1、1,第二章 飽和烴：烷烴和環(huán)烷烴,烴： 只含碳?xì)涞幕衔?ting： tan qing 脂肪烴 飽和烴：烷烴(石蠟烴) 烴 不飽和烴 烯烴 炔烴 脂環(huán)烴 飽和烴：環(huán)烷烴 不飽和烴 環(huán)烯烴 環(huán)炔烴,2.1 烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu),6,2.1 烷烴和環(huán)烷烴的通式和構(gòu)造異構(gòu) 2.1.1 烷烴和環(huán)烷烴的通式 烷烴 同系列中的第一個(gè)化合物有特性,7,(2) 環(huán)烷烴,(單)環(huán)烷烴,通式：CnH2n,橋環(huán)烴（稠環(huán)）,橋環(huán)烴,螺環(huán)烴,8,2.1.1 烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu) 僅有鏈異構(gòu)，又稱碳架異構(gòu) (1) 隨碳原子數(shù)增加，異構(gòu)體數(shù)目增加,9,C4 以上烷烴出現(xiàn)同分異構(gòu)現(xiàn)象,C4H10,C5H12,C6H

2、14,C20H42,366,319,同分異構(gòu)體數(shù),2,3,5,10,(2) 構(gòu)造異構(gòu)體的物理性質(zhì)不同 bp、mp、相對密度、光譜、 溶解度、折光率、存在形式 2.2 烷烴和環(huán)烷烴的命名 2.2.1 伯、仲、叔、季碳原子和 伯、仲、叔 氫原子,11,1 C（伯碳，一級碳）,primary carbon,2 C （仲碳，二級碳）,secondary carbon,tertiary carbon,3 C （叔碳，三級碳）,4 C （季碳，四級碳）,quaternary carbon,12,2.2.2 烷基和環(huán)烷基 烷烴和環(huán)烷烴去掉一個(gè)氫原子余下的基團(tuán) 通常5個(gè)碳以下 RH R (radical 基、

3、原子團(tuán)),13,一些常見的烷基,14,15,16,亞烷基 烷烴去掉二個(gè)氫原子余下的基團(tuán) 亞甲基 環(huán)烷基 環(huán)丙基 環(huán)丁基 環(huán)戊基 環(huán)己基,17,2.2.3 烷烴的命名 反映分子中的 原子組成 數(shù)目 化合物的結(jié)構(gòu) (1) 普通命名法(習(xí)慣命名法) 簡單、方便，只適用于含碳原子少的烷烴 根據(jù)分子中碳原子的數(shù)目而稱為某烷 直鏈烷烴 碳原子數(shù)從一到十，以天干名稱表示： 甲、乙、丙、丁、戊、 己、庚、辛、壬、癸 碳原子數(shù)大于十，以數(shù)目稱之： 十一、十二、三十二,18,正庚烷,正辛烷,正壬烷,正癸烷,正十一烷,正十二烷,正十三烷,正二十烷,19, 區(qū)別同分異構(gòu)體，冠以詞頭：正、異、新,正己烷,異己烷,新己烷

4、,如何命名？,如何命名？,20,(2) 衍生命名法 能簡明地反映結(jié)構(gòu)，不適用于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的烷烴 以甲烷為母體，其它烷烴都看作甲烷的烷基衍生物。選連接烷基最多的碳原子作為甲烷的碳原子 烷基按次序規(guī)則(見P73)列于名稱中 二甲基(正)丙基異丙基甲烷,21,(3) 系統(tǒng)命名法 根據(jù)IUPAC 命名原則，結(jié)合我國文字上 的特點(diǎn)制定 1892年日內(nèi)瓦 1960年制定 國際化學(xué)會議擬訂 1979年修訂 1980年修訂 直鏈烷烴 與習(xí)慣命名法一致 支鏈烷烴 看作是直鏈烷烴的烷基衍生物,22,主鏈的選擇和取代基位置編號,最長鏈為主鏈 取代基編號數(shù)最小,23,不同基團(tuán)編號相同時(shí)，使小取代基編號最小,24,含支

5、鏈的取代基的命名,仲丁基 2-丁基 1-甲基丙基,這樣選取主鏈及編號是否合適？,最低系列原則：比較各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者定為最低系列,25,以環(huán)為母體，名稱用“環(huán)” 開頭。 環(huán)外基團(tuán)作為環(huán)上的取代基,2.2.4 環(huán)烷烴的命名 (1) 單環(huán)環(huán)烷烴 環(huán)某烷為母體,環(huán)丙烷,環(huán)己烷,甲基環(huán)丙烷,1, 3-二甲基環(huán)己烷,1-甲基-4-異丙基環(huán)己烷,取代基位置數(shù)字取最小,26,環(huán)丙基環(huán)己烷,3-甲基-4-環(huán)丁基庚烷, 環(huán)為取代基,27,(2) 二環(huán)環(huán)烷烴 聯(lián)環(huán)：兩環(huán)以單鍵或雙鍵相連 常見的是兩個(gè)相同環(huán)組成，稱為聯(lián)二環(huán)某烷或聯(lián)環(huán)某烷 聯(lián)二環(huán)丙烷,聯(lián)環(huán)丙烷,28, 橋環(huán)烷烴 兩環(huán)共用兩個(gè)或更多

6、個(gè)碳原子 含稠環(huán)：兩環(huán)共用兩個(gè)相鄰碳原子,橋 頭 碳：幾個(gè)環(huán)共用的碳原子， 橋頭間的碳原子數(shù)：不包括橋頭C，由多到少列出 環(huán)的編號方法：從橋頭開始，先長鏈后短鏈,橋頭碳原子,十氫萘,29,8-甲基二環(huán)4. 3. 0壬烷,用,隔開,三環(huán)2. 2. 1. 02, 6,30, 螺環(huán)烷烴：兩個(gè)環(huán)共用一個(gè)碳原子 螺碳原子,編號從小環(huán)開始 取代基數(shù)目取最小,除螺C外的碳原子數(shù) (用.隔開),組成橋環(huán)的碳原子總數(shù),31,2.3 烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu) 2.3.1 鍵的形成及其特性 (1) 碳原子軌道的雜化狀態(tài) SP3雜化 成分：1/4 S，3/4 P 方向：一頭大，電子云偏向該方，利于成鍵 一頭小 對稱軸夾角：

7、109.5，價(jià)電子彼此離得最遠(yuǎn)， 斥力最小,32,(2) 鍵的形成 原子軌道沿鍵軸相互交叉，形成圓柱型軸對稱 頭碰頭 軌道，稱為軌道 希臘字母，相當(dāng)于S Symmety 對稱 軌道上的電子稱電子 軌道構(gòu)成的共價(jià)鍵稱鍵 C-H 鍵 C-C 鍵,33,(3) 鍵的特性 鍵以鍵軸為對稱軸，成鍵時(shí)軌道交叉程度大，鍵牢固 以鍵相連接的兩個(gè)原子可以相對旋轉(zhuǎn)，不影響電子云的分布,34,35,2.3.2 環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與環(huán)的穩(wěn)定性 (1) 燃燒熱與穩(wěn)定性 1mol化合物完全燃燒生成CO2和水所放出的熱量 其大小反映分子能量的高低，可提供有關(guān)化合物穩(wěn)定性的依據(jù) 開鏈烷烴分子每增加一個(gè)亞甲基，燃燒熱增值658.6k

8、J/mol 環(huán)烷烴可看作多個(gè)亞甲基相連的化合物 燃燒熱不象烷烴那樣有規(guī)律 不同環(huán)烷烴中的亞甲基單元的燃燒熱因環(huán)的大小不同而有明顯差別,36,高于開鏈烷烴的能量，稱為張力能,環(huán)烷烴的燃燒熱數(shù)據(jù),(2) 張力能 角張力：鍵角偏離正常鍵角引起的張力 扭轉(zhuǎn)張力：構(gòu)象是重疊式引起的張力,37,環(huán)丙烷,角張力（angle strain）： 環(huán)的角度與sp3軌道夾角差別引起的張力,Newman投影式,所有C-H 鍵均為重疊式構(gòu)象，有扭轉(zhuǎn)張力,平面型,38,環(huán)丁烷,若為平面型分子,穩(wěn)定構(gòu)象,角張力 扭轉(zhuǎn)張力,角張力稍增加, 扭轉(zhuǎn)張力明顯減小,90o,重疊式構(gòu)象,扭曲式構(gòu)象,88o,39, 環(huán)戊烷 幾乎沒有角張

9、力 以信封型和扭曲型來降低扭轉(zhuǎn)張力,=,40, 環(huán)己烷,如果環(huán)己烷的 6 個(gè)碳原子在同一平面上: 將有角張力 將有扭轉(zhuǎn)張力,環(huán)己烷不是平面型分子,41,椅式,船式,C2, C3, C5, C6 共平面,42, 712C環(huán)：沒有角張力，存在扭轉(zhuǎn)張力 更大的環(huán)，自然界中少見 2.4 烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象 由于烷烴分子中的碳原子可以以C-C 鍵為軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這就使得碳原子上的基團(tuán)在空間的相對位置隨之發(fā)生變化，產(chǎn)生不同形象的分子，屬于立體異構(gòu)中的構(gòu)象異構(gòu),43,描述立體結(jié)構(gòu)的幾種方式,傘形式,鋸架式,Newman投影式,44,鍵電子云排斥， von der waals排斥力，內(nèi)能較高（最不穩(wěn)定）,2.4

10、.1 乙烷的構(gòu)象,交叉式構(gòu)象,扭曲式構(gòu)象,重疊式構(gòu)象,原子間距離最遠(yuǎn) 內(nèi)能較低 （最穩(wěn)定）,（有無數(shù)個(gè)）,45,乙烷構(gòu)象轉(zhuǎn)換與勢能關(guān)系圖,旋轉(zhuǎn)中須克服能壘扭轉(zhuǎn)張力 電子云排斥 相鄰兩H間的von der waals排斥力,一般情況下( T-250oC): 單個(gè)乙烷分子：絕大部分時(shí)間在穩(wěn)定構(gòu)象式上。 一群乙烷分子：某一時(shí)刻，絕大多數(shù)分子在穩(wěn)定的構(gòu)象式上。,46,構(gòu)象互變的可能性 單鍵旋轉(zhuǎn)的能量差一般在12.641.8 kJ/mol之間，室溫下分子間的碰撞可能產(chǎn)生84kJ/mol的能量，足以越過此能壘，使各種構(gòu)象容易迅速互變 分子在某一構(gòu)象停留的時(shí)間很短（ 2o 1o,1o 自由基 較難生成,1o

11、 自由基 較難生成,不同類型自由基的相對穩(wěn)定性,鍵離解能（DH）,66,(4) 反應(yīng)活性與選擇性 鹵素不同，反應(yīng)活性不同 F2 Cl2 Br2 I2 難控制 取代叔仲伯氫 取代叔仲氫 難反應(yīng) 有實(shí)用價(jià)值 符合C-X鍵鍵能規(guī)律 CH3-F CH3-Cl CH3-Br CH3-I 451 349 293 234 kJ/mol 形成共價(jià)鍵釋放的能量減少，反應(yīng)活性降低,67,隨鹵素活性減弱，選擇性增加 2.6.2 氧化反應(yīng) (1) 完全氧化 燃燒，放熱 原油 汽油 煤油 柴油 潤滑油 重油 40200 130250 250350 350500 500 (2) 控制氧化 得醇、醛、酮、羧酸等，混合物 個(gè)別反應(yīng)有應(yīng)用,68,69,2.6.3 異構(gòu)化反應(yīng) 一種異構(gòu)體轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N異構(gòu)體的反應(yīng) 煉油工業(yè)將石油餾分中的直鏈烷烴(沸點(diǎn)高) 異構(gòu)化為支鏈烷烴(沸點(diǎn)低)，以提高汽油質(zhì)量 抗爆性好 抗爆性差 “爆燃”現(xiàn)象縮短發(fā)動機(jī) 壽命，增加汽油耗量 提高辛烷值 汽油抗爆性的表示單位，規(guī)定異辛烷(2,2,4-三甲 基辛烷)的辛烷值為100，正庚烷的辛烷值為0 四乙基鉛能提高汽油抗爆性，但污染環(huán)境。現(xiàn)有用甲基叔丁基醚,70,2.6.4 裂化反應(yīng) 烷烴和環(huán)烷烴在高溫、無氧條件下進(jìn)行的熱分解反應(yīng)，是石化工業(yè)由重質(zhì)油獲得輕質(zhì)油和低級烯烴的方法 熱裂化 催化裂化 深度裂化(裂解),7