饱和烃烷烃和环烷烃课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Chapter 3,*,第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃,烃： 只含碳氢的化合物,t,ing,：,t,an q,ing,脂肪烃 饱和烃：烷烃,(,石蜡烃,),烃 不饱和烃 烯烃,炔烃,脂环烃 饱和烃：环烷烃,不饱和烃 环烯烃,环炔烃,1,2.1,烷烃和环烷烃的通式和构造异构,2.1,烷烃和环烷烃的通式和构造异构,2.1.1,烷烃和环烷烃的通式,烷烃,同系列中的第一个化合物有特性,同系列：,有相同通式、结构上相差一定的“原子团”的一系列化合物。,同系物：,同系列中的化合物为同系物。,烷烃的通式,：,C,n,H,2n+2,（例：,CH,4, C,2,H,6, C,3,H,8, C,4,H,10, ,）,同系列,（同系物, Homologs,）,6,(2),环烷烃,(,单,),环烷烃,通式：,C,n,H,2n,桥环烃（稠环）,桥环烃,螺环烃,7,2.1.1,烷烃和环烷烃的构造异构,仅有链异构，又称碳架异构,(1),随碳原子数增加，异构体数目增加,CH,4,C,2,H,6,C,3,H,8,无异构体,C1C3,烷烃无异构现象,8,C4,以上烷烃出现同分异构现象,C,4,H,10,C,5,H,12,C,6,H,14,C,20,H,42,366,319,同分异构体数,2,3,5,9,(2),构造异构体的,物理性质,不同,bp,、,mp,、相对密度、光谱、,溶解度、折光率、存在形式,2.2,烷烃和环烷烃的命名,2.2.1,伯、仲、叔、季碳原子和,伯、仲、叔 氢原子,10,1,C,（伯碳，一级碳）,primary carbon,2,C,（仲碳，二级碳）,secondary carbon,tertiary carbon,3,C,（叔碳，三级碳）,4,C,（季碳，四级碳）,quaternary carbon,1,H,（伯氢）,2,H,（仲氢）,3,H,（叔氢）,11,2.2.2,烷基和环烷基,烷烃和环烷烃去掉一个氢原子余下的基团,通常,5,个碳以下,RH R,(radical,基、原子团,),12,一些常见的烷基,13,14,15,亚烷基,烷烃去掉二个氢原子余下的基团,亚甲基,环烷基,环丙基 环丁基 环戊基 环己基,16,2.2.3,烷烃的命名,反映分子中的,原子组成,数目,化合物的结构,(1),普通命名法,(,习惯命名法,),简单、方便，只适用于含碳原子少的烷烃,根据分子中碳原子的数目而称为某烷,直链烷烃,碳原子数从一到十，以天干名称表示：,甲、乙、丙、丁、戊、,己、庚、辛、壬、癸,碳原子数大于十，以数目称之：,十一、十二、三十二,17,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,18,区别同分异构体，冠以词头：正、异、新,正,己烷,异,己烷,新,己烷,如何命名？,如何命名？,19,(2),衍生命名法,能简明地反映结构，不适用于结构较复杂的烷烃,以,甲烷为母体,，其它烷烃都看作甲烷的烷基衍生物。选连接烷基最多的碳原子作为甲烷的碳原子,烷基按次序规则,(,见,P,73,),列于名称中,二甲基,(,正,),丙基异丙基甲烷,20,(3),系统命名法,根据,IUPAC,命名原则,，结合,我国文字上,的特点,制定,1892,年日内瓦,1960,年制定,国际化学会议拟订,1979,年修订,1980,年修订,直链烷烃,与习惯命名法一致,支链烷烃,看作是直链烷烃的烷基衍生物,21,主链的选择和取代基位置编号,最长链为主链,取代基编号数最小,取代基最多的链为主链,小基团排在前面（英文以字母顺序排列）,22,不同基团编号相同时，使小取代基编号最小,相同取代基合并用,大写,数字表示（,英文表示基团数目用词头,di, tri, tetra, penta, hexa,表示）,用“,”,隔开,23,含支链的取代基的命名,仲丁基,2,-,丁基,1,-,甲基丙基,2, 7,-,二甲基,-,4,-,仲丁基,辛烷,2, 7,-,二甲基,-,4,-,(2,-,丁基,),辛烷,2, 7,-,二甲基,-,4,-,(1,-,甲基丙基,),辛烷,这样选取主链及编号是否合适？,最低系列原则：比较各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者定为最低系列,24,以环为母体，名称用,“,环,”,开头。,环外基团作为环上的取代基,2.2.4,环烷烃的命名,(1),单环环烷烃,环某烷为母体,环,丙烷,环,己烷,甲基,环,丙烷,1, 3-,二甲基,环己烷,1,-,甲基,-,4,-,异丙基,环己烷,取代基位置数字取最小,25,环丙基,环己烷,3,-,甲基,-,4,-,环丁基,庚烷,环为取代基,26,(2),二环环烷烃,联环：两环以单键或双键相连,常见的是两个相同环组成，称为联二环某烷或联环某烷,联二环丙烷,联,环丙烷,27,桥环烷烃,两环共用两个或更多个碳原子,含稠环：两环共用两个相邻碳原子,桥 头 碳：,几个环共用的碳原子，,桥头间的碳原子数：,不包括桥头,C,，由多到少列出,环的编号方法：,从桥头开始，先长链后短链,桥头碳原子,十氢萘,二环,4. 4. 0,癸烷,bicyclo,4. 4. 0,decane,桥头间的碳原子数,(,用,.,隔开,),环的数目,组成桥环的碳原子总数,28,8,-,甲基,二环,4. 3. 0,壬烷,用,隔开,三环,2. 2. 1.,0,2, 6,二环,2. 2. 1,庚烷,2, 7, 7,-,三甲基,二环,2. 2. 1,庚烷,2, 7, 7,-,trimethyl,bicyclo,2. 2. 1heptane,29,螺环烷烃：两个环共用,一个碳原子,螺碳原子,编号从小环开始,取代基数目取最小,螺,4. 5,癸烷,spiro,4. 5decane,4,-,甲基,螺,2. 4,庚烷,4,-,methyl,spiro,2. 4heptane,除螺,C,外的碳原子数,(,用,.,隔开,),组成桥环的碳原子总数,30,2.3,烷烃和环烷烃的结构,2.3.1,键的形成及其特性,(1),碳原子轨道的杂化状态,SP,3,杂化,成分：,1/4 S,，,3/4 P,方向：一头大，电子云偏向该方，利于成键,一头小,对称轴夹角：,109.5,，价电子彼此离得最远，,斥力最小,31,(2),键的形成,原子轨道,沿键轴相互交叉,，形成圆柱型轴对称,头碰头,轨道，称为,轨道,希腊字母，相当于,S,Symmety,对称,轨道上的电子称,电子,轨道构成的共价键称,键,C-H,键,C-C,键,32,(3),键的特性,键以键轴为对称轴，成键时轨道交叉程度大，键牢固,以,键相连接的两个原子可以相对旋转，不影响电子云的分布,33,Space Filling,Model,Ball andStick Model,34,2.3.2,环烷烃的结构与环的稳定性,(1),燃烧热,与稳定性,1mol,化合物完全燃烧生成,CO,2,和水所放出的热量,其大小反映分子能量的高低，可提供有关化合物稳定性的依据,开链烷烃分子每增加一个亚甲基，燃烧热增值,658.6kJ/mol,环烷烃可看作多个亚甲基相连的化合物,燃烧热不象烷烃那样有规律,不同环烷烃中的亚甲基单元的燃烧热因环的大小不同而有明显差别,35,每个,CH,2,的燃烧,(KJ/mol),每个,CH,2,的燃烧热,(KJ/mol),小环,C,3,C,4,环丙烷,697.1,环丁烷,686.1,中环,C,8,C,11,环辛烷,663.8,环壬烷,664.6,环癸烷,663.6,普通环,C,5,C,7,环戊烷,664.0,环己烷,658.6,环庚烷,662.4,大环,C,12,环十四烷,658.6,环十五烷,659.0,高于,开链烷烃的能量，称为张力能,环烷烃的燃烧热数据,(2),张力能,角张力：键角偏离正常键角引起的张力,扭转张力：构象是重叠式引起的张力,36,环丙烷,角张力（,angle strain,）：,环的角度与,sp,3,轨道夹角差别引起的张力,Newman,投影式,所有,C,-,H,键均为重叠式构象，,有扭转张力,平面型,37,环丁烷,若为平面型分子,稳定构象,角张力,扭转张力,角张力稍增加,扭转张力明显减小,90,o,重叠式构象,扭曲式构象,88,o,38,环戊烷,几乎没有角张力,以,信封型,和扭曲型来降低扭转张力,=,39,环己烷,如果环己烷的,6,个碳原子在同一平面上,:,将有角张力,将有扭转张力,偏离,109.5,o,C-H,重叠,环己烷不是平面型分子,40,椅式,船式,C2, C3, C5, C6,共平面,41, 712C,环：没有角张力，存在扭转张力,更大的环，,自然界中少见,2.4,烷烃和环烷烃的构象,由于烷烃分子中的碳原子可以以,C-C,键为轴进行旋转，这就使得碳原子上的基团在空间的相对位置随之发生变化，产生不同形象的分子，属于立体异构中的构象异构,42,描述立体结构的几种方式,伞形式,锯架式,Newman,投影式,43,键电子云排斥，,von der waals,排斥力，,内能较高,（最不稳定）,2.4.1,乙烷的构象,交叉式构象,扭曲式构象,重叠式构象,原子间距离最远,内能较低,（最稳定）,（有无数个）,小于两个,H,的,von der waals,半径（,1.2,）之和，有排斥力,44,乙烷构象转换与势能关系图,旋转中须克服能垒,扭转张力,电子云排斥,相邻,两,H,间的,von,der,waals,排斥力,一般情况下,( T-250,o,C):,单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。,一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。,45,构象互变的可能性,单键旋转的能量差一般在,12.641.8 kJ/mol,之间，室温下分子间的碰撞可能产生,84kJ/mol,的能量，足以越过此能垒，使各种构象容易迅速互变,分子在某一构象停留的时间很短（,2,o,1,o,1,o,自由基,较难生成,1,o,自由基,较难生成,不同类型自由基的相对稳定性,键离解能（,DH,）,65,(4),反应活性与选择性,卤素不同，反应活性不同,F,2,Cl,2,Br,2,I,2,难控制,取代叔仲伯氢 取代叔仲氢,难反应,有实用价值,符合,C-X,键键能规律,CH,3,-F CH,3,-Cl CH,3,-Br CH,3,-I,451 349 293 234 kJ/mol,形成共价键释放的能量减少，反应活性降低,66,随卤素活性减弱，选择性增加,2.6.2,氧化反应,(1),完全氧化,燃烧，放热,原油 汽油 煤油 柴油 润滑油 重油,40200 130250 250350 350500 500,(2),控制氧化,得醇、醛、酮、羧酸等，混合物,个别反应有应用,67,68,2.6.3,异构化反应,一种异构体转变为另一种异构体的反应,炼油工业将石油馏分中的,直链烷烃,(,沸点高,),异构化为,支链烷烃,(,沸点低,),，以,提高汽油质量,抗爆性好,抗爆性差,“爆燃”现象缩短发动机,寿命，增加汽油耗量,提高,辛烷值,汽油抗爆性的表示单位，规定,异辛烷,(2,2,4-,三甲,基辛烷,),的辛烷值为,100,，正庚烷的辛烷值为,0,四乙基铅能提高汽油抗爆性，但污染环境。现有用甲基叔丁基醚,69,2.6.4,裂化反应,烷烃和环烷烃在高温、无氧条件下进行的热分解反应，是石化工业由重质油获得轻质油和低级烯烃的方法,热裂化,催化裂化,深度裂化,(,裂解,),70,2.6.5,小环环烷烃的加成反应,卤代 氧化,开环加成,大环,(,环戊烷、环己烷,),小环,(,环丙烷、环丁烷,),(1),催化加氢,71,(2),加卤素,C 5,不反应,高温发生自由基取代,72,(3),加,HX,C 4,常温不反应,环的断裂发生在连接氢原子最多和最少的成环碳原子之间（符合马氏规则）,73,作业,P,45,习题,2.13,P,59,习题,2.23,P,60,（一）,（二）,（十三）,74,