第3章 饱和烃培训课件

第3章饱和烃

一、烷烃的结构：以甲烷为例，用物理方法测得：1）正四面体结构，2）四个碳氢键键长都为0.109nm。3）所有H-C-H的键角都是109.5°碳原子的电子构型：

sp3的特点：①形状为葫芦状，一头大，一头小。②能量介于s和p轨道之间③方向性：四个sp3杂化轨道以C原子核为中心，分别指向正四面体的四个顶点。甲烷的形成：两个原子轨道沿键轴方向重叠形成的共价键叫σ键；形成σ键的电子叫σ电子

σ键的特点：①σ电子云对键轴呈圆柱形对称，其键轴在两原子核的联线上；②σ键可沿键轴做相对旋转，而不破坏共价键③σ键键能较大，较牢固。二、烷烃的通式和同分异构通式：CnH2n+2分子式相同，而结构和性质不同的化合物，称为同分异构体。b.p.-0.5ºC-11.7ºCm.p.-138.3ºC-159.4ºC构造异构立体异构官能团位置异构官能团异构构象异构构型异构同分异构碳链异构三、烷烃的构象异构：分子沿单键旋转形成分子中各原子在空间的不同排列方式称为构象，这些不同的排列称为构象异构体。重叠式交叉式球棒模型：1、乙烷的构象透视式（楔前虚后实平面）锯架式重叠式交叉式纽曼投影式重叠式交叉式重叠式和交叉式构象两种极限构象乙烷各种构象的能量关系图扭转张力：重叠式和交叉式构象之间的能量差，可以看作是由于σ键扭转引起的张力作用。

注：在室温下，各构象转动能垒较低，可迅速互变，某一构象停留的时间很短（<10-6秒），因此无法分离。2、丁烷的构象绕C2-C3

旋转丁烷C2–C3键旋转引起的各种构象的能量变化

四、环烷烃的结构和相对稳定性分子通式为：CnH2n单环烷烃小环（含3~4个碳原子）普通环（含5~7个碳原子）大环（含12个碳原子以上）中环（含8~12个碳原子）多环烷烃桥环螺环1）环丙烷弯曲σ键

弯曲键的特点：①σ键的电子云分布在一条曲线上，无对称轴；②σ键键能小，因而易断裂，易开环；③环的张力大，分子能量高，易开环。这种由于键角偏离正常键角而引起的张力叫做角张力。三元环既有较大的角张力，也有较大的扭转张力，环的张力较大，分子能量高，易开环。2）环丁烷分子中也有弯曲键3）环戊烷和环己烷环的稳定性：环丙烷＜环丁烷＜环戊烷～环己烷3、环己烷的构象分析：椅式构象船式构象1）椅式构象：a健e键

环己烷椅式构象：无角张力，无扭转张力，无张力环。椅式构象可以翻转，由一种椅式转变为另一种椅式。翻转后原来的a键变e键，但无论怎样环上面的氢不会翻转到环的下面2）船式构象室温下，环己烷的各构象异构体中，椅式构象为优势构象，在异构体中最高占99.9%。扭转张力取代环己烷的构象优势构象二取代环己烷优势构象例1：顺-1-甲基-2-异丙基环己烷总结：1）一取代环己烷：e-取代稳定（大取代基位于e键上稳定）；2）二取代环己烷：e-取代越多越稳定，二者取一时，大取代基位于e键上稳定；3）多取代环己烷：e-取代越多越稳定。练习：写出下列物质的稳定构象：1）顺-1-甲基-3-异丙基环己烷；

2）反-1-甲基-3-异丙基环己烷；

3）反-1-甲基-4-异丙基环己烷；4）反-1，4-二叔丁基环己烷。五烷烃的物理性质(自学)熔点、沸点、相对密度、溶解度、折光率、波谱性质六烷烃的化学性质1、氧化反应（自学）2、异构化反应（自学）3、裂化反应（自学）4、取代反应：分子中某个或某几个原子或原子团被其它原子或原子团所取代的反应叫取代反应。被卤原子取代的反应叫做卤代反应，也叫卤化反应。

1）甲烷的氯代反应：说明：1）反应条件为光照或加热

2）产物为混合物

3）叔氢>仲氢>伯氢

4）氟>氯>溴>碘2）烷烃氯代反应机理（反应历程）象这种每步都生成一个新的自由基，使反应可以不断继续进行下去的反应，称为链反应，又叫自由基反应。链反应的活泼中间体是自由基。包括三阶段：链引发阶段；链增长阶段；链终止阶段。这种对反应的全面详细描述和理论解释叫做反应历程（或反应机理reactionmechanism）3)甲烷氯代反应过程的能量变化——反应热、活化能和过渡态

反应物与产物之间的能量差，叫反应热（heatofreaction）用ΔH表示。如：键离解能kJ·mol-1435243349431ΔH=435+243-349-431=-102（kJ·mol-1）这里规定正值为吸热，负值为放热。放热反应比吸热反应易于进行，放出热量越多，反应越易进行。ΔH=243kJ·mol-1

ΔH=4kJ·mol-1

ΔH=-106kJ·mol-1

E活化=17kJ·mol-1E活化=4kJ·mol-1ΔH=4kJ·mol-1ΔH=-106kJ·mol-1过渡态过渡态过渡态与反应物之间的能量差是形成过渡态所必需的最低能量，也是使这个反应能够进行所需要的最低能量，叫做活化能，用E活化表示。

4）一般烷烃的卤代反应历程。链引发链增长链终止离解能kJ·mol-1435410395380自由基的稳定性次序：3°R·＞2°R·＞1°R·＞CH3·不同氢原子的活泼性次序：3°H＞2°H＞1°H七烷烃的天然来源（自学）4、环烷烃的化学性质1）取代反应：在光或热的引发下，环烷烃可发生卤代反应。例：2）氧化反应：2）环烷烃的开环反应A催化加氢环丙烷可使溴的四氯化碳溶液褪色；环丁烷在室温下与卤素的加成反应较困难，环戊烷以上的烷烃一般不能使溴的四氯化碳溶液褪色。可以鉴别环丙烷。B加卤素C加卤化氢环的断裂发生在取代基最多和取代基最少的碳原子之间。（符合马氏规则）即：氢加到含氢多的碳原子上，卤素加到含氢少的碳原子上。作业：3；5；6；14、（1