第五章 有机化合物与烃类

第五章有机化合物和烃类学习目标

有机化合物的组成、性质及结构特点，说出有机化合物的分类情况区别饱和链烃（烷烃）、不饱和链烃（烯烃和炔烃）、芳香烃的结构特点、组成通式，说出同系物、同分异构体等概念，学会饱和链烃（烷烃）、不饱和链烃（烯烃和炔烃）、苯的同系物的命名饱和链烃（烷烃）、不饱和链烃（烯烃和炔烃）、芳香烃的化学性质，如烷烃的取代反应、烯烃的加成反应、苯的硝化反应等，学会用化学方法对饱和烃和不饱和烃、苯和苯的同系物的鉴别石油和煤焦油中的烃类及芳香烃中常见的化学致癌物第一节有机化合物概述一、有机化合物的组成及定义任何一种有机化合物，其分子中都含有碳元素，绝大多数的有机化合物中还含有氢元素，只含碳和氢两种元素的化合物称为碳氢化合物。许多有机化合物中除了含碳和氢之外，还含有氧或氮元素，少数的有机化合物中含有硫、磷、卤素等元素，这些化合物可以看成是由碳氢化合物中的氢原子被其它原子或原子团所取代而衍变过来的。所以，把碳氢化合物及其衍生物称为有机化合物，简称有机物。二、有机化合物的性质及结构特点（一）有机化合物的特性1.可燃性-----绝大多数有机物受热容易分解,且易燃烧。2.溶解性----大多数有机物难溶于水,易溶于有机溶剂。3.稳定性-----多数有机物不如无机化合物稳定易变质。4.低熔点----多数熔沸点低。5.速度慢----有机物的反应一般比较慢。6.反应复杂----有机物的反应复杂，常常伴有副反应发生。（二）有机化合物的结构特点1．碳骨架2．化学键类型在有机物中，碳原子与碳原子之间，碳原子与其它原子之间均以共价键相连。碳碳之间可以共用一对电子形成单键，也可以共用两对电子形成双键，还可以共用三对电子形成三键。3．碳原子的价数由于碳原子的最外层有四个电子，可以与其它原子共用四对电子形成四个共价键，因此，在有机化合物中，碳原子总是四价的。运用碳原子的“四价原则”，可正确写出表示有机物结构的式子。4．同分异构现象分子组成相同，而结构不同的化合物，互称为同分异构体，这种现象称为同分异构现象。

三、有机化合物的分类（一）按碳骨架特点分类1.开链化合物(脂肪族化合物):2．闭链化合物A:脂环族化合物:

B:芳香族化合物官能团：决定有机化合物的化学特性的原子或原子团。（特征化学键结构）进行分类:①原子(如卤素原子)②原子团(如:羟基-OH、醛基-CHO、羰基>C=O、羧基-COOH、硝基-NO2，氨基-NH2、腈基-CN等)③某些特征化学键结构(如双键>C=C<、叁键-CC-

)等分类.

含有相同官能团的有机化合物具有类似的物理化学性质，所以按官能团分类为研究复杂的有机化合物提供了系统方便的研究方法,确定了有机化学的知识结构主线.（二）.按官能团分类常见官能团类型官能团类型官能团烷烃无 醚R—O—R（醚）烯烃醛—CHO（醛基）炔烃—C≡C—（碳碳叁键）酮>C=O（羰基）卤代烃—X（卤素）羧酸—COOH（羧基）醇—OH（羟基）胺—NH2

（氨基）（碳碳双键）第二节烷烃只由碳氢两种元素组成的有机化合物叫做碳氢化合物，简称烃

根据烃的结构和性质的不同，烃可分为以下几类：一、烷烃的结构

分子中的碳原子都以单键相连的开链烃叫做饱和链烃，简称烷烃。（一）甲烷甲烷的分子式为CH4，结构式为：

甲烷分子中的1个碳原子和4个氢原子并非在同一平面上。研究表明：甲烷分子的立体结构为一个正四面体，碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子分别位于正四面体的4个顶点。

图5-1甲烷的球棒模型（二）烷烃分子中的σ键与甲烷相似，其它烷烃分子中的碳原子周围的4个共价键也是伸向四面体的4个顶角。图5-3和图5-4为乙烷和丙烷的球棒模型。图5-3乙烷的球棒模型图5-4丙烷的球棒模型烷烃分子中的碳碳键和碳氢键均为键能较大、不易断裂、较稳定的共价键，称为σ键。烷烃分子中所有的共价键均为σ键。二、烷烃的同系物和通式比较些烷烃，可以看出，它们在分子组成上相差1个或几个CH2原子团。在有机化合物中，把结构相似，在分子组成上相差1个或几个CH2原子团的一系列化合物互称为同系物。同系物的化学组成可用一个通式表示，烷烃的通式可用CnH2n+2表示。也就是说，如果碳原子数为n，则氢原子数为2n+2。三、烷烃的同分异构现象在烷烃分子中，甲烷、乙烷和丙烷分子只有一种结构，没有同分异构体。含有4个碳原子以上的烷烃，都有同分异构体。C4H10有两种同分异构体：四、烷烃的命名（一）普通命名法（习惯命名法）根据烷烃分子中碳原子的总数称为“某烷”。10个碳以内的烷烃，用天干序数即甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，如甲烷、乙烷、丙烷等；10个碳以上的烷烃，用汉字十一、十二、十三等表示。若存在异构体，可在“某烷”前面，用“正”、“异”、“新”等字加以区别。例如：(二）系统命名法直链烷烃可根据碳原子数直接叫“某烷”。含支链的烷烃，应先分清主次，找出主链和支链，再按一定的规则命名。烷烃分子中的支链是指烷烃分子中去掉一个氢原子所剩下的原子团，称为烷基，用“－R”表示，也叫脂肪烃基。常见的烷基有：烷烃的系统命法的步骤及规则如下：1．选择主链选择含碳原子数最多的碳链作为主链。┈最长碳链2．给主链碳原子编号从靠近支链的一端开始，给主链碳原子编号。┈最小编号3．命名根据主链碳原子数目叫“某烷”，在“某烷”前面用阿拉伯数字表示支链的位置，数字后面注明支链的名称，中间用短线隔开，如：2-甲基。当含多个支链时，若支链不同，应将简单的支链写在前面，复杂的支链写在后面，中间用短线隔开；若支链相同，应合并写，并分别用阿拉伯数字注明支链的位置，用中文数字注明相同支链的数目，阿拉伯数字之间用逗号隔开，如：2,3-二甲基。┈先简后繁，同基合并

2-甲基丁烷2-甲基-4-乙基己烷2,2,3,5-四甲基庚烷2,2-二甲基丙烷五、烷烃的性质（一）物理性质1、沸点（bp)①C1～C4气态，C5～C16液体，C17以上固体②随碳数增加，沸点增加。2、溶解度；烷烃都难溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂（二）化学性质1．稳定性:化学性质较稳定，通常不与强酸、强碱、强氧化剂作用2．燃烧反应:烷烃可以在空气中燃烧，生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。3．取代反应:烷烃在光照条件下，可以与卤素单质发生反应。取代反应:有机化合物分子中的某些原子或原子团，被其它原子或原子团所代替的反应，称为取代反应。六、环烷烃：环烷烃属于闭链烃中的脂环烃环丙烷环丁烷环戊烷环己烷第三节不饱和链烃分子中含碳碳双键或碳碳三键的开链烃，称为不饱和链烃。不饱和链烃又分为烯烃和炔烃。一、烯烃（一）烯烃的结构分子中含有碳碳双键（）的不饱和链烃称为烯烃。乙烯是最简单的烯烃。1．乙烯乙烯的分子式为C2H4，结构简式为CH2＝CH2。乙烯分子的立体结构见图5-5和图5-6。图5-5图5-6。乙烯为平面型分子。

2．烯烃分子中的π键：双键中有一个是σ键，而另一个键只需较少的能量就能断裂。这种键能较小、容易断裂、不稳定的共价键，称为π键。烯烃分子的双键中有1个σ键，1个π键。（二）烯烃的同系物和通式同碳数的烯烃比烷烃少两个氢原子，烯烃化学组成也可用一个通式表示，烯烃的通式为：CnH2n。二、炔烃（一）炔烃的结构分子中含有碳碳三键（）的不饱和链烃称为炔烃。乙炔是最简单的烯烃。1．乙炔乙炔的分子式为C2H2，结构简式为CH≡CH。图5-7乙炔的比例模型图5-8乙炔的球棒模型从图5-7和图5-8可以看出，乙炔分子中的两个碳原子和两个氢原子都处在一条直线上，乙炔为直线型分子。

2．炔烃分子中的π键：炔烃分子的三键中有1个σ键，2个π键。（二）炔烃的同系物和通式同碳数的炔烃比烯烃又少两个氢原子，炔烃化学组成也可用一个通式表示，炔烃的通式为：CnH2n-2。三、不饱和链烃的命名烯烃和炔烃的系统命法的步骤及规则如下：1．选择主链选择包含双键或三键在内的最长碳链作为主链。2．给主链碳原子编号从靠近双键或三键的一端开始，给主链碳原子编号。3．命名根据主链碳原子数目叫“某烯”或“某炔”，在“某烯”或“某炔”前面，除了注明支链的位置和名称外，还要用阿拉伯数字注明双键或三键的位置。例如：1-丁烯2-丁烯2-甲基-1-丙烯3-甲基-1-己炔2-乙基-1-丁烯3-甲基-1-戊炔四、不饱和链烃的化学性质烯烃的双键和炔烃的三键中都含有易断裂的π键，所以它们的化学性质都比较活泼，（一）加成反应：有机化合物分子中的双键或三键中的π键断裂，加入其它原子或原子团的反应，称为加成反应。1．催化加氢

2．加卤素烯烃或炔烃可以与橙红色的溴水作用生成无色的溴代烃。1,2-二溴乙烷1,1,2,2-四溴乙烷而烷烃与溴水发生的取代反应需在光照下很长时间（30分钟以上）才有变化，所以常用溴水来鉴别饱和烃和不饱和烃。3．加卤化氢乙烯与溴化氢发生加成反应生成一溴乙烷，可能的产物只有这一种。当不对称烯烃与卤化氢发生加成反应时，可能的产物有两种，通常卤化氢分子中的氢原子总是加在含氢较多的双键碳上。4．加水烯烃在催化剂的存在下，能与水发生加成反应生成醇；炔烃在催化剂的存在下，能与水发生加成反应生成醛或酮。烯醇式中间体乙醛（二）聚合反应在一定条件下，烯烃或炔烃还能发生自身加成反应，生成大分子化合物，这种由小分子化合物结合成大分子化合物的反应称为聚合反应。参加聚合反应的小分子，称为单体。聚合后得到的产物，称为聚合物

聚乙烯是一种透明柔韧的无毒塑料，可用来制作输液容器，医用导管及整形材料等。（三）氧化反应烯烃和炔烃很容易被氧化。例如，把乙烯或乙炔通入高锰酸钾溶液中，溶液的紫色会褪去。常用高锰酸钾溶液来鉴别饱和烃和不饱和烃。五、环烯烃第四节芳香烃分子中含有一个或多个苯环结构的烃，称为芳香烃。芳香烃属于闭链烃。苯是最简单的芳香烃。一、苯的分子结构苯的分子式为C6H6结构式为：

可简写为：

二、苯的化学性质（一）稳定性：苯的的化学性质比较稳定，在一般情况下，不与氧化剂（如高锰酸钾）作用，也很难发生加成反应。若在溴水或高锰酸钾溶液中加入苯，溴水的橙红色或高锰酸钾溶液的紫色均不会褪色。（二）取代反应1．卤代反应在铁粉的催化下，苯与卤素作用，苯环上的氢原子被卤素原子取代。2．硝化反应在浓硫酸的存在下，苯与浓硝酸作用，苯环上的氢原子被硝基（—NO2）取代。3．磺化反应苯与浓硫酸共热，苯环上的氢原子被磺酸基（—SO3H）取代，生成苯磺酸。硝基苯（三）加成反应苯不易发生加成反应，但在特殊情况下，例如用镍作催化剂，在180℃~250℃的条件下，苯能与氢气发生加成反应，生成环己烷。三、苯的同系物（一）苯的同系物的组成及其命名含有苯环，在组成上与苯相差一个或几个CH2原子团的一系列化合物，称为苯的同系物。命名时，以苯为母体，将烷基名称写在“苯”前面，有多个烷基存在时，应注明烷基在苯环上的相对位置甲苯乙苯邻二甲苯间二甲苯对二甲苯苯及苯的同系物的通式为CnH2n-6（n≥6）苯或苯的同系物分子中去掉一个氢原子所剩下的原子团，称为芳香烃基，通常符号“—Ar”表示。例如：苯基（二）苯的同系物的化学性质苯的同系物能被高锰酸钾氧化。如甲苯能使酸性的高锰酸钾溶液褪色。常用高锰酸钾酸性溶液来鉴别苯和苯的同系物。四、稠环芳烃由两个或两个以上的苯环，共用相邻的两个碳原子相互稠合而成的多环芳香烃，称为稠环芳烃。例如：萘蒽