有機化學_飽和烴

1、第第 三三 章章 飽和烴飽和烴HHHH 3.1.1 3.1.1 烷烴的結構烷烴的結構 3.1.2 3.1.2 烷烴的構象烷烴的構象 3.1.3 3.1.3 烷烴的物理性質烷烴的物理性質 3.1.4 3.1.4 烷烴的化學性質烷烴的化學性質 3.1.5 3.1.5 烷烴的來源與用途烷烴的來源與用途 可燃冰的幾篇參考文獻可燃冰的幾篇參考文獻第一節(jié)第一節(jié) 烷烷 烴烴甲烷的結構模型 乙烷的結構模型3.1.1烷烴的結構烷烴的結構3.1.2 烷烴的構象烷烴的構象 構象，構象，是指有機分子中單鍵相是指有機分子中單鍵相連的原子，以鍵為軸相對旋轉而引連的原子，以鍵為軸相對旋轉而引起分子中各原子或基團在空間產生起

2、分子中各原子或基團在空間產生不同的排列方式不同的排列方式(不同空間形象或不同空間形象或花樣花樣)。如。如乙烷，乙烷，它的典型構象可表它的典型構象可表示為示為 紐曼投影式紐曼投影式（Newman式）式）透視式透視式交叉式交叉式重疊式重疊式HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH乙烷的各種構象和能量曲線乙烷的各種構象和能量曲線EDegrees of Rotation 300601201802400360HHHHHHHHHHHH看看丁烷丁烷典型構象的丁烷典型構象的Newman式式H3CHHCH3HHH3CHHCH3HHH3CHHHHCH3H3CHHHHCH3H3CHHHH3CHACDEB及它

3、們的能量曲線及它們的能量曲線問：問：三個碳以上的碳鏈為什么常用鋸三個碳以上的碳鏈為什么常用鋸齒形折線表示？齒形折線表示？丁烷癸烷有機化合物的物理性質有機化合物的物理性質主要包括物理狀態(tài)、熔主要包括物理狀態(tài)、熔點、沸點溶解度點、沸點溶解度等等3.1.3 烷烴的物理性質烷烴的物理性質正正 烷烷 烴烴 的的 沸沸 點點-200-10001002003004000 02 24 46 68 81010 1212 1414 1616 1818 2020Numbers of carbonBoiling point 3.1.4 3.1.4 烷烴的化學性質烷烴的化學性質 烷烴在常溫下對一般氧化劑不發(fā)生反烷烴在常

4、溫下對一般氧化劑不發(fā)生反應，例如不能使應，例如不能使KMnO4溶液褪色。溶液褪色。化學化學穩(wěn)定性是烷烴一大特點。穩(wěn)定性是烷烴一大特點。1、Oxidation(氧化反應氧化反應)燃燒是一種劇烈的氧化反應，燃燒是一種劇烈的氧化反應，烷烴烷烴燃燒放出大量的熱。這是石油作為能源燃燒放出大量的熱。這是石油作為能源的基礎。的基礎。2、Cracking ( 裂化反應裂化反應 ) 在隔絕空氣的高溫下使烷烴分子發(fā)生裂解在隔絕空氣的高溫下使烷烴分子發(fā)生裂解的過程叫裂化。的過程叫裂化。裂化產物復雜，如：裂化產物復雜，如：有有熱裂化熱裂化和和催化裂化催化裂化之分之分CH3CH2CH2CH3CH2=CH2 + CH3C

5、H3CH2=CHCH3 + CH4CH2=CHCH2CH3 + H2熱 裂3、自由基取代反應自由基取代反應 有機化合物分子中的某個原子或基團被其它有機化合物分子中的某個原子或基團被其它原子或基團所置換的反應稱為取代反應。若取代原子或基團所置換的反應稱為取代反應。若取代反應是按共價鍵均裂的方式進行的，即是由于分反應是按共價鍵均裂的方式進行的，即是由于分子經(jīng)過均裂產生自由基而引發(fā)的，則稱其為自由子經(jīng)過均裂產生自由基而引發(fā)的，則稱其為自由基型取代反應。基型取代反應。實例：實例： 甲烷的氯化甲烷的氯化CH4 + Cl2 CH3Cl + HClhv反應機理反應機理鏈引發(fā)鏈引發(fā)鏈增長鏈增長ClClCl2H

6、3CHCH3Cl+HClH3C+ ClClCH3Cl + Cl+ HClCH2ClHCH2ClClClH2C +ClClCH2Cl2+ Cl+CH3CH3H3CCH3+ClClClCl+ClH3CCH3Cl鏈終止鏈終止甲烷鹵代反應過程中的能量變化甲烷鹵代反應過程中的能量變化 一個反應是否容易進行一個反應是否容易進行,主要取決于反應物和產物主要取決于反應物和產物間能量的變化，即能量差，反應熱間能量的變化，即能量差，反應熱H。CH4+Cl過 渡態(tài)3C H Cl HCl+CH3H3C ClClCH3Cl+Cl反 應 物產 物如：如：CH3-H + Cl-Cl CH3-Cl + H-Cl 435 24

7、3 349 431 H=-102 kJ/mol CH3-H + Br-Br CH3-Br + H-Br 435 192 293 366 H=-32 kJ/mol 甲烷溴代僅放熱甲烷溴代僅放熱32kJ/mol，比氯代小，所以反應，比氯代小，所以反應也較慢。也較慢。 一般，鏈的引發(fā)需要較大的能量才能使反應進行。一般，鏈的引發(fā)需要較大的能量才能使反應進行。 過渡態(tài)與反應物間的能量差叫活化能，是反應進行過渡態(tài)與反應物間的能量差叫活化能，是反應進行所需要的最低能量，用所需要的最低能量，用E活化活化表示。表示。思考：思考：CH3CH2CH3一氯代時，一氯代時，主要產物為何？為什么？主要產物為何？為什么？C

8、H3CHCH3Cl 自由基的穩(wěn)定性為：自由基的穩(wěn)定性為：(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3 原因是氫的活潑性是不一樣的原因是氫的活潑性是不一樣的(或者自由基的穩(wěn)定性不同或者自由基的穩(wěn)定性不同)。CH3CH2CH3+ ClCH3CH2CH2CH3CHCH4HCl-Cl2Cl2+CH3CH2CH2ClCH3CHCH3ClClCl-HH43%57%-p 超共軛超共軛HHHH-p 超共軛超共軛HHHHH 石油工業(yè)上常常利用烷烴的異構化反應來提高輕質石油工業(yè)上常常利用烷烴的異構化反應來提高輕質油：汽油、煤油等的產量。油：汽油、煤油等的產量。4. 異構化反應異構化反應由一個化合物較變?yōu)?/p>

9、其異構體的反應。由一個化合物較變?yōu)槠洚悩嬻w的反應。3.1.5 3.1.5 烷烴的來源與用途烷烴的來源與用途石油與天然氣石油與天然氣另一溫室氣體另一溫室氣體甲烷甲烷 天然氣水合物天然氣水合物(可燃冰可燃冰) 單位體積水合物可含164倍體積氣體，成份不穩(wěn)定 ，除甲烷外還有乙、丙、丁烷等。屬超分子結構。據(jù)估計全球有機碳中煤、石油、天然氣三者總合僅佔36.6% ,而天然 氣水合物約佔53.3%。關于可燃冰的幾篇參考文獻：關于可燃冰的幾篇參考文獻：胡春等 ：天然氣水合物的結構性質及應用 天然氣化 工2000.04劉芙蓉等：冰-水-氣生成天然氣水合物的實驗研究 西安交通大學學報 2000.12 孫志高等：

10、天然氣水合物研究進展 天然氣工業(yè) 2001.01陳作義等：新世紀的新能源天然氣水合物 遼寧化工 2001.103.2.1 3.2.1 環(huán)烷烴的分類和異構現(xiàn)象環(huán)烷烴的分類和異構現(xiàn)象3.2.2 3.2.2 環(huán)烷烴的性質環(huán)烷烴的性質3.2.3 3.2.3 環(huán)烷烴的分子結構環(huán)烷烴的分子結構 環(huán)己烷及其衍生物的構象討論環(huán)己烷及其衍生物的構象討論第二節(jié)第二節(jié) 環(huán)環(huán) 烷烷 烴烴3.2.1. 環(huán)烷烴分類和異構現(xiàn)象環(huán)烷烴分類和異構現(xiàn)象CH3CH3HHCH3CH3HH螺環(huán)烴 橋環(huán)烴順-1，2-二甲基環(huán)丙烷反-1，2-二甲基環(huán)丙烷3.2.2 環(huán)烷烴的性質環(huán)烷烴的性質1、物理性質、物理性質中文名英文名沸點/熔點/相對

11、密度/d420環(huán)丙烷cyclopropane-32.7-127.60.680 (-33)環(huán)丁烷cyclobutane12.5-800.703(0)環(huán)戊烷cyclopentane49.3-93.90.745環(huán)己烷cyclohexane80.96.60.779環(huán)庚烷cycloheptane118.5-120.810環(huán)辛烷cyclooctane150.0-14.30.8362、環(huán)烷烴的化學性質、環(huán)烷烴的化學性質取代反應取代反應 普通五元環(huán)以上可與鹵素發(fā)生自由基取代反應。普通五元環(huán)以上可與鹵素發(fā)生自由基取代反應。Br+ Br2日 光 氧化反應氧化反應 開環(huán)反應開環(huán)反應 小環(huán)可起加成反應。小環(huán)可起加成反

12、應。OHOO2催化+BrBrH+abab（常溫下環(huán)烷烴不與KMnO4反應）3.2.3 3.2.3 環(huán)烷烴的分子結構環(huán)烷烴的分子結構 * 環(huán)烷烴的結構環(huán)烷烴的結構 環(huán)丙烷的彎鍵環(huán)丙烷的彎鍵* 環(huán)己烷及其衍生物的構象環(huán)己烷及其衍生物的構象* 環(huán)己烷椅式構象的環(huán)己烷椅式構象的Newman 投影式投影式CH2HHHHCH2HHHH再看看環(huán)己烷的船式構象HHHH及立體模型CCCCCHHHHHHHHHHHH* 環(huán)己烷船式構象的環(huán)己烷船式構象的Newman 投影式投影式CH2HHHHHHHH* 環(huán)己烷椅式構象的環(huán)己烷椅式構象的 a 鍵和鍵和 e 鍵鍵* 單取代環(huán)己烷椅式構象單取代環(huán)己烷椅式構象HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH1234561234561,2二甲基環(huán)己烷的順反異構二甲基環(huán)己烷的順反異構HHCH3HHCH3HHHHHHHHHHHCH3HHHHCH3HCH3HCH3HHHHHHHHHIVHHHHHHHHHHCH3CH31-甲基甲基-3-異丙基環(huán)己烷異構體的