源。基础高分子材料原料来源。 热裂化：热裂化：在在5

33、MPa，500600进行的裂化反应。进行的裂化反应。 催化裂化催化裂化：在：在450500、常压及催化剂存在下进行的裂化。、常压及催化剂存在下进行的裂化。 石油工业利用裂化反应来提高汽油（石油工业利用裂化反应来提高汽油（C6C9）的产量和质量。）的产量和质量。 (原油分馏只能得到原油分馏只能得到10-20%的汽油的汽油,且质量不好且质量不好) 裂解：裂解：石油馏分在石油馏分在700以上进行的深度裂化。以上进行的深度裂化。 目的：获取基本化工原料。如：乙烯、丙烯、丁烯、目的：获取基本化工原料。如：乙烯、丙烯、丁烯、 丁二烯、乙炔等。丁二烯、乙炔等。第四节第四节 天然气和石油天然气和石油烷烃的天然

34、来源烷烃的天然来源天然气：天然气： 存在于地下岩石储集层中以烃类为主的混合气体的统称。存在于地下岩石储集层中以烃类为主的混合气体的统称。页岩气和可燃冰主要成分均为甲烷。页岩气和可燃冰主要成分均为甲烷。干气：干气：甲烷：甲烷：8699%（体积）（体积） 常温加压不易液化。常温加压不易液化。湿气：湿气：甲烷（甲烷（4060%），乙烷、丙烷、丁烷等及少量），乙烷、丙烷、丁烷等及少量 H2S、 N2、He等气体。等气体。 常温加压可部分液化。常温加压可部分液化。 存在于地下的一种液态、气态或固态的复杂烃类化合存在于地下的一种液态、气态或固态的复杂烃类化合物，主要是烷烃，也有芳香烃和环烷烃。物，主要是烷

35、烃，也有芳香烃和环烷烃。 石油是由古地质年代有机物质（主要是单细胞植物，石油是由古地质年代有机物质（主要是单细胞植物，如蓝如蓝-绿海藻类；单细胞动物，如有孔虫类）沉积后，经过绿海藻类；单细胞动物，如有孔虫类）沉积后，经过长期物理、化学变化而生成。长期物理、化学变化而生成。 原油是一种深褐色或暗绿色液体。原油是一种深褐色或暗绿色液体。 C：8387%；H：1114%；O、S、N：67%。2、石油、石油石油各馏分的组成和用途石油各馏分的组成和用途状态状态名称名称主要成分主要成分分馏温度分馏温度()用途用途气态气态石油气石油气C1420燃料，化工原料燃料，化工原料液液态态石油醚石油醚C562060溶

36、剂，化工原料溶剂，化工原料C676090C7890120汽油汽油C51240200溶剂，燃料溶剂，燃料 煤油煤油C1116170270燃料，工业洗涤剂燃料，工业洗涤剂柴油柴油C1518250400柴油机燃料柴油机燃料润滑油润滑油C1620300润滑机器，防锈润滑机器，防锈固固态态凡士林凡士林C1822350370防锈，药物软膏防锈，药物软膏石蜡石蜡C2534400蜡烛，蜡纸蜡烛，蜡纸沥青沥青C3040400铺路，绝缘材料铺路，绝缘材料环烃：环烃：由碳和氢两种元素组成的由碳和氢两种元素组成的环状化合物环状化合物。 分成分成脂环烃脂环烃和和芳香烃芳香烃两类两类第二节第二节 环烃环烃CH2CH2CH

37、2CH2CH2CH2or 环己烷环己烷 环己烯环己烯 环戊二烯环戊二烯 环辛炔环辛炔通式通式：环烷烃：环烷烃CnH2n ；环烯烃环烯烃CnH2n-2 ；环炔烃；环炔烃CnH2n-4。有机分子中有机分子中1个环产生个环产生1个不饱和度。个不饱和度。 1.1单环脂环烃：环烷烃、环烯烃、环炔烃单环脂环烃：环烷烃、环烯烃、环炔烃1.2 多环烃类多环烃类 1 脂环烃分类脂环烃分类（1）桥环化合物结构特点：）桥环化合物结构特点：1234567二环二环2.2.1庚烷庚烷 二环二环4.1.01,6庚烷庚烷 分子中分子中环结构环结构共用两个碳原子共用两个碳原子，即，即“桥头桥头”碳原子碳原子(即两即两个环共用的

38、碳个环共用的碳 原子原子)，其他碳原子与，其他碳原子与 “桥头桥头”碳原子相连成碳原子相连成“桥桥”结构。具有该结构的环状化合物称为桥环化合物。结构。具有该结构的环状化合物称为桥环化合物。桥环和螺环化合物桥环和螺环化合物（2）螺环烃结构特点：）螺环烃结构特点：1234567812346578910 螺螺3.4辛辛螺螺4.5-1,6-癸二烯癸二烯 分子中多个碳环结构分子中多个碳环结构, 且碳环且碳环共用一个碳原子共用一个碳原子的环状化合的环状化合物叫螺环化合物。共用碳原子称为螺碳原子。具有该结构的环物叫螺环化合物。共用碳原子称为螺碳原子。具有该结构的环状化合物称为螺环化合物。状化合物称为螺环化合

39、物。螺原子螺原子CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2环丙烷环丙烷 环丁烷环丁烷 环己烷环己烷 (1) 母体：母体： 简单环烃的命名与烷烃相似，只需在烷烃前加简单环烃的命名与烷烃相似，只需在烷烃前加 “环环”字即可。字即可。CH3甲基环己烷甲基环己烷2、环烃的命名、环烃的命名2.1、单环烷烃的命名、单环烷烃的命名CH2CHCH2CHCH2CH3CHCH3CH31-甲基甲基-2-异丙基环戊烷异丙基环戊烷(2) 编号：编号： 当环上有当环上有2个取代基时个取代基时, 则从小取代基开始编号，并以最则从小取代基开始编号，并以最小和数为原则。小和数为原则。CH2C

40、H3CH31-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷CH3CH3CH31,2 ,4-三甲基环己烷三甲基环己烷(3) 简单的环上连有较长的碳链时，也可将环当作取代基。简单的环上连有较长的碳链时，也可将环当作取代基。CH2CH2CH2CH2CH31-环丁基戊烷环丁基戊烷（4） 环烯（炔）烃的命名环烯（炔）烃的命名 a、母体：、母体：选择含有烯（炔）烃双（三）键的环为母体。选择含有烯（炔）烃双（三）键的环为母体。 b、编号：、编号：从不饱和键开始编号，使取代基位次最小。从不饱和键开始编号，使取代基位次最小。 c、命名：、命名：按照相关环烃类似规则命名。按照相关环烃类似规则命名。CH31234564-甲基

41、甲基（-1-）环已烯环已烯1-甲基甲基-3-环已烯环已烯 X2.2 多环脂环烃命名多环脂环烃命名2.2.1环桥环化合物命名环桥环化合物命名H2CH2CHCCHCH2121二环二环 H2CH2CH2CCHCH2CHH2C12311二环二环 桥环烷烃的环数：切断桥环化合物任意键，变成桥环烷烃的环数：切断桥环化合物任意键，变成链状链状化合化合物所需最小次数，即为该桥环化合物所含的环数物所需最小次数，即为该桥环化合物所含的环数。桥环化合物环数确定：桥环化合物环数确定：五环五环 三环三环 四环四环 六环六环 桥头碳原子桥头碳原子桥碳原子（桥墩）桥碳原子（桥墩）环桥环化合物命名：确定母体、标号、命名环桥环

42、化合物命名：确定母体、标号、命名确定母体：确定母体： 确定环数和确定环数和组成环的碳原子总数，命名为某烷组成环的碳原子总数，命名为某烷, 加词头二加词头二（双）环（双）环.H2CH2CHCCHCH2121二环二环 戊烷戊烷H2CH2CH2CCHCH2CHH2C12311二环二环 庚烷庚烷(b) 确定各桥：确定各桥：各各“桥桥”所含碳原子数目所含碳原子数目,按由大到小的次序写在按由大到小的次序写在“二环二环”和和“某烷某烷”之间的方括号里，数字用圆点分开。之间的方括号里，数字用圆点分开。2.1.03.1.1以双环为例：以双环为例：(c) 环上碳原子编号环上碳原子编号:从一个桥头碳原子从一个桥头碳

43、原子(含含)开始开始, 先编最长的桥至第二先编最长的桥至第二个桥头个桥头,再编余下的较长的桥再编余下的较长的桥,回到第一个桥头回到第一个桥头;最后编最短的桥。有取最后编最短的桥。有取代基，取代基标号最小原则。代基，取代基标号最小原则。CCC H3123458679二环二环3.2.2壬烷壬烷6-甲基甲基-(d) 环上有多个取代基：环上有多个取代基：编号的顺序以取代基位置号码加和数为较小和编号的顺序以取代基位置号码加和数为较小和取代基优先次序决定。取代基优先次序决定。CCCH3123458679H3C二环二环3.2.2壬烷壬烷CCCH3123458679H3C二环二环3.2.2壬烷壬烷桥环上有取代

44、基时，需要对环上碳原子标号：桥环上有取代基时，需要对环上碳原子标号：2,6-二甲基二甲基-2,7-二甲基二甲基-132456713245678二环二环1.1.0丁烷丁烷bicyclo 1.1.0 butane二环二环2.2.0己烷己烷bicyclo 2.2.0 hexane2,7,7-三甲基二环三甲基二环2.2.1庚烷庚烷2,7,7-trimethylbicyclo 2.2.1 heptane6-甲基二环甲基二环3.2.1辛烷辛烷6-methylbicyclo 3.2.1 octane命名实例命名实例桥环化合物名称格式桥环化合物名称格式 取代基取代基+ 二环二环 + 带数字的方括号（大带数字的

45、方括号（大.中中.小）小） + 母体烃的名称母体烃的名称8,8-二甲基二环二甲基二环3.2.1辛烷辛烷二环二环2.2.2-2,5,7-辛三烯辛三烯2.2.1 螺环化合物命名螺环化合物命名(a) 确定母体：确定母体：根据组成螺环分子中的根据组成螺环分子中的碳原子总数碳原子总数命名为命名为“某某烷烷”,再在其前面加上词头再在其前面加上词头“螺螺”.螺螺 辛烷辛烷螺碳原子螺碳原子H2CH2CCH2CH2CH2CCH2CH2CH2H2CH2CH2CCH2CCH2CH2螺碳原子螺碳原子螺螺 辛烷辛烷(b) 确定螺桥：确定螺桥：确定连接于螺原子的两个环的碳原子数确定连接于螺原子的两个环的碳原子数(不含螺不

46、含螺原子原子), 按由按由小到大小到大的次序写在的次序写在“螺螺”和和“某烷某烷”之间的方括号之间的方括号里里,数字用圆点分开。数字用圆点分开。3.42.5(c) 取代基位置确定：取代基位置确定：螺环上碳原子编号螺环上碳原子编号 从连接螺原子从连接螺原子(不含不含)上的一个碳开始上的一个碳开始,先编先编较小较小的环的环,然后然后经过螺原子再编第二个环经过螺原子再编第二个环，编号的顺序以取代基位置号码加编号的顺序以取代基位置号码加和数最小为原则和数最小为原则。H2CCHCH2CH2CCHCH2CH2CH3H3CH2C螺螺 3.4辛烷辛烷CH2H2CH2CCHCH2CCHCH2CH3H3CH2C螺

47、螺 2.5辛烷辛烷123456781-甲基甲基-6-乙基乙基1-甲基甲基-5-乙基乙基12345678螺环化合物名称格式：螺环化合物名称格式：取代基取代基+ 螺螺 + 带数字的方括号带数字的方括号 小小.大大+ 母体烃的名称母体烃的名称环丙烷的结构环丙烷的结构: 稳定性：稳定性：3 、环烷烃的结构、环烷烃的结构 电子云不是轨道轴对称分布在成键原子连线上电子云不是轨道轴对称分布在成键原子连线上,而是分布而是分布在一条曲线上。在一条曲线上。 角张力：角张力：键角偏离正常键角而引起的张力。键角偏离正常键角而引起的张力。化学键：化学键： 不是头对头的最大程度重叠不是头对头的最大程度重叠弯曲键：弯曲键：

48、电子云重叠度少，键的稳定性差。电子云重叠度少，键的稳定性差。 环丁烷的结构：环丁烷的结构：蝴蝶式蝴蝶式 环戊烷的结构：环戊烷的结构：信封式信封式4、 环己烷的结构和构象：环己烷的结构和构象：椅型椅型环己烷中存在两种主要构象。环己烷中存在两种主要构象。4.1 环己烷特点：环己烷特点： 环结构稳定。环结构稳定。6个碳原子个碳原子不不在同一平面。在同一平面。船型船型4.2 4.2 椅型（式）构象特征：椅型（式）构象特征：（1 1）碳原子分布：）碳原子分布： 1 1、3 3、5 5碳原子在一个平面，碳原子在一个平面，2 2、4 4、6 6碳原子在另一个平面上，碳原子在另一个平面上，两个平面相互平行。两

49、个平面相互平行。对称轴对称轴e- e-键，平伏键键，平伏键- -键，直立键键，直立键- -键，直立键键，直立键（2 2）、氢原子分布：）、氢原子分布： 第一类：第一类：每个碳原子上有每个碳原子上有1 1个氢原子与对称轴平行，称为个氢原子与对称轴平行，称为- -键，直键，直立键；立键；其中其中3 3个向上，个向上，3 3个向下，相邻两个氢原子方向相反。个向下，相邻两个氢原子方向相反。第二类：第二类：氢原子的氢原子的C-HC-H键与键与a a键氢原子呈键氢原子呈109.5109.5o o夹角，夹角，称为称为e- e-键，平伏键。键，平伏键。平伏键或平伏键或e键键直立键或直立键或a键键123456a

50、键与键与e键关系键关系 氢原子：氢原子：12个氢原子分成两类：一类垂直于环平面，与对称轴个氢原子分成两类：一类垂直于环平面，与对称轴平行，另一类与对称轴成平行，另一类与对称轴成109.5角。角。 碳原子：碳原子：分子中有两个平行的平面，分子中有两个平行的平面，C1、C3、C5和和C2、C4、C6；氢原子和位置示意简图总结：氢原子和位置示意简图总结： 氢原子相对位置：氢原子相对位置：1、2碳原子上碳原子上a、a为反式，为反式，a、e为顺式；为顺式；1、3碳原子碳原子a、a为顺式，为顺式，a、e为反式。其他类推。为反式。其他类推。（3）、椅式构象结构特点）、椅式构象结构特点 其中所有的其中所有的C

51、-C-CC-C-C键角基本维持在键角基本维持在109.5109.5o o； 相邻碳原子的键都处于邻位交叉式的位置；相邻碳原子的键都处于邻位交叉式的位置； 环己烷椅式构象即没有角张力，也没有扭转张力，稳环己烷椅式构象即没有角张力，也没有扭转张力，稳定性好。定性好。（4 4）椅式构象间可进行构象相互转换）椅式构象间可进行构象相互转换123456HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH1234564.3 环己烷船型（式）构象特征：环己烷船型（式）构象特征：（1）碳原子分布：）碳原子分布： 1,3,4,6四个碳原子在同一平面内，四个碳原子在同一平面内，2,5碳原子在这一碳原子在这一 平面的上平

52、面的上方。方。（2）、氢原子分布：）、氢原子分布： 第一类：第一类： 1,3,4,6上氢原子在四个碳原子平面的上下，上氢原子在四个碳原子平面的上下，H-C-H夹夹角为角为109.5o。 第二类：第二类：2,5氢原子呈氢原子呈109.5o夹角，其中夹角，其中2个个C-H键与键与1,3,4,6碳原碳原子面平行子面平行。（3）、船型（式）构象结构特点）、船型（式）构象结构特点 1,6和和3,4之间有两个正丁烷似的全重叠；之间有两个正丁烷似的全重叠； 1、2，2、3， 4、5，5、6之间有四个正丁烷似的邻位交叉。之间有四个正丁烷似的邻位交叉。4.4 船式构象与椅式构象之间转换船式构象与椅式构象之间转换

53、 环己烷中的环己烷中的C-C键虽然不能象直链烷烃一样键虽然不能象直链烷烃一样360o自由旋转，但自由旋转，但是可以通过是可以通过C-C键转动在不同构象之间变换，这种构象之间的互变键转动在不同构象之间变换，这种构象之间的互变称为环转换。称为环转换。 环转换不涉及到环转换不涉及到C-C键断裂，所以需要能量较低。键断裂，所以需要能量较低。环己烷的扭船式构象环己烷的扭船式构象HHHHHHHHHHHH1234561234561234561234564.5 环己烷其他构象环己烷其他构象环己烷的半椅式构象环己烷的半椅式构象123456三个全重叠三个全重叠三个邻交叉三个邻交叉四个全重叠四个全重叠两个邻交叉两个

54、邻交叉123456250pm123456183pm4.6 环己烷构象和位能之间关系环己烷构象和位能之间关系123456250pm123456183pm一取代一取代：两种构象状态：两种构象状态稳定构象稳定构象5 取代环己烷构象取代环己烷构象5.1 一取代环己烷构象一取代环己烷构象以甲基环己烷为例以甲基环己烷为例CH3与与C3-H、C5-H有相互排斥力，这称有相互排斥力，这称为为1,3-二直立键作用。每个二直立键作用。每个H与与CH3的的1,3-二直立键作用相当于二直立键作用相当于1个邻交叉。个邻交叉。不稳定构象不稳定构象5.2 二取代环己烷构型和构像异构二取代环己烷构型和构像异构 二甲基环已烷为

55、例二甲基环已烷为例 二甲基环已烷是一个非常具有代表性的分子结构。可二甲基环已烷是一个非常具有代表性的分子结构。可同时存在构造异构、构型异构和构象异构。同时存在构造异构、构型异构和构象异构。 二甲基环已烷的构造异构体。二甲基环已烷的构造异构体。1，2-二甲基环已烷二甲基环已烷1，3二甲基环已烷二甲基环已烷1，4二甲基环已烷二甲基环已烷两个取代甲基在环的同一面，两个取代甲基在环的同一面，顺顺-1,2-二甲基环已烷二甲基环已烷因环上单间不能自由旋转而引起的环己烷上取代基相对位因环上单间不能自由旋转而引起的环己烷上取代基相对位置不同，产生的异构体称为构型异构体，又称为几何异构体。置不同，产生的异构体称

56、为构型异构体，又称为几何异构体。 实际上，环己烷并不是平面结构，另一种构像形式表实际上，环己烷并不是平面结构，另一种构像形式表示更能反映取代基之间关系，分析不同构象能量和稳定性。示更能反映取代基之间关系，分析不同构象能量和稳定性。二甲基环已烷构型异构二甲基环已烷构型异构-有顺反异构有顺反异构两个取代甲基在环的不同一面，两个取代甲基在环的不同一面，反反-1,2-二甲基环已烷二甲基环已烷（1） 1,2-二甲基环已烷构型异构和构象二甲基环已烷构型异构和构象 同单甲基环已烷类似，二甲基环己烷也存在构象异构。同单甲基环已烷类似，二甲基环己烷也存在构象异构。 两个取代甲基处于两个取代甲基处于a-键上，分键上，分别与其他四个碳原子的别与其他四个碳原子的a-键氢原键氢原子有阻碍，子