有机化学第二章饱和烃

CH3 CH2 CH CH2 C CH2 CH3 CH3CHCH2CCH2CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
3,3,5-三甲基庚烷
2，4-二甲基-4-乙基已烷
2.指出下列两化合物的命名不正确的地方并重新命名
2，4-二甲基-6-乙基庚烷 4-乙基-5,5-二甲基戊烷
06:32
20
第二章 饱和烃
四、烷烃的结构
支链化的结果是接触部分减少见，沸点降低，见表2-3。
06:32
36
第二章 饱和烃
五、烷烃的物理性质 另外：分子的动能是气态的大于液态的，液态的大于 固态的。相对分子质量增大后，使分子动起来的能量 要增大，所以要提高温度。
1．状态：室温下，碳原子数：1—4 气态；5—17 液 态；18以上 固态。同分异构体中，有支链者沸点低； 支链越多，沸点越低。
我们从甲烷氯代的四个反应式无法弄明白为什么会有上 面提到的副产物生成，为了解释上述现象和预测类似反 应会有什么产物生成，就要找出反应的根源——反应机 理（reation mechanism）。
它是一种能够解释试验现象的理论假说，并且能够预测 类似的反应，还要经过试验验证。反应机理是对由反应 物至产物所经历的途径的详细描述。
06:32
16
第二章 饱和烃
CH3
1
2 3 4 56
7
8
9 10 11
CH3-CH-CH2-CH-C-CH2-CH2-CH2-CH-CH-CH3
11
10ห้องสมุดไป่ตู้9
8 76
5
4
3
21
CH3
CH3CH2CH3
CH3CH3
2,4,5,5,9,10 – ( ) 2,3,7,7,8,10 – ( )
2,3,7, 8,10-五甲基-7-乙基十一烷
CH3 ＋ Cl
06:32
链引发
CH3 ＋ HCl
CH3Cl ＋ Cl Cl2
链增长
CH3CH3
链终止
CH3Cl
42
第二章 饱和烃
甲烷氯代反应过程中能量变化分析
Cl : Cl hv2Cl
H 242.4kJ mol 1 1
Cl H : CH3 CH3 HCl H 4.2kJ mol 1 2
06:32
41
第二章 饱和烃
一个反应机理通常是用一系列反应式及反应过程中的能 量变化图来描述。必要时包括分子的几何形状，键断裂 与生成时电子的转移情况。
试验证明，甲烷氯代的反应机理是游离基机理，具体反 应过程如下：……
Cl2
hv
2Cl
CH4 + Cl
CH3 ＋ Cl2
Cl ＋ Cl
CH3 ＋ CH3
06:32
12
第二章 饱和烃
（1）普通命名法
十个C以内的直链烷烃用天干的顺序字“甲、乙、丙、 丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”，再加“烷”组成。用 “正”、“新”、“异”来区别异构体放在名称的前面， 正表示无支链。新、异分别表示一端第二位上有一个和 两个CH3的烷烃。 超过十个碳时，以“正”+“十几”+“烷”组合成其 名称。如正十二烷。
二 丁烷不同构象的能量曲线图
CH3 CH3
CH3 CH3
E
H H
HH
1
CHH3
CH3
H H
3 CH3H
H
CH3
CHH3
H H
1 HH
CH3 H
5
HH
CH3
CH3
H
H
H
H
2
CH3
H
H
H
H
CH3
4
H
H
H
6
3.7 kJ/mol 15.9 kJ/mol
18.8 kJ/mol
60
120
180
240
300
360 旋转角度
C原子的杂化轨道
23
第二章 饱和烃
C的sp3杂化轨道与H的1s轨道重叠示意图
06:32
24
第二章 饱和烃
乙烷分子中原子轨道重叠示意图
C-H键或C-C键中成键原子的电子云是沿着它们的轴 向重叠的，这样形成的键叫做σ键。
06:32
25
第二章 饱和烃
在饱和烷烃中C和C之间均以两个SP3杂化轨道形成σ键 结合，碳和氢之间是一个SP3杂化轨道和一个S轨道形成 C-Hσ键。
烷烃构造异构体的数目
异构体数 碳原子数
1
8
2
9
3
10
5
15
9
20
异构体数
18 35 75 4,347 366,319
06:32
11
第二章 饱和烃
三、饱和烷烃的命名
命名方法有两种，即普通命名法和系统命名法。
烷烃中的碳原子分为四种：
1°碳、伯碳：只与一个C相连的碳原子。 2°碳、仲碳：与两个C相连的碳原子。 3°碳、叔碳：与三个C相连的碳原子。 4°碳、季碳：与三个C相连的碳原子。
2.
在距离支链最近的 一端开始，对碳原 子进行编号（1、2、 3……），用以表达
取代基的位置。
3.
根据优先原则 及位置号数字 最小原则排列 取代基顺序。
4.
全名=取代其 的位置+取代 基的个数和名 称+主碳链的 名称。中间用 短线-隔开。
06:32
15
第二章 饱和烃
注意：位置号用阿拉伯数字，多个位置连续表达时用逗 号隔开，位置号与取代基名称之间用短线隔开。取代基 个数用汉字，取代基名称和主碳链的名称直接相联。
由此可知，饱和烷烃并不是象我们用结构式表达的那样， 是直线型的，而应该是曲折的。直链烷烃中的直链只代 表不含有支链的意思。
饱和烷烃中碳-碳单键的键长0.154nm，键能 354.6kJ/mol
06:32
26
第二章 饱和烃
五、乙烷和丁烷的构象
首先研究一下简单的C-C单键化合物，乙烷。
假设乙烷中的一个碳固定，另一个碳以两个原子的中心 连线为轴旋转，这样一个碳上的氢相对于另一个碳上的 氢就可以有无数个空间排列方式，即构象。每一个特定 的构象就叫做一个构象异构体。
H
eg:
HCH
H
甲烷
06:32
8
第二章 饱和烃
二、同系列和同分异构体
烷烃的通式：CnH2n+2 同系列：结构相似，而在组成上相差CH2或它 的倍数的许多化合物，组成一个系列，叫做同 系列(homologous series)。
同系物：同系列中的各种化合物(homolog)。
06:32
9
第二章 饱和烃
根据科学家的研究发现：C 在正四面体的中心，H在四 面体的顶点上。碳氢键的夹 角109.5°。
06:32
21
第二章 饱和烃
为了更清楚的表示分子三度空间的立体形状， IUPAC建 议可选用两种表示方法书写结构式：
06:32
22
第二章 饱和烃
用杂化轨道理论解释甲烷的分子构型：
SP3杂化轨道形状
06:32
同分异构体：分子式相同，而原子的连接次 序不同的化合物。简称异构体。
IUPAC建议：由于原子的连接次序不同而产生的异构体叫做 构造异构(体)，constitutional isomers。还有一种立体异构， 涉及空间排列顺序问题，以后要学到。
06:32
10
第二章 饱和烃
碳原子数
1~3 4 5 6 7
06:32
17
第二章 饱和烃
1
2
3
4
CH3 CH2 CH CH
5 CH2
6 CH2
7 CH3
CH2 CH3
CH31
4-甲基-3-乙基庚烷
（）
3-乙基-4-甲基庚烷（ ）
06:32
18
第二章 饱和烃
课堂练习
1.对下列烷烃进行命名
4-丙基-6-异丙基壬烷
06:32
19
第二章 饱和烃
CH3
CH2CH3
2．溶解性：易溶解于氯仿、乙醚、四氯化碳、苯的 弱极性和非极性溶剂，不溶于水和其他极性溶剂。
3．密度：随分子量增大而增高，但都小于1。
06:32
37
第二章 饱和烃
五、烷烃的化学性质：
结构决定性质，同系物结构相似，性质也相似。
但也不能一概而论。不同的异构体之间或碳原子数目相 差较大时，反应速率会有较大的区别，速率的变化可能 导致某些反应不能正常进行。
第二章 饱 和 烃 （烷烃）
06:32
1
第二章 饱和烃
饱和烃
06:32
本章主要内容
自然界中的饱和烷烃
同系列及同分异构 饱和烷烃的命名及结构 乙烷及丁烷的构象 饱和烷烃的物理性质 饱和烷烃的化学性质
2
第二章 饱和烃
一、自燃界中的烷烃
汽车所加汽油
06:32
3
第二章 饱和烃
甲烷在高压、低温条件下可与水形成水合物，（一 个甲烷分子对8个水分子），即可燃冰。已经探明海 底中存在着比石油还多的可燃冰。
四、乙烷和丁烷的构象
CH3 CH3 60O
H
CH3 CH3 60O
CH3 H
60O
H
H
HH
1
全重叠式
H
H
H 2
邻位交叉式
H
H
CH3 H
3
部分重叠式
CH3
H
H 60O
CH3
CH3
H
CH3
H
60O
H
H
CH3
4
CHH3
HH
5
H
H
H
6
对位交叉式
06:32
部分重叠式
邻位交叉式 34 第二章 饱和烃
四、乙烷和丁烷的构象
06:32
4
第二章 饱和烃
某些昆虫用特定结构的烷烃作为信息素——昆虫之 间用以传递各种信息而分泌出的有气味的化学物质。 当人类研究明白某种信息素的结构后，就可利用它 诱杀某种昆虫。
06:32
5
第二章 饱和烃
烃：hydrocarbon
由碳氢两种元素组成的有机化合物。又名碳 氢化合物。
06:32
6
06:32
13
第二章 饱和烃
二、命名
（2）系统命名法 对于直链烷烃系统命名法与普通命名法相同，只是把 “正”字取消。对于带支链的烷烃采用主链名称前加取 代基名的办法解决。
06:32
14
第二章 饱和烃
带支链的烷烃命名方法
1. 选一个最长的碳链为 主，根据其碳原子数 目叫做某烷。主链 以外的碳链看作是 取代基。
CCl4 (四氯化碳烷) + HCl 。
反应有时很剧烈，控制不好会爆炸。
CH4 + 2 Cl2
C + 4 HCl
甲烷过量(10:1)时，主要得到一氯甲烷；甲烷与氯气体积比
0.26:1时，主要得到四氯化碳。
06:32
40
第二章 饱和烃
在甲烷的氯代过程的副产物：乙烷、乙烷的氯代产物， 甚至有时还含有碳原子数更多的烷烃及其氯代物。
第二章 饱和烃
构象的两种表示方法：
透视式，也叫锯架式（sawhorse formula)
HH H
H H
H HH
H HH H
投影式，纽曼投影式（Newman projection formula)
H
HH
H
H
HH H
06:32
HH
H H
30
第二章 饱和烃
纽曼投影式规则
①画一个圆圈表示离眼睛较远的碳原子，圆圈 上三等份圆周的短线表示这个碳原子上的三根 σ键； ②圆心表示离光源较近的碳原子，由圆心到圆 周三等份的延长线表示这个碳上的 三根σ键。
06:32
31
第二章 饱和烃
四、乙烷和丁烷的构象 看书回答：乙烷交叉式和重叠式之间的内能差相有多大？ 室温下两种构象能否完成转化？几乎全都是交叉式构象 的条件是什么？在常温条件能否将它们分离？
概念：扭转能（torsional energy）；扭张力 （torsional strain）
06:32
32
第二章 饱和烃
烃的分类
分子中的碳 架连接方式
碳原子间的 结合方式
开链烃
环烃
aliphatic hydrocarbon cyclic hydrocarbon
饱和烃 不饱和烃
saturated hydrocarbon unsaturated hydrocarbon
06:32
7
第二章 饱和烃
烷烃（alkane） ：开链的饱和烃叫做烷烃。 在烷烃中碳原子之间以单键链接，其余价 键都与氢结合。
第二章 饱和烃
四、乙烷和丁烷的构象 乙烷构象间转换时的能量变化。
E
重叠式构象
HH
H H
H
HH
HH
交叉式构象
H
H
H
HH
HH
HH
H
H
H
H
H
H
12.1 kJ / mol
60
120
180
240 旋转角度
能量最低的构象最稳定，最稳定的构象称为优势构象。
06:32
33
第二章 饱和烃
丁烷的构象：P20中间的图
06:32
35
第二章 饱和烃
五、烷烃的物理性质
物理常数的作用——鉴定物质的纯度、鉴别个别化合物
影响物理常数的内在原因是分子间作用力（范德华力， 即偶极与偶极之间的作用力），相对分子质量越大，面 积越大，分子间的接触部分也增大，分子间的作用力 （引力）也增大。作用力增大后的结果使沸点增加，见 表2-2。
同系物中的第一个化合物性质上有其特殊性。
06:32
38
第二章 饱和烃
烷烃中C—C、C—H较稳定，C和H的电负性相差 很少，所以C—H的极性也很少，相对于其它有机 物，烷烃不怕离子型试剂的攻击。只有在高温或 催化剂存在的情况下才能和一些试剂发生化学反 应。与石墨、氢气的性质有相似之处。
06:32
第二章 饱和烃 39
1、氯代
在日光(或紫外光)照射下，或高温下，烷烃分子中的氢原子能逐步 被氯取代，得到不同的产物。如甲烷：
CH4 + Cl2
CH3Cl (一氯甲烷) + HCl ；
CH3Cl + Cl2
CH2Cl2 (二氯甲烷) + HCl ；
CH2Cl2 + Cl2
CHCl3 (三氯甲烷) + HCl ；
CHCl3 + Cl2
06:32
27
第二章 饱和烃
异构体
构象异构体： 属立体异构，原子
连接顺序相同
构造异构体： 原子连接顺序不同
06:32
28
第二章 饱和烃
在乙烷的无数个构象中，从能量的角度分析，存在两种 极端情况，一种是能量最低的交叉式构象，另一种是能 量最高的重叠式构象。这里所说的能量指分子的内能。
06:32
29