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1、第二章第二章 开链烃开链烃2-1 烷 烃2-2 烯 烃2-3 炔烃2-4 二烯烃2.1 烷烷 烃烃【烷】取完全之意，碳被氢完全饱和；【烃ting】指碳氢化合物。烷烃通式: 2.1 烷 烃2.1.1 烷烃的结构烷烃的结构2.1.2 烷烃的异构现象烷烃的异构现象2.1.3 烷烃的命名烷烃的命名2.1.4 烷烃的物理性质烷烃的物理性质2.1.5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质2.1.6 生物体中的自由基反应生物体中的自由基反应在组成上仅含有在组成上仅含有碳碳与与氢氢两元素的化合物叫两元素的化合物叫碳氢化合物碳氢化合物, ,也称为也称为烃烃。 脂肪烃分子中只含有脂肪烃分子中只含有C-C单键和单键和C-H
2、 键的叫做键的叫做烷烃烷烃。 第一节第一节 烷烷 烃烃 根据烃分子中碳原子间连接方式可分为：根据烃分子中碳原子间连接方式可分为：烃烃开链烃开链烃饱和烃：饱和烃：烷烃烷烃不饱和烃：不饱和烃：烯烃烯烃炔烃炔烃脂环烃脂环烃芳香烃芳香烃 环状烃环状烃（脂肪烃）（脂肪烃）碳原子的碳原子的sp3杂化轨道杂化轨道 键长：键长：0.109nm 键角：键角：109.5杂化杂化sp3跃迁跃迁2s2py2px2pz2s2p1sE 2-3 2-3 烷烃的分子结构烷烃的分子结构sp3 杂化轨道含杂化轨道含1/4 s 轨道轨道3/4 p 轨道轨道 sp3杂化轨道形状杂化轨道形状2.1.1 烷烃的结构烷烃的结构烷烃通式：烷
3、烃通式：CnH2n+2键键：两两个个原原子子沿沿原原子子轨轨道道对对称称轴轴方方向向互互相相重重叠叠形形成成的键。的键。 轨道轨道重叠程度最重叠程度最大大；可以；可以“自由旋转自由旋转”。s s sp-sp333s s sp-1sHHHHC键角键角 键长键长 键能键能109281.0910 10m415 kJ/mol2.1.1 烷烃的结构烷烃的结构甲烷的结构甲烷的结构 2.1.1 烷烃的结构烷烃的结构乙烷的分子轨道示意图乙烷的分子轨道示意图 烷烃碳链的锯齿状烷烃碳链的锯齿状 2.1 烷 烃2.1.1 烷烃的结构烷烃的结构2.1.2 烷烃的异构现象烷烃的异构现象2.1.3 烷烃的命名烷烃的命名2
4、.1.4 烷烃的物理性质烷烃的物理性质2.1.5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质2.1.6 生物体中的自由基反应生物体中的自由基反应 分子组成相同而分子组成相同而结构结构不同的化合物叫做不同的化合物叫做同分异构体同分异构体（简称（简称异构体异构体）。这种现象叫做）。这种现象叫做同分异构现象同分异构现象。2.1.2 烷烃的异构现象烷烃的异构现象仅由碳原子仅由碳原子连接顺序和方式不同连接顺序和方式不同而产生的同分异构而产生的同分异构现象称现象称构造异构现象构造异构现象。因分子中的原子或基团在。因分子中的原子或基团在空空间排列不同间排列不同而产生的异构现象称而产生的异构现象称立体异构现象立体异构现象。
5、 2.1.2 烷烃的异构现象烷烃的异构现象从从丁烷丁烷开始出现开始出现碳链异构体碳链异构体HCCCHH H H H H H HCCCCHH H H HH H H HHCCCHH H H H H H-C-HH链链端被端被-CH3 取代取代中间被中间被-CH3 取代取代HH（一）烷烃的碳链异构（一）烷烃的碳链异构仅由仅由碳链骨架碳链骨架不同而产生的异构现象称为碳链异构。不同而产生的异构现象称为碳链异构。 异构体数目异构体数目 如如 戊烷戊烷 C5H12 3 己烷己烷 C6H14 5 壬烷壬烷 C9H20 35碳链异构体碳链异构体的数目随着化合物分子中所含碳的数目随着化合物分子中所含碳原子数目的增多
6、而增多原子数目的增多而增多如：如： CH3CCH2CHCH3 CH3CH3CH3只连有只连有四个四个碳原子的称为碳原子的称为季季碳原子，常以碳原子，常以4表示表示（四级碳原子）（四级碳原子）只连有只连有一个一个碳原子的称为碳原子的称为伯伯碳原子，常以碳原子，常以1表示（表示（一级碳原子）一级碳原子）只连有只连有二个二个碳原子的称为碳原子的称为仲仲碳原子，常以碳原子，常以2表示表示（二级碳原子）（二级碳原子）只连有只连有三个三个碳原子的称为碳原子的称为叔叔碳原子，常以碳原子，常以3表示表示（三级碳原子）（三级碳原子）11111234伯、仲、叔和季碳原子伯、仲、叔和季碳原子碳链中的碳原子按照碳链中
7、的碳原子按照它们所连结的碳原子的数目它们所连结的碳原子的数目可分为四类可分为四类： 与伯、仲、叔与伯、仲、叔碳碳原子相连的氢原子分原子相连的氢原子分别称为伯、仲、叔别称为伯、仲、叔氢氢原子。不同类型原子。不同类型的氢原子在同一反应中的反应性能是的氢原子在同一反应中的反应性能是有一定差别。有一定差别。2.1.2 烷烃的异构现象烷烃的异构现象（二）烷烃的（二）烷烃的构象构象异构异构围绕碳碳围绕碳碳键旋转而使分子中原子或基团在空间的键旋转而使分子中原子或基团在空间的不同排列方式不同排列方式称为称为构象构象。同一分子的不同构象称为。同一分子的不同构象称为构象异构体。因单键旋转而产生的同分异构现象称构象
8、异构体。因单键旋转而产生的同分异构现象称为构象异构现象。为构象异构现象。构象异构是一种立体异构构象异构是一种立体异构。 如正戊烷的碳链可以有几种代表形式：如正戊烷的碳链可以有几种代表形式：Newman投投影式影式重叠式重叠式交叉式交叉式透视式透视式（锯架式锯架式）HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH 1. 乙烷的构象乙烷的构象乙烷分子中两个乙烷分子中两个乙烷分子中两个乙烷分子中两个极端的空间构象极端的空间构象极端的空间构象极端的空间构象乙烷分子的位能曲线图乙烷分子的位能曲线图 室温下分子碰撞能量为83.3 kJ/ mol 2. 正正丁烷的构象丁烷的构象全重叠式全重叠式CH3H3CH
9、HHH邻位交叉式邻位交叉式HHHHCH3CH3转转60部分重叠式部分重叠式CH3H3CHHHH转转60对位交叉式对位交叉式HHHHCH3CH3转转60正丁烷正丁烷C2C3键旋转时的分子的位能曲线图键旋转时的分子的位能曲线图 稳定性稳定性: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 随着分子中碳原子数的增加，正烷烃的构象异构更加复杂，但最稳定的构象仍然是对位交叉式，所以直链烷烃大多以锯齿形存在。 2.1 烷 烃2.1.1 烷烃的结构烷烃的结构2.1.2 烷烃的异构现象烷烃的异构现象2.1.3 烷烃的命名烷烃的命名2.1.4 烷烃的物理性质烷烃的物理性质2.1.5
10、 烷烃的化学性质烷烃的化学性质2.1.6 生物体中的自由基反应生物体中的自由基反应一、普通命名法一、普通命名法“天干天干”甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。一般按烷烃所含碳原子数目来命名，碳原子在一般按烷烃所含碳原子数目来命名，碳原子在十以内十以内用用“天干天干”表示，称表示，称“某烷某烷”;十一碳以十一碳以上上用汉字数字表示。用汉字数字表示。如如：C6H14 C8H18 C12H26己烷己烷辛烷辛烷十二烷十二烷2.1.3 烷烃的命名烷烃的命名区别异构体用区别异构体用“正正”、“异异”、“新新”。直链烷烃直链烷烃叫叫“正正”具有具有 结构结构(端位
11、第二个碳原子有端位第二个碳原子有2个个CH3)叫叫“异异”CH3-CH-CH3具有具有 结构，即结构，即(端位第二个碳原子有端位第二个碳原子有3个个CH3)叫叫“新新”CH3-C-CH3CH32.1.3 烷烃的命名烷烃的命名异戊烷异戊烷CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH2-CH3 CH3-C-CH3CH3CH3CH3正戊烷正戊烷新戊烷新戊烷 二、系统命名法二、系统命名法 系统命名法是采用国际纯化学与应用化学联合系统命名法是采用国际纯化学与应用化学联合会（简称会（简称IUPAC）的命名原则，结合我国文字的特的命名原则，结合我国文字的特点，制定的中文系统命名法。点，制定的中
12、文系统命名法。 系统命名法适用于各类有机化合物，其命名的系统命名法适用于各类有机化合物，其命名的要点是要点是选主链选主链、编碳号编碳号和和处理侧链。处理侧链。 2.1.3 烷烃的命名烷烃的命名 例如例如:异丙基异丙基-CH2CH2CH3 丙基丙基CH3CH3 -CH2CH3 乙基乙基CH3CH2CH3CH3-CH-CH3CH4 -CH3 甲基甲基-H-H中间碳中间碳-H链链端碳端碳-H 烷烃分子中去掉一个烷烃分子中去掉一个氢原子氢原子后，剩下的原子团叫后，剩下的原子团叫烷基烷基。烷基是烷基是一价基一价基，通式为，通式为CnH2n+1，常用常用R-代表烷基。代表烷基。 烷基的名称由相应的烷烃而得
13、。烷基的名称由相应的烷烃而得。1. 1. 烷烷 基基缩写缩写符号符号名称名称构造式构造式缩写缩写符号符号名称名称构造式构造式CH3-CH-CH3CH3-CH2-CH-CH3-CH-CH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3-CH3-CH2CH3-CH2CH2CH3-CH2(CH2)2 CH3甲基甲基乙基乙基正丙基正丙基异丙基异丙基正丁基正丁基异丁基异丁基-CH2CH2CHCH3CH3-CH2-C-CH3CH3CH3-C-CH2CH3CH3CH3仲丁基仲丁基叔丁基叔丁基叔戊基叔戊基新戊基新戊基异戊基异戊基MeEtn-Pri-Prn-Bui-Bus-But-Bui-Pentt-Pent neo-
14、Pent常见的烷基名称常见的烷基名称 原子原子优先次序优先次序按原子序数大小排列。按原子序数大小排列。 原子序数大，原子序数大，优先次序高；原子序数小，优先优先次序高；原子序数小，优先 次序低；次序低；同位素中质量高的，同位素中质量高的，优先次序高优先次序高。2. 次序规则次序规则 多原子基团第一个原子相同，则依次比较与多原子基团第一个原子相同，则依次比较与 其相连的其它原子。其相连的其它原子。 选取主链选取主链选择最长的碳链为主链。支链当作取代基。选择最长的碳链为主链。支链当作取代基。 编号编号从靠近支链的一端开始，编号时应尽可能使取代从靠近支链的一端开始，编号时应尽可能使取代 基具有最低编
15、号。基具有最低编号。如：如： CH3-CH2-CH2-CH-CH3CH2-CH3CH3-CHCH2CH-CH2CH3CH2CH3CH2CH2CH3CH3CH2CHCH2CH-CH2CH2CH3CH3CH2CH32 16 5 4 32 16 7 8 3 4 51 2 3 4 5 6 7 83.系统命名法系统命名法 当几种可能的编号方向时，应当选定使取代基具有当几种可能的编号方向时，应当选定使取代基具有“最最低系列低系列”的那种编号（即顺次逐项比较各系列的不同位次，的那种编号（即顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到位次最小者定为最低系列）最先遇到位次最小者定为最低系列）。两端一样长时，从小取代基
16、一端开始编号。两端一样长时，从小取代基一端开始编号。CH3-CHCH-CH2-CH2-C-CH3CH3CH3 CH3CH3CH3CHCH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH3CH3 CH3CH3CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH3 CH2CH3从左到右：从左到右：2，3，6，6从右到左：从右到左：2，2，5，61 2 3 4 5 6 7 7 6 5 4 3 2 11 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 102, 7, 8-三三甲基甲基癸癸烷（不叫烷（不叫3,4,9-3,4,9-三三甲基甲基癸癸烷）烷）3-甲基甲基-5-5-乙基乙基庚庚烷烷 “先小后大，同基合并
17、先小后大，同基合并”烃基大小的次序按烃基大小的次序按“优先次序高者列后优先次序高者列后”的原则排序的原则排序甲基甲基乙基乙基丙基丙基丁基丁基戊基戊基己基己基异戊基异戊基异丁基异丁基异丙基异丙基CH3-CHC-CH2-CH2-CH3CH3 CH2CH3CH3 2, 3-二二甲基甲基-3-3-乙基乙基己己烷烷1 2 3 4 5 6 有不同取代基时，把小取代基名称写在前面，有不同取代基时，把小取代基名称写在前面，大取代基写在后面。相同取代基合并起来，取代基大取代基写在后面。相同取代基合并起来，取代基数目用二、三、数目用二、三、 等表示。等表示。2.1 烷 烃2.1.1 烷烃的结构烷烃的结构2.1.2
18、 烷烃的异构现象烷烃的异构现象2.1.3 烷烃的命名烷烃的命名2.1.4 烷烃的物理性质烷烃的物理性质2.1.5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质2.1.6 生物体中的自由基反应生物体中的自由基反应直链烷烃的物理性质，例如熔点、沸点、相对密度直链烷烃的物理性质，例如熔点、沸点、相对密度等，随着分子中碳原子数（或相对分子质量）的增等，随着分子中碳原子数（或相对分子质量）的增大，而呈规律性的变化。大，而呈规律性的变化。（表（表2-1）1. 物理状态物理状态C1C4气态气态C5C16液态液态C17以上以上固态固态 2.1.4 烷烃的烷烃的物理物理性质性质2、熔点（、熔点（m.p.） 碳数碳数 ，则熔点，
19、则熔点 。 偶数偶数碳链比碳链比奇数奇数碳链碳链稍高稍高。 同数碳同数碳异构体：异构体：新新 正正 异异。 2.1 烷 烃2.1.1 烷烃的结构烷烃的结构2.1.2 烷烃的异构现象烷烃的异构现象2.1.3 烷烃的命名烷烃的命名2.1.4 烷烃的物理性质烷烃的物理性质2.1.5 烷烃的化学性质烷烃的化学性质2.1.6 生物体中的自由基反应生物体中的自由基反应烷烃的稳定性不是绝对的，在一定条件下烷烃的稳定性不是绝对的，在一定条件下（如（如光光、高温高温或或催化剂催化剂的影响下）也可以发的影响下）也可以发生某些反应。生某些反应。 在常温下烷烃的化学性质在常温下烷烃的化学性质很不活泼很不活泼，与，与强
20、酸强酸、强碱强碱、强氧化剂强氧化剂和和还原剂还原剂等都不起等都不起作用。作用。（C-C 键能为键能为345.6 KJ/mol；C-H 键能为键能为415.3 KJ/mol）原因：原因： C-C及及C-H键较牢固，键较牢固，键能较大，极性小键能较大，极性小 2.1.5 烷烃的烷烃的化学化学性质性质取代反应取代反应卤代反应卤代反应 有机化合物分子中的原子或原子团被其他有机化合物分子中的原子或原子团被其他原子或原子团原子或原子团代替代替的反应称取代反应。有的反应称取代反应。有机化合物分子中的原子或原子团机化合物分子中的原子或原子团被卤素原被卤素原子取代子取代的反应称卤代反应。的反应称卤代反应。室温室
21、温、黑暗黑暗控制反应条件或调节甲烷和氯的比例控制反应条件或调节甲烷和氯的比例 :CH4 + 2 Cl2 4 HCl + CCl4 紫外光紫外光CH4 + Cl2 CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4 h1. 甲烷的氯代反应甲烷的氯代反应 紫外光照紫外光照、高温高温 碳链较长的烷烃进行氯化时，可以碳链较长的烷烃进行氯化时，可以取代不同的氢原子取代不同的氢原子得到不同的氯代烃。得到不同的氯代烃。丙烷丙烷1-氯丙烷氯丙烷2-氯丙烷氯丙烷CH3-CH2-CH3 + Cl2 CH3CH2CH2Cl + CH3-CH-CH3 Clh2543 %57 %伯氢伯氢叔氢叔氢=29 / 14
22、8 / 915仲氢仲氢伯氢伯氢=57 / 243 / 6142. 其它烷烃的卤代其它烷烃的卤代反应反应 氯代叔丁烷氯代叔丁烷氯代异丁烷氯代异丁烷CH3-C-H + Cl2 CH3-C-Cl + CH3-C-HCH3CH3h25CH3CH3CH3CH2Cl异丁烷异丁烷29 %48 %+多氯代产物多氯代产物23 %在室温下，叔、仲、伯氢在室温下，叔、仲、伯氢原子被氯原子夺取的相对原子被氯原子夺取的相对速率为速率为 5 : 4 : 1反应活性：反应活性：3 2 1 HHH 反应物转变为产物所经过的反应物转变为产物所经过的途径途径或或过程过程叫做反叫做反应历程或反应机理应历程或反应机理。通过通过反应历
23、程反应历程可以告诉我们：可以告诉我们：反应分几步进行；反应分几步进行； 反应的中心在哪里；反应的中心在哪里；分子内部如何调整分子内部如何调整（包括键的变形、电子云（包括键的变形、电子云分分 布情况、键的破裂与形成等）布情况、键的破裂与形成等）烷烃烷烃卤代卤代反应的机制反应的机制1、链的引发：、链的引发：2、链的增长（传递）：、链的增长（传递）：3、链的终止：、链的终止：Cl : Cl 2 Cl H=242.5 kJ / molh. 进而生成进而生成CHCl3 、CCl4等等Cl + CH4 HCl + CH3CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl Cl + CH3Cl HCl + CH2Cl
24、CH2Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl Cl + CH2Cl2 HCl + CHCl2Cl + Cl Cl2 CH3 + Cl CH3Cl CH3 + CH3 CH3-CH3甲烷的卤代反应历程甲烷的卤代反应历程过渡态、活化能和位能曲线过渡态、活化能和位能曲线反应物反应物 过渡态过渡态 产物产物ECH4与与Cl生成生成CH3Cl反应的位能曲线图反应的位能曲线图放热反应放热反应吸热反应吸热反应 甲烷氯代生成一氯甲烷的两步主要反应，其反甲烷氯代生成一氯甲烷的两步主要反应，其反应热（应热（ H）与所需活化能量值测得如下：与所需活化能量值测得如下：Cl + CH4 HCl + CH3H1= 4
25、kJ / molE1 = 16 kJ / molCH3 + Cl2 CH3Cl + Cl H2= -109kJ / molE2 = 4kJ / mol第一步是最慢的一步，是决定反应速率的步骤第一步是最慢的一步，是决定反应速率的步骤越稳定的游离基越容易生成，其反应速率也越快越稳定的游离基越容易生成，其反应速率也越快游离基的稳定性支配着反应的游离基的稳定性支配着反应的取向取向和和活性活性。形成各种类型的游离基所需的能量按如下次序降低：形成各种类型的游离基所需的能量按如下次序降低： CH 3 1 2 3 形成游离基的能量越小，这种游离基越稳定，故游离基形成游离基的能量越小，这种游离基越稳定，故游离基的稳定性次序为：的稳定性次序为：3 2 1 CH3RRR生物体内最重要的自由基是超氧阴离子生物体内最重要的自由基是超氧阴离子（O2-）和羟基自由基（）和羟基自由基（OH），二者都），二者都与氧发生下列转变：与氧发生下列转变：2.1.6 生物体中的自由基反应生物体中的自由基反应O2 + e- O2-O2- + e- H2O2H2O2 OH + OH OH + e- H2OH+H+
