饱和烃2

第二章饱和烃有机化学OrganicChemistry烃（碳氢化合物）：只由C、H两种元素组成的化合物。饱和烃：分子中只含有C－C单键和C－H键的烃。烃环烷烃芳香烃链烷烃不饱和烃烯烃炔烃饱和烃2.1烷烃的通式、同系物和异构烷烃的通式CnH2n+2,直链烃的通式可写为:H-(-CH2-)n-H•同系物—在组成上相差一个或多个CH2，且结构和性质相似的一系列化合物称为同系列。同系列中的各化合物互称同系物。•系差—同系列相邻的两个分子式的差值CH2称为系差。•如CH4，C2H6，C3H8，C5H10等。象丁烷和异丁烷异构，只是分子中各原子间相互结合的顺序不同而引起的，只是构造不同而导致的异构现象，又叫做构造异构现象。构造异构HCCCCHHHHHHHHHHCCCHHHCHHHHHH正丁烷异丁烷烷烃的同分异构现象烷烃的结构（1）甲烷的结构和sp3杂化轨道甲烷的球棒模型•——凡是成键电子云对键轴呈圆柱形对称的键均称为键。以键相连的两个原子可以相对旋转而不影响电子云的分布。甲烷的四个C-H键乙烷分子中C-C键(C-H键用直线表示)（2）其它烷烃的结构•乙烷的C-C键在其他烷烃中，C均以sp3杂化轨道成键，因此也都具有呈四面体结构。由于σ键可以自由旋转，所以烷烃的结构不象我们所写的那样一层不变，而是运动的，一般以锯齿形存在。并且在平衡位置不断振动。例如丁烷的分子。正戊烷正己烷一、伯、仲、叔、季碳原子只与一个碳原子相连的称为“伯”或一级碳原子，常用1o表示；与两个碳原子相连的称为“仲”或二级碳原子，常用2o表示；与三个碳原子相连的称为“叔”或三级碳原子，常用3o表示；与四个碳原子相连的称为“季”或四级碳原子，常用4o表示。与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子。如：CH3－CH2－CH2－CH2－CH31°2°CH3－CH－CH2－CH3CH33°CH3－C－CH3CH3CH34°2.2烷烃的命名二、烷基从烷烃分子中去掉一个氢原子后所剩下的基团称为烷基。烷基名称通常符号CH3-甲基MeCH3CH2-乙基EtCH3CH2CH2-正丙基n-Pr(CH3)2CH-异丙基i-PrCH3CH2CH2CH2-正丁基n-Bu(CH3)2CHCH2-异丁基i-BuCH3CH2CH(CH3)-仲丁基s-Bu(CH3)3C-叔丁基t-Bu烷基的通式为CnH2n+1—，常用R—表示。1.习惯命名法通常把烷烃称为“某烷”，“某”是指烷烃中碳原子的数目。由一到十用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、新表示同分异构体。如：C11H24，叫十一烷。（1）凡直链烷烃叫正某烷。如：CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷（2）只有(CH3)2CH-端链的烷烃称为异某烷。CH3CH3CHCH2CH2CH3异己烷（3）只有(CH3)3C-端链的烷烃称为“新某烷”。习惯命名法只能命名简单的化合物。CH3－C－CH3CH3CH3新戊烷2.系统命名法系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字的特点而制定的。在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和习惯命名法是基本相同的，仅不写上“正”字。如:CH3CH2CH2CH2CH3普通命名法叫正戊烷，系统命名法叫戊烷。对于支链烷烃，把它看作是直链烷烃的烷基取代衍生物。CH3CH2CHCH2CH3CH33－甲基戊烷支链烷烃的系统命名法原则如下：（1）选取主链（母体）a.选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。b.分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。例如：CH2CH3CH3－CH－CH2－CH2－CH3(2)对主链碳原子编号a.从距离取代基最近的一端开始，将主链碳原子依次用1、2、3……编号。如：CH2CH3CH3－CH－CH2－CH2－CH31234563－甲基己烷b.当取代基的位置相同时，则从连较简单的取代基一端开始编号。c.若在上述基础上，编号仍有选择性，则使各取代基位置和最小。CH3－CH2－CH－CH2－CH－CH31234562－甲基－4－乙基己烷CHCH3CH3(3)命名遵循以下原则：a.将支链（取代基）写在主链名称的前面。b.取代基按“次序规则”小的基团优先列出。常见烷基的大小次序：甲基乙基正丙基正丁基异丁基异丙基。c.相同基团合并写出，位置用2，3……标出,取代基数目用二,三……标出。d.表示位置的数字间要用“，”隔开，位次和取代基名称之间要用“－”隔开。如：烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁。CH3CH3－CH2－CH－CH－CH－CH－CH3CH3CH2CH3CH32，3，5－三甲基－4－乙基庚烷1234567CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH33-甲基-5-乙基辛烷CH2CH2CH3(注意编号)CH3CH2CH-CHCH2CH3CH3-CHCHCH32,5-二甲基-3,4-二乙基己烷CH3CH3(注意主链)11例CHCH3CH3CH2CHCH2CH2CCH2CH3CH3CH3H3C123456782,6,6-三甲基－3－乙基辛烷CH3CHCH2CH2CH2CHCHCH2CH3123456789CH3CH3CH32,6,7-三甲基壬烷构型+取代基+母体R,S;Z,E;顺,反取代基位置号+个数+名称(有多个取代基时，中文按顺序规则确定次序，小的在前。)官能团位置号+名称(没有官能团时不涉及位置号)有机化合物系统命名的基本格式CCH3CH2CH2CHCCH2CH3HCH3H(3S,4Z)-3-甲基-4-辛稀2.3烷烃的构象（1）乙烷的构象构象是指构造一定的分子，由于单键旋转而引起的分子中的原子或基团在空间的不同排列方式。由于单键的旋转，使连接在碳上的原子或原子团在空间的排布位置随之发生变化，所以构造式相同的化合物可能有许多构象。它们之间互为构象异构体。重叠式构象交叉式构象纽曼投影式重叠式构象交叉式构象重叠式构象交叉式构象透视式构象的表示方法：通常用透视式或纽曼(Newman)投影式表示。（以乙烷为例）乙烷分子的能量曲线图由交叉式转变为重叠式时必须吸收12.5KJ/mol的能量，由重叠式转变为交叉式时会放出12.5KJ/mol的能量。所以交叉式是最稳定的构象。低温时，交叉式构象增多。从理论上讲，乙烷分子的构象是无数的，其他构象则界于上述两种极限构象之间。为主丁烷的构象丁烷C(2)-C(3)键旋转引起的各构象的能量变化2.5.1氧化烷烃在空气中燃烧，当空气（氧气）充足时，生成二氧化碳和水，并放出大量热。例如：在无机化学中，是用电子的得失，也就是氧化数的升降，来描述、判断氧化还原反应。而在有机化学中，加氧去氢为氧化，加氢去氧为还原。其中C12－C18的脂肪酸可直接与NaOH反应，制成高级脂肪酸的钠盐－肥皂。这种制皂方法可节约大量的食用油。⑴在空气中燃烧：CnH2n+2[(3n+1)/2]O2nCO2(n+1)H2OQ+++这是汽油、柴油等作为动力燃料的依据。当燃烧不完全时，则有游离碳生成，在动力车尾气中有黑烟冒出。⑵烷烃的部分氧化高级烷烃，如石蜡烃在KMnO4、MnO2或Mn(Ac)2催化下，用空气或O2氧化，可得到的C12－C18的脂肪酸。RCH2CH2R'O2RCOOHR'COOH+锰盐+2.5烷烃的反应2.5.2裂化、裂解和脱氢常温下烷烃很稳定，但隔绝空气加热到一定温度就开始分解。温度越高，分解越厉害。烷烃这种在高温下的热分解称为裂化。裂化催化裂化热裂化裂解：指深度裂化。目的：为了得到更多的低级烯烃。CH3CH2CH3460℃CH3CH=CH2+H2CH2=CH2+CH4CH3CH2CH2CH3500℃CH3CH=CH2+H2CH3CH2CH＝CH2CH3CH3CH2=CH2+CH4+ClCl+能量Cl·+Cl·(氯自由基)Cl·+HCH3HCl+·CH3(甲基自由基)·CH3+Cl2CH3Cl+·Cl................Cl·+Cl·Cl2·CH3+·CH3CH3CH3Cl·+·CH3CH3Cl................(1)链的引发：(2)链增长:(3)链终止:2.5.3烷烃的氯化甲烷氯化反应的机理CH4+Cl2CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4②其它烷烃的氯代—ClCH3CH2CH3CH3CH2CH2Cl+CH3CHCH3正丙基氯43%异丙基氯57%设:伯氢原子活泼性为1，仲氢原子相对活泼性为x:57/43=2x/6x=4Cl2光25℃,CCl4①甲烷的氯代反应(自由基取代)丙烷氯代反应:伯，仲，叔氢原子的反应活性CH3CH3CH3CH3CH+Cl2CH3-C-Cl+CH3-CHCH3CH3CH2Cl叔丁基氯36%异丁基氯64%•设y为叔氢原子的相对活泼性则:36/64=y/9y=5.06则在室温下伯，仲，叔氢原子的反应活性:1:4:5*异丁烷氯代反应:产物混合，复杂，一般不用氯代来制备卤代烃--高温下逐渐接近1:1:1光127℃CH3CH3CH3CH3-CHCH3+Br2CH3-C-Br+CH3-CHCH2BrCH399%③烷烃与其它卤素的取代反应•伯，仲，叔氢原子的反应活性:1:82:1600。溴更具有选择性。产物单一，可用溴代来制备卤代烃•烷烃与碘作用得不到碘代烷。•与氟反应剧烈，不易控制，会引起爆炸。痕量•从各键的离解能来看:形成各烷基自由基所需的能量:·CH31ºR·(伯烷基自由基)2ºR·3ºR·3ºR·2ºR·1ºR··CH3-------越稳定的自由基越易生成。3ºH2ºH1ºH•烷基自由基的稳定次序:伯，仲，叔氢原子活泼性环烷烃-结构上具有环状碳骨架，而性质上与脂肪烃相似的烃类，总称环烷烃。(1)环烷烃--饱和的环烷烃叫环烷烃。单环通式CnH2n•环丙烷CH2-CH2简写:CH2•环丁烷CH2-CH2简写:CH2-CH2•甲基环丙烷CH2简写:CH-CH3CH2CH3同分异构体环烷烃2.6环烷烃的异构和命名定义：只有一个环的烷烃称为单环烷烃。命名步骤（1）确定母体:没有取代基的环烷烃本身就是母体,命名时只须在相应的烷烃前加“环”,环上有取代基的环烷烃以环为母体还是以链为母体视情况而定。（2）编号要符合最低系列原则，让顺序规则中顺序较小的基团位次尽可能小。（3）构型用顺反表示，分子没有对称性，构型用R、S表示。（4）按名称的基本格式要求写出全名单环烷烃的命名实例乙基环己烷2-甲基-4-环己基己烷侧链比较简单,以环为母体,链为取代基。侧链比较复杂,以链为母体,环为取代基。CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH3CH31,4-二甲基-2-乙基环己烷实例CH2CH3CH3H3CCH3H3CCH2CH31351,3-二甲基-5-乙基环己烷由于碳原子连接成环，环上C-C单键不能自由旋转。只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团，就有构型不同的顺反异构体。顺-1,4-二甲基环己烷环烷烃的顺反异构:例:1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷立体异构体－构造相同，分子中原子在空间的排列不同的化合物。二环烷烃的命名联二环己烷螺[4.4]壬烷二环[4.4.0]癸烷(十氢化萘)二环[2.2.1]庚烷(降冰片烷)•联环烃•螺环烃(螺烃)•桥环烃(桥烃)桥环烷烃•桥环烷烃命名时，按成环碳原子数称为“二环”或“双环”“某烷”。•将各桥碳原子数由大到小用数字表示，用下角圆点分开放在方括号中，将括号放在“二环”和“某烷”中间。•编号从一个桥头开始，沿最长桥到另一桥头，再沿次长桥回到起始碳，最后是最短桥。•将环上取代基位次和名称放在“二环”之前。共用二个或多个碳原子的多环烷烃为桥环烷烃7,7-二甲基二环[2.2.1]庚烷1627534CH3CH3CH376543213,7,7-三甲基二环[4.1.0]庚烷CH38-甲基二环[3.2.1]辛烷•二环螺环烃命名时以“螺”为词头,称“螺”“某烷”；•将各环除螺原子以外的碳原子数由小环到大环用数字表示，