无机化学 第二章 饱和烃

无机化学第二章饱和烃第1页，共50页，2023年，2月20日，星期六第一节

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

CH4C2H6C3H8C4H10C5H12

烷烃的通式：CnH2n+2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。有机化学学习中重要的规律之一！同系列：

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；

系列差：CH2；同系物：

同系列中的化合物互为同系物。第2页，共50页，2023年，2月20日，星期六

同分异构现象：分子式相同而结构式不同的现象。同分异构体：分子式相同而结构式不同的化合物。C2H6O乙醇（b.p.=78.3℃）甲醚（b.p.=-23.6℃）2、同分异构现象和同分异构体同分异构体：构造异构体。本质：由于分子结构中原子的连接次序不同。第3页，共50页，2023年，2月20日，星期六CH4

：CH4C2H6

：CH3－CH3C3H8：CH3－CH2－CH3C6H14：碳链异构C4H10：CH3－CH2－CH2－CH3

C5H12：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：第4页，共50页，2023年，2月20日，星期六水螅毒素第5页，共50页，2023年，2月20日，星期六CH3CH2CHCH3CH3CCH3CH3CH3CH31。1。1。2。3。4。1。3、烷烃中碳原子和氢原子的类型伯碳原子，第一碳原子：1。伯氢原子，第一氢原子仲碳原子，第二碳原子：2。仲氢原子，第二氢原子叔碳原子，第三碳原子：3。叔氢原子，第三氢原子季碳原子，第四碳原子：4。第6页，共50页，2023年，2月20日，星期六正戊烷异戊烷新戊烷4烷烃的命名3.1.1根据烷烃中碳原子的数目称为“某烷”。

甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十、十一、十二烷…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）普通命名法和系统命名法。适用：

结构简单有机化合物。例：C5H12

戊烷C15H32

十五烷。

3.1.2分异构体:用“正、异、新等”区别。第7页，共50页，2023年，2月20日，星期六4.2、系统命名法（IUPAC命名法）适用：所有有机化合物。戊烷（1）选择主链（找母体）：最长、支链最多的碳链。根据主链碳原子数称“某烷”。其中1-10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“十一、十二…烷”。（2）编号：从最靠近支链的一端开始。使取代基位次最小。（3）命名：先写取代基(标出取代基的位置)，再写某烷。2-甲基戊烷。54321×

12345√4.2.1系统命名法规则：选择主链（找母体）、编号、命名。第8页，共50页，2023年，2月20日，星期六2，2，4-三甲基戊烷2,4,7-三甲基辛烷123456782,5,7-三甲基辛烷：错误第9页，共50页，2023年，2月20日，星期六2，3，5-三甲基-4-丙基庚烷12345673-甲基-5-乙基庚烷5-甲基-3-乙基庚烷：错误为什么甲基放在乙基前？第10页，共50页，2023年，2月20日，星期六烷基通式：CnH2n+1，

R-。

CH3-甲基C2H5-乙基CH3CH2CH2-丙基。异丙基CH3CH2CH2CH2-丁基仲丁基异丁基叔丁基新戊基4.2.2取代基及其次序规则：（1）取代（烷）基：

烷烃（有机）分子中除去一个氢原子剩余部分，通常用R-表示。第11页，共50页，2023年，2月20日，星期六A.把与主链碳直接相连的原子按原子序数大小排列，原子序数大的优先基团（大基团）。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。例：-CH(CH3)2>-CH2CH2CH3>-CH2CH3>-CH3（2）取代基“优先”基团顺序（大小顺序）：

在有机化合物中取代原子或取代基团的排列次序。取代基次序规则（优先次序）：

有机化合物命名时简单基团（小基团）在前，“优先”基团（大基团）在后

。--中文命名规则。

第12页，共50页，2023年，2月20日，星期六-C(CH3)3: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。例：比较大小:-C(CH3)3

、-CH=CH2

、-CH(CH3)2-CH(CH3)2:-CH=CH2:第13页，共50页，2023年，2月20日，星期六CAS编号：

物质数字识别号码，美国化学会的下设组织化学文摘社（ChemicalAbstractsService，简称CAS）。该社负责为每一种出现在文献中的物质分配一个数字组合--CAS编号（登录号）。4.3

CAS编号（登录号）H2O：7732-18-5，阿司匹林：50-78-2厄贝沙坦CAS号：138402-11-6

CAS已经登记了62,164,509种物质，并且还以每天4,000余种的速度增加。这是为了避免化学物质有多种名称的麻烦，使数据库的检索更为方便。其缩写CAS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“学号”。如今的化学数据库普遍都可以用CAS编号检索。第14页，共50页，2023年，2月20日，星期六第二节烷烃的结构和构象结构（构造）：

分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正四面体结构C-H键长：109pmH-C-H键角：109.5°1、烷烃的构造、sp3杂化、σ键

1.1烷烃的构型：

具有一定结构的分子中各原子在空间的排列情况，即分子的立体结构。甲烷：CH4

第15页，共50页，2023年，2月20日，星期六C:1S22S22P22p2s激发2p2ssp3杂化sp3基态激发态每个sp3杂化轨道具有1/4s成分和3/4p成分。

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：第16页，共50页，2023年，2月20日，星期六C-Hσ键葫芦形1.3、C–H间（甲烷）成键：σ键C-Hσ键(SP3-S)第17页，共50页，2023年，2月20日，星期六1.4、乙烷结构（CH3-CH3）:C–C键C-Cσ键C-Cσ键(SP3-SP3)第18页，共50页，2023年，2月20日，星期六不同σ键电子云模型图：第19页，共50页，2023年，2月20日，星期六①电子云延成键轨道的轴方向重叠交盖，重叠度最大；C-Hσ键(SP3-S)-+C-Cσ键(SP3-SP3)1.5σ键特点：②成键电子云密集成键原子之间，呈现轴对称。③对于单σ单键，可以自由旋转。④键能较大，不易断裂，化学反应活性低。第20页，共50页，2023年，2月20日，星期六2、烷烃的结构和模型：键线式2.1成锯齿型结构第21页，共50页，2023年，2月20日，星期六

球棒模型凯库勒(Kekülé)模型2.2、有机分子模型：比例模型斯陶特(Stuart)模型第22页，共50页，2023年，2月20日，星期六正己烷分子模型第23页，共50页，2023年，2月20日，星期六3、烷烃的构象构象：同一构型的化合物，由于单键的旋转而产生分子中原子在空间不同的排列形式，称为构象。是有机化合物最重要立体结构之一！3.1、构象定义第24页，共50页，2023年，2月20日，星期六楔型式

纽曼(Newman)投影式3.2、构象结构的表示：近端C原子远端C原子第25页，共50页，2023年，2月20日，星期六3.3乙烷的构象

交叉式透视式纽曼投影式重叠式无数种中间形式构象乙烷的两种典型构象第26页，共50页，2023年，2月20日，星期六3.4、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，其排斥力较小，分子内能最低，因而较稳定，为优势构象。重叠式交叉式第27页，共50页，2023年，2月20日，星期六3.5、乙烷分子的能量曲线交叉式最稳定为优势构象第28页，共50页，2023年，2月20日，星期六3.6、正丁烷的构象和势能关系图乙烷的构象H-CH2-CH2-HCH3-CH2-CH2-CH3

1对位交叉2部分重叠3邻位交叉4全重叠5邻位交叉6部分重叠7对位交叉3.6.1正丁烷的构象：第29页，共50页，2023年，2月20日，星期六能量旋转角4全重叠2，6部分重叠3，5邻位交叉1=7对位交叉2,4,6是不稳定构象，1,3,5,7是稳定构象。1=7是优势构象（能量最低的稳定构象称为优势构象）沿C2-C3键轴旋转的转动能垒22.6kJ·mol-13.6.2、正丁烷的构象和势能关系图第30页，共50页，2023年，2月20日，星期六几个概念比较：

构造和构型是固定的，而构象一般是瞬间的。构型的变化须破坏化学键，而构象的变化则不会发生键的断裂。3）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在空间的不同排布。2）构型（configuration）：具有确定构造的分子中，原子和基团在空间的排布；--分子的立体结构。1）构造（constitution）：分子中原子间的连接方式和次序；构型和构象是反应有机分子立体结构。第31页，共50页，2023年，2月20日，星期六有机化合物的物理性质包括：化合物的状态、熔点、沸点、密度、折光率、偶极矩、晶型和溶解度（性）等称为物理常数。--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。

烷烃为非极性分子，偶极距为0，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。

烷烃同系列中，m.p，b.p，d都随分子量增加而增加，即随碳数增加而增加。第三节

烷烃的物理和化学性质1、烷烃的物理性质第32页，共50页，2023年，2月20日，星期六1.1物质状态（25℃，一个大气压下）C1~C4烷烃：气体C5~C16正烷烃：液体C17以上：固体1.2密度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0.78。1.3溶解度烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有机溶剂。如苯、氯仿、四氯化碳、其它烷烃。第33页，共50页，2023年，2月20日，星期六1.4沸点

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。b.p(℃)：36.1289.5m.p(℃)：-129.7-159.9-16.6正烷烃的沸点曲线

碳原子数目

沸点（℃）第34页，共50页，2023年，2月20日，星期六正烷烃的熔点曲线

碳原子数目

熔点（℃）1.5熔点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。第35页，共50页，2023年，2月20日，星期六A:稳定：

对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发生反应。

总体特点：

烷烃分子结构中只有C-C和C-H间σ键。2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。第36页，共50页，2023年，2月20日，星期六2.1卤代反应CH4:Cl2=10:1温度：400～450℃主要产物：一氯甲烷CH4:Cl2=0.263:1温度：400℃主要产物：四氯化碳CH4+Cl2CH3Cl+HCl

光CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl

光CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl

光CHCl3+Cl2CCl4+HCl

光2.1.1、卤素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。第37页，共50页，2023年，2月20日，星期六2.1.2烷烃的卤代反应机理（历程）：

（以CH4

＋Cl2反应为例）有机反应机理中包括反应过程中有机分子键的断裂和形成、有机分子间电子转移、分子几何形状变化等，与反应中间体的能量变化。CH4+Cl2

CH3Cl+HCl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制。ReactionMechanism。有机反应机理是有机化学学习和研究最重要内容！！！第38页，共50页，2023年，2月20日，星期六·C1+·Cl→C12·CH3+·CH3→CH3CH3·CH3+·C1→CH3C1（3）链终止·C1+CH4→·CH3+HCl(决定反应速率)

·CH3+Cl2→CH3C1+·Cl……

……·C1+CH3Cl→·CH2C1+HCl·CH2C1+C12→CH2C12+·Cl……

……

（2）链增长

（1）链引发Cl：Cl2Cl·hγ(250～400℃）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：第39页，共50页，2023年，2月20日，星期六Cl·+H－CH3

CH3－Cl+·Cl能量变化甲烷氯代反应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！·C1+CH4→·CH3+HCl(决定反应速率)

活化能第40页，共50页，2023年，2月20日，星期六2.1.3、卤代反应取代的位置与自由基的稳定性：仲氢：伯氢=57/2：43/6=4：1叔氢：伯氢=36/1：64/9=5：1叔氢：仲氢：伯氢=5：4：1氢的相对活性:叔氢＞仲氢＞伯氢43%57%Cl2光，25℃36%64%Cl2光，25℃第41页，共50页，2023年，2月20日，星期六

用自由基（游离基)的稳定性来解释：（自由基碳原子连接的取代基越多越稳定）＞＞＞····36%64%Cl2光，25℃叔氢：伯氢=36/1：64/9=5：1第42页，共50页，2023年，2月20日，星期六2.2.1燃烧——完全氧化CnH2n+2+O2CO2+H2O+热量燃烧R－CH3R－CH2OH+R－CHO+R－COOH锰盐，O2部分氧化MnO2，O2～110℃+2.2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；地球温室效应重要原因之一。2.2.2部分氧化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。第43页，共50页，2023年，2月20日，星期六在高温（400～1000℃）及无氧条件下使烷烃分子发生键断裂的反应叫裂化反应。---现代石油化工的基础反应之一。500℃2～3MPaC16H34C8H18+C8H16C8H18C4H10+C4H8裂化脱氢CH4+C3H6C4H10C2H6+C2H4C4H8+H2500℃2.2.3裂化反应基础高分子材料原料来源。第44页，共50页，2023年，2月20日，星期六

热裂化：在5MPa，500－600℃进行的裂化反应。

催化裂化：在450－500℃、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（C6～C9）的产量和质量。

(原油分馏只能得到10-20%的汽油,且质量不好)

裂解：石油馏分在700℃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、丁二烯、乙炔等。第45页，共50页，2023年，2月20日，星期六有机分子中加入氧或脱去氢，氧化。有机分子中加入氢或脱去氧，还原。有机分子中加入N、X等，氧化；反之，还原。烷烃→醇→醛（酮）→羧酸：氧化