有机化学-2 第二章 饱和烃

第二章饱和烃§2-1烷烃§2-2环烷烃§2-1-1烷烃的分类和异构现象烃：分子中只含C、H两种元素的化合物。烃饱和烃不饱和烃烷烃环烷烃烯烃炔烃CnH2n+2CnH2n同系列：具有同一分子通式，在组成上相差一个或几个-CH2-的一系列化合物。同系物：同系列中的化合物彼此互为同系物。烷烃的同分异构CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3正丁烷异丁烷同分异构：分子式相同，结构不同。构造异构：分子式相同，分子内原子原子间相互连接的顺序不同，即分子的构造不同。碳架异构：分子式相同，碳的骨架不同。§2-1-2烷烃的命名一、普通命名法（习惯命名法）CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3“天干”+“正异新”方式命名（只适合于简单的烷烃）CH3CH3CHCH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CCH3CH3CH3正丁烷正戊烷异丁烷异戊烷新戊烷二、衍生物命名法三、系统命名法1、碳原子的级CH3CCH3CH3CH3CCH3CH3CH3CHCH3CH2CH2CH3四甲基甲烷二甲基正丙基异丙基甲烷CH3CCH3CH3CH2CHCH3CH3季4°仲2°叔3°伯1°2、烷基的命名CH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3CH3CH甲基乙基（正）丙基异丙基CH3CH2CH2CH2CH3CH2CHCH3CH3CH3CHCH2正丁基二级（仲）丁基异丁基n-Busecors-Buiso-BuCH3CCH3CH3CH3CH2CCH3CH3CH3CCH3CH3CH2叔丁基叔戊基新戊基Tertort-Buneo-3、次序规则（教材P34）（1）、将各种取代基的连接原子，按原子序数大小排列，原子序数大的顺序在前。若为同位素，则质量高的顺序在前（2）、若多原子基团的第一个连接原子相同，则比较与它相连的其它原子，先比较原子序数最大的原子，再比较第二大的，依次类推。若第二层次的原子仍相同，则沿取代链依次相比，直至比出大小为至。各种原子或取代基按先后次序排列的规则IBrClFONCDHHCH2CH2CHCH2CHHOCH3CH3CH3CH2Cl1234（3）、含不饱和键时排列顺序大小的规则：连有双键或叁键的原子可以认为连有两个或三个相同的原子4、命名步骤（1）、选主链：选支链多的最长碳链为主链CCHCHCH2CHCH3CH3CH3CH2CHCH3CHCH3CH2CH2CHCH3CHCH3CH3（2）、编位次：从靠近支链的一端开始依次用阿拉伯数字编号，遵守“最低系列原则”（3）、写全称：按次序规则写取代基和主链2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷CH3CH2CHCH3CHCH3CH2CH2CHCH3CHCH3CH31234567CH3CHCH2CHCHCH3CH3CH3CH3CH3CH2CHCH3CHCHCH3CH2CH2CHCH3CH3CH32,3,5-三甲基己烷2,5-二甲基-4-异丁基庚烷2,5-二甲基-4-（2-甲基丙基）庚烷2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷3-甲基-3-乙基庚烷§2-1-3烷烃的构象一、烷烃的结构特征二、烷烃的构象烷烃分子中的碳都是sp3杂化。甲烷具有正四面体的结构特征。烷烃中的碳氢键和碳碳键都是σ键σ键的特点1、电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。2、旋转时不破坏电子云重叠，所以σ键可自由旋转。构象:由于绕键轴旋转而产生的分子中原子(团)在空间的不同排列结构。1、乙烷的构象CCHHHHHHHHHHHHHHHHHHCCHHHHHHHHHHHHHHHHHH重叠式楔形式锯架式纽曼式楔形式锯架式纽曼式交叉式------060120180240300360kj.mol-112.6乙烷分子不同构象能量曲线图交叉式构象：两个C上氢相距最远，C-H键的σ电子对斥力最小，能量最低，最稳定。称为优势构象。2、丁烷的构象HHHHCH3H3CHHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3CH3CCHHHHCH3全重叠式邻位交叉式部分重叠式对位交叉式（顺叠式）（顺错式）（反错式）（反叠式）-----060120180240300360HCH3HHCH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHH3CHCH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHH3CHCH3HH能量：全重叠式＞部分重叠式＞邻位交叉式＞对位交叉式对位交叉式是优势构象(最稳定构象)§2-1-4烷烃的物理性质一、沸点沸点大小取决于分子间的作用力烷烃沸点的特点（1）沸点一般很低。（2）随相对分子质量增大而增大。（3）相对分子质量相同、支链多、沸点低。（4）分子量相同、支链相同，对称性越好，沸点越高CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH3CH3CHCH3CHCH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH336.1℃27.9℃9.5℃58℃49.7℃二、熔点取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度烷烃熔点的特点（1）随相对分子质量增大而增大。（2）偶数碳烷烃比奇数碳烷烃的熔点升高值大。（3）相对分子质量相同的烷烃，叉链增多，熔点下降（结构对称性好，熔点较高）。偶数碳奇数碳CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH3-129.7℃-160℃-16.6℃§2-1-5烷烃的化学性质一、总体特点二、自由基取代反应（卤化反应）1、稳定。对强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂一般不反应2、烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。CH3CH3+Cl2420℃hvCH3CH2ClCl+Cl2取代反应：分子中的原子或基团被其它原子或基团取代的反应自由基取代反应：通过自由基取代分子中的原子或基团取代的反应。1、卤代反应的机理CH4hv+Cl2CH3ClHCl+Cl2hvCl2CH4+ClCH3HCl+CH3+Cl2CH3Cl+Cl+ClClCl2反应式反应机理（反应过程的详细描述）链引发链增长链终止2、烷烃卤代反应的取向CH3CH2CH2CH3+Cl2hvCH3CH2CH2CH2ClCH3CH2CHCH3Cl+28%72%CH3CHCH3CH3+Cl2hvCH3CHCH2CH3ClCCH3CH3CH3Cl+63%37%VH1°：VH2°=28/6：72/4=1:4VH3°：VH1°=63/9：37/1=1:5.3VH1°：VH2°VH3°：=1:4:5.3H1°H1°H2°H3°活性：CH3-HCH3CHCH2CH3CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CHCHCH3CH3CH3CCH2CH3CH3H+H+H+△H=405.8kj/mol△H=393.3kj/mol△H=376.6kj/mol自由基的稳定性：3°2°1°(CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH3自由基的稳定性：3°2°1°3、卤代反应中X2的活性比较△H/Kj·mol-1FClBrI-130+4+71+138-297-107-100-84-427-103-29+54反应过程CH4+XCH3HX+CH3+X2CH3X+X△H1、氟化反应难以控制。2、碘化反应一般不用。碘自由基是不活泼的自由基。3、氯化和溴化反应常用，氯化比溴化反应快5万倍。卤素的相对反应活性：F2Cl2Br2I2§2-2-1环烷烃的命名CH3CH3CH3CH3CH21,3-二甲基环戊烷1-甲基-3-乙基环己烷CH3CH2CHCH2CH3CH2CH23-环戊基戊烷1,2-二环己基乙烷§2-2-2环烷烃的结构单环烷烃的分类n=3、4小环化合物n=5、6、7普通环化合物（五、六元环最稳定）n=8、9、10、11中环化合物n≧12大环化合物单环烷烃的通式：CnH2n一、环烷烃的燃烧热与环的稳定性燃烧热：1mol纯烷烃完全燃烧生成CO2和水时放出的热。每个–CH2-的燃烧热应该是相同的，约为658.6kj·mol-1。分子燃烧热（kj·mol-1）-CH2-的平均燃烧热（kj·mol-1）环丙烷2091697.1环丁烷2744686.2环戊烷3320664.0环己烷3951658.6环庚烷4637662.4环辛烷5310663.6环壬烷5981664.1环癸烷6636663.6开链烷烃658.6名称Baeyer张力学说（1885）张力学说提出的基础所有的碳都应有正四面体结构。碳原子成环后，所有成环的碳原子都处在同一平面上（当环碳原子大于4时，这一点是不正确的）。当碳原子的键角偏离109°28′时，便会产生一种恢复正常键角的力量。这种力就称为角张力。键角偏离正常键角越多，角张力就越大。偏转角度=2109°28′-内角张力学说的内容60。109.5。24。44'(109°28′-60°)/2=24°44′N=34567偏转角度24o44’9o44’0o44’-5o16’-9o33’从偏转角度来看，五员环应最稳定，大于五员或小于五员环都将越来越不稳定。但实际上，五员、六员和更大环的化合物都是稳定的。这就说明张力学说存在缺陷。二、环己烷的构象1、椅式构象中的a键和e键椅式船式a键e键2、一取代环己烷的构象HCH3HCH3HH结论：取代基处于e键稳定。CH3CH3C(CH3)3C(CH3)35%95%0.01%99.9%3、多取代环己烷的构象大取代基处在e键稳定；较多的取代基处在e键稳定CH3C(CH3)3CH3(CH3)3CCH3CH3CH3CH3顺-1,3-二甲基环己烷顺-1甲基-4-叔丁基环己烷§2-2-3环烷烃的化学性质一、与H2反应二、与Br2反应+H2NiPt80℃120℃300℃Ni+Br2室温加热BrBr+Br2BrBr可用于区别环烷烃与烷烃二、与HX反应室温+HBrBrCH3CHCH2CH2+HBrCH3CHCH2CH3Br+HBrBr碳环断裂：发生在含H最多与含H最少的两个碳之间加成规律：H加到含H多的碳上，X加到含H少的碳上