3-2 不飽和烴
班級： 座號： 姓名： 1. 烴類中，碳與碳原子間具有雙鍵或參鍵者，因氫原子未達最滿狀態，故稱為不飽和烴。 2. 含 C＝C 之烴類為烯類，含 C≡C 者為炔類。 一、烯類： (一) 烯類的結構：碳與碳間含有雙鍵(C=C)結構的烴類稱為烯類，具 C=C 雙鍵平面結構。 1. 鏈狀烯：僅含一雙鍵的烯類通式為 CnH2n，最簡單的烯類為乙烯(CH2=CH2)。 2. 環狀烯：僅含一環和環上有一雙鍵的環烯類通式為 CnH2n－2。 (二) IUPAC 命名：與烷烴相似。 1. 鏈狀烯： (1) 選取「含有雙鍵的最長鏈」為主鏈，稱為「某烯」。 (2) 從最接近碳-碳雙鍵的一端開始給予主鏈上的碳原子標號 1，2，3……(以雙鍵的第 1 個碳 數，表示雙鍵所在的位置)。依主鏈所含碳數及雙鍵所在之較小序號的碳原子編號，將主名 寫為 x-某烯。(x=1，2……) (3) 2 個 C 和 3 個 C 的主鏈，雙鍵無需編號，取代基需編號，將取代基寫在主名前。 丙烯 ( 不寫為 1-丙烯 ) 2-甲基丙烯 (4) 主鏈在 4 個 C 以上時，取代基和雙鍵的位置均分別予以編號，將取代基寫在主名前。 3-甲基-1-丁烯 (5) 存在兩個以上的碳-碳雙鍵時，則將各雙鍵所在之位置編號寫出，並使雙鍵上的第 1 個序號 較小為原則，阿拉伯數字間以逗號(,)隔開。並以二、三，……等國字表示雙鍵個數， 如二 烯、三烯。 2-甲基-1,3-戊二烯2. 環烯： (1) 若形成環狀，在主鏈名稱前加一「環」字。 環己烯 (2) 僅有一個雙鍵的環烯，無需標示雙鍵位置 (環上雙鍵所在之碳，必定為 1、2 號碳)。如果 環上有兩個或兩個以上的雙鍵，則各個雙鍵的編號均頇寫出來。 (3) 先數完(繞完)雙鍵，然後使第 1 個遇到的取代基編號最小。 3. 同分異構物： (1) 烯與環烷的分子式均為 CnH2n，兩者互為同分異構物： 碳數 二 三 四 五 CnH2n C2H4 C3H6 C4H8 C5H10 烯類 1 1 4 6 環烷類 0 1 2 6 異構物總數 1 2 6 12 (2) 烯類的幾何異構物： 成因 碳-碳雙鍵不能自由旋轉，故與烯烴之雙鍵碳原子連接的四個原子或原子團 在空間中可能會有不同的排列，而形成幾何異構物。 條件 A≠B 且 X≠Y 時，則有幾何異構物。 命名 若 A、B、X、Y 四個原子或原子團中，兩個相同的原子或原子團位於雙鍵 的同側，即為順式異構物；若兩個相同的原子或原子團位於雙鍵的異側，則 為 反式異構物。 實例
(3) 環烷類的幾何異構物： 成因 環烷中，環上的碳-碳鍵無法自由旋轉，故與環上兩碳原子連接之環外的四 個原子或原子團在空間中可能會有不同的排列，而形成幾何異構物。 條件 a≠b 且 c≠d 時，才會存在幾何異構物。 命名 若 a、b、c、d 四個原子或原子團中，兩個相同的原子或原子團位於環的同 一面，即為順式異構物；若兩個相同的原子或原子團位於環的不同面，則為 反式異構物。 實例 (4) 異構物畫法： ① 先算出 DBN：以 C4H8 為例。 DBN =(2×4+2)−8 2 = 1，表示有 1 個雙鍵(鏈狀烯)或 1 個環(環烷) ② 鏈狀烯： ➊依次減少主鏈上的碳數，多出的碳則畫成支鏈。 ➋由步驟➊所畫結構在碳-碳間放置雙鍵。(注意碳只能接四個鍵) ➌判斷是否有順反異構物。 (非末端雙鍵，可能有順反異構物) ➍畫法： 步 驟 畫 法 結 構 步驟 1 主鏈為 4 個 C，畫出 4 個碳鏈 的對稱軸（以虛線表示） 步驟 2 由步驟 1 可知這 3 個碳-碳鍵 共有 2 種化學環境，所以 雙鍵 可放兩種位置 1-丁烯 2-丁烯 步驟 3 注意步驟 2 中兩種化合物有 沒有順、反異構物 1-丁烯(沒有順、反) 2-丁烯(有順、反) 步驟 4 畫出步驟 3 中順、反異構物 順-2-丁烯 反-2-丁烯 步驟 5 主鏈為 3 個 C，將取代基畫好， 畫出 3 個碳鏈的對稱軸 （以虛線表示） 步驟 6 由步驟 5 可知這 3 個碳-碳鍵 只有 1 種化學環境，所以雙鍵 只有一種位置可放 步驟 7 注意有沒有順反異構物 2-甲基丙烯
③ 環烷：環烷至少有 3 個碳。 ➊畫出最高碳數的環烷。 ➋依次減少環烷上的碳數，多出的碳則畫成支鏈。(支鏈由長到短) ➌注意有沒有順反異構物 ➍畫法： 步 驟 畫 法 結 構 步驟 1 畫出 5 個碳的環烷 環戊烷 步驟 2 環烷減少 1 個碳，畫出 4 個 碳的環烷，將多出的 1 個碳 畫成支鏈 甲基環丁烷 步驟 3 環烷減少 2 個碳，畫出 3 個 碳的環烷，將多出的 2 個碳 畫成支鏈 乙基環丙烷 步驟 4 2 個碳的支鏈拆成2 個甲基支鏈 1,1-二甲基環丙烷 步驟 5 注意有沒有順反異構物，步驟 4 中的二甲基環丙烷沒有順反 異構物 順-1,2-二甲基環丙烷 反-1,2-二甲基環丙烷 【範例1】烯的結構與命名 命名下列有機化合物： (1) (2) (CH3)3C(CH2)2CHCH2 答 (1) 4,4-二甲基-2-戊烯 (2) 5,5-二甲基-1-己烯 解 (1) (2) [類題 1] 寫出下列各物質的 IUPAC 名稱： (1) (2) CH3CHC(CH3)C(CH3)CH2 (3) 答 (1) 3-甲基環己烯 (2) 2,3-二甲基-1,3-戊二烯 (3)反-2-丁烯 (1) ，C＝C 的 C 編號要連號。(2)
【範例2】順反異構物 下列何者具有順反異構物？ (A) CH3－CH＝CH2 (B) (C) CH3－CH＝CH－CH2－CH3 (D) (E) CH3－CH＝CH－CH＝CH2 (F) CHCl＝CCl－CH3。 答 (C)(D)(E)(F) 解 (A) 。(B) 。(C) 、 。 順-2-戊烯 反-2-戊烯 (D) 、 順-1,2-二甲基環丙烷 反-1,2-二甲基環丙烷 (E) 、 順-1,3-戊二烯 反-1,3-戊二烯 (F) 、 順-1,2-二氯丙烯 反-1,2-二氯丙烯 [類題 2] 下列何者具有順反異構物？ (A) 1,2-二氯乙烷 (B) 1,2-二氯乙烯 (C) 2-甲基丙烯 (D) 1-氯丙烯 (E) 1,2-二甲基環丙烷。 答 (B)(D)(E) 【範例3】烯的異構物 在 C6H12 飽和烴的異構物中，含有 4 碳環的異構物有多少種？並分別命名。 答 5 種；乙基環丁烷、1,1-二甲基環丁烷、順-1,2-二甲基環丁烷、反-1,2-二甲基環丁烷、 1,3-二甲基環丁烷 解 、 、 、 、 乙基環丁烷 1,1-二甲基環丁烷 順-1,2-二甲基環丁烷 1,3-二甲基環丁烷 反-1,2-二甲基環丁烷 [類題 3] 下列何者為同分異構物？ (A)乙基環丙烷 (B)正戊烷 (C) 2-甲基戊烷 (D)順-1,2-二甲基環丙烷 (E) 2-甲基丙烷 答 (A)(D) 分子式分別為：(A)(D) C5H10；(B) C5H12；(C) C6H14；(E) C4H10。
4. 烯類的性質： (1) 烯烴與烷類相似，密度均小於 1 g/cm3，其分子在低溫時呈油狀而不易結晶。不溶於水而易 溶於有機溶劑，如四氯化碳（CCl4）、氯仿（CHCl3）、苯（C6H6）等。 (2) 大致上烯烴的沸點隨碳原子數的增加而上升。 (3) 烯烴活性較烷類大，易和鹵素反應；如和溴分子(Br2)反應形成油狀的鹵化烴。故烯烴被稱 之為『成油族（Olefins）』。 5. 乙烯：平面分子。 (1) 結構：其分子結構為兩個碳原子間以雙鍵結合，每個碳原子再與兩個氫原子以單鍵結合， 其六個原子在同一平面上，故乙烯為平面分子；乙烯中的各鍵角約為 120°。 物質 分子式 結構式 球-棍模型 乙烯 C2H4 (2) 乙烯為無色無臭的氣體。 (3) 用途： ① 乙烯是化工原料中年產量最多的有機化合物，可用以製備乙醇、乙酸、乙醛、氯乙烯、 苯乙烯等化學原料。 ② 植物荷爾蒙：在植物生理上可扮演植物激素的角色，作為植物的催熟劑。以氣體方式微 量作用在植物上，可刺激或調節果實成熟、開花或落葉，因以氣體形式擴 散，甚至會影響到別株植物。植物對乙烯是相當敏感的，乙烯的濃度低至 0.1 ppm 即可反應，故所需用量非常小。 ③ 簡單的烯類可以製成高分子聚合物——塑膠。 n → 乙烯 聚乙烯（PE） 6. 丙烯：立體分子。 (1) 結構：其分子結構為兩個碳原子間以雙鍵結合，其中雙鍵中的一個碳原子再與兩個氫原子 以單鍵結合，另一個雙鍵中的碳原子與一個氫原子和一個甲基結合，故丙烯為非平 面 分子。 物質 分子式 結構式 球-棍模型 丙烯 C3H6 (2) 丙烯為無色無臭的氣體。 (3) 用途：可用於合成聚丙烯，聚丙烯用於製造奶瓶，杯皿等。 n → 丙烯 聚丙烯（PP）
二、炔 類 (一) 炔類的結構：碳與碳間含有參鍵(C≡C)結構的烴類稱為炔類，具 C≡C 參鍵直線鍵結。 1. 鏈狀炔：僅含一參鍵的炔類通式為 CnH2n－2，最簡單的炔類為乙炔(CH≡CH)。 2. 環狀炔：僅含一個參鍵的環炔烴通式為 CnH2n－4，環辛炔為最小的環炔烴(高中不討論)。 (二) 命名：鏈狀炔 IUPAC 命名：與烯烴相似。 1. 選取「含有參鍵的最長鏈」為主鏈，稱為「某炔」。 2. 從最接近碳-碳參鍵的一端開始給予主鏈上的碳原子標號 1，2，3……(以參鍵的第 1 個碳數， 表示參鍵所在的位置)。依主鏈所含碳數及參鍵所在之較小序號的碳原子編號，將主名寫為 x-某炔。(x=1，2……) 2-戊炔 3. 2 個 C 和 3 個 C 的主鏈，參鍵無需編號。 丙炔 (不可寫為 1-丙炔) 4. 主鏈在 4 個 C 以上時，取代基和參鍵的位置均分別予以編號，將取代基寫在主名前。 3-甲基-1-丁炔 5. 存在兩個以上的碳-碳參鍵時，則將各參鍵所在之位置編號寫出，並使參鍵上的第 1 個序 號較 小為原則，阿拉伯數字間以逗號(,)隔開。並以二、三，……等國字表示參鍵個數，如二炔、 三炔。 3-甲基-1,4-己二炔 (三) 同分異構物：通式為 CnH2n－2。 炔與環烯、二烯、雙環烷互為「官能基異構物」。 分子式 C2H2 C3H4 C4H6 C5H8 鏈炔類 1 1 2 3 雙烯類 0 1 2 6 環烯類 0 1 3 8 雙環烷 0 0 1 2 註：炔類無幾何異構物。找炔類異構物要訣，先畫出烷的異構物 再找參鍵的位置。 1. 炔異構物畫法：與烯烴類似。 (1) 先算出 DBN：以 C5H8 為例，只討論炔。 DBN =(2×5+2)−8 2 = 2，表示有 1 個參鍵(鏈狀炔)或 1 個環烯或 2 個雙鍵或 2 個環。 (2) 依次減少主鏈上的碳數，多出的碳則畫成支鏈。 (3) 由步驟(2)所畫結構在碳-碳間放置參鍵。(注意碳只能接四個鍵) (4) 炔類無順反異構物。 (5) 畫法：
① 鏈狀炔 ➊依次減少主鏈上的碳數，多出的碳則畫成支鏈。 ➋由步驟➊所畫結構在碳-碳間放置參鍵。(注意碳只能接四個鍵) ➌畫法： 步 驟 畫 法 結 構 步驟 1 先畫出主鏈 5 個 C 步驟 2 由步驟 1 中可知碳-碳間共有 2 種放參鍵的位置 步驟 3 再畫主鏈 4 個 C，放上 1 個 甲基 步驟 4 由步驟 3 中可知碳-碳間只 有一種放參鍵的位置 步驟 5 再畫主鏈 3 個 C，放上 2 個 甲基 步驟 6 由步驟 5 中可知無法放參鍵 無 ③ 環烯：環烯至少有 3 個碳。 ➊畫出最高碳數的環烯。 ➋依次減少環烯上的碳數，多出的碳則畫成支鏈。(支鏈由長到短) ➌畫法： 步 驟 畫 法 結 構 步驟 1 畫出 5 個碳的環烯 步驟 2 環烯減少 1 個碳，畫出 4 個 碳的環烯，將多出的 1 個碳 畫成支鏈 步驟 3 環烯減少 2 個碳，畫出 3 個 碳的環烯，將多出的 2 個碳 畫成支鏈 步驟 4 2 個碳的支鏈拆成2 個甲基支鏈
(四) 炔類的特性： 1. 炔烴與烷類相似，密度均小於 1；不溶於水而易溶於有機溶劑 (如四氯化碳（CCl4）、氯 仿 （CHCl3）、苯（C6H6）、乙醚（(C2H5)2O）等)。 2. 炔烴的沸點隨碳原子數的增加而上升。 3. 含 2 到 4 個碳的炔類為氣體。 4. 氣態的炔烴與空氣混合具爆炸性。 (五) 乙炔：直線分子 1. 結構： 物質 分子式 結構式 球-棍模型 乙炔 C2H2 2. 製備：可使用電石製備，故乙炔又稱電石氣。 (1) 原料：工業上用灰石 ( CaCO3 )、煤和水來製取乙炔。 (2) 步驟： CaCO3(s) ∆ → CaO(s)＋CO2(g) CaO(s)＋3C(s) 電爐 3000℃ → CaC2(s)（電石）＋CO(g) CaC2(s)＋2H2O() → Ca(OH)2(s)＋C2H2(g) (非氧化還原反應，生成的乙炔可用 CCl4或 C2H5OH 溶解吸收。) 3. 性質： (1) 乙炔的燃燒熱極高，與空氣或氧混合時具爆炸性。 (2) 乙炔在氧氣中燃燒會產生 3300℃的火焰（稱為乙炔氧焰），可用來切割及焊接金屬。 (3) 裝有乙炔的電石燈常用於探索洞穴時的火焰照明設備。 (4) 合成橡膠、塑膠、人造纖維及其他多種有機化合物之原料。 (5) 可製造聚乙炔，在聚乙炔中加入碘或鈉，可製成導電塑膠。 (6) 與乙烯同為植物荷爾蒙，可以催熟水果(乙炔活性約只有乙烯三千分之一而己)。 操作方法是將電石用報紙包上置於水果箱之最下層，經 48 ～ 72 小時後即可完成催熟作業。 由於電石遇水會生成具可燃及爆炸性的乙炔，所以操作上需特別小心。在 2010 年 3 月 6 日， 高雄市一處堆放水果的鐵皮屋倉庫失火，經消防人員灑水滅火後，因倉庫中堆放催熟水果的 「電石」被水噴到產生氣體而發生氣爆，造成兩名消防隊員二級灼傷，送加護病房治療，所 以，乙炔在使用時不得不慎。 【範例4】炔的結構與命名 右圖化合物的系統命名為何？ 答 4,4-二甲基-2-戊炔 解 [類題 4-1] 示性式為 (CH3)3C(CH2)2CCH 的有機化合物，其系統命名為何？ 答 5,5-二甲基-1-己炔
[類題 4-2] 下列直鏈分子，何者可能具有 1 個參鍵？ (A) C4H10 (B) C5H8 (C) C6H12 (D) C7H16。 答 (B) (A)(D)為飽和烴。(B)鏈狀飽和烴為 C5H12，選項中分子少 12－8＝4（個）H，故可能含有 1 個參 鍵。(C)鏈狀飽和烴為 C6H14，選項中分子少 14－12＝2（個）H，故可能含有 1 個雙鍵或 1 個環。 【範例5】烯、炔的性質 下列有關烯烴與炔烴的敘述，何者正確？ (A)兩者皆屬於飽和烴 (B)兩者均不溶於有機溶劑，但可溶於水 (C)兩者的沸點大致隨著碳數的增加而升高 (D)烯類為脂肪烴，炔類為芳香烴 (E)僅含有 1 個參鍵的炔烴，其通式為 CnH2n 答：(C) 解：(A)兩者皆屬於不飽和烴 (B)兩者均可溶於有機溶劑，但不溶於水 (D)兩者均為脂肪烴 (E) 僅含有 1 個參鍵的炔烴，其通式為 CnH2n–2 [類題 5] 竹筒炮是先把電石放入竹筒中再加水產生電石氣，然後點火產生巨響。以前農村社會常利 用點燃竹筒炮產生的巨響驅趕鳥類，避免鳥類啄食農作物。則下列敘述何者正確？（應選 3 項） (A)電石的成分為氧化鈣 (B)電石氣即為乙烯 (C)電石氣難溶於水，密度比水輕 (D)電石氣為不飽和烴 (E)電石氣與空氣或氧混合時具有爆炸性 答：(C)(D)(E) 解：(A)電石成分為碳化鈣 CaC2 (B)電石氣為乙炔
