碳氢键的化学

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1、第六章 碳氢键的化学 教材介绍内容： 1、碳氢化合物的碳氢键（本章中介绍） 2、非碳氢化合物的碳氢键 （在以后各章节中介绍） 本章介绍内容： 1、饱和碳氢化合物的结构 2、饱和碳氢化合物的性质 3、不饱和碳氢化合物的碳氢键物理性质化学性质(碳氢键)烃类化合物的分类烃类化合物有哪些？一、一、 烷烃烷烃例：C4H10CH3-CH2-CH2-CH3b.p -0.5 Cb.p -10.2 C 构造异构构造异构碳干异构碳干异构构造异构：构造异构：分子式相同，分子内原子连接顺序分子式相同，分子内原子连接顺序 不同而产生的异构。不同而产生的异构。 官能团异构官能团异构官能团位置异构官能团位置异构1、同分异构

2、现象、同分异构现象 异构形式真多！ 有机化合物的异构有机化合物的异构现象有多种形式，象有多种形式，这种主种主链、支支链异构异构仅是其中的一种，称是其中的一种，称为碳干异构。碳干异构。（碳干异构）CH41 C8H1818C2H61 C9H2035C3H81 C10H2275C4H102 C15H324,347C5H123 C20H42366,319C6H145 C40H8262,491,178,805,831C7H169烷烃碳干异构的数目 思考题： 请写出请写出C6H14 的所有碳干异构体的所有碳干异构体答案：答案：C6H14 5种种直链含一个取代基含两个取代基2 2、 烷烃的结构烷烃的结构（1

3、 1）甲烷的结构（正四面体）甲烷的结构（正四面体） 正四面体正四面体 棍球模型棍球模型(Kek(Kek l l ) ) StuartStuart模型模型CHCH4 4 C-H C-H 键长键长0.109nm0.109nm；H-C-H H-C-H 键角键角1091092828问题问题：结构如何形成？（：结构如何形成？（杂化轨道理论杂化轨道理论）C:1S22S22P22P2S2PSP32S激发激发杂化杂化（2）乙）乙烷的的结构构C-C 键这种沿着种沿着轨道道电子云的子云的轴向叠合所形成的向叠合所形成的键,称称为-键.特点：特点：可以可以绕轴向自由旋向自由旋转,而不会破坏而不会破坏键的叠的叠合程度。

4、合程度。烷烃的的键参数参数: 键能能(kJ/mol) 键长(nm) 键角角(o) C-C 345.6 0.154 C-H 415.3 0.109 109o28（3）烷烃的的结构模型构模型（4）立体）立体结构构 3 3、烷烃的、烷烃的物理物理性质性质 化合物的物理性质讨论的是化合物化合物的物理性质讨论的是化合物的的熔点、沸点、密度、折光率熔点、沸点、密度、折光率等。等。 一般，同系列中一般，同系列中b.pb.p，m.pm.p，d d 都随都随分子量增加而增加分子量增加而增加。即随。即随碳数碳数增加而增增加而增加。加。？ 其原因是这些值与分子间的作用力其原因是这些值与分子间的作用力有关。有关。 液

5、、气、固、液均需克服分子间的液、气、固、液均需克服分子间的作用力作用力分子分子间的相互作用的相互作用有机分子间主要是有机分子间主要是色散力色散力，分子越，分子越大大分子间作分子间作 用部位越用部位越大大作用力越作用力越大大，色散力是短程力色散力是短程力。 烷烃：烷烃： b.p m.p d b.p m.p d （ d d1 1） C C 室温下室温下C C1 1C C4 4气体气体 C C5 5C C1717液体液体 C C1818以上以上固体固体 正构烷烃变化规正构烷烃变化规 律明显律明显比重比重: : 均小于均小于1. 1. 随着随着C C 原子数目的增加而升原子数目的增加而升高，最后接近高

6、，最后接近0.78.0.78.溶解度：不溶于水溶解度：不溶于水, , 溶于某些有机溶剂；溶于某些有机溶剂；异构体 沸点，同碳数支链越多越低； 熔点：同碳数对称性越高越高， 熔点与分子对称性有关例：CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3 CH3 CH3 C CH3 b.p 36.1 28 9.5 CH3 m.p -129.7 -159.9 -16.6 3 3、烷烃的化学性质烷烃的化学性质感性认识： 石油可燃烧产生热产生热？什么反应？什么反应烷烃一般对氧化剂稳定烷烃一般对氧化剂稳定. .引发、催化下可引发、催化下可部分氧化。烷烃选择性催化氧化是多年来部分氧化。烷烃选择性催化

7、氧化是多年来攻关项目。攻关项目。高级烷烃高级烷烃C C2020-C-C3030氧化断链生成高级脂肪酸。氧化断链生成高级脂肪酸。 工业上常用高级烷烃通过氧化反应来工业上常用高级烷烃通过氧化反应来制备高级制备高级脂肪醇和脂肪酸脂肪醇和脂肪酸（1 1）氧化和燃烧）氧化和燃烧C Cn nH H2n+22n+2 + O + O2 2 CO CO2 2 + H + H2 2O + O + 热量热量（2） 热解反解反应在无氧、高温条件下，在无氧、高温条件下，烷烃分子中的分子中的 C-C、C-H 键会会发生均裂生均裂产生小分子。生小分子。（3） 卤代反代反应 CHCH4 4 + C1 + C12 2 CH C

8、H3 3C1 + HC1 C1 + HC1 CHCH4 4过量过量C1C12 2过量过量 CHCH4 4+C1+C12 2 CH CH3 3C1+CHC1+CH2 2C1C12 2+CHC1+CHC13 3+CC1+CC14 4光照光照其他其他烷烃的的卤代代 碳原子和氢原子的类型碳原子和氢原子的类型伯碳伯碳1 1 仲碳仲碳2 2 叔碳叔碳3 3 季碳季碳4 4伯氢1 仲氢2C-CH3C-CH2-C叔氢3CH3CH3CH3CH3-CH-CH2-C-CH33 3 碳（碳（1 1）2 2 碳（碳（1)1)1 1 碳（碳（5 5）4 4 碳（碳（1 1）1 1 氢（氢（15)15)2 2 氢（氢（2)

9、2)3 3 氢（氢（1 1）4 4、游离基取代反应历程简介、游离基取代反应历程简介1）甲烷的卤代反应历程）甲烷的卤代反应历程链引发链引发 C1 C1 2C1 H=+242.5kjmol C1+CH4 CH3+H C1 H =+4.1 CH3 + C12 CH3C1+C1 H=-108.9 C1+CH3C1 CH2C1+HC1 CH2C1+C12 CH2C12+C1 C1+C1 C1C1 CH3+CH3 CH3CH3 CH3+C1 CH3C1 链增长 链终止3) 自由基的自由基的结构构 甲基自由基甲基自由基:自由基的自由基的稳定性：定性：自由基的自由基的稳定性定性: 叔叔烷基自由基基自由基 仲仲

10、 伯伯 CH3能量越高稳定性越差-p 超共扼（解超共扼（解释自由基的自由基的稳定性）定性）稳定性稳定性: CH3 CH3CH2CH2 (CH3)2CH (CH3)3C游离基的稳定顺序游离基的稳定顺序: 321CH3三种氢的活性顺序三种氢的活性顺序:3H2H1HCH3-H问题：请写出丙烷与氯反应的历程，并介绍产物含量不同的原因5. 烷烃的构象的构象(conformation) 同一构型的化合物，由于同一构型的化合物，由于单键的旋的旋转而而产生分子中原子生分子中原子在空在空间不同的排列形式，称不同的排列形式，称为构象构象。1) 乙乙烷的构象的构象锲型式型式Newman 投影式投影式交叉式交叉式重叠

11、式重叠式交叉式交叉式乙乙烷构象的构象的势能能图可可见交叉式最交叉式最稳定，定，为优势构象构象.2) 丁丁烷的构象的构象对位交叉式位交叉式部分重叠式部分重叠式邻位交叉式位交叉式完全重叠式完全重叠式丁丁烷构象的构象的势能能图能量：全重叠能量：全重叠 部分重叠部分重叠 邻位交叉位交叉 对位交叉位交叉几个概念：几个概念：1）构造（）构造（constitution）：分子中原子）：分子中原子间的的连接次序；接次序；2）构型（）构型（configuration）：一定构造的分子中，原子）：一定构造的分子中，原子和和基基团在空在空间的排布；的排布；3）构象（）构象（conformation）：一定构型的分子

12、中，由于）：一定构型的分子中，由于单键的旋的旋转而而导致原子和基致原子和基团在空在空间的不同排布。的不同排布。 构型是固定的，而构象一般是瞬构型是固定的，而构象一般是瞬间的。构型的的。构型的变化化须破坏化学破坏化学键，而构象的，而构象的变化化则不会不会发生生键的断裂。的断裂。环烷烃通式：通式：CnH2n1.分分类、异构和命名、异构和命名1)分分类(1)单环化合物化合物小小环 C3C4普普环 C5C7 中中环 C8C12大大环 C12 的的环(2) 多多环化合物化合物桥环螺螺环2) 异构异构(1)由于由于环的大小及取代基位置的不同而有各种构造异构的大小及取代基位置的不同而有各种构造异构体体;A.

13、三元三元环最最简单, 无构造异构体无构造异构体;B.含四个碳原子的含四个碳原子的环烃，仅有两个构造异构体；有两个构造异构体；C. 含含5个碳原子的个碳原子的环烷烃有有5个构造异构体。个构造异构体。(2) 由于由于环的存在阻碍了的存在阻碍了单键的旋的旋转，故而，故而环烷烃有有顺反异反异构体。构体。A. 三元三元环B. 四元四元环(1)单环烷烃A.简单环烃的命名与的命名与烷烃相似，只需加相似，只需加 “环”字即可；字即可；B.当有当有2个取代基个取代基时, 则从取代基开始从取代基开始编号，并以最小和号，并以最小和数数为原原则；3 3）脂环烃的命名）脂环烃的命名C. 必要必要时须注明立体构型注明立体

14、构型;D. 复复杂化合物也可将化合物也可将环的部分当作取代基的部分当作取代基。1，3-二环戊基丙烷结构环丙烷，小环“张力”学说1)环丙丙烷C-C键的不能有效地的不能有效地头碰碰头重叠，能量高不重叠，能量高不稳定；定；2)C-C键是弯曲的，偏向外是弯曲的，偏向外侧而易受而易受亲电试剂进攻。攻。3)故有故有稳定性定性: 环己己烷环戊戊烷 环丁丁烷 环丙丙烷环丁烷的构象及构象分析环戊烷的构象及构象分析环己烷的构象及构象分析环己烷的船式构象扭曲式扭曲式环己烷构象的稳定性： 椅式构象最稳定 环己己烷的椅式构象分析的椅式构象分析（1）分子中有两个平行的平面，）分子中有两个平行的平面，C1、C3、C5和和C

15、2、C4、C6；（2）12个个氢原子分成两原子分成两类：一：一类垂直于垂直于环平面，一平面，一类与与环平面平行。平面平行。a-键e-键环上环下椅式构象（3）环己己烷的椅式构象也可用的椅式构象也可用纽曼投影式表示曼投影式表示分子模型分子模型（4）a-键与与e-键间可以通可以通过环的翻的翻转而相互而相互转化化。4）取代）取代环己己烷的构象分析的构象分析（1）单取代取代环己己烷以取代基以取代基为e-键的构象最的构象最稳定；定；（2）有多个取代基）有多个取代基时，以，以较多取代基多取代基为e-键的构象的构象稳定；定；若取代基不同若取代基不同时，以，以较大的取代基大的取代基为e-键的构象的构象稳定；定；

16、（3）多取代）多取代环己己烷的的顺反异构，以二甲基取代反异构，以二甲基取代为例：例：顺-1,2-二甲基二甲基环己己烷反反-1,2-二甲基二甲基环己己烷顺-1,3-二甲二甲基基环己己烷反反-1,3-二甲基二甲基环己己烷顺-1,4-二甲基二甲基环己己烷反反-1,3-二甲基二甲基环己己烷4) 十十氢萘的构象的构象 二、脂环烃的性质二、脂环烃的性质 Ni,300 Ni,200Ni,80CH3CH2CH2CH3+ H2+ H2 CH3CH2CH3+ H2 CH3CH2CH2CH2CH3 环烷烃的环烷烃的b.p, m.p, db.p, m.p, d都较同碳数的烷烃高。都较同碳数的烷烃高。环烷烃不溶入水。环烷烃不溶入水。二二. 化学性质化学性质a.a.催化加氢催化加氢一一. 物理性质物理性质b b 加加HXHX，加，加 X X2 2+ Br2 CH2BrCH2CH2Br+ Br2 CH2BrCH2CH2CH2Br+ HBr CH3CHBrCH2CH3+ HI 断键在取代基最多和最少碳之间。断键在取代基最多和最少碳之间。 遵循马氏规则。遵循马氏规则。