有机化学课件-第二章饱和烃

第二章饱和脂肪烃广东海洋大学应用化学系有机化学OrganicChemistry教材:有机化学(第二版）赵建庄张金桐主编高等教育出版社(1)开链烃(链烃),又叫脂肪烃.可分为:烷烃、烯烃、二烯烃、炔烃等(2)闭链烃(环烃).又分为:脂环烃和芳香烃两类.烷烃(Alkane)(一)烃的定义(二)烃的分类:•分子中只含有C、H两种元素的有机化合物叫碳氢化合物,简称烃.是饱和烃,由于石蜡是烷烃的混合物,故烷烃也称石蜡烃.例如:甲烷,乙烷,丙烷,丁烷(正丁烷,异丁烷),戊烷(正戊烷,异戊烷,新戊烷)......2.1烷烃的通式,同系列和构造异构(1)烷烃名称分子式构造式构造式的简写式CH4CH3CH3甲烷CH4乙烷C2H6名称分子式构造式构造式的简写式丙烷C3H8丁烷C4H10戊烷C5H12CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3NameCondensedStructureMethane（甲烷）CH4Ethane（乙烷）CH3CH3Propane（丙烷）CH3CH2CH3Butane（丁烷）CH3(CH2)2CH3PentaneCH3(CH2)3CH3HexaneCH3(CH2)4CH3HeptaneCH3(CH2)5CH3OctaneCH3(CH2)6CH3NonaneCH3(CH2)7CH3DecaneCH3(CH2)8CH3UndecaneCH3(CH2)9CH3DodecaneCH3(CH2)10CH3甲基:-Methyl——直链烷烃分子中，一个或几个-CH2-基团（亚甲基）连成碳链，碳链的两端再连有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为:H-(-CH2-)n-H或：CnH2n+2(2)烷烃的通式•乙烷可看成甲烷的一个氢原子被甲基-CH3取代；•丙烷可看成乙烷上的一个H被甲基-CH3取代;•丁烷可看成丙烷的一个H被甲基-CH3取代：•——由于分子式相同,但它们的构造不同(分子中各原子相连的方式和次序不同).又叫构造异构体。•它们是两种不同的化合物.物理性质一定的差异.直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高.如：正丁烷的沸点：-0.5℃，熔点：-138.3℃，异丁烷的沸点：-11.7℃，熔点：-159.4℃，同分异构体•戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个H被甲基-CH3取代的产物:(正戊烷,异戊烷,新戊烷)......•随着碳原子数的增加,烷烃的构造异构体的数目也越多.庚烷C7H16有9个构造异构体,辛烷C8H18有18个.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.(3)同系物•伯碳原子(第一碳原子),用“1º”表示；•仲碳原子(第二碳原子),用“2º”表示；•叔碳原子(第三碳原子),用“3º”表示；•季碳原子(第四碳原子),用“4º”表示。(4)烷烃中碳原子的分类:与伯,仲,叔碳原子相连的H原子,分别称为伯,仲,叔H原子如：•伯碳原子(第一碳原子)•仲碳原子(第二碳原子)•叔碳原子(第三碳原子)•季碳原子CCCCCH3HHHHHCH3CH3CH3伯1。（）仲（2。）叔（3。）季（4。）H1。H2。3。四类碳原子，三类氢原子。——烷烃去掉一个氢原子后的原子团.常用R-，或(CnH2n+1-)表示,所以烷烃又可用通式RH表示.•:对去掉一个直链烷烃末端氢原子所得的原子团.命名时“正”字常用n-代表.•甲基,乙基;•正丙基CH3CH2CH2-:n-丙基•:去掉一个仲氢原子所得的烷基.用“sec-”表示.•CH3CH2CH-,sec-丁基CH3(5)烷基正烷基仲烷基仲丁基•而CH3CH(CH2)n-(n0)型的烷基叫异烷基CH3用“iso-”表示.•iso-丙基(异丙基)(CH3)2CH-异丁基(CH3)2CHCH2-•iso-戊基(异戊基)CH3CHCH2CH2-CH3•去掉一个叔氢原子所得的烷基.用“t-”或“tert-”表示.CH3叔丁基:CH3-C-t-丁基CH3异烷基:叔烷基:CH3CH3-CH2-C-t-戊基CH3CH3CH3-C-CH2-CH3•叔戊基:•新戊基:此外还有“亚”某基，“次”某基。CH2CH亚甲基次甲基•烷基（Alkyl）——烷烃分子中从形式上消除一个氢的部分，通常用R-表示，英文用“yl”替代“ane”Methane——MethylCH3-MeEthane——EthylCH3CH2-Etn-Propane——n-PropylCH3CH2CH2-n-ProCH3CH2CH3isopropyl(CH3)2CH-i-Pron-Butane——n-ButylCH3CH2CH2CH2-n-BuCH3CH2CH2CH3sec-ButylCH3CH2CHCH3sec-Buiso-Butane——iso-Butyl(CH3)2CHCH2-i-Bu(CH3)2CHCH3tert-Butyl(CH3)3C-tert-Bu•部分烷基的英文表示：Et—乙基；Pr—丙基；i-Pr—异丙基；n-Bu—正丁基t-Bu—叔丁基（三级丁基）；Me—甲基；Ar—芳基Ph—苯基；Ac—乙酰基；R—烷基常用基团的英文简写•最早根据碳原子数命名：甲烷,乙烷,丙烷.....•支链烷（异构体）CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3CH3正戊烷异戊烷新戊烷2.2烷烃的命名一.普通命名法HHCH3CH3-C-CH3CH3-C-CH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3异丁烷异戊烷新戊烷三甲基甲烷二甲基乙基甲烷四甲基甲烷二、衍生物命名法三.系统命名法(IUPAC)(1)直链烷烃按碳原子数命名•10以内：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(gui).•10以上：用中文数字:十一....烷.——把构造式中连续的最长碳链--作为母体称为某烷.若最长碳链不止一条,选择其中含较多支链的为主链.最长连续碳链有八个碳原子,该化合物母体的名称为辛烷•选择主链(2)带有支链的烷烃例1：例2：六个碳的主链上有四个取代基六个碳的主链上有两个取代基按最接近取带基的一端开始将主链碳原子用阿拉伯数字1,2,3...编号.(使取代基的位次最小)带有支链的烷烃编号:编号正确编号不正确CCCCCCCC2346781CCC876543215CCCCCCCC234615162编号正确编号错误编号正确编号错误从最接近取代基的一端开始。1234567编号正确CH3-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH37CH3CH2-CH31编号错误支链的位置都相同时，则从较简单的一端开始编号。a:把它们在母链上的位次作为取代基的前缀，2-甲基...b:有不同取代基时,取代基按“次序规则”排列,小的基团先列出,大的基团为较优基团后列出。c:相同的取代基合并，但应在基团名称之前写明位次和数目，数目用二，三，四.....表示.d:位次数字之间须用逗号“,”隔开，位次与基名之间需用短线“-”相隔。最后一个基名和母体名称直接相连。命名取代基(1):•“次序规则”是用来决定不同原子或原子团相互排列顺序的规则，其主要内容如下：•a.将各种取代基与主链直接相连的原子按其原子序数大小排列，大者为“较优”基团。若为同位素，则质量高的定为“较优”基团。孤电子对排在最后。例如：•I＞Br＞Cl＞S＞F＞O＞N＞C＞D＞H＞孤电子对•b.若各取代基的第一个原子相同，则比较与它直接相连的其它几个原子，比较时，按原子序数排列。先比较最大的，若仍相同，再依次比较居中的、最小的；若仍相同，则沿取代链逐次比较，直到找出较优基团。例如，下列基团排列顺序为：(CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH2CH3ClCH2CH3(C,C,C)(C,C,H)(H,H,H)(C,H,H)(H,H,H)(Cl,H,H),CH3CH2CH2CHCH3CH3C（C、H、H）C（C、C、H）•c.含有双键和三键的基团，可以认为连有两个或三个相同的原子。例如：CCHC(CH3)3CHCH2CCH(C)(C)(C)(C)CCH3CH3CH3CCH(C)(C)HH命名取代基(2):取代基:3-甲基5-乙基取代基:2,5-二甲基3,4-二乙基CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH33-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1:例2:CH3CH-CHCH2CHCH2CH3CH3CH3CH2CH-CH3CH32,3,7-三甲基-5-乙基辛烷1例3:CH3CHCHCHCH2CH3CH3CH2CH3CH3主链2，4-=甲基-3-乙基己烷烷烃的命名口诀：最长碳链、最小定位、同基合并、由简到繁。•此外，如果烷烃结构比较复杂，支链也要编号时，则从与主链相连的碳原子开始给支链编号（可以用带撇数字标明），把支链上取代基的位置、个数及名称写在支链名称前，一并放在括号内。例：CH3CHCH3CHCH3CH3CH3CH3CH2CHCHCH2CHCH2CH2CH2CH3CH3CH123465789101233-甲基-4-异丙基-6-(1’，2’-二甲基丙基)癸烷3-methyl-4-isopropyl-6-(1’，2’-dimethylpropyl)decane2.3烷烃的结构(1)甲烷的结构和sp3杂化轨道甲烷的球棒模型Stuart模型•sp3杂化轨道一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3杂化轨道•——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.键甲烷的四个C-H键σ键的特点：（1）电子云沿键轴呈圆柱形对称分布；（2）可自由旋转而不影响电子云重叠的程度；（3）结合的较牢固。因此σ键的化学性质很稳定。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Stuart模型其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在一条直线上，而是曲折地排布在空间。这是烷烃碳原子的四面体结沟所决定的。如丁烷的结构：烷烃分子中各原子之间都以σ键相连接的，所以两个碳原子可以相对旋转，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下烷烃（液态）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。轨道的形状：在其它烷烃分子中，C原子都是采用SP3杂化。HHHHHHHHCsp3Csp3Csp3H1sσσ(s-sp3)(sp3-sp3)•为了方便，只要写出锯齿形骨架,用锯齿形线的角(120º)及其端点代表碳原子.不写出每个碳上所连的氢原子.但其它原子必须写出.注意:键线式书写烷烃的分子结构:2.4烷烃的构象1.乙烷的构象(1)球棒模型（一）乙烷的交叉式构象(1)球棒模型（二）乙烷的重叠式构象重叠式、交叉式构象比较(3)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(2)透视式表示乙烷的构象乙烷分子各种构象的能量曲线12.6kJ/mol重叠式重叠式交叉式交叉式交叉式丁烷的结构（模型）2.丁烷的构象为主2.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丁烷C(2)-C(3)键旋转引起的各构象的能量变化•直链烷烃—随着烷烃相对分子量的增加，分子间的作用力也增加，其沸点也相应增高。2.5烷烃的物理性质(1)沸点（直链烷烃）(1-2)沸点（带支链的烷烃）•同数碳原子的构造异构体中——支链增多，则分子趋向球形，使分子不能像正烷烃那样接近，分子间作用力也就减弱，所以在较低的温度下，就可以克服分子间引力而沸腾。•同数碳原子的构造异构体中，分子的支链越多，则沸点越低。例如：正丁烷的沸点：-0.5℃异丁烷的沸点：-11.7℃•基本上随分子量的增加而增加。（奇数和偶数碳）•烷烃的熔点变化：是因为晶体分子间的作用力不仅取决于分子的大小，也取决于他们在晶格中的排列。例:(正戊烷-129.8℃,异戊烷-159.9℃,新戊烷-16.