新版有机化学饱和烃省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第二章第二章 饱和烃饱和烃（烷烃（烷烃（烷烃（烷烃 环烷烃）环烷烃）环烷烃）环烷烃）烃烃是是有有机机物物中中最最简简单单一一个个，它它只只含含有有C C、H H两两种种元元素素，这这类类化化合合物物统统称称碳碳氢氢化化合合物物，简简称称烃烃。其其它它脂脂肪肪烃烃均均可可看看作作是是烃烃衍衍生生物物，即即烃烃中中氢原被其它原子或原子团取代产物。氢原被其它原子或原子团取代产物。烃依据结构和性质不一样分类烃依据结构和性质不一样分类第第1页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学烃分类烃分类 第第2页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学目录目录v2-1烷烃烷烃v2-1-1烷烃通式、结构和同系列烷烃通式、结构和同系列v2-1-2烷烃结构异构与命名烷烃结构异构与命名v2-1-3乙烷和丁烷构象乙烷和丁烷构象v2-1-4烷烃物理性质烷烃物理性质v2-1-5烷烃化学性质烷烃化学性质v2-1-6主要烷烃主要烷烃v2-2环烷烃环烷烃第第3页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学2.1.1 烷烃通式、同系列和同分异构烷烃通式、同系列和同分异构 v烃烃中中碳碳原原子子之之间间均均以以单单键键相相连连，其其它它键键都都与与H结结合合，形形成开链化合物叫烷烃。又叫饱和烃。成开链化合物叫烷烃。又叫饱和烃。v一、烷烃通式和同系列一、烷烃通式和同系列v2。同同系系列列：结结构构和和性性质质相相同同，在在组组成成上上相相差差一一个个或或数个数个CH2一系列化合物，就是一个同系列。一系列化合物，就是一个同系列。v3。系系差差：同同系系列列中中相相邻邻碳碳数数同同系系物物分分子子在在组组成成上上相相差差一一个个CH2基基团团，这这种种同同系系列列中中相相邻邻化化合合物物在在组组成成上上差异，称为系差。差异，称为系差。烷烃系差为烷烃系差为CH2。v4。同同系系物物：同同系系列列中中化化合合物物互互称称同同系系物物。同同系系物物结结构和性质都非常相同。构和性质都非常相同。1。通式：。通式：即能够代表任意一个烷烃组成式子。即能够代表任意一个烷烃组成式子。烷烃通式为烷烃通式为CnH2n+2第第4页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学2.1.2、烷烃结构异构与命名、烷烃结构异构与命名v结构和同分异构结构和同分异构v分子中原子相互连接方式和次序叫做结构分子中原子相互连接方式和次序叫做结构丁烷（丁烷（C4H10）：）：CCCC和和CH3-CH2-CH2-CH3它们可各自形成一个分子。它们可各自形成一个分子。第第5页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学正丁烷和异丁烷性质差异正丁烷和异丁烷性质差异v它它们们熔熔、沸沸点点相相差差都都在在11以以上上显显然然不不是是同同一一个个分子分子v这这种种分分子子式式相相同同，而而结结构构和和性性质质不不一一样样化化合合物物，互互称称同同分分异异构构体体。把把产产生生同同分分异异构构体体这这种种现现象象称称为为同同分分异异构构现现象象，因因为为同同分分异异构构现现象象是是由由结结构构不不一样而引发，所以也叫做结构异构。一样而引发，所以也叫做结构异构。名称名称熔点熔点沸点沸点正丁烷正丁烷-138.3-0.5异丁烷异丁烷-159.4-11.7第第6页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学同分异构体数目推算同分异构体数目推算v以以C6H14为例，简明说明异构体简单推算方法。为例，简明说明异构体简单推算方法。v先写出最长直链（无支链）先写出最长直链（无支链）CCCCCCv从最长链上减一个从最长链上减一个C，用该，用该C做支链在长链上移动位置。做支链在长链上移动位置。降降低低2个个C作作为为取取代代基基，注注意意这这两两个个C能能够够是是两两个个甲甲基基，也也能能够是一个乙基。够是一个乙基。若若C数较大，则依次降低，直到不能再减为止数较大，则依次降低，直到不能再减为止第第7页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子v1.伯伯碳碳：一一个个C原原子子与与另另一一个个C原原子子直直接接相相连，该连，该C称为伯碳原子，用称为伯碳原子，用1表示表示v2.仲仲碳碳：一一个个C原原子子与与另另二二个个C原原子子直直接接相相连，该连，该C称为仲碳原子，用称为仲碳原子，用2表示。表示。v3.叔叔碳碳：一一个个C原原子子与与另另三三个个C原原子子直直接接相相连，该连，该C称为叔碳原子，用称为叔碳原子，用3表示。表示。v4.季季碳碳：一一个个C原原子子与与另另四四个个C原原子子直直接接相相连，该连，该C称为季碳原子，用称为季碳原子，用4表示。表示。第第8页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学分分别别与与伯伯、仲仲、叔叔碳碳原原子子相相连连氢氢原原子子，则则对对应应称称为为伯、仲、叔氢原子伯、仲、叔氢原子。第第9页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学2.1.2.2 烷烃命名烷烃命名v有有机机物物之之所所以以种种类类繁繁多多，是是因因为为它它有有数数目目庞庞大大同同分分异异构构体体。如如C20烷烷烃烃异异构构体体数数有有36万万多多个个，所所以以化化合合物物名名称称应应与与其其分分子子结结构构一一一一对对应应。一一个个名名称称只只能能写写出出一一个个结结构构，而而一一个个结结构构也也只只能能写写出出一一个个唯唯一一名名称称。一一个个化化合合物物名名称称不不能能与与其其它它类类似似化化合合物物重重复复和和混混同同，不不然然这这个个命命名名就就毫毫无意义了。无意义了。v有有机机物物命命名名惯惯用用有有习习惯惯法法、衍衍生生物物法法和和系系统统法法三种。三种。第第10页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学习惯命名法（普通法）习惯命名法（普通法）v1.按按烃烃中中碳碳原原子子数数叫叫“烷烷”，C10及及C10以以以以下下用用“天天干干”数数表表示示（甲甲、乙乙、丙丙、丁丁、戊戊、己己、庚庚、辛辛、壬壬、癸癸），），C10以上就用汉字以上就用汉字“十一、十二十一、十二”表示。表示。例：例：C4H10C10H22C11H24C20H42丁烷丁烷癸烷癸烷十一烷十一烷二十烷二十烷第第11页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学习惯命名法习惯命名法v2.在习惯命名法中，为了区分异构体，在习惯命名法中，为了区分异构体，v不含支链直链叫不含支链直链叫“正正烷烷”。含有一个支链形如含有一个支链形如含有两个支链形如含有两个支链形如，叫，叫“异异烷烷”。，叫，叫“新新烷烷”。第第12页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学例：例：C5H12三个同分异构体三个同分异构体v缺点：缺点：C原子数较少时能够采取，若原子数较少时能够采取，若C数较多、支链较数较多、支链较多，则无法命名。多，则无法命名。正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷第第13页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学衍生物命名法衍生物命名法v1.烷烷基基 我我们们把把烷烷烃烃去去掉掉一一个个H原原子子后后剩剩下下原原子子团团叫叫，用用“R”表示。表示。v例例：CH4去去掉掉一一个个H原原子子后后形形成成原原子子团团，CH3，我我们们称之为甲基。称之为甲基。Me（甲基）（甲基）vCH3CH2CH2 叫丙基叫丙基 nPr（正丙基）（正丙基）另外有两个烷另外有两个烷基轻易混同。基轻易混同。叫异丙基叫异丙基iPr（异丙基异丙基）iBu（异丁基）（异丁基）s-Bu（仲丁基）（仲丁基）t-Bu（叔丁基）（叔丁基）-C(CH3)3第第14页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学衍生物命名法衍生物命名法vA.不不论论分分子子中中有有多多少少个个碳碳，一一律律称称为为“甲甲烷烷”，其其它它均均视视为为取取代代基。基。v如如：CH4,叫叫甲甲烷烷。而而CH3CH3可可看看作作是是甲甲烷烷中中一一个个H被被一一个个甲甲基取代产物，叫做甲基甲烷。基取代产物，叫做甲基甲烷。vB.取取代代基基书书写写次次序序按按“由由小小到到大大”依依次次书书写写，取取代代基基数数目目用用大大写写汉字汉字“二、三二、三”表示，并写在取代基名称前。例：表示，并写在取代基名称前。例：四甲基甲烷四甲基甲烷二甲基乙基甲烷二甲基乙基甲烷第第15页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学衍生物命名法不足衍生物命名法不足v 缺点：对缺点：对C数较多，取代基较多分子无法数较多，取代基较多分子无法命名。如：命名。如：3，4，4三甲基三甲基3乙基庚烷乙基庚烷第第16页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学系统命名法（系统命名法（IUPAC法）法）v烷烃系统命名分直链和支链两种情况。烷烃系统命名分直链和支链两种情况。v1.直链直链v直链烷烃命名同习惯法，只是不称为直链烷烃命名同习惯法，只是不称为“正正烷烷”，而直接称为，而直接称为“烷烷”。例：。例：vCH3CH2CH2CH2CH3v习惯法中称为习惯法中称为正戊烷正戊烷v系统法中称为系统法中称为戊烷戊烷v2.含支链烷烃命名标准含支链烷烃命名标准第第17页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学含支链烷烃命名标准含支链烷烃命名标准v（1）.选主链选主链v选选取取含含碳碳原原子子数数最最多多长长链链为为主主链链，并并按按主主链链碳碳（直直链链）数命名称数命名称“烷烷”。例：。例：最最长长C链链有有4个个C原原子子，就就称称“丁丁烷烷”，余余下下一一个个甲甲基基作为取代基。作为取代基。2甲基丁烷甲基丁烷第第18页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学最最长长碳碳链链含含6个个C，共共可可选选出出三三条条，取取代代基基数数分分别别为为2、3、4个，主链应选在使取代基最多个，主链应选在使取代基最多C链上。链上。2,5-二甲基二甲基-3，4-二乙基己烷二乙基己烷第第19页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学（2）.主链碳编号主链碳编号为何要给主链上碳原子编上号码呢？为何要给主链上碳原子编上号码呢？为为了了表表明明取取代代基基所所处处位位置置，所所以以需需要要用用阿阿拉拉伯伯数数字字给给主主链链编编号号，该该C编编号号即即是是连连在在该该C上上取取代代基基位置。位置。编编号号标标准准：从从最最靠靠近近取取代代基基一一端端开开始始给给主主链链编编号号，并并确确定定各各取取代代基基位位置置，编编号号写写在在取取代代基基名名前前，中中间间用用一一短短横横隔隔开开，再再写写在在主主链链名名前前就就形形成成完完整整命命名。名。第第20页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学不不论论从从左左或或从从右右编编，均均在在第第2位位碰碰到到取取代代基基，此此时时应应以以第第三三个个取取代代基基为为准准，并并从从使使该该取取代代基基位位置置最最小小一一端编起。端编起。2，4，8三甲基壬烷三甲基壬烷第第21页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学3乙基乙基4甲基庚烷甲基庚烷4甲基甲基 3乙基庚烷乙基庚烷第第22页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学烷基大小次序烷基大小次序*v不不论论原原子子数数多多少少，只只要要原原子子序序较较大大，就就视视为为较较复复杂杂，若若连连在在主主体体上上第第一一原原子子原原子子序序数数相相同同，则则比比较较连连在在第第一一原原子子上上第第二二原原子子，大大者者较较复复杂杂，以这类推，直到比出大小。以这类推，直到比出大小。第第23页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学第第24页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学练习：练习：1,3二甲基戊烷二甲基戊烷2,3二甲基戊烷二甲基戊烷注意：在烷烃命名中，注意：在烷烃命名中，1位不会出现甲基，位不会出现甲基，2位也不位也不会出现乙基，等等。会出现乙基，等等。2,3,5三甲基三甲基4异丙基庚烷异丙基庚烷第第25页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学写出下面分子结构式：写出下面分子结构式：2,4二甲基二甲基3,3二异丙基戊烷二异丙基戊烷练习练习第第26页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学系统命名法小结：系统命名法小结：v1.选主链选主链（最长碳链）（最长碳链）v2.主链编号（标准主链编号（标准:首先是首先是A.最低系列。最低系列。其次才是其次才是B.较小基团有较小位次）较小基团有较小位次）v3.书写名称书写名称（先小后大）（先小后大）v烷烃命名是其它类化合物命名法之基础，必须熟练掌烷烃命名是其它类化合物命名法之基础，必须熟练掌握。握。第第27页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学2.1.3 烷烃构象烷烃构象v甲烷是烷烃中结构最简单分子甲烷是烷烃中结构最简单分子v经经当当代代物物理理方方法法测测定定甲甲烷烷分分子子为正四面体结构。为正四面体结构。C原原子子处处于于正正四四面面体体中中心心，四四个个H原子位于正四面体四个顶点。原子位于正四面体四个顶点。甲烷中四个甲烷中四个C-H键完全相同。键完全相同。键角键角10928，键长为，键长为0.110nm第第28页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学C原子原子sp3杂化杂化v甲烷中碳采取甲烷中碳采取sp3杂化方式（杂化轨道理论，美，鲍杂化方式（杂化轨道理论，美，鲍林提出，获林提出，获1964年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）2s 2p 2s 2p sp3杂化轨道杂化轨道这这四四个个sp3杂杂化化轨轨道道每每个个杂杂化化轨轨道道均均含含有有1/4s成成份份和和3/4p成成份份，四四个个杂杂化化轨轨道道除除方方向向不不一一样样外外完完全全相相同同，这四个杂化轨道分别指向正四面体四个顶点。这四个杂化轨道分别指向正四面体四个顶点。第第29页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学Sp3杂化轨道与杂化轨道与p轨道比较轨道比较v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，更更利利于于电电子子云云间间重重合合，利利于于成成键键。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，即即使使电电子子激激发发时时要要吸吸收收能能量量，但但形形成成化化学学键键后后可可放放出出更更多多能能量量，所所以以体体系系能能量量降降低低，较稳定。较稳定。第第30页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学烷烃结构和形成烷烃结构和形成 v1.结构结构vCH4及其它烷烃中及其它烷烃中C在成键时采取在成键时采取sp3杂化方式杂化方式当当4个个H或或C原原子子沿沿sp3杂杂化化轨轨道道方方向向靠靠近近C原原子子时时，H1s或或Csp3与与另另外外Csp3杂杂化化轨轨道道电电子子云云进进行行最最大大程程度重合，形成共价键。度重合，形成共价键。v烷烷烃烃中中杂杂化化Csp3杂杂化化轨轨道道间间夹夹角角靠靠近近10928，正正是是因因为为C原原子子采采取取sp3杂杂化化，所所以以三三个个碳碳以以上上烷烷烃烃不不是是直直线线型型而而是是折折线线型型，CCC键键间间夹夹角亦靠近角亦靠近10928。第第31页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学这这种种重重合合方方式式称称为为“头头碰碰头头”重重合合，能能够够进进行行最大重合，以这种重合方式形成共价键称为最大重合，以这种重合方式形成共价键称为键。键。第第32页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学v2.键：键：成键电子云沿键轴方向以成键电子云沿键轴方向以“头碰头头碰头”方式重合而成共价键。方式重合而成共价键。v在烷烃中在烷烃中CH、CC键电子云重合方式均是沿键电子云重合方式均是沿着键轴方向重合而成，成键原子可绕轴旋转，而着键轴方向重合而成，成键原子可绕轴旋转，而不影响电子云重合。不影响电子云重合。v键特点：电子云重合程度最大，键比较牢靠，键特点：电子云重合程度最大，键比较牢靠，原子在绕轴旋转时，原子在绕轴旋转时，键不会被破坏。因为键不会被破坏。因为键键能够绕轴自由旋转，所以能够绕轴自由旋转，所以C2以上烷烃分子构象是以上烷烃分子构象是无穷无穷。第第33页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学乙烃构象乙烃构象v乙烷构象乙烷构象v乙乙烷烷分分子子中中CC键键能能够够自自由由旋旋转转，在在旋旋转转中中，因因为为两两个个甲甲基基上上氢氢原原子子相相对对位位置置不不停停地地发发生生改改变变，就就形形成成许许多多不不一一样样空空间间排排列方式。列方式。v仅仅围围绕绕单单键键旋旋转转而而引引发发分分子子中中各各原原子子在在空空间不一样排布方式，称为构象。间不一样排布方式，称为构象。v不不一一样样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影式表示。投影式表示。纽曼投影式纽曼投影式球球 棍棍 模模 型型第第34页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学正丁烷构象 v以正丁烷以正丁烷C2C3键旋转来讨论丁烷构象，固定键旋转来讨论丁烷构象，固定C2，把，把C3旋转一圈来看丁旋转一圈来看丁烷构象情况。烷构象情况。v在转动时，每次转在转动时，每次转60，直到，直到360复原可得到四种经典构象。复原可得到四种经典构象。vv四种经典构象与能量关系见四种经典构象与能量关系见P15图图2-5v其稳定性次序为：其稳定性次序为：v对位交叉式对位交叉式邻位交叉式邻位交叉式部分重合式部分重合式全重合式全重合式v相对能垒相对能垒:03.3KJ/mol14.6KJ/mol18.425.5KJ/molv室温时室温时,对位交叉式约占对位交叉式约占70%，邻位交叉式占，邻位交叉式占30%，其它两种极少。，其它两种极少。第第35页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学戊烷构象戊烷构象v如C5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，仍写作为了方便，仍写作CH3CH2CH2CH2CH3形式。形式。第第36页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学2.1.4 烷烃物理性质烷烃物理性质v物物理理性性质质是是有有机机物物性性质质一一个个主主要要方方面面。主主要要指指物物态态、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判判定定一一个个化化合合物物常常规规数数据据，叫做物理常数。叫做物理常数。v部分烷烃物理常数列于书中部分烷烃物理常数列于书中P19，表，表22中。中。第第37页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学v1.物物态态：指指物物质质状状态态（固固、液液、气气态态）、颜颜色色、气气味味等。等。v在在常常温温下下，C1C4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改改变变与与卤素相同。卤素相同。F2、Cl2气体，气体，Br2液体，液体，I2固体。固体。v2.熔熔点点：正正构构烷烷烃烃熔熔点点（丙丙烷烷除除外外），基基本本上上是是伴伴随随分分子子量量增增加加而而升升高高，且且分分子子对对称称性性越越好好，熔熔点点则则较较高高，而而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。对对于于同同碳碳数数烷烷烃烃，结结构构越越对对称称，熔熔点点越越高高，支支链链少少，熔熔点低。点低。物理性质物理性质第第38页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学熔点熔点v直链烷烃熔点与分子中所含碳原子数目标关系直链烷烃熔点与分子中所含碳原子数目标关系第第39页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学v3.沸沸点点：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，而而且且相相邻邻两两同同系系物物间间沸沸点点差差随随分分子子量量增增加加而而减减小，并趋于稳定。小，并趋于稳定。v在在同同碳碳数数烷烷烃烃异异构构体体分分子子间间，直直链链烷烷烃烃沸沸点点较高，支链越多，沸点越低。较高，支链越多，沸点越低。v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，则大，则分子间引力就越大，其沸点就高分子间引力就越大，其沸点就高。v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，所以沸点低于对应碳数直链烷烃。所以沸点低于对应碳数直链烷烃。第第40页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学同分异构体物理性质比较同分异构体物理性质比较 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第第41页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学v4.相相对对密密度度：烷烷烃烃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增增加加而而增增加加，但但当当C15以以后后，相相对对密密度度改改变不大，其极限值大约在变不大，其极限值大约在0.8附近。附近。相相对对密密度度改改变变规规律律与与沸沸点点相相同同，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，一一样样数数目目标标分分子则占用较大空间，因而相对密度较小。子则占用较大空间，因而相对密度较小。v5.溶解度：溶解度：遵照遵照“相同相溶原理相同相溶原理”分分子子量量相相近近，极极性性相相同同，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苯苯、醇醇、醚醚及及无无极极性性CCl4、CS2等溶剂中。等溶剂中。第第42页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学2.1.5 烷烃化学性质烷烃化学性质 v烷烷烃烃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、KOH）、强强氧氧化化剂剂（KMnO4、K2Cr2O7）等等化化学学试试剂剂都都不反应。不反应。v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CC键键、CH键键是是结结构构牢牢靠靠单单键键，断断开开时时需需要要吸吸收收较较多多能能量量，故故烷烷烃烃性性质质较较为为稳稳定定，但但也也绝绝不不是是不不能能断断开开，在在特特定定条条件件下下，如如高高温温、光照条件下，可断开光照条件下，可断开键发生一些反应。键发生一些反应。第第43页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学一、卤代反应一、卤代反应 v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，有有机机物物中中H H原原子子被被其其它它原原子子或或原原子子团团取取代代反反应应，叫叫取取代代反反应应。如如H H被卤素取代反应叫被卤素取代反应叫卤代反应卤代反应。v因因为为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发发生生爆爆炸性反应，不易控制。炸性反应，不易控制。v碘碘代代反反应应十十分分迟迟缓缓，均均不不实实用用。烷烷烃烃卤卤代代普普通通是指氯代或溴代。是指氯代或溴代。第第44页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学 1.甲烷氯代甲烷氯代v甲甲烷烷（低低级级烷烷烃烃）与与氯氯气气混混合合后后在在直直射射光光照照射射下下，发发生生爆爆炸炸性性猛猛烈烈反反应应，生生成成HCl和和炭炭黑黑，反反应应不不能能控控制制该反应中生成炭黑是黑烟状一个颗粒极细炭。该反应中生成炭黑是黑烟状一个颗粒极细炭。第第45页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学甲烷氯代甲烷氯代v该该反反应应在在漫漫射射光光照照射射下下，能能够够发发生生较较为为温温和和反反应应，控控制制CH4和和Cl2量可生成一系列卤代烷化合物。量可生成一系列卤代烷化合物。v在在试试验验中中，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混混合合物物，无无实实用用价价值值。在在工工业业中中则则能能够够经经过过控控制制反反应应条条件件、试试剂剂用量来到达使某一个氯代产物为主目标。用量来到达使某一个氯代产物为主目标。vCH4：Cl210:1时，主产物是时，主产物是CH3ClvCH4：Cl20.26:1时，主产物是时，主产物是CCl4v利用利用CH4b.p.=164、vCH3Clb.p.=24.2很轻易将二者分开。很轻易将二者分开。第第46页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学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v经过对反应速度研究，人们认为甲烷氯代反应机理是分以下几经过对反应速度研究，人们认为甲烷氯代反应机理是分以下几步进行。步进行。v首先氯在光照射下，发生均裂生成两个氯自由基，而氯这种状首先氯在光照射下，发生均裂生成两个氯自由基，而氯这种状态是非常活泼，非常轻易形成态是非常活泼，非常轻易形成8电子稳定结构。电子稳定结构。v为为了了形形成成8电电子子稳稳定定结结构构，Cl夺夺取取CH4中中一一个个H原原子子生生成成HCl，同时生成一个同时生成一个CH3。第第47页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学vCH3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和和一一个个新新Cl。v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。象象这这么么每每一一步步反反应应都都生生成成一一个个新新自自由由基基，使使下下一一步步反反应应能能够够不不间间断断地地进进行行下下去去，这这么么反应叫链式反应、链反应或连锁反应。反应叫链式反应、链反应或连锁反应。伴随第伴随第反应进行，反应进行，Cl2、CH4不停消耗，不停消耗，Cl和和CH3相对较多相对较多而发生碰撞使而发生碰撞使Cl和和CH3同时失活。同时失活。第第48页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学反反应应中中产产生生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“链链引引发发”步步骤骤；反反应应链链维维持持是是依依靠靠反反应应重重复复进进行行，反反应应称称为为链链增增加加（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，反反应应称为称为“链终止链终止”。全部链反应都要经过这三个步骤。全部链反应都要经过这三个步骤。第第49页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学只只要要Cl2量量足足够够，反反应应能能够够一一直直进进行行下下去去直直到到生生成成CCl4，所以，所以CH4氯代时，反应得到是多个产物混合物。氯代时，反应得到是多个产物混合物。v在在CH4氯氯代代反反应应中中，当当CH3Cl到到达达一一定定浓浓度度后后，Cl还还能能够够与与CH3Cl反反应应，产产生生氯氯甲甲基基自自由由基基（CH2Cl）。）。第第50页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学3.伯、仲、叔氢反应活性伯、仲、叔氢反应活性 v在氯代反应中，在氯代反应中，H活性次序是：活性次序是：v叔叔H仲仲H伯伯Hv这个次序与这个次序与“叔丁基自由基叔丁基自由基仲丁基自由仲丁基自由基基正丁基自由基正丁基自由基”稳定性次序相同。稳定性次序相同。在这里同学们先记住这个次序，其原因将在在这里同学们先记住这个次序，其原因将在以后课程中学到，当生成自由基越稳定，相以后课程中学到，当生成自由基越稳定，相对越易失去其上对越易失去其上H原子，则对应原子，则对应H原子就越活原子就越活泼。泼。这部分内容较简单，能够课后自己阅读。这部分内容较简单，能够课后自己阅读。第第51页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学 二、氧化反应二、氧化反应v1.完全氧化完全氧化燃烧燃烧v低级烷烃在空气中能够点燃，燃烧生成低级烷烃在空气中能够点燃，燃烧生成CO2和和H2O。如：。如：vCH42O2CO2H2Ov一些烷烃因为燃烧相对缓解，而常被用作燃一些烷烃因为燃烧相对缓解，而常被用作燃料，如汽油是料，如汽油是C7C8烷烃，柴油是烷烃，柴油是C15C19烷烃。烷烃。在有机反应中，氧化是一个很宽概念，不但分子在有机反应中，氧化是一个很宽概念，不但分子中加入氧叫氧化，分子中脱去氢也叫氧化。对应中加入氧叫氧化，分子中脱去氢也叫氧化。对应分子中加氢去氧叫还原。分子中加氢去氧叫还原。第第52页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学爆炸极限爆炸极限v烷烷烃烃完完全全氧氧化化就就是是与与氧氧发发生生猛猛烈烈氧氧化化反反应应，同同时时放放出出大大量量热热，使使产产生生气气体体膨膨胀胀，能够用来作功。能够用来作功。v低低级级烷烷烃烃蒸蒸气气与与空空气气混混合合到到达达一一定定百百分分比比，碰碰到到明明火火或或火火花花就就会会发发生生猛猛烈烈爆爆炸炸，这一百分比范围就称为该化合物爆炸极限。这一百分比范围就称为该化合物爆炸极限。v比如：甲烷爆炸极限为比如：甲烷爆炸极限为5.314。第第53页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学v甲甲烷烷爆爆炸炸极极限限为为5.314，当当甲甲烷烷与与空空气气混混合合浓浓度度低低于于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，当当甲甲烷烷浓浓度度高高于于14，能能够够燃燃烧烧但但不不会会发生爆炸性反应。发生爆炸性反应。v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到到达达足足够够温温度度就就发发生生猛猛烈烈爆爆炸炸引引发发事故。事故。v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烃燃烧产生能量来工作。燃烧产生能量来工作。第第54页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学 2.部分氧化部分氧化 _ 控制氧化控制氧化 v 烷烃与烷烃与O2在一定温度下，用特殊催化剂在一定温度下，用特殊催化剂催化，则能够将烷烃氧化成醇、醛或羧催化，则能够将烷烃氧化成醇、醛或羧酸。酸。v甲烷在甲烷在NO催化下，于催化下，于600下用空气氧下用空气氧化能够生成甲醛。化能够生成甲醛。第第55页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学由烷烃制取醇或脂肪酸由烷烃制取醇或脂肪酸v该反应是工业上生产甲醇方法。该反应是工业上生产甲醇方法。v高级烷烃如石蜡烃，在高级烷烃如石蜡烃，在MnO2、KMnO4或或Mn(Ac)2催化下，用空气氧化，可生成催化下，用空气氧化，可生成脂肪酸混合物。脂肪酸混合物。CH3OH第第56页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学甲烷裂解甲烷裂解v当前工业上制乙炔最主要方法。当前工业上制乙炔最主要方法。vC20以以下下烷烷烃烃都都可可燃燃烧烧，其其蒸蒸气气（在在爆爆炸炸极极限限内内）遇遇明明火火可可发发生生爆爆炸炸，故故使使用用时时需尤其小心，预防发生火灾。需尤其小心，预防发生火灾。第第57页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学2.1.6 主要烷烃主要烷烃v烷烷烃烃主主要要起起源源是是石石油油和和天天然然气气，从从油油田田中中开开采采出出来来未未加加工工石石油油称称原原油油，为为红红褐褐色色到到黑黑色色粘粘稠稠液液体体，含含有有特特殊殊气气味味，比比重重普普通通小小于于1，不不溶溶于于水水，是是C50以以下下烷烷烃烃混混合合物物，沸沸点点从从30600，原原油油送送入入分分馏馏塔塔后后，各各馏馏份份随随沸沸点点不不一一样样而而分分开开，这这一一过程叫分馏。得到不一样沸点组分叫馏分。过程叫分馏。得到不一样沸点组分叫馏分。第第58页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学一、石油一、石油v1.石油组成v石油是由相对分子质量大小不一样烷烃组成混合物，产地不一样，成份也不尽相同，为棕黑色粘稠液体。v2.石油分馏v3.石油裂化和裂解v4.石油合成v柏吉乌斯（Friederich Bergius)法v19，德国柏吉乌斯首先研究了煤高压加氢，并取得世界上第一个煤炭液化专利。v到1944年，德国煤炭直接液化工厂油品生产能力已到达423万吨年，为第二次世界大战中德国提供了2/3航空燃料和50汽车、装甲车用油。第第59页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学二、天然气二、天然气 v天天然然气气是是蕴蕴藏藏在在地地层层内内可可燃燃性性气气体体，常常与与石石油油伴伴生生，主主要要成成份份是是甲烷。甲烷。v甲甲烷烷含含量量在在8699天天然然气气叫叫干干气气；甲甲烷烷含含量量在在75左左右右、15乙烷、乙烷、5丙烷及其它天然气叫湿（天然）气。丙烷及其它天然气叫湿（天然）气。v天天然然气气燃燃烧烧可可放放出出大大量量热热，可可用用作作燃燃料料，如如液液化化石石油油气气。也也可可用用作作工工业业上上制制甲甲醇醇、乙乙炔炔等等化化工工原原料料。不不论论石石油油和和天天然然气气，都都不不可可能能在在工工业业规规模模上上分分离离出出纯纯单单一一烷烷烃烃，这这普普通通需需要要经经过过合合成成方方法法取取得。得。第第60页页三、可燃冰三、可燃冰v天然气水合物（天然气水合物（NaturalGasHydrate，简称称GasHydrate）是分布于深海）是分布于深海沉沉积物或物或陆域永久域永久冻土中，由天然气与水在高土中，由天然气与水在高压低温条件下形成低温条件下形成类冰状冰状结晶物晶物质。因其外。因其外观象冰一象冰一样而且遇火即可燃而且遇火即可燃烧，所以又被称作，所以又被称作“可燃冰可燃冰”或或者者“固体瓦斯固体瓦斯”和和“气冰气冰”。v它是在一定条件（适当温度、它是在一定条件（适当温度、压力、气体力、气体饱和度、水和度、水盐度、度、PH值等）下由等）下由水和天然气在中高水和天然气在中高压和低温条件下混合和低温条件下混合时组成成类冰、非化学冰、非化学计量、量、笼形形结晶化合物（碳晶化合物（碳电负性性较大，在高大，在高压下能吸引与之相近下能吸引与之相近氢原子形成原子形成氢键，组成成笼状状结构）。它可用构）。它可用mCH4nH2O来表示，来表示，m代表水合物中气体分子，代表水合物中气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。水合指数（也就是水分子数）。组整天然气成份如整天然气成份如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成等可形成单种或各种天然气水合物。种或各种天然气水合物。形整天然气水合物主要气体形整天然气水合物主要气体为甲甲烷，对甲甲烷分子含量超出分子含量超出99%天然气水合天然气水合物通常称物通常称为甲甲烷水合物（水合物（MethaneHydrate）。）。v天然气水合物在自然界广泛分布在大天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久永久冻土、土、岛屿斜坡地斜坡地带、活、活动和和被被动大大陆边缘隆起隆起处、极地大、极地大陆架以及海洋和一些内架以及海洋和一些内陆湖深水湖深水环境。在境。在标准情况下，一准情况下，一单位体位体积气水合物分解最多可气水合物分解最多可产生生164单位体位体积甲甲烷气体，因气体，因而其是一个主要潜在未来而其是一个主要潜在未来资源。源。武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学第第61页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学2.2 环烷烃定义：链状烷烃碳链首尾两个碳原子以单链相连，形成含定义：链状烷烃碳链首尾两个碳原子以单链相连，形成含有环状结构烷烃成为环烷烃。有环状结构烷烃成为环烷烃。按碳环类型分类：按碳环类型分类：单环、双环（螺环和桥环）和多环环烷烃单环、双环（螺环和桥环）和多环环烷烃第第62页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学2.2.1 单环环烷烃结构与分类单环环烷烃结构与分类环烷烃可分为环烷烃可分为:小环小环(三、四碳环三、四碳环)普通环普通环(五七碳环五七碳环)中环中环大环大环自然界存在环状化合物多为五元环和六自然界存在环状化合物多为五元环和六元环元环,其中其中六元环最稳定六元环最稳定.第第63页页武汉大学医学有机化学武汉大学医学有机化学2.2.2 2.2.2 单环烷烃命名法与异构体单环烷烃命名法与异构体v按成环碳原子数按成环碳原子数称称环环“某某”烷烷.v若环上有支链若环上有支链,命名时普通以碳环为母体命名时普通以碳环为母体,支链支链视作取代基视作取