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1、饱和脂肪烃下饱和脂肪烃下现在学习的是第1页，共32页一、一、C原子的原子的sp3杂化杂化n甲烷中碳采取甲烷中碳采取sp3杂化方式杂化方式（杂化轨道理论是美国（杂化轨道理论是美国化学家鲍林化学家鲍林Linus pouling提出的，提出的，1954年获诺贝年获诺贝尔化学奖尔化学奖62获诺贝尔和平奖）获诺贝尔和平奖）2s 2p 2s 2p sp3杂化轨道杂化轨道这这四四个个sp3杂杂化化轨轨道道的的每每个个杂杂化化轨轨道道均均含含有有1/4的的s成成份份和和3/4的的p成成份份，四四个个杂杂化化轨轨道道除除方方向向不不同同外外其其余余完完全全相相同同，这四个杂化轨道分别指向正四面体的四个顶点。这四
2、个杂化轨道分别指向正四面体的四个顶点。现在学习的是第2页，共32页Sp3杂化轨道与杂化轨道与p轨道比较轨道比较n而而且且杂杂化化轨轨道道与与末末杂杂化化前前相相比比，电电子子云云集集中中于于一一端端，更更有有利利于于电电子子云云间间的的重重叠叠和和成成键键。杂杂化化后后，杂杂化化轨轨道道数数目目与与杂杂化化前前相相同同，但但杂杂化化后后整整体体能能量量降降低低，虽虽然然电电子子激激发发时时需需要要吸吸收收部部分分能能量量，但但形形成成化化学学键键后后可可放放出出更更多多的的能能量量，因因此此体系的能量降低，就稳定。体系的能量降低，就稳定。现在学习的是第3页，共32页 二、烷烃的结构和形成二、烷
3、烃的结构和形成 n1.结结构构 CH4及及其其它它烷烷烃烃中中的的C在在成成键键时时也也采采取取sp3杂杂化化方方式式，当当4个个H的的1s轨轨道道沿沿C原原子子sp3杂杂化化轨轨道道的的方方向向接接近近C原原子子时时，H的的1s与与C的的sp3（或或C的的sp3与与sp3）杂杂化化轨轨道道的的电电子子云云进进行行最最大大程程度度的的重重叠叠，形形成成共共价价键键。烷烷烃烃中中C的的sp3杂杂化化轨轨道道间间夹夹角角接接近近10928，正正是是由由于于C原原子子采采取取了了sp3杂杂化化，所所以以三三个个碳碳以以上上烷烷烃烃分分子子不不是是直直线线型型的的而而是是折折线线型型，如如下下图图：键
4、键间间夹夹角亦接近角亦接近10928。c现在学习的是第4页，共32页在烷烃中的在烷烃中的CH、CC键电子云的重叠方式均是沿键电子云的重叠方式均是沿着键轴的方向重叠而成，成键原子可绕轴旋转，而不着键轴的方向重叠而成，成键原子可绕轴旋转，而不影响电子云的重叠和分布。影响电子云的重叠和分布。键的特点：键的特点：1、电子云重叠程度最大电子云重叠程度最大，键比较牢固；键比较牢固；2、原子在绕轴旋转时，原子在绕轴旋转时，键不会被破坏键不会被破坏。由于由于键键可以绕轴自由旋转，所以可以绕轴自由旋转，所以C2 2以上烷烃分子的构象以上烷烃分子的构象是无穷的。是无穷的。如：如：现在学习的是第5页，共32页 24
5、 烷烃的构象烷烃的构象n构构象象：由由单单键键旋旋转转而而引引起起的的分分子子中中各各原原子子在空间的不同排布方式，在空间的不同排布方式，称为构象称为构象。n乙烷的构象乙烷的构象n乙乙烷烷分分子子中中的的CC键键可可以以自自由由旋旋转转，在在旋旋转转中中，由由于于两两个个甲甲基基上上的的氢氢原原子子的的相相对对位位置置不不断断地地发发生生变变化化，就就形形成成许许多多不不同同的的空空间排布方式。间排布方式。-构象构象n不不同同构构象象可可用用球球棍棍模模型型、透透视视式式或或纽纽曼曼投投影式表示。影式表示。球球 棍棍 模模 型型 透视式透视式又称锯架式又称锯架式现在学习的是第6页，共32页构象
6、与内能之间的变化关系构象与内能之间的变化关系 对于一个分子来说构象有无数个，但我们只讨论几种对于一个分子来说构象有无数个，但我们只讨论几种有代表性的有代表性的极限极限构象：如构象：如乙烷有乙烷有：1、交叉式；、交叉式；2、重叠式；、重叠式；交叉式交叉式 重叠式；重叠式；对位交叉式对位交叉式 邻交叉式邻交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全重叠式 在这些构象中由于原子之间的相对距离不同，因此原子之间在这些构象中由于原子之间的相对距离不同，因此原子之间的斥力，内能，稳定性均不相同，乙烷和丁烷的构象与内能之的斥力，内能，稳定性均不相同，乙烷和丁烷的构象与内能之间的变化关系见间的变化关系见p20、2
7、1；图图2-7；2-8。丁丁烷烷有有四四种种构构象象现在学习的是第7页，共32页戊烷的构象戊烷的构象n如如C5的构象可能是的构象可能是等等构象，但其中以锯齿折线型最为稳定，书写时为了等等构象，但其中以锯齿折线型最为稳定，书写时为了方便，仍写作方便，仍写作CH3CH2CH2CH2CH3的形式。的形式。现在学习的是第8页，共32页25 烷烃的物理性质烷烃的物理性质n物物理理性性质质是是有有机机物物性性质质的的一一个个重重要要方方面面。主主要要包包括括物物态态、熔熔点点、沸沸点点、密密度度（比比重重）、溶溶解解度度、折折光光率率等等等等，这这些些数数据据是是鉴鉴别别或或检检验验一一个个化化合合物物纯
8、度的常用数据，叫做纯度的常用数据，叫做物理常数物理常数。n部部分分烷烷烃烃的的物物理理常常数数列列于于书书中中P22，表表22中中；表表23中；。中；。现在学习的是第9页，共32页n 1.物物态态：指指物物质质的的状状态态（固固、液液、气气态态）、颜色、气味等。颜色、气味等。n在在常常温温下下，C1C4的的烷烷烃烃是是气气体体，C5C16为为液液体体C16以以上上为为固固体体。正正构构烷烷烃烃随随分分子子量量增增大大而而发发生生物物态态变化与卤素相似。变化与卤素相似。F2、Cl2气体，气体，Br2液体，液体，I2固体。固体。n2.熔熔点点（mp）：正正构构烷烷烃烃的的熔熔点点（丙丙烷烷除除外外
9、），基基本本上上是是随随着着分分子子量量的的增增加加而而升升高高，且且分分子子的的对对称称性性越越好好，熔熔点点则则较较高高，并并且且偶偶数数碳碳烷烷烃烃熔熔点点升升高高比比奇奇数数碳碳烷烷烃烃升升高高要要快快，因因此此烷烷烃烃的的熔熔点点构构成成两两条条熔熔点点曲曲线线，偶偶数数居居上上，奇奇数数居居下下。对对于于同同碳碳数数的的烷烷烃烃，结结构构越越对对称，熔点越高，反之称，熔点越高，反之，熔点低。熔点低。现在学习的是第10页，共32页n3.沸沸点点(bp)：正正烷烷烃烃沸沸点点随随C数数增增加加而而升升高高，并并且且相相邻邻两两同同系系物物间间的的沸沸点点差差随随分分子子量量增增加加而而
10、减减小小，并逐渐趋于稳定。并逐渐趋于稳定。n在在同同碳碳数数烷烷烃烃的的异异构构体体分分子子间间，直直链链烷烷烃烃沸沸点点高于支链，高于支链，支链越多，沸点越低支链越多，沸点越低。n因因为为在在烷烷烃烃中中（极极性性很很小小），分分子子间间作作用用力力主主要要是是色色散散力力，分分子子间间距距离离越越近近，分分子子量量越越大大，则则分分子间引力就越大，其沸点就越高。子间引力就越大，其沸点就越高。n当当分分子子带带支支链链时时，分分子子间间不不能能充充分分地地靠靠近近，所所以以沸点低于相应碳数的直链烷烃。沸点低于相应碳数的直链烷烃。现在学习的是第11页，共32页同分异构体物理性质比较同分异构体物
11、理性质比较 正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷沸点沸点()36.127.99.5熔点熔点()129.7159.716.6相对密度相对密度0.62620.62010.6135现在学习的是第12页，共32页n 4.相相对对密密度度：烷烷烃烃的的相相对对密密度度都都小小于于1，基基本本上上随随分分子子量量的的增增加加而而增增加加，但但当当C15以以后后，相相对密度变化不大，其极限值大约在对密度变化不大，其极限值大约在0.8附近。附近。n相相对对密密度度的的变变化化规规律律与与沸沸点点相相似似，分分子子结结构构中中支支链链增增多多，则则分分子子间间不不能能相相互互靠靠近近，色色散散力力较较小小，同同
12、样样数数目目的的分分子子则则占占用用较较大大的的空空间间，因因而而相相对对密密度较小。度较小。n5.溶解度：溶解度：遵循遵循“相似相溶原理相似相溶原理”n分分子子量量相相近近，极极性性相相似似，则则易易互互溶溶。烷烷烃烃是是非非极极性性分分子子，只只能能溶溶于于弱弱极极性性的的苯苯、醇醇、醚醚及及无无极极性的性的CCl4、CS2等溶剂中；难溶于水。等溶剂中；难溶于水。现在学习的是第13页，共32页26 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 n从结构可以看出：从结构可以看出：n烷烷烃烃的的化化学学性性质质不不活活泼泼。在在室室温温下下与与强强酸酸（浓浓H2SO4、HNO3）、或或强强碱碱（NaOH、KO
13、H）、强强氧氧化化剂剂（KMnO4、K2Cr2O7）等等化化学学试试剂剂都都不不反反应应。因因此此在在有有机机反反应应中中可可作作溶溶剂剂使使用用，这这是是因因为为烷烷烃烃中中的的CC键键、CH键键是是结结构构牢牢固固的的单单键键，断断开开时时需需要要吸吸收收较较多多能能量量，故故烷烷烃烃的的性性质质较较为为稳稳定定，但但也也并并不不是是不不能能断断开开，若若在在特特定定的的条条件件下下，如如高高温温、光光照照条条件件下下，亦亦可可断断开开键键而而发发生生一一些些反应。反应。现在学习的是第14页，共32页一、卤代反应一、卤代反应 n 烷烷烃烃在在通通常常条条件件下下不不易易发发生生反反应应，但
14、但在在光光照照或或高高温温条条件件下下，烷烷烃烃中中H H原原子子可可被被卤卤素素原原子子取取代代，生生成成卤卤烷烷。在在有有机机化化学学中中，有机物中的H原子被其它原子或原子团取代的反应，叫取代反应。如H被卤素取代的反应叫卤代反应。n 由由于于F F2 2性性质质非非常常活活泼泼与与烷烷烃烃在在黑黑暗暗中中即即可可发发生生爆爆炸性反应，不易控制。炸性反应，不易控制。n 碘碘代代反反应应十十分分缓缓慢慢，均均不不实实用用。所所以以烷烷烃烃的的卤卤代一般是指代一般是指氯代或溴代。现在学习的是第15页，共32页 1.甲烷的氯代甲烷的氯代n（低低级级烷烷烃烃）甲甲烷烷与与氯氯气气混混合合后后在在直直
15、射射光光照照射射下下，能能发发生生爆爆炸炸性性的的剧剧烈烈反反应应，生生成成HCl和炭黑，反应不能控制和炭黑，反应不能控制 该反应中生成的该反应中生成的炭黑炭黑是黑烟状的一种是黑烟状的一种颗粒极细颗粒极细的炭的炭。现在学习的是第16页，共32页甲烷氯代甲烷氯代n该该反反应应若若在在漫漫射射光光的的照照射射下下，可可以以发发生生较较为为温温和和的的反反应应，控控制制CH4和和Cl2的的量量可可生生成成一一系系列列的的卤卤代烷化合物。代烷化合物。n在在实实验验中中，反反应应难难以以控控制制，反反应应产产物物是是这这些些物物质质的的混混合合物物，无无实实用用价价值值。而而在在工工业业中中则则可可以以
16、通通过过控控制制反反应应条条件件、试试剂剂用用量量来来达达到到使使某某一一种种氯氯代代产产物为主的目的。物为主的目的。现在学习的是第17页，共32页n如：如：CH4：Cl210:1时，主产物是时，主产物是 CH3Cln CH4：Cl20.26:1时，主产物是时，主产物是 CCl4n 利用利用CH4的的 b.p.=164、n CH3Cl的的 b.p.=24.2很容易将两者分开。很容易将两者分开。n氯代反应的反应活性：氯代反应的反应活性：n （F2）Cl2 Br2（I2）nF2爆爆炸炸性性反反应应，难难控控制制，I2反反应应温温度度太太高高，反反应应速速度度缓缓慢慢，因因此此有有实实用用价价值值的
17、的卤卤代代反反应应只只有有氯氯代代反反应应、溴溴代反应。代反应。现在学习的是第18页，共32页2.氯代反应机理氯代反应机理 _自由基反应机理自由基反应机理n通过对反应速度的研究，人们认为甲烷氯代通过对反应速度的研究，人们认为甲烷氯代反应机理是分以下几步进行的。反应机理是分以下几步进行的。n首先氯在光的照射下，发生均裂生成两个首先氯在光的照射下，发生均裂生成两个氯自由基，而氯的这种状态是非常活泼的，氯自由基，而氯的这种状态是非常活泼的，非常容易形成八电子的稳定结构非常容易形成八电子的稳定结构。现在学习的是第19页，共32页n 为为了了形形成成八八电电子子的的稳稳定定结结构构，Cl夺夺取取CH4中
18、中的一个的一个H原子生成原子生成HCl，同时生成一个，同时生成一个 CH3。nCH3也也很很活活泼泼，它它夺夺取取Cl2中中一一个个Cl原原子子生生成成CH3Cl和一个新的和一个新的 Cl。n在在两两步步反反应应中中，每每一一步步都都生生成成一一个个新新自自由由基基，反反应应在在间间循循环环传传递递。在在第第步步中中生生成成的的CH3，在在第第步步中中消消耗耗但但又又生生成成一一个个Cl，Cl自自由由基基重重复复第第步步反反应应。象象这这样样每每一一步步反反应应都都生生成成一一个个新新的的自自由由基基，使使下下一一步步反反应应可可以以不不间间断断地地进进行行下下去去，这这样的反应叫样的反应叫链
19、式反应、链反应或连锁反应。链式反应、链反应或连锁反应。现在学习的是第20页，共32页n 随着第随着第反应的进行，反应的进行，Cl2、CH4不断消不断消耗，耗，Cl和和CH3相对较多而发生碰撞的几率增相对较多而发生碰撞的几率增多，二者结合多，二者结合Cl和和CH3同时失活。同时失活。现在学习的是第21页，共32页 反反应应中中产产生生的的活活性性物物质质引引发发和和整整个个反反应应，反反应应称称为为“链链引引发发”步步骤骤；反反应应链链的的维维持持是是依依靠靠反反应应的的重重复复进进行行，反反应应称称为为链链增增长长（链链传传递递）步步骤骤；反反应应使使反反应应物物失失活活，使使反反应应终终止止
20、，反反应应称称为为“链链终终止止”。所所有有的的链链反反应应都都要要经经过过这这三三个个步步骤。骤。现在学习的是第22页，共32页自由基反应演示自由基反应演示链引发链引发链增长链增长链终止链终止现在学习的是第23页，共32页n 在在CH4氯氯代代反反应应中中，当当CH3Cl达达到到一一定定浓浓度度后后，Cl还还可可以以与与CH3Cl反反应应，产产生生氯氯甲甲基基自由基（自由基（CH2Cl）。只只要要Cl2的的量量足足够够，反反应应可可以以一一直直进进行行下下去去直直到到生生成成CCl4，因因此此CH4氯氯代代时时，反反应应得得到到的的是是多个产物的混合物多个产物的混合物。现在学习的是第24页，
21、共32页3.伯、仲、叔氢的反应活性伯、仲、叔氢的反应活性 在氯代反应中，H的活性顺序是：叔H 仲H 伯H 这个顺序与自由基的稳定性顺序相同：这个顺序与自由基的稳定性顺序相同：在这里同学们先记住这个顺序，其原因将在以后的课程在这里同学们先记住这个顺序，其原因将在以后的课程中学到，当生成的自由基越稳定，相对越易失去其上的中学到，当生成的自由基越稳定，相对越易失去其上的H原子，则相应的原子，则相应的H原子就越活泼。原子就越活泼。现在学习的是第25页，共32页 二、氧化反应和燃烧二、氧化反应和燃烧1.完全氧化完全氧化燃烧燃烧低级烷烃在空气中可以点燃，燃烧生成低级烷烃在空气中可以点燃，燃烧生成CO2和和
22、H2O。如：。如：CH42O2CO2H2O完全燃烧通式：完全燃烧通式：一些烷烃因为燃烧相对缓和，而常被用作燃料，一些烷烃因为燃烧相对缓和，而常被用作燃料，如汽油是如汽油是C7C8的烷烃，柴油是的烷烃，柴油是C15C19的烷烃。在的烷烃。在有机反应中，氧化是一个很广的概念，不仅分子中有机反应中，氧化是一个很广的概念，不仅分子中加加入氧入氧叫叫氧化氧化，分子中，分子中脱去氢脱去氢也叫也叫氧化氧化。相反分子中。相反分子中加加氢去氧氢去氧叫叫还原。还原。现在学习的是第26页，共32页爆炸极限爆炸极限n烷烷烃烃的的完完全全氧氧化化就就是是与与氧氧发发生生剧剧烈烈的的氧氧化化反反应应，同同时时放放出出大大
23、量量的的热热，使使产产生生的的气气体体膨膨胀胀，可可以以用来作功。用来作功。n低级烷烃的蒸气与空气混合达到一定比例，遇到明火或火花就会发生剧烈爆炸，这一比例范围就称为该化合物的爆炸极限。n例如：甲烷的爆炸极限为5.314。现在学习的是第27页，共32页n当当甲甲烷烷与与空空气气混混合合的的浓浓度度低低于于5.3，则则混混合合物物既既不不燃燃烧烧也也不不爆爆炸炸，当当甲甲烷烷的的浓浓度度高高于于14，可以燃烧但不会发生爆炸性反应。，可以燃烧但不会发生爆炸性反应。n在在煤煤矿矿中中，CH4（瓦瓦斯斯、瓦瓦斯斯气气）积积累累到到一一定定量量遇遇明明火火或或达达到到足足够够的的温温度度就就发发生生剧剧
24、烈烈的的爆炸引起事故。爆炸引起事故。n一一些些内内燃燃机机（汽汽油油机机、柴柴油油机机）也也是是利利用用烷烷烃燃烧产生的能量来工作。烃燃烧产生的能量来工作。现在学习的是第28页，共32页 2.部分氧化部分氧化 _ 控制氧化控制氧化 n 烷烃与烷烃与O2在一定温度下，用特殊的催化剂催化，在一定温度下，用特殊的催化剂催化，则可以将烷烃氧化成醇、醛或羧酸。则可以将烷烃氧化成醇、醛或羧酸。n如：甲烷在如：甲烷在NO催化下，于催化下，于600下用空气氧化下用空气氧化可以生成甲醛。可以生成甲醛。现在学习的是第29页，共32页由烷烃制取醇或脂肪酸由烷烃制取醇或脂肪酸n该该反反应应是是工工业业上上生生产产甲甲
25、醇醇的的方方法法。另另外外高高级级烷烷烃烃如石蜡烃，在如石蜡烃，在MnO2、KMnO4或或Mn(Ac)2催化下，催化下，n用空气氧化，可生成脂肪醇或酸的混合物。用空气氧化，可生成脂肪醇或酸的混合物。n 现在学习的是第30页，共32页27 自然界的烷烃自然界的烷烃n1、甲烷：甲烷：主要来源于石油、天然气和沼气主要来源于石油、天然气和沼气n2、其其它它的的烷烷烃烃：如如 正正十十一一烷烷和和正正十十三三烷烷等等是是昆昆虫虫信息素。信息素。n补充：一、石油补充：一、石油n从从油油田田中中开开采采出出来来的的未未加加工工的的石石油油称称原原油油，为为红红褐褐色色到到黑黑色色的的粘粘稠稠液液体体，具具有
26、有特特殊殊气气味味，比比重重一一般般小小于于1，不溶于水，沸点从，不溶于水，沸点从30600。n1.石油的组成石油的组成n石油是由相对分子质量大小不同一般是石油是由相对分子质量大小不同一般是C50以下以下的烷烃的混合物的，产地不同，成份也不尽相。的烷烃的混合物的，产地不同，成份也不尽相。现在学习的是第31页，共32页n2.石油的分馏石油的分馏 原油送入分馏塔后，各馏份随沸点原油送入分馏塔后，各馏份随沸点的不同而分开，这一过程叫分馏。得到不同沸点的不同而分开，这一过程叫分馏。得到不同沸点的组分叫馏分。主要有汽油、柴油、煤油、润滑的组分叫馏分。主要有汽油、柴油、煤油、润滑油和沥青等。油和沥青等。n3.石油的裂化和裂解石油的裂化和裂解n4.石油的合成石油的合成nA.科瑞科瑞-郝思（郝思（Corry-House)法法（二烷基铜锂与RX）nB.武尔慈武尔慈(Wurtz)法法（RX与活泼金属）等等现在学习的是第32页，共32页