《油田基础化学》课件-第七章 有机化合物

油田基础化学第七章有机化合物一有机化合物的概述二烃

（一）烷烃

（二）烯烃

（三）炔烃

三烃的衍生物

（一）卤代烃

（二）醇醚酚（三）醛酮（四）羧酸（一）有机化学的产生和发展（二）有机化学的相关概念（三）有机化合物的特点（四）有机化合物的分类（五）碳原子和氢原子的类型一有机化合物的概述一有机化合物的概述

（一）有机化学的产生和发展

1、1828年氟·维勒（FWohler）德国

NH4OCN→NH4CONH4

用氰酸铵（无机物）合成尿素（有机物），摧毁“生命力”学说。

“生命力”学说认为：无机物无法变成有机物，有机物只能由生物细胞在生命力的作用下才能产生，人工合成是不可能的。一有机化合物的概述2、19世纪中后期有机化学成为一门科学

有机化合物看作碳氢化合物，有机化学看作碳氢化合物化学。

一有机化合物的概述

3、20世纪以来，随着量子力学的引入分析手段和计算机的广泛应用，提出了价键理论、分子轨道理论和分子轨道守恒理论，揭示了化学键的本质。（1）1917年美·路易斯用r电子对来说明“化学键”的生成。（2）1931年德·休克尔用量子化学的方法解决了不饱和化合物和芳烃的结构问题。（3）1933年英·英果尔德用化学动力学方法研究饱和碳原子上亲核取代反应的机理。

一有机化合物的概述

（二）有机化学的相关概念

1有机化学

有机化学是指研究有机物的组成、结构、性质及变化规律的科学。（1）天然产物的研究（提纯）（2）有机化合物的结构测定

a定性：确定元素组成；b定量：确定元素含量，推出结构简式；c经验式、分子式的确定；d结构式的确定（IR、NMR、MS、UV）（3）有机合成（4）反应机理的研究（改变条件，提高产率）一有机化合物的概述

2有机化合物

有机化合物是指碳氢化合物及碳氢化合物衍生而得的化合物。碳氢化合物是指仅由碳元素和氢元素组成的有机化合物。含碳化合物是指含有碳元素的化合物。注：（1）含碳化合物不一定是有机化合物，但有机化合物一定是含碳化合物。eg：CO2、NaCN。（2）碳氢化合物一定是有机化合物，但有机化合物不一定是碳氢化合物。CCl4、CH3COOH。一有机化合物的概述

（三）有机化合物的特点

1组成元素简单，结构复杂，化合物数量多。元素：CHONSPX少量金属元素结构：链式、环式；单键、双键、三建；碳链异构、位置异构、官能团异构。

2熔点低、沸点低、热稳定性差共价键结合

3易燃

4难溶于水“相似相溶原理”

5反应速度慢、副反应多。一有机化合物的概述

性质有机物无机物化学键共价键离子键存在状态分子离子组成相对复杂相对简单燃烧性易燃、烧尽不易燃、烧不尽熔、沸点低高水溶性多数难溶多数易溶反应速度慢快副反应易发生不易发生同分异构现象普遍存在存在一有机化合物的概述

（四）有机化合物的分类

1按碳架分类

（1）开链化合物，又称脂肪族化合物

eg：直链、支链（正、异、新）、饱和或不饱和等。（2）碳环化合物

a脂环族化合物

eg：含有双键或三键的碳环等。

b芳香族化合物

eg：含有苯环。

c杂环化合物

eg：环状结构中含有杂原子，如O、S、N等。一有机化合物的概述

2按官能团分类

官能团是指分子中比较活泼而且容易发生反应的原子或原子团。官能团决定化合物的主要性质，具有相同官能团的化合物通常具有相类似的性质，故把它们归于一类。-X、-OH、-CHO、-COOH、-NO2、-SO3H、-NH2、RCO-，这些官能团就决定了有机物中的卤代烃、醇或酚、醛、羧酸、硝基化合物或亚硝酸酯、磺酸类有机物、胺类、酰基类的化学性质。含有什么官能团的有机物就应该具备这种官能团的化学性质，不含有这种官能团的有机物就不具备这种官能团的化学性质。一有机化合物的概述

烯烃：双键（＞C=C＜）加成反应。

炔烃：三键（-C≡C-）加成反应

醚：醚键（-O-）可以由醇羟基脱水形成

磺酸：磺基（-SO3H）酸性，可由浓硫酸取代生成

腈：氰基（-CN）

酯:

酯(-COO-)水解生成羧基与羟基，醇、酚与羧酸反应生成

注:苯环不是官能团，但在芳香烃中，苯基(C6H5-)具有官能团的性质。苯基是过去的提法，现在都不认为苯基是官能团一有机化合物的概述

醇、酚：羟基(-OH)；伯醇羟基可以消去生成碳碳双键，酚羟基可以和NaOH反应生成水，与Na2CO3反应生成NaHCO3，二者都可以和金属钠反应生成氢气

醛：醛基(-CHO)；可以发生银镜反应，可以和斐林试剂反应氧化成羧基。与氢气加成生成羟基。

酮：羰基(＞C=O)；可以与氢气加成生成羟基

羧酸：羧基(-COOH)；酸性，与NaOH反应生成水，与NaHCO3、Na2CO3反应生成二氧化碳

硝基化合物：硝基(-NO2)；

胺：氨基(-NH2).弱碱性

一有机化合物的概述

（五）碳原子和氢原子的类型

1伯碳：10C与一个碳原子相连Primary

一级氢：10H，伯碳上的氢原子

2仲碳：20C与两个碳原子相连Secondary

二级氢或仲氢：20H，仲碳上的氢原子

3叔碳：30C与三个碳原子相连Tertiary

三级氢或叔氢：30H，叔碳上的氢原子

4季碳：40C与四个碳原子相连Quaternary二烃

（一）烷烃

1）烷烃的命名2）烷烃的物理化学性质（二）烯烃（三）炔烃（四）环烷烃（五）芳香烃

二烃（一）烃开链烃环烃烷烃CnH2n+2不饱和烃烯烃CnH2n炔烃CnH2n-2脂肪烃芳香烃环烷烃环烯烃环炔烃单环芳香烃稠环芳香烃多环芳香烃烃

二烃1烷烃（1）习惯命名法

规则：碳原子数+“烷”碳原子数表示方法：

a.当碳原子数≤10时，用“天干”中的甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示；

b.当碳原子数＞10时，用实际碳原子数表示。eg：CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

c.若分子中存在同分异构体，根据分子中支链多少，以“正、异、新”表示

eg：正戊烷、异戊烷、新戊烷

二烃正异新

二烃（2）系统命名法

A.定主链，称“某烷”

a.选取含碳原子数最多的链为主链

二烃

b.有多条最长碳链时，选取取代基最多的那条碳链为主链

二烃B.编主链序号，定取代基位置

a.从离取代基最近的一端开始，用数字“1、2、3”等给主链上的碳原子依次编号

二烃

b.主链上连有多个相同取代基时，用中文“二、三、四”等表示相同取代基数目；用于表示相同取代基位置的数字用“，”隔开；数字与取代基名称之间用“-”隔开。2,4-二甲基己烷2，7，8-三甲基癸烷

二烃

c.主链上连有多种不同取代基时，简单的取代基写在前面，复杂的取代基写在后面，中间用“-”隔开。3-甲基-4-乙基己烷

d.当取代基离主链两端的距离相等且取代基相同时，以取代基所在位置之和最小为准。2，2，4-三甲基戊烷二烃

e.当取代基离主链两端距离相等但取代基不同时，从简单取代基一端开始编号。3-甲基-5-乙基庚烷3，4-二甲基-3-乙基己烷二烃

C.写名称

取代基在前，注位置，连短线；不同基，简在前；相同基，合并写。

当写完取代基后出现的第一个汉字一定体现链的长度。二烃

练习：2-甲基丁烷3，5-二甲基庚烷3-甲基-6-乙基辛烷2，4-二甲基-4-乙基己烷二烃

3-甲基-4-乙基庚烷3-甲基-5-乙基庚烷2，2，4，4-四甲基己烷3，5-二甲基-3-乙基庚烷二烃

二烃2烯烃、炔烃与烷烃相似，不同点是主链必须含有双键或三键，规则：

（1）选主链，含双键、三键、双三键；（2）定编号，近双键、三键、双三键，称某烯、某炔、烯炔注：烯炔一般从离双、三键近的一端编号，不考虑双、三键编号的大小；当双三键离主链两端距离相等时，从双键一端开始编号。

（3）写名称，标双键、三键位置。

二烃3，5-二甲基-2-己烯4-甲基-1-戊炔3-戊烯-1-炔1-戊烯-3-炔

二烃3环烷烃（1）简单的环烃一般在与其相应的链烃名称前加上词头“环”。环己烷1-甲基环己烷1，3-二甲基环己烷

二烃（2）桥环烃

a.双环、三环为词头；

b.各桥所含碳原子数写在“[]”内，须排除同属于双环或三环的碳原子。

c.环碳原子编号时：从桥的一端开始，循最长的环节编到桥的另一端；然后再循余下的最长环节编回起始桥端；最短的环节最后编号。双环[3,2,1]辛烷

二烃（3）螺环烃

a.螺、二螺为词头；

b.各螺所含碳原子数写在“[]”内，须排除螺原子。

c.螺环原子开始编号时：从邻螺原子的碳原子开始编号；从小环编到大环。螺[3,4]辛烷

二烃4芳香烃命名原则：按西文名的音，用单个草字头给予特定名称。

简单苯取代物，以苯环作为母体，烷基作为取代基。(邻、间、对)苯萘1-异丙基苯

二烃5杂环规则：含一个杂原子的化合物，从杂原子开始编号；含一种以上杂原子的化合物，按O、S、N顺序依次编号。吡咯噻吩呋喃吡啶

二烃

重点：

掌握烃类的命名方法

作业：PPT作业1：3-乙基戊烷2，3-二甲基戊烷3，5-二甲基-3-乙基庚烷3-甲基-6-乙基辛烷4-甲基-1-戊烯三作业2-丁炔1，3-丁二烯2-乙基-1，3-戊二烯3-戊烯-1-炔三作业1-己烯-5-炔三有机化合物的反应类型引言

有机反应是指旧共价键的断裂与新共价键的形成过程。共价键的断裂方式：均裂：成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团。

异裂：成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基团所占有，形成正、负离子。异裂既可以产生碳正离子、也可以产生碳负离子。（一）自由基反应

1概念：自由基反应是指自由基参与的各种化学反应。自由基的反应属于均裂。三有机化合物的反应类型2反应历程

(1)a链引发b链锁反应c终止反应（2）CH3CH=CH2+HBr→CH3CH2CH2Br（RO-OR、hv）

a链引发

RO-OR→RO·+·ORRO·+HBr→R-OH+Br·b链锁反应

Br·+CH3CH=CH2→CH3CH·CH2BrCH3CH·CH2Br+HBr→CH3CH2CH2Br+Br·c终止

Br·+·Br→Br-Br2CH3CH·CH2Br→Br·+CH3CH·CH2Br→CH3CHBrCH2Br三有机化合物的反应类型

反马氏规则：不对称的烯烃与卤化氢等极性试剂加成时，氢加到含氢较少的碳原子上，而其它部分则加到含氢多的碳原子上。CH3CH=CH2+HBr→CH3CH2CH2Br（RO-OR、hv）三有机化合物的反应类型（二）离子型反应

1概念

离子型反应是指共价键发生异裂时，成键电子集中在一个碎片上，产生正负离子，再由正负离子与进攻试剂之间进行的反应。

正负离子非常活泼，不能稳定存在三有机化合物的反应类型2分类一般在酸碱或极性物质（包括极性溶剂）催化作用下，根据反应试剂类型的不同又可分为亲电反应和亲核反应。自由基反应离子型反应三有机化合物的反应类型（三）亲电反应1概念亲电反应是指缺电子试剂（称为亲电试剂）进攻另一化合物电子云密度较高区域引起的反应。缺电子试剂：碳正离子三有机化合物的反应类型2反应历程（1）三有机化合物的反应类型苯环上引入取代基的重要方法。

第一类取代基：邻、对位取代基

eg:-NH2、-OH、-OCH3、-X等

第二类取代基：间位取代基

eg:-NO2、-SO3H、-CN等三有机化合物的反应类型（2）CH3CH=CH2+HX→CH3CHX-CH3

马氏规则：不对称烯烃与卤化氢等极性试剂加成时，氢（或试剂中带正电荷的部分）主要加到含氢较多的碳原子上，而其它部分加到含氢少的碳原子上。三有机化合物的反应类型（四）亲核反应1概念

亲核反应是指电负性低的试剂（亲核试剂）进攻反应底物中带正电的部分而引起的反应。亲核试剂：负离子三有机化合物的反应类型2反应历程（1）(CH3)3C-Br+OH-→(CH3)3C-OH+Br-SN1单分子亲核取代反应Substitution取代Nucleophilic亲核的三有机化合物的反应类型（2）CH3-Br+OH-→CH3-OH+Br-SN2双分子亲核取代反应三有机化合物的反应类型（五）消除反应1概念消除反应是指有机物在适当的条件下，从一个分子中脱去一个或几个小分子（如H20、HX等），而生成不饱和化合物的反应。三有机化合物的反应类型2反应历程（1）(CH3)3C-X→(CH3)2C=CH2

碱性E1单分子消除反应三有机化合物的反应类型（2）CH3-CH2-CH2X→CH3-CH=CH2

碱性E2双分子消除反应三有机化合物的反应类型（六）取代反应有机物分子中的一种原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应叫做取代反应。根据反应历程不同，可分为自由基取代反应、亲核取代反应、亲电取代反应。三有机化合物的反应类型四烃类的物理化学性质(一)烷烃

1物理性质（1）状态

C1-4气体，C5-16液体，≥C17固体。（2）沸点boilingpoint（bp）

bp指液体开始沸腾时的温度，特指液体的蒸汽压等于外部压力时的温度。

a直链烷烃的bp一般随相对分子量的增加而升高。

因为bp与分子间作用力有关（范德华力），烷烃是非极性分子，范德华力主要产生于色散力。色散力的大小与分子中原子的数目和大小有关，烷烃分子中碳原子数目增多，则色散力增大，因此，分子间范德华力增大，沸点随之升高。

b在碳原子数相同的烷烃异构体中，含支链越多的烷烃，相应沸点越低。因为色散力只有在很近的距离内才能有效地作用，随着距离的增加而很快地减弱。所以，烷烃支链增多时空间阻碍增大，分子间靠的不紧密，相距较远，色散力相应减弱，从而使分子间力减小，沸点必然相应降低。四烃类的物理化学性质四烃类的物理化学性质

（3）熔点meltingpoint（mp）

mp不仅相对分子量有关，还与晶体中晶格排列的对称性有关。一般随着相对分子量的增加而升高；分子对称性大的烷烃晶格排列比较紧密，熔点相对要高些。因此，含偶数碳原子的熔点通常比含奇数碳原子的烷烃熔点升高较多，构成相应的两条熔点曲线，偶数居上，奇数居下。四烃类的物理化学性质四烃类的物理化学性质

（4）相对密度烷烃比水轻，相对密度都小于1。

烷烃的相对密度一般随相对分子量的增加逐渐增大。这也是与分子间作用力（范德华力）有关，分子间的作用力增大，则分子间的距离相应的减小，所以相对密度增大。四烃类的物理化学性质

（5）溶解度

“相似互溶”原则

eg：离子型或强极性的化合物能溶于强极性的溶剂如水中，而不溶于非极性的溶剂汽油中。非极性的化合物烷烃则易溶于非极性的溶剂汽油中，而不溶于强极性的溶剂水中。（6）折射率与有机化合物的结构有关。一般直链烷烃的折射率随相对分子量的增加而升高。四烃类的物理化学性质2化学性质烷烃是很稳定的化合物，一般在常温下不与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂起作用。（1）卤化反应

a反应历程：自由基取代反应

b卤素反应时的相对活性：F2＞Cl2＞Br2＞I2c卤化反应的取向与自由基的稳定性

H原子被卤化的次序：30H＞20H＞10H

自由基的稳定性：叔烷基自由基＞仲烷基自由基＞伯烷基自由基四烃类的物理化学性质（2）氧化反应

a燃烧（完全氧化）

CO2和H2O

b部分氧化

生成醇、醛、酸等含氧衍生物

以石蜡为原料，制备高级脂肪酸（肥皂的原料）。四烃类的物理化学性质（3）异构化反应从化合物的一种异构体转变成另一种异构体的反应，称为异构化反应。

直链烷烃异构化为带支链的烷烃可以提高汽油的辛烷值。四烃类的物理化学性质

（4）裂化反应烷烃在没有氧气存在下进行的热分解反应叫做裂化反应。

由较长的烷烃分解为较短碳链的烷烃、烯烃和氢，同时伴随异构化、环化等反应。四烃类的物理化学性质裂化热裂化：500-700℃催化裂化：450-500℃，硅酸铝为催化剂裂解（深度裂化）：高于700℃四烃类的物理化学性质3来源和制备（1）石油和天然气四烃类的物理化学性质（2）烷烃的制备

烯烃加成四烃类的物理化学性质（二）烯烃和炔烃

1物理性质（1）状态

C2-4的烯烃和炔烃为气体，C5开始为液体，高级烯烃和炔烃为固体。（2）bp、mp、相对密度

一般bp、mp和相对密度都随分子量的增加而增加。

（3）溶解性难溶于水，易溶于非极性和弱极性的有机溶剂，如石油醚、乙醚、四氯化碳和苯等。四烃类的物理化学性质2化学性质（1）加氢四烃类的物理化学性质（2）亲电加成

a与X2加成产物为二卤代物。卤素反应活性：氟＞氯＞溴＞碘

b与卤化氢加成（Markovnikov规则）

卤代烃反应活性；HI＞HBr＞HCl

当为自由基反应时，产物符合反马氏规则四烃类的物理化学性质c与硫酸加成d与水加成四烃类的物理化学性质3制备（1）烯烃的制备四烃类的物理化学性质（2）炔烃的制备四烃类的物理化学性质（三）脂环烃

1物理性质（1）状态无色，具有一定气味的物质。环C3-4气体，环C5-8液体，≥环C9固体。（2）bp、mp、相对密度

bp一般随环相对分子量的增加而升高。脂环烃的bp、mp、相对密度比同碳原子数的烷烃高。（3）溶解度

“相似互溶”原则：不溶于水。四烃类的物理化学性质2化学性质脂环烃的化学性质与烷烃相似，可以发生卤化反应和氧化反应，但由于环的存在也具有其特殊性，尤其小环环烷烃与烯烃相似，可以开环发生加成反应。

（1）取代反应四烃类的物理化学性质（2）加成反应a加氢环己烷及更高级的环烷烃开环加氢更为困难。四烃类的物理化学性质b加卤素

环戊烷以上的环烷烃难于与溴进行开环加成反应，但温度升高时则发生自由基取代反应。四烃类的物理化学性质3制备（1）芳烃催化加氢（2）分子内偶联Wurtz合成法四烃类的物理化学性质1.K[PtCl3NH3]

2.(CH3)2CHCH2CH(C2H5)2

3.4.[Co(NH3)5Cl2]Cl

5.邻羟基苯甲醛

作业（四）单环芳烃

1物理性质（1）状态苯及其同系物为无色液体，特殊气味，有毒。

（2）bp、mp、相对密度

苯环上直链烷基链上碳原子数增加时，bp、mp、相对密度也增大。在二取代苯的邻间对异构体中，对位熔点比邻间位取代高。相对密度小于1，但比相对分子质量相近的烷烃、烯烃大。四烃类的物理化学性质（3）溶解性不溶于水，可溶于有机溶剂。可用二甘醇萃取。

2化学性质（