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1、2.1.2烷烃和环烷烃的构造异构烷烃和环烷烃的构造异构构构造造异异构构：分分子子式式相相同同而而构构造造不不同同的的化化合合物物，称为构造异构体。称为构造异构体。从丁烷开始有同分异构体：从丁烷开始有同分异构体：正丁烷异丁烷正丁烷异丁烷Bp-0.5CBp-11.73C第1页/共55页同分异构体的推导：同分异构体的推导：写出最长链：写出最长链：写出少一个碳原子的直链，把一个碳当支链，找出可能的异构体写出少一个碳原子的直链，把一个碳当支链，找出可能的异构体写出少二个碳原子的直链，把二个碳当两个支链，或一个支链，找出可能的写出少二个碳原子的直链，把二个碳当两个支链，或一个支链，找出可能的异构体异构体第
2、2页/共55页环烷烃的构造异构环烷烃的构造异构以C6H12为例：可构成六元环、五元环、四元环、三元环:第3页/共55页同分异构同分异构（1）构造异构）构造异构1）碳架异构）碳架异构2）位置异构）位置异构3）官能团异构）官能团异构（2）立体异构）立体异构1）构象异构）构象异构2）构型异构）构型异构第4页/共55页习题习题2.2下列哪些化合物是同一化合物下列哪些化合物是同一化合物?哪哪些是构造异构体些是构造异构体?第5页/共55页2.2烷烃和环烷烃的命名烷烃和环烷烃的命名2.2.1伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子只只与与一一个个碳碳原原子子相相连连的的碳
3、碳原原子子称称为为伯伯碳碳原原子子，又又称称为为一一级级碳碳原原子子，用用1 表表示。示。与两个碳原子相连的碳原子称为仲碳原子，又称为二级碳原子，用与两个碳原子相连的碳原子称为仲碳原子，又称为二级碳原子，用2 表示。表示。与三个碳原子相连的碳原子称为叔碳原子，又称为三级碳原子，用与三个碳原子相连的碳原子称为叔碳原子，又称为三级碳原子，用3 表示。表示。与四个碳原子相连的碳原子称为季碳原子，又称为四级碳原子，用与四个碳原子相连的碳原子称为季碳原子，又称为四级碳原子，用4 表示。表示。第6页/共55页与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子。为
4、伯、仲、叔氢原子。例标出下列化合物中的伯、仲、叔、季碳原例标出下列化合物中的伯、仲、叔、季碳原子，并指出有多少伯、仲、叔氢原子？子，并指出有多少伯、仲、叔氢原子？第7页/共55页第8页/共55页2.2.2烷基和环烷基烷基和环烷基一个烷烃和环烷烃从形式上去掉一个氢原子后剩下的基团称为烷基或环烷基一个烷烃和环烷烃从形式上去掉一个氢原子后剩下的基团称为烷基或环烷基(1)某基：某基：甲基甲基CH3-Me乙基乙基CH3CH2-Et（正）丙基（正）丙基CH3CH2CH2-n-Pr（正）丁基（正）丁基CH3CH2CH2CH2-n-Bu第9页/共55页(2)异某基异某基:异丙基异丙基(CH3)2CH-i-Pr
5、异丁基异丁基(CH3)2CHCH2-i-Bu(3)仲某基仲某基:仲丁基仲丁基s-Bu第10页/共55页(4)叔某基叔某基:叔丁基叔丁基(CH3)3C-t-Bu叔戊基叔戊基环丙基,环丁基,环戊基,环己基第11页/共55页2.2.3烷烃的命名烷烃的命名(1)普通命名法普通命名法按按碳碳原原子子的的数数目目称称：甲甲、乙乙、丙丙、丁丁、戊戊、己己、庚、辛、壬、癸烷、十一烷、十二烷等。庚、辛、壬、癸烷、十一烷、十二烷等。直链的称为正某烷，直链的称为正某烷，碳链一端带有两个甲基的称为异某烷，碳链一端带有两个甲基的称为异某烷，有季碳原子的称新某烷，有季碳原子的称新某烷，正戊烷正戊烷第12页/共55页异丁烷
6、异丁烷新庚烷新庚烷第13页/共55页(2)衍生命名法衍生命名法按甲烷的衍生物命名，通常选择连接烷基最多的碳按甲烷的衍生物命名，通常选择连接烷基最多的碳原子作为母体甲烷碳原子原子作为母体甲烷碳原子二甲基乙基甲烷二甲基乙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷第14页/共55页(3)系统命名法系统命名法IUPAC命名法命名法,国际纯化学和应用化学联合会国际纯化学和应用化学联合会中国化学会中国化学会1980年年“有机化学命名原则有机化学命名原则”(a)选选取取含含碳碳原原子子最最多多支支链链数数目目最最多多的的碳碳链链为为主链主链.例：例：第15页/共55页(b)主链碳原子的位次编号主链碳原子
7、的位次编号 (1)取代基位次最小。例：例：3-甲基己烷(2)小的取代基列前，相同的取代基合并。小的取代基列前，相同的取代基合并。例：例：第16页/共55页2,2,3-三甲基三甲基-3-乙基戊烷乙基戊烷(3)烷基大小顺序烷基大小顺序(4)支支链链上上还还有有取取代代基基时时，用用括括号号中中的的数数字字或或带撇数字来标明：例：带撇数字来标明：例：2-甲基甲基-5,5-二二(1,1-二甲基丙基二甲基丙基)癸烷癸烷2-甲甲基基-5，5-二二-1，1-二二甲甲基基丙丙基癸烷基癸烷第17页/共55页2.2.4环烷烃的命名环烷烃的命名(1)单环脂环烃单环脂环烃环某烷环某烷:取代基编号最小取代基编号最小,小
8、的基团列前小的基团列前:环某烯环某烯,环某炔环某炔:官能团为官能团为1,2位位,取代基尽量小取代基尽量小:第18页/共55页(1)环上碳原子数环上碳原子数环某烷环某烷(2)小的取代基为小的取代基为1位位1-甲基甲基-2-异丙基环戊烷异丙基环戊烷1-甲基甲基-4-异丙基环己异丙基环己烷烷第19页/共55页(2)二环脂环烃二环脂环烃(a)桥环烷烃桥环烷烃1.成环碳原子总数成环碳原子总数环某烷，以二环为词头，标出环数环某烷，以二环为词头，标出环数2.编号从桥头开始，经最长的桥至另一桥头碳原子，沿次长的桥回到第一编号从桥头开始，经最长的桥至另一桥头碳原子，沿次长的桥回到第一个桥头碳原子，最短的桥上碳原
9、子最后编号个桥头碳原子，最短的桥上碳原子最后编号3.中括号中从大到小依次标出桥上碳原子数目，中间用圆点隔开。中括号中从大到小依次标出桥上碳原子数目，中间用圆点隔开。第20页/共55页1,2,7-三甲基二环三甲基二环2.2.1庚烷庚烷1,7,7-三甲基二环三甲基二环2.2.1庚烷庚烷第21页/共55页十氢萘，十氢萘，二环二环4.4.0癸烷癸烷 第22页/共55页(b)螺环烷烃螺环烷烃1.成环碳原子总数成环碳原子总数螺某烷螺某烷2.编号从小环开始，经螺原子至大环编号从小环开始，经螺原子至大环3.中括号中标出螺环上除螺原子外碳原子数目，中间用圆点隔开。中括号中标出螺环上除螺原子外碳原子数目，中间用圆
10、点隔开。螺螺3.4辛烷辛烷 6-甲基螺甲基螺4.5癸烷癸烷第23页/共55页2,7,7-三甲基二环三甲基二环4.1.0庚烷庚烷1,3,7-三甲基螺三甲基螺4.4壬烷壬烷第24页/共55页2.3烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的结构(1)碳原子的碳原子的sp3杂化轨道杂化轨道1)碳原子的电子跃迁碳原子的电子跃迁基态激发态基态激发态2)碳原子的电子碳原子的电子sp3杂化杂化第25页/共55页(2)键的形成及其特性键的形成及其特性sp3杂化轨道：一个杂化轨道：一个s轨道和三个轨道和三个p轨道杂化后，形成四个完全相等的杂轨道杂化后，形成四个完全相等的杂化轨道，这种轨道称为化轨道，这种轨道称为sp3杂化轨
11、道。杂化轨道。烷烃分子的形成烷烃分子的形成杂化轨道有更强的方向性杂化轨道有更强的方向性b四个四个SP3杂化轨道完全等值杂化轨道完全等值c四个键尽可能远离四个键尽可能远离在在sp3杂化轨道中，每两个杂化轨道之间的夹角都是杂化轨道中，每两个杂化轨道之间的夹角都是109 28第26页/共55页甲烷的四面体构型键长：0.109nm键角：109 28第27页/共55页分子模型凯库勒(球棒模型)和斯陶特(比例模型)模型烷烃的成键以乙烷为例：CH3-CH3六个C-H键为SP3-S键，一个SP3-SP3键第28页/共55页2.3.2环烷烃的结构与环的稳定环烷烃的结构与环的稳定性性三元环最不稳定三元环最不稳定,
12、其次是四元环其次是四元环,五元环、六五元环、六元环及更大的一些环比较稳定元环及更大的一些环比较稳定(从燃烧热可看从燃烧热可看出出)角张力：与正常的四面体键角的偏差引起了角张力：与正常的四面体键角的偏差引起了分子的张力，力图恢复正常键角的趋势，这分子的张力，力图恢复正常键角的趋势，这种力叫作角张力。环丙烷的结构种力叫作角张力。环丙烷的结构碳环键角：碳环键角：105.5,H-C-H键角：键角：114，环丙烷具有一定的环丙烷具有一定的 键的性质键的性质第29页/共55页环丁烷的构象环丁烷的构象C-C-C键角约键角约111.5,形如蝴蝶，上下摆形如蝴蝶，上下摆动。动。环戊烷的构象环戊烷的构象信封型信封
13、型扭曲扭曲型型第30页/共55页2.4烷烃和环烷烃的构象烷烃和环烷烃的构象2.4.1乙烃的构象乙烃的构象(交叉式与重叠式交叉式与重叠式)透视式：透视式：(锯架式锯架式)纽曼投影式纽曼投影式第31页/共55页两种构象式能量差为两种构象式能量差为12.6kJ/摩尔见摩尔见P39图图2-8乙烷不同构象的能量曲线图乙烷不同构象的能量曲线图第32页/共55页2.4.2丁烷的构象丁烷的构象对位交叉式对位交叉式邻位交叉式邻位交叉式部分重叠式部分重叠式全重叠式全重叠式这种由于单键旋转而产生的异构体称为构象异构体，简称异象体这种由于单键旋转而产生的异构体称为构象异构体，简称异象体第33页/共55页2.4.3环己
14、烷的构象环己烷的构象环己烷的构象环己烷的构象椅式构象：椅式构象：C-C-C键角键角109.5,相邻碳原子相邻碳原子的键处于邻位交叉式的键处于邻位交叉式六个平伏键六个平伏键(e键键)，六个直立键，六个直立键(a键键)，并相互，并相互转换。转换。第34页/共55页船式构象船式构象：C-C-C键角键角109.5，有两对相邻，有两对相邻碳原子处在邻位交叉式位置：碳原子处在邻位交叉式位置：2.4.4取代环己烷的构象取代环己烷的构象取代基处在平伏键的位置时，能量更低，更稳取代基处在平伏键的位置时，能量更低，更稳定：如甲基环己烷定：如甲基环己烷第35页/共55页当环上有二个基团时，大的基团处于平伏键当环上有
15、二个基团时，大的基团处于平伏键的位置时，更稳定：如顺的位置时，更稳定：如顺-1-甲基甲基-4-异丙基异丙基环己烷：环己烷：左式更稳定左式更稳定第36页/共55页2.5烷烃和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的物理性质物质状态物质状态14碳碳气气体体；516碳碳液液体体；17碳碳以以上上固体固体2.5.1沸点沸点由由色色散散力力决决定定：随随碳碳原原子子数数增增加加而而升升高高；正正烷烃的沸点高于它的异构体烷烃的沸点高于它的异构体.2.5.2熔点熔点分分子子间间引引力力及及分分子子的的对对称称性性决决定定（排排列列紧紧密密）：随随碳碳原原子子数数增增加加而而升升高高；偶偶数数烷烷烃烃的的熔熔点点比比奇
16、奇数数的的升升高高的的更更多多；对对称称性性好好的的新新戊戊烷烷的的熔熔点点（-17 C）高高于于异异戊戊烷烷(-160 C)和和戊戊烷烷(-130 C)第37页/共55页2.5.3相对密度相对密度分子间引力决定分子间引力决定:随碳原子数增加而增大随碳原子数增加而增大,接近接近0.782.5.4溶解度溶解度不不溶溶于于水水，易易溶溶于于有有机机溶溶剂剂，尤尤其其是是烃烃类类中中，如如石石腊腊溶溶于于汽汽油油。(相相似似相相溶溶的经验规律的经验规律)2.5.5折射率折射率光通过空气和介质的速度比，数值大于光通过空气和介质的速度比，数值大于1，与分子被极化程度等有关。直，与分子被极化程度等有关。直
17、链烷烃的折光率随碳原子数增加而增大。链烷烃的折光率随碳原子数增加而增大。第38页/共55页环烷烃的物理性质与烷烃相似环烷烃的物理性质与烷烃相似P48:问题问题2.14(1)正丁烷的熔点和沸点都比异丁烷高正丁烷的熔点和沸点都比异丁烷高(2)正辛烷沸点更高正辛烷沸点更高,2,2,3,3-四甲基丁烷熔点更高。四甲基丁烷熔点更高。(3)庚烷的沸点较高庚烷的沸点较高,3,3-二甲基戊烷熔点较高二甲基戊烷熔点较高第39页/共55页2.6烷烃和环烷烃的的化学性质烷烃和环烷烃的的化学性质特点特点:稳定性好稳定性好,不易发生化学反应不易发生化学反应;不易发生不易发生异裂反应，仅可发生均裂反应。异裂反应，仅可发生
18、均裂反应。2.6.1自由基取代反应自由基取代反应烷烃和环烷烃分子中的氢原子被其他原子或基烷烃和环烷烃分子中的氢原子被其他原子或基团取代的反应，称为取代反应通过自由基取团取代的反应，称为取代反应通过自由基取代分子中的氢原子的反应代分子中的氢原子的反应,称为自由基取代反称为自由基取代反应应.(1)卤化反应卤化反应在光热或催化剂作用下在光热或催化剂作用下,烷烃烷烃(环烷烃环烷烃)的氢原的氢原子可被卤素取代，生成卤代烃，并放出卤化氢。子可被卤素取代，生成卤代烃，并放出卤化氢。第40页/共55页1)卤素的反应活性卤素的反应活性F2Cl2Br2,I2通常不发生反应通常不发生反应2)烷烃中各种氢的活性烷烃中
19、各种氢的活性叔氢叔氢 仲氢仲氢 伯氢伯氢3)自由基的稳定性自由基的稳定性叔碳自由基叔碳自由基 仲碳自由基仲碳自由基 伯碳自由基伯碳自由基第41页/共55页1-氯氯-2-甲甲基基丙丙烷烷2-氯氯-2-甲基丙烷甲基丙烷64%36%活性活性:氯代时氯代时,叔叔,仲仲,伯氢在室温时的相对活性为伯氢在室温时的相对活性为5:4:1 第42页/共55页反应的选择性反应的选择性:溴溴氯氯氟氟溴代反应时，叔、仲、伯氢相对活性为溴代反应时，叔、仲、伯氢相对活性为1600：82：1氯代反应因反应原料易得，在工业上得到广泛应用，如甲烷氯代，可生产氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和氯代反应因反应原料易得，在工业上得到广泛应用
20、，如甲烷氯代，可生产氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。四氯化碳。第43页/共55页(2)卤化的反应机理卤化的反应机理反应机理，是指化学反应所经历的途径或过程。反应机理，是指化学反应所经历的途径或过程。甲烷的反应机理甲烷的反应机理1)链引发链引发2)链增长链增长第44页/共55页3)链的终止链的终止第45页/共55页2.6.2氧化反应氧化反应1)燃烧生成燃烧生成CO2和水和水,(不完全燃烧时生成不完全燃烧时生成C,CO)燃烧热燃烧热:化合物完全燃烧后放出的热量。化合物完全燃烧后放出的热量。2)在引发剂引发下可发生部分氧化，合成了乙酸，高级脂肪酸等产品。在引发剂引发下可发生部分氧化，合成了乙酸
21、，高级脂肪酸等产品。工业上工业上,以石腊生产高级脂肪酸以石腊生产高级脂肪酸.以环十二烷生产环十二酮以环十二烷生产环十二酮.第46页/共55页2.6.3异构化反应异构化反应化合物由一种异构体转变为另一种异构体的反化合物由一种异构体转变为另一种异构体的反应，称为异构化反应。应，称为异构化反应。在石油工业中具有重要的意义，将直链烷烃异在石油工业中具有重要的意义，将直链烷烃异构化为支链烷烃可提高汽油的辛烷值。构化为支链烷烃可提高汽油的辛烷值。(辛烷辛烷值大值大,汽油的抗爆性好汽油的抗爆性好)异辛烷异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷三甲基戊烷)的辛烷值为的辛烷值为100,正庚烷的辛烷值为正庚烷的辛烷值为0.
22、第47页/共55页2.6.4裂化反应裂化反应隔绝氧气，高温下，化合物发生键断裂的反应。隔绝氧气，高温下，化合物发生键断裂的反应。一般生成分子量更小的烷，烯和氢气。如一般生成分子量更小的烷，烯和氢气。如:催化裂化，又称催化重整，是很重要的反应。催化裂化，又称催化重整，是很重要的反应。在裂解过程中首先因均裂产生自由基。在裂解过程中首先因均裂产生自由基。第48页/共55页2.6.5小环环烷烃的加成反应小环环烷烃的加成反应(1)催化加氢催化加氢三元环更易反应第49页/共55页(2)加卤素加卤素第50页/共55页(3)加卤化氢加卤化氢产物符合马尔科夫尼科夫规则产物符合马尔科夫尼科夫规则环的断裂发生在连接
23、氢原子最多的碳原子和环的断裂发生在连接氢原子最多的碳原子和连接氢原子最少的碳原子之间连接氢原子最少的碳原子之间第51页/共55页2.7烷烃和环烷烃的主要来源和制法烷烃和环烷烃的主要来源和制法2.7.1烷烃和环烷烃的来源烷烃和环烷烃的来源1)天然气天然气2)石油和石油气石油和石油气3)其他其他天体天体植物植物动物动物第52页/共55页2.7.2烷烃和环烷烃的制法烷烃和环烷烃的制法(1)烯烃和芳烃加氢烯烃和芳烃加氢(2)Corey-House合成合成有机铜锂和有机碘化物反应有机铜锂和有机碘化物反应(3)由卤代烃制备由卤代烃制备用锌或钠与二卤代烃反应用锌或钠与二卤代烃反应,生成环烷烃生成环烷烃第53页/共55页习题习题(p60-62)(一一)(1)(3)(5)(四四)(1)(3)(5)(八八)(1)(2)(九九)(1)(3)(十一十一)(十三十三)第54页/共55页谢谢您的观看！第55页/共55页