第五章 有機化合物與烴類

第五章有機化合物和烴類學(xué)習(xí)目標(biāo)

有機化合物的組成、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特點，說出有機化合物的分類情況區(qū)別飽和鏈烴（烷烴）、不飽和鏈烴（烯烴和炔烴）、芳香烴的結(jié)構(gòu)特點、組成通式，說出同系物、同分異構(gòu)體等概念，學(xué)會飽和鏈烴（烷烴）、不飽和鏈烴（烯烴和炔烴）、苯的同系物的命名飽和鏈烴（烷烴）、不飽和鏈烴（烯烴和炔烴）、芳香烴的化學(xué)性質(zhì)，如烷烴的取代反應(yīng)、烯烴的加成反應(yīng)、苯的硝化反應(yīng)等，學(xué)會用化學(xué)方法對飽和烴和不飽和烴、苯和苯的同系物的鑒別石油和煤焦油中的烴類及芳香烴中常見的化學(xué)致癌物第一節(jié)有機化合物概述一、有機化合物的組成及定義任何一種有機化合物，其分子中都含有碳元素，絕大多數(shù)的有機化合物中還含有氫元素，只含碳和氫兩種元素的化合物稱為碳氫化合物。許多有機化合物中除了含碳和氫之外，還含有氧或氮元素，少數(shù)的有機化合物中含有硫、磷、鹵素等元素，這些化合物可以看成是由碳氫化合物中的氫原子被其它原子或原子團所取代而衍變過來的。所以，把碳氫化合物及其衍生物稱為有機化合物，簡稱有機物。二、有機化合物的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特點（一）有機化合物的特性1.可燃性-----絕大多數(shù)有機物受熱容易分解,且易燃燒。2.溶解性----大多數(shù)有機物難溶于水,易溶于有機溶劑。3.穩(wěn)定性-----多數(shù)有機物不如無機化合物穩(wěn)定易變質(zhì)。4.低熔點----多數(shù)熔沸點低。5.速度慢----有機物的反應(yīng)一般比較慢。6.反應(yīng)復(fù)雜----有機物的反應(yīng)復(fù)雜，常常伴有副反應(yīng)發(fā)生。（二）有機化合物的結(jié)構(gòu)特點1．碳骨架2．化學(xué)鍵類型在有機物中，碳原子與碳原子之間，碳原子與其它原子之間均以共價鍵相連。碳碳之間可以共用一對電子形成單鍵，也可以共用兩對電子形成雙鍵，還可以共用三對電子形成三鍵。3．碳原子的價數(shù)由于碳原子的最外層有四個電子，可以與其它原子共用四對電子形成四個共價鍵，因此，在有機化合物中，碳原子總是四價的。運用碳原子的“四價原則”，可正確寫出表示有機物結(jié)構(gòu)的式子。4．同分異構(gòu)現(xiàn)象分子組成相同，而結(jié)構(gòu)不同的化合物，互稱為同分異構(gòu)體，這種現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。

三、有機化合物的分類（一）按碳骨架特點分類1.開鏈化合物(脂肪族化合物):2．閉鏈化合物A:脂環(huán)族化合物:

B:芳香族化合物官能團：決定有機化合物的化學(xué)特性的原子或原子團。（特征化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)）進行分類:①原子(如鹵素原子)②原子團(如:羥基-OH、醛基-CHO、羰基>C=O、羧基-COOH、硝基-NO2，氨基-NH2、腈基-CN等)③某些特征化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)(如雙鍵>C=C<、叁鍵-CC-

)等分類.

含有相同官能團的有機化合物具有類似的物理化學(xué)性質(zhì)，所以按官能團分類為研究復(fù)雜的有機化合物提供了系統(tǒng)方便的研究方法,確定了有機化學(xué)的知識結(jié)構(gòu)主線.（二）.按官能團分類常見官能團類型官能團類型官能團烷烴無 醚R—O—R（醚）烯烴醛—CHO（醛基）炔烴—C≡C—（碳碳叁鍵）酮>C=O（羰基）鹵代烴—X（鹵素）羧酸—COOH（羧基）醇—OH（羥基）胺—NH2

（氨基）（碳碳雙鍵）第二節(jié)烷烴只由碳氫兩種元素組成的有機化合物叫做碳氫化合物，簡稱烴

根據(jù)烴的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的不同，烴可分為以下幾類：一、烷烴的結(jié)構(gòu)

分子中的碳原子都以單鍵相連的開鏈烴叫做飽和鏈烴，簡稱烷烴。（一）甲烷甲烷的分子式為CH4，結(jié)構(gòu)式為：

甲烷分子中的1個碳原子和4個氫原子并非在同一平面上。研究表明：甲烷分子的立體結(jié)構(gòu)為一個正四面體，碳原子位于正四面體的中心，4個氫原子分別位于正四面體的4個頂點。

圖5-1甲烷的球棒模型（二）烷烴分子中的σ鍵與甲烷相似，其它烷烴分子中的碳原子周圍的4個共價鍵也是伸向四面體的4個頂角。圖5-3和圖5-4為乙烷和丙烷的球棒模型。圖5-3乙烷的球棒模型圖5-4丙烷的球棒模型烷烴分子中的碳碳鍵和碳氫鍵均為鍵能較大、不易斷裂、較穩(wěn)定的共價鍵，稱為σ鍵。烷烴分子中所有的共價鍵均為σ鍵。二、烷烴的同系物和通式比較些烷烴，可以看出，它們在分子組成上相差1個或幾個CH2原子團。在有機化合物中，把結(jié)構(gòu)相似，在分子組成上相差1個或幾個CH2原子團的一系列化合物互稱為同系物。同系物的化學(xué)組成可用一個通式表示，烷烴的通式可用CnH2n+2表示。也就是說，如果碳原子數(shù)為n，則氫原子數(shù)為2n+2。三、烷烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象在烷烴分子中，甲烷、乙烷和丙烷分子只有一種結(jié)構(gòu)，沒有同分異構(gòu)體。含有4個碳原子以上的烷烴，都有同分異構(gòu)體。C4H10有兩種同分異構(gòu)體：四、烷烴的命名（一）普通命名法（習(xí)慣命名法）根據(jù)烷烴分子中碳原子的總數(shù)稱為“某烷”。10個碳以內(nèi)的烷烴，用天干序數(shù)即甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，如甲烷、乙烷、丙烷等；10個碳以上的烷烴，用漢字十一、十二、十三等表示。若存在異構(gòu)體，可在“某烷”前面，用“正”、“異”、“新”等字加以區(qū)別。例如：(二）系統(tǒng)命名法直鏈烷烴可根據(jù)碳原子數(shù)直接叫“某烷”。含支鏈的烷烴，應(yīng)先分清主次，找出主鏈和支鏈，再按一定的規(guī)則命名。烷烴分子中的支鏈?zhǔn)侵竿闊N分子中去掉一個氫原子所剩下的原子團，稱為烷基，用“－R”表示，也叫脂肪烴基。常見的烷基有：烷烴的系統(tǒng)命法的步驟及規(guī)則如下：1．選擇主鏈選擇含碳原子數(shù)最多的碳鏈作為主鏈。┈最長碳鏈2．給主鏈碳原子編號從靠近支鏈的一端開始，給主鏈碳原子編號。┈最小編號3．命名根據(jù)主鏈碳原子數(shù)目叫“某烷”，在“某烷”前面用阿拉伯?dāng)?shù)字表示支鏈的位置，數(shù)字后面注明支鏈的名稱，中間用短線隔開，如：2-甲基。當(dāng)含多個支鏈時，若支鏈不同，應(yīng)將簡單的支鏈寫在前面，復(fù)雜的支鏈寫在后面，中間用短線隔開；若支鏈相同，應(yīng)合并寫，并分別用阿拉伯?dāng)?shù)字注明支鏈的位置，用中文數(shù)字注明相同支鏈的數(shù)目，阿拉伯?dāng)?shù)字之間用逗號隔開，如：2,3-二甲基。┈先簡后繁，同基合并

2-甲基丁烷2-甲基-4-乙基己烷2,2,3,5-四甲基庚烷2,2-二甲基丙烷五、烷烴的性質(zhì)（一）物理性質(zhì)1、沸點（bp)①C1～C4氣態(tài)，C5～C16液體，C17以上固體②隨碳數(shù)增加，沸點增加。2、溶解度；烷烴都難溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有機溶劑（二）化學(xué)性質(zhì)1．穩(wěn)定性:化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，通常不與強酸、強堿、強氧化劑作用2．燃燒反應(yīng):烷烴可以在空氣中燃燒，生成二氧化碳和水，同時放出大量的熱。3．取代反應(yīng):烷烴在光照條件下，可以與鹵素單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。取代反應(yīng):有機化合物分子中的某些原子或原子團，被其它原子或原子團所代替的反應(yīng)，稱為取代反應(yīng)。六、環(huán)烷烴：環(huán)烷烴屬于閉鏈烴中的脂環(huán)烴環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)戊烷環(huán)己烷第三節(jié)不飽和鏈烴分子中含碳碳雙鍵或碳碳三鍵的開鏈烴，稱為不飽和鏈烴。不飽和鏈烴又分為烯烴和炔烴。一、烯烴（一）烯烴的結(jié)構(gòu)分子中含有碳碳雙鍵（）的不飽和鏈烴稱為烯烴。乙烯是最簡單的烯烴。1．乙烯乙烯的分子式為C2H4，結(jié)構(gòu)簡式為CH2＝CH2。乙烯分子的立體結(jié)構(gòu)見圖5-5和圖5-6。圖5-5圖5-6。乙烯為平面型分子。

2．烯烴分子中的π鍵：雙鍵中有一個是σ鍵，而另一個鍵只需較少的能量就能斷裂。這種鍵能較小、容易斷裂、不穩(wěn)定的共價鍵，稱為π鍵。烯烴分子的雙鍵中有1個σ鍵，1個π鍵。（二）烯烴的同系物和通式同碳數(shù)的烯烴比烷烴少兩個氫原子，烯烴化學(xué)組成也可用一個通式表示，烯烴的通式為：CnH2n。二、炔烴（一）炔烴的結(jié)構(gòu)分子中含有碳碳三鍵（）的不飽和鏈烴稱為炔烴。乙炔是最簡單的烯烴。1．乙炔乙炔的分子式為C2H2，結(jié)構(gòu)簡式為CH≡CH。圖5-7乙炔的比例模型圖5-8乙炔的球棒模型從圖5-7和圖5-8可以看出，乙炔分子中的兩個碳原子和兩個氫原子都處在一條直線上，乙炔為直線型分子。

2．炔烴分子中的π鍵：炔烴分子的三鍵中有1個σ鍵，2個π鍵。（二）炔烴的同系物和通式同碳數(shù)的炔烴比烯烴又少兩個氫原子，炔烴化學(xué)組成也可用一個通式表示，炔烴的通式為：CnH2n-2。三、不飽和鏈烴的命名烯烴和炔烴的系統(tǒng)命法的步驟及規(guī)則如下：1．選擇主鏈選擇包含雙鍵或三鍵在內(nèi)的最長碳鏈作為主鏈。2．給主鏈碳原子編號從靠近雙鍵或三鍵的一端開始，給主鏈碳原子編號。3．命名根據(jù)主鏈碳原子數(shù)目叫“某烯”或“某炔”，在“某烯”或“某炔”前面，除了注明支鏈的位置和名稱外，還要用阿拉伯?dāng)?shù)字注明雙鍵或三鍵的位置。例如：1-丁烯2-丁烯2-甲基-1-丙烯3-甲基-1-己炔2-乙基-1-丁烯3-甲基-1-戊炔四、不飽和鏈烴的化學(xué)性質(zhì)烯烴的雙鍵和炔烴的三鍵中都含有易斷裂的π鍵，所以它們的化學(xué)性質(zhì)都比較活潑，（一）加成反應(yīng)：有機化合物分子中的雙鍵或三鍵中的π鍵斷裂，加入其它原子或原子團的反應(yīng)，稱為加成反應(yīng)。1．催化加氫

2．加鹵素烯烴或炔烴可以與橙紅色的溴水作用生成無色的溴代烴。1,2-二溴乙烷1,1,2,2-四溴乙烷而烷烴與溴水發(fā)生的取代反應(yīng)需在光照下很長時間（30分鐘以上）才有變化，所以常用溴水來鑒別飽和烴和不飽和烴。3．加鹵化氫乙烯與溴化氫發(fā)生加成反應(yīng)生成一溴乙烷，可能的產(chǎn)物只有這一種。當(dāng)不對稱烯烴與鹵化氫發(fā)生加成反應(yīng)時，可能的產(chǎn)物有兩種，通常鹵化氫分子中的氫原子總是加在含氫較多的雙鍵碳上。4．加水烯烴在催化劑的存在下，能與水發(fā)生加成反應(yīng)生成醇；炔烴在催化劑的存在下，能與水發(fā)生加成反應(yīng)生成醛或酮。烯醇式中間體乙醛（二）聚合反應(yīng)在一定條件下，烯烴或炔烴還能發(fā)生自身加成反應(yīng)，生成大分子化合物，這種由小分子化合物結(jié)合成大分子化合物的反應(yīng)稱為聚合反應(yīng)。參加聚合反應(yīng)的小分子，稱為單體。聚合后得到的產(chǎn)物，稱為聚合物

聚乙烯是一種透明柔韌的無毒塑料，可用來制作輸液容器，醫(yī)用導(dǎo)管及整形材料等。（三）氧化反應(yīng)烯烴和炔烴很容易被氧化。例如，把乙烯或乙炔通入高錳酸鉀溶液中，溶液的紫色會褪去。常用高錳酸鉀溶液來鑒別飽和烴和不飽和烴。五、環(huán)烯烴第四節(jié)芳香烴分子中含有一個或多個苯環(huán)結(jié)構(gòu)的烴，稱為芳香烴。芳香烴屬于閉鏈烴。苯是最簡單的芳香烴。一、苯的分子結(jié)構(gòu)苯的分子式為C6H6結(jié)構(gòu)式為：

可簡寫為：

二、苯的化學(xué)性質(zhì)（一）穩(wěn)定性：苯的的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，在一般情況下，不與氧化劑（如高錳酸鉀）作用，也很難發(fā)生加成反應(yīng)。若在溴水或高錳酸鉀溶液中加入苯，溴水的橙紅色或高錳酸鉀溶液的紫色均不會褪色。（二）取代反應(yīng)1．鹵代反應(yīng)在鐵粉的催化下，苯與鹵素作用，苯環(huán)上的氫原子被鹵素原子取代。2．硝化反應(yīng)在濃硫酸的存在下，苯與濃硝酸作用，苯環(huán)上的氫原子被硝基（—NO2）取代。3．磺化反應(yīng)苯與濃硫酸共熱，苯環(huán)上的氫原子被磺酸基（—SO3H）取代，生成苯磺酸。硝基苯（三）加成反應(yīng)苯不易發(fā)生加成反應(yīng)，但在特殊情況下，例如用鎳作催化劑，在180℃~250℃的條件下，苯能與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，生成環(huán)己烷。三、苯的同系物（一）苯的同系物的組成及其命名含有苯環(huán)，在組成上與苯相差一個或幾個CH2原子團的一系列化合物，稱為苯的同系物。命名時，以苯為母體，將烷基名稱寫在“苯”前面，有多個烷基存在時，應(yīng)注明烷基在苯環(huán)上的相對位置甲苯乙苯鄰二甲苯間二甲苯對二甲苯苯及苯的同系物的通式為CnH2n-6（n≥6）苯或苯的同系物分子中去掉一個氫原子所剩下的原子團，稱為芳香烴基，通常符號“—Ar”表示。例如：苯基（二）苯的同系物的化學(xué)性質(zhì)苯的同系物能被高錳酸鉀氧化。如甲苯能使酸性的高錳酸鉀溶液褪色。常用高錳酸鉀酸性溶液來鑒別苯和苯的同系物。四、稠環(huán)芳烴由兩個或兩個以上的苯環(huán)，共用相鄰的兩個碳原子相互稠合而成的多環(huán)芳香烴，稱為稠環(huán)芳烴。例如：萘蒽