第4章 饱和烃副本 2.ppt

第四章 饱和烃 * * 分子中碳氢原子都以单键相连的烃类化合物，称为烷烃；烷烃有链状烷烃和环烷烃。 第一节 烷烃 一． 烷烃的同分异构 开链烷烃的分子式可以用通式CnH2n+2表示。凡符合这一通式的一系列化合物叫做同系物，CH2叫做系差。 概念：构造式；构造异构；碳链异构；骨架异构。 烷烃异构体的数目随着碳原子数的增加而迅速增加，如己烷有6个异构体，癸烷有75种，十五烷有4347种。 不同异构体的物理和化学性质都有差异。 二．烷烃的结构 甲烷的四面体结构： 正己烷的锯齿状结构： 三．烷烃的构象异构 通过共价单键的旋转导致分子中原子或原子团在空间的不同取向叫做构象(conformation) ，由此得到的不同空间结构叫做构象异构。 构象异构普遍存在于有机结构中。 乙烷的构象： Newman投影式（Newman projection formula ） 交叉式（staggered） 重叠式（eclipsed） 构象异构 的表示方法： 锯架式（sawhorse formula ） 交叉式 (staggered) 重叠式 (eclipsed) 乙烷分子构象异构 的能量变化 正丁烷的构象： 对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式 四种典型构象的能量为： 对位交叉式＜邻位交叉式＜部分重叠式＜全重叠式 在常温下，丁烷主要以反交叉式(63％)和顺交叉式(37％)构象存在，其它构象所占比例极小。 丁烷不同构象的能量变化： 构象异构对某些化合物的性能影响很大，如蛋白质的三级结构实际上有一个特定的构象异构，如果改变了这个三级结构，蛋白质的生物活性就会改变甚至消失。 尽管丁烷的构象异构体之间比乙烷构象异构体之间的位能差要大一些，但在常温下单键的旋转仍然是很快的，不能分离出纯的构象异构体。但如果单键旋转的阻力很大，则可以分离出纯的构象异构体。 四．烷烃的化学性质 烷烃是一个非极性分子，分子中仅含有C-C键和C-Hσ键，因而烷烃的化学性质是不活泼的。在一般情况下，不易与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂等发生化学反应，其溶液也是中性的。但在特殊的条件下，可以发生取代、断裂与重排、氧化等反应，生成一系列的化工产品。 1．卤代反应 (自由基) 链引发（chain-initiating step） 卤代反应的机制：（reaction mechanism） 自由基的链反应（ free radical chain reaction） 链增长（chain-propagating step） 链终止（chain-terminating step） 氧气的存在使甲基自由基生成 CH3－O－O·，其活性很低，使链反应终止。 不同卤素取代反应的活性： 甲烷不同卤代反应的活化能：氟代 4.2，氯代 16.7，溴代 75.3，碘代＞141。氟代反应释放大量能量，副产物较多，碘代反应活化能太高，烷烃卤代主要的应用是氯代和溴代。 多碳烷烃卤代反应的取向： 氯代反应的产物难以分离，常作溶剂使用。溴代反应可得到较纯的溴代烷。 2°氢原子与1°氢原子的相对反应活性为： 结论：氢原子的相对活性：3°2°1° 根据氢原子与各基团之间的键离解能： bond dissociation energy C—H键的离解能越小，自由基就越容易形成，也越稳定。不同结构的自由基相对稳定性次序: (CH3)3 C· (CH3)2 CH · CH3CH2· CH3· 3° 2° 1° 甲基 2. 热裂反应 烷烃分子中的碳氢键与碳碳键在高温及无氧条件下 下会发生均裂反应，这一反应称为热裂反应。 例如： 3.氧化反应 这是烷烃最重要的反应，是我们能量的重要来源。 制取肥皂 第二节 环烷烃 一．环烷烃的结构 饱和碳原子为sp3杂化，其轨道夹角为109°28’。三元和四元环状化合物有较大的环张力。 1885年拜尔（A.von Baeyer）提出了环的张力学说，其基本观点为： 1.成环的碳原子均处于同一平面。 2.成环后键角越接近109°28’ 的环状化合物越稳定，且容易形成。 环烷烃的现代理论： 环烷烃分子中的碳原子都以sp3杂化轨道成键，当键角为109°28‘时，碳原子的sp3杂化轨道才能达到最大重叠。否则不能完全头顶头而形成“香蕉”键。 环丙烷轨道的重叠： 环丁烷的结构： 环戊烷的结构： *