第二章烷烃

1、第二章第二章 烷烷 烃烃教材教材: :徐寿昌徐寿昌 主编主编 高等教育出版社高等教育出版社有机化学有机化学 Organic Chemistry作业（作业（P39P39） 1 (11 (1、3 3、5 5、7)7)2 (12 (1、3 3、5 5、7)7)3 3、4 (24 (2、4 4、6)6)5 5、7 7、8 8（注意：注意：指构象异构、构造异构、等同）指构象异构、构造异构、等同）9 9、10 10 、12 (1)12 (1)1414。第二章第二章 烷烷 烃烃(1)开链烃开链烃(链烃链烃),又叫脂肪烃又叫脂肪烃. 可分为可分为:烷烃烷烃 、烯烃、烯烃 、二烯烃、二烯烃 、炔烃等、炔烃等(2

2、)闭链烃闭链烃(环烃环烃). 又分为又分为:脂环烃和芳香烃两类脂环烃和芳香烃两类.第二章第二章 烷烃烷烃 (Alkane )(一一) 烃的定义烃的定义(二二) 烃的分类烃的分类: 分子中只含有分子中只含有C、H两种元素的有机化合物叫两种元素的有机化合物叫 碳氢化合物碳氢化合物,简称烃简称烃. 又叫又叫饱和烃饱和烃,由于石蜡是烷烃的混合物由于石蜡是烷烃的混合物,故故烷烃也称烷烃也称石蜡烃石蜡烃.例如例如:甲烷甲烷,乙烷乙烷,丙烷丙烷,丁烷丁烷(正丁烷正丁烷,异丁烷异丁烷),戊烷戊烷 (正戊正戊烷烷,异戊烷异戊烷,新戊烷新戊烷).2.1 烷烃的通式烷烃的通式,同系列和构造异构同系列和构造异构(1)

3、烷烃烷烃名称名称 分子式分子式 构造式构造式 构造式的简写式构造式的简写式CH4CH3CH3甲烷甲烷 CH4乙烷乙烷 C2H6名称名称 分子式分子式 构造式构造式 构造式的简写式构造式的简写式丙烷丙烷 C3H8丁烷丁烷 C4H10戊烷戊烷 C5H12CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3NameCondensed StructureMethane（甲烷）甲烷）CH4Ethane（乙烷）乙烷）CH3CH3Propane（丙烷）丙烷）CH3CH2CH3Butane（丁烷）丁烷）CH3(CH2)2CH3PentaneCH3(CH2)3CH3HexaneCH3(CH2)4C

4、H3HeptaneCH3(CH2)5CH3OctaneCH3(CH2)6CH3NonaneCH3(CH2)7CH3DecaneCH3(CH2)8CH3UndecaneCH3(CH2)9CH3DodecaneCH3(CH2)10CH3甲基甲基: -Methyl 直链烷烃分子中，一个或几直链烷烃分子中，一个或几个个-CH2-基团（亚甲基）连成碳链，碳链的两端再连基团（亚甲基）连成碳链，碳链的两端再连有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为: H-(-CH2-)n-H 或：或： CnH2n+2 (2)烷烃的通式烷烃的通式 乙烷乙烷可看成甲烷的一个氢原子被甲基可看成

5、甲烷的一个氢原子被甲基-CH3取代；取代； 丙烷丙烷可看成乙烷上的一个可看成乙烷上的一个H被甲基被甲基-CH3取代取代; 丁烷丁烷可看成丙烷的一个可看成丙烷的一个H被甲基被甲基 -CH3 取代：取代： 由于分子式相同由于分子式相同,但它们的构造但它们的构造不同不同(分子中各原子相连的方式和次序不同分子中各原子相连的方式和次序不同). 又叫构又叫构造异构体。造异构体。它们是两种它们是两种不同不同的化合物的化合物.物理性质一定的差异物理性质一定的差异. 直直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高（表链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高（表2-1）.如：正丁烷的沸点：如：正丁烷的沸点：- 0.5，熔点

6、：熔点：- 138.3， 异异丁烷的沸点：丁烷的沸点：- 11.7，熔点：熔点：- 159.4，同分异构体同分异构体戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个 H被甲基被甲基-CH3 取代的产物取代的产物: (正戊烷正戊烷,异戊烷异戊烷,新戊烷新戊烷).随着碳原子数的增加随着碳原子数的增加,烷烃的构造异构体的数目也越烷烃的构造异构体的数目也越多多.庚烷庚烷C7H16有有9个构造异构体个构造异构体,辛烷辛烷C8H18有有18个个.部分异构体的物理性质差异见表部分异构体的物理性质差异见表2-1. 烷烃的通式烷烃的通式 CnH2n+2, 直链烃直链烃的通式可写为的通式可写为

7、: H-(-CH2-)n-H同系物同系物在组成上相差一个或多个在组成上相差一个或多个 CH2,且结构和性质且结构和性质相似的一系列化合物称为同系列相似的一系列化合物称为同系列.同系列中的各化合物互同系列中的各化合物互称同系物称同系物. （表表2-1中的化合物都是烷烃同系列中的同系物中的化合物都是烷烃同系列中的同系物）系差系差同系列相邻的两个分子式的差值同系列相邻的两个分子式的差值 CH2 称为系差称为系差.(3)同系物同系物伯碳原子伯碳原子(第一碳原子第一碳原子),用用“1”表示表示； 仲碳原子仲碳原子(第二碳原子第二碳原子),用用“2”表示表示； 叔碳原子叔碳原子(第三碳原子第三碳原子),用

8、用“3”表示表示； 季碳原子季碳原子(第四碳原子第四碳原子),用用“4”表示表示。(4)烷烃中碳原子的分类烷烃中碳原子的分类:与伯与伯,仲仲,叔碳原子相连的叔碳原子相连的H原子原子,分别称为分别称为 伯伯,仲仲,叔叔H原子原子如：如： 伯碳原子伯碳原子(第一碳原子第一碳原子) 仲碳原子仲碳原子(第二碳原子第二碳原子) 叔碳原子叔碳原子(第三碳原子第三碳原子) 季碳原子季碳原子 烷烃去掉一个氢原子后的原子团烷烃去掉一个氢原子后的原子团.常用常用R-，或或(CnH2n+1- -)表示表示,所以烷烃又可用通式所以烷烃又可用通式RH表示表示. :对去掉一个直链烷烃末端氢原子所得的原对去掉一个直链烷烃末

9、端氢原子所得的原 子团子团.命名时命名时“正正”字常用字常用n-代表代表.甲基甲基,乙基乙基; 正丙基正丙基CH3CH2CH2-: n-丙基丙基 :去掉一个仲氢原子所得的烷基去掉一个仲氢原子所得的烷基. 用用“sec-”表示表示. CH3CH2CH- , sec-丁基丁基 CH3(5)烷基烷基正烷基正烷基仲仲烷基烷基仲丁基仲丁基 而而 CH3CH(CH2) n- - (n 0) 型的烷基叫异烷基型的烷基叫异烷基 CH3 用用“iso-”表示表示.iso-异丙基异丙基iso-异戊基异戊基 CH3CHCH2CH2- - CH3 去掉一个叔氢原子所得的烷基去掉一个叔氢原子所得的烷基. 用用“t-”或

10、或“tert-”表示表示. CH3叔丁基叔丁基: CH3-C- t-丁基丁基 CH3异异烷基烷基:叔叔烷基烷基: CH3 CH3-CH2-C- t-戊基戊基 CH3 CH3 CH3-C-CH2- CH3 叔戊基叔戊基:新戊基新戊基: 烷基烷基（Alkyl）烷烃分子中从形式上消除一个氢的烷烃分子中从形式上消除一个氢的部分部分，通常用通常用 R- 表示，英文表示，英文 用用 “ yl ” 替代替代 “ ane ”lMethane Methyl CH3- Mel Ethane Ethyl CH3CH2- Etl n-Propane n-Propyl CH3CH2CH2- n-Pro lCH3CH2C

11、H3 isopropyl (CH3)2CH- i-Proln-Butane n-Butyl CH3CH2CH2CH2- n-BulCH3CH2CH2CH3 sec-Butyl CH3CH2CHCH3 sec-Buliso-Butane iso-Butyl (CH3)2CHCH2- i-Bu l(CH3)2CHCH3 tert-Butyl (CH3)3C- tert-Bu 部分烷基的英文表示：部分烷基的英文表示：Et乙基；乙基；Pr丙基；丙基；i-Pr异丙基；异丙基；n-Bu正丁基正丁基t-Bu叔丁基（三级丁基）；叔丁基（三级丁基）；Me甲基；甲基；Ar芳基芳基Ph苯基；苯基；Ac乙酰基；乙酰基

12、；R烷基烷基常用基团的英文简写常用基团的英文简写最早根据碳原子数命名：甲烷最早根据碳原子数命名：甲烷,乙烷乙烷,丙烷丙烷. 支链烷（异构体）支链烷（异构体） CH3 CH3CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3-C-CH3 CH3 正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷2.2 烷烃的命名烷烃的命名一一. 习惯命名法习惯命名法 H H CH3 CH3-C-CH3 CH3-C-CH2CH3 CH3-C-CH3 CH3 CH3 CH3 异丁烷异丁烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷 三甲基三甲基甲烷甲烷 二甲基乙基二甲基乙基甲烷甲烷 四甲基四甲基甲烷甲烷 二、衍生物命名法二、衍生

13、物命名法三三. 系统命名法系统命名法(IUPAC)(1) 直链烷烃按碳原子数命名直链烷烃按碳原子数命名 10以内以内：依次用天干：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬甲乙丙丁戊己庚辛壬癸癸(gui) . 10以上以上：用中文数字：用中文数字:十一十一.烷烷. 把构造式中把构造式中连续连续的的最长碳链最长碳链-作为母作为母体称为某烷体称为某烷.若最长碳链不止一条若最长碳链不止一条,选择其中含选择其中含较多支较多支链链的为主链的为主链. 最长连续碳链最长连续碳链有八个碳原子有八个碳原子,该化合物母体的名称为辛烷该化合物母体的名称为辛烷选择主链选择主链(2)带有支链的烷烃带有支链的烷烃例例1：例例2：六个

14、碳的主链上有四个取代基六个碳的主链上有四个取代基 六个碳的主链上有两个取代基六个碳的主链上有两个取代基按最接近取带基的一端开始将主链碳原子用阿拉伯按最接近取带基的一端开始将主链碳原子用阿拉伯数字数字1,2,3.编号编号. (使取代基的位次最小使取代基的位次最小)带有支链的烷烃带有支链的烷烃编号编号:编号正确编号正确 编号不正确编号不正确a:把它们在母链上的位次作为取代基的前缀，把它们在母链上的位次作为取代基的前缀，2-甲基甲基.b:有不同取代基时，简单的放在前面，复杂的放在后面有不同取代基时，简单的放在前面，复杂的放在后面;c:相同的取代基可以合并，但应在基团名称之前写明位相同的取代基可以合并

15、，但应在基团名称之前写明位次和数目，数目用二，三，四次和数目，数目用二，三，四.表示表示.d:位次数字之间须用逗号位次数字之间须用逗号“,”隔开，位次与基名之间需隔开，位次与基名之间需用短线用短线“-”相隔。最后一个基名和母体名称直接相连。相隔。最后一个基名和母体名称直接相连。命名取代基命名取代基(1):命名取代基命名取代基(2):取代基取代基: 3-甲基甲基 5-乙基乙基取代基取代基: 2,5-二甲基二甲基 3,4-二乙基二乙基 CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH3 3-甲基甲基-5-乙基辛烷乙基辛烷 CH2CH2CH3 (注意编号注意编号) CH3CH2CH - -CHCH2CH3

16、 CH3-CH CHCH3 2,5-二甲基二甲基-3,4-二乙基己烷二乙基己烷 CH3 CH3 (注意主链注意主链) 11例例1: 例例2: CH3CH-CHCH2CHCH2CH3 CH3 CH3 CH2 CH-CH3 CH3 2,3,7-三甲基三甲基-5-乙基辛烷乙基辛烷1例例3:2.3 烷烃的结构烷烃的结构2.3.1 甲烷的结构和甲烷的结构和 sp3杂化轨道杂化轨道甲烷的球棒模型甲烷的球棒模型Stuart模型模型sp3杂化轨道杂化轨道一个一个s轨道与三个轨道与三个p轨道形成四个轨道形成四个sp3杂化轨道杂化轨道 凡是成键电子云对键轴呈圆柱形对称的凡是成键电子云对键轴呈圆柱形对称的键均称为键

17、均称为 键键.以以 键相连的两个原子可以相对旋转键相连的两个原子可以相对旋转而不影响电子云的分布而不影响电子云的分布. 键键甲烷的四个甲烷的四个C-H 键键乙烷分子中乙烷分子中C-C 键键(C-H 键用直线表示键用直线表示)2.3.2 其它烷烃的结构其它烷烃的结构乙烷的乙烷的C- C 键键Stuart模型模型其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在一条直线上，而是布在一条直线上，而是曲折曲折地排布在空间。这是烷烃碳地排布在空间。这是烷烃碳原子的四面体结沟所决定的。如原子的四面体结沟所决定的。如丁烷丁烷的结构：的结构：烷烃分子中各原子之

18、间都以烷烃分子中各原子之间都以键键相连接的，所以两个碳原子相连接的，所以两个碳原子可以相对可以相对旋转旋转，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下烷烃（液态）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。烷烃（液态）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。 为了方便，只要写出锯齿形骨架为了方便，只要写出锯齿形骨架,用锯齿形线的用锯齿形线的角角(120)及其及其端点端点代表碳原子代表碳原子.不写出每个碳上所连的氢不写出每个碳上所连的氢原子原子.但其它原子必须写出但其它原子必须写出.注意注意:键线式键线式书写烷烃的分子结构书写烷烃的分子结构:2.4 烷烃的构象烷烃

19、的构象2.4.1 乙烷的构象乙烷的构象(1) 球棒模型（一）球棒模型（一）乙烷的交叉式构象乙烷的交叉式构象(1) 球棒模型（二）球棒模型（二）乙烷的重叠式构象乙烷的重叠式构象重叠式、交叉式构象比较重叠式、交叉式构象比较(3)纽曼投影式纽曼投影式重叠式构象重叠式构象 交叉式构象交叉式构象 重叠式构象重叠式构象 交叉式构象交叉式构象(2)透视式表示乙烷的构象透视式表示乙烷的构象乙烷分子各种构象的能量曲线乙烷分子各种构象的能量曲线12.6kJ/mol重叠式重叠式交叉式交叉式交叉式丁烷的结构（模型）丁烷的结构（模型）2.4.2丁烷的构象丁烷的构象为为主主2.4.2丁烷的构象丁烷的构象丁烷丁烷C(2)-

20、C(3)键旋转引起的各构象的能量变化键旋转引起的各构象的能量变化丁烷丁烷C(2)-C(3)键旋转引起的各构象的能量变化键旋转引起的各构象的能量变化直链烷烃直链烷烃 随着烷烃相对分子量的增加，分子间随着烷烃相对分子量的增加，分子间的作用力也增加，其沸点也相应增高。的作用力也增加，其沸点也相应增高。2.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质(1)沸点沸点（直链烷烃）（直链烷烃）(1-2)沸点（带支链的烷烃）沸点（带支链的烷烃） 同数碳原子同数碳原子的构造异构体中的构造异构体中支链增多，则分子趋支链增多，则分子趋向球形，使分子不能像正烷烃那样接近，分子间作用向球形，使分子不能像正烷烃那样接近，分子间作用力

21、也就减弱，所以在较低的温度下，就可以克服分子力也就减弱，所以在较低的温度下，就可以克服分子间引力而沸腾。间引力而沸腾。同数碳原子的构造异构体中，分子的支链越多，则同数碳原子的构造异构体中，分子的支链越多，则沸点越低沸点越低。 例如：例如： 正丁烷的沸点：正丁烷的沸点：- 0.5 异异丁烷的沸点：丁烷的沸点：- 11.7 基本上随分子量基本上随分子量 的增加而增加。的增加而增加。（奇数和偶数碳）（奇数和偶数碳） 烷烃的熔点变化：烷烃的熔点变化： 是因为晶体分子是因为晶体分子 间的作用力不仅间的作用力不仅 取决于分子的大取决于分子的大 小，也取决于他们在晶格中的排列。小，也取决于他们在晶格中的排列

22、。 例例: (正戊烷正戊烷-129.8 ,异戊烷异戊烷-159.9 ,新戊烷新戊烷-16.8 )(2)熔点熔点直链烷烃的熔点与分子中所含直链烷烃的熔点与分子中所含碳原子数目的关系碳原子数目的关系 分子的分子的对称性对称性增加，它们在晶格中的排列越紧增加，它们在晶格中的排列越紧密，熔点也越高。密，熔点也越高。(3)相对密度相对密度: 随着相对分子量的增加而有所增加随着相对分子量的增加而有所增加,最后接近最后接近0.8左右左右. 作用力随着分子质量的增加而增加，使分子间作用力随着分子质量的增加而增加，使分子间的距离相对地减少的缘故。的距离相对地减少的缘故。 当溶剂分子之间的吸引力和溶质分子之间，以

23、及溶剂当溶剂分子之间的吸引力和溶质分子之间，以及溶剂分子与溶质分子之间的相互吸引力相近时，溶解容易进分子与溶质分子之间的相互吸引力相近时，溶解容易进行。行。氯化钠的溶剂比氯化钠的溶剂比 烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳“结构相似者相溶结构相似者相溶”(4)溶解度溶解度烷烃为不活泼有机物。烷烃为不活泼有机物。石油醚石油醚（C5C6的烷烃）的烷烃）,汽油，汽油，煤油等作为溶剂煤油等作为溶剂;凡士林凡士林（C18C34的烷烃）润滑剂的烷烃）润滑剂.燃烧燃烧: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O =-881kJ/mol CH3CH3 + 7O2 4CO2 + 6H2O

24、 =-1538kJ/mol高级脂肪酸高级脂肪酸:RCH2CH2R + O2 RCOOH + RCOOH条件条件:催化剂催化剂KMnO4,MnO2或脂肪酸锰或脂肪酸锰.120,1.53MPa其中其中C10C20的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂. CH3CH3CH2CH2CH3 CH3-CH-CH3 20% 80%AlBr3+HBr,272.6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质2.6.1 氧化反应氧化反应2.6.2 异构化反应异构化反应裂化裂化在高温下使烷烃分子发生裂解的过程。在高温下使烷烃分子发生裂解的过程。 CH3CH2CH2CH3混合物混合物 (较低级的较低级的烯，烷

25、，烯，烷，H2)热裂化反应热裂化反应通常在通常在5MPa及及500600下进行的裂下进行的裂化反应。化反应。催化裂化催化裂化在催化剂存在下的裂化在催化剂存在下的裂化.碳链断裂的同碳链断裂的同时伴有异构化，环化，脱氢等反应，生成带有支链的时伴有异构化，环化，脱氢等反应，生成带有支链的烷烃，烯烃和芳香烃等。催化裂化一般在烷烃，烯烃和芳香烃等。催化裂化一般在450500 ,常压下进行。能提高汽油的质量常压下进行。能提高汽油的质量(高辛烷值，高辛烷值，2,2,4-三甲三甲基戊烷基戊烷为为100)。 裂解裂解在更高温度下（在更高温度下（700）进行深度裂化，这）进行深度裂化，这种以得到更多低级烯烃（乙烯

26、，丙烯，丁烯等）为目种以得到更多低级烯烃（乙烯，丙烯，丁烯等）为目的的裂化过程，叫的的裂化过程，叫“裂解裂解”。2.6.3 裂化反应裂化反应 CH4 + Cl2 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4(2)其它烷烃的氯代反应其它烷烃的氯代反应 Cl CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3 正丙基氯正丙基氯43% 异丙基氯异丙基氯57%设设:伯氢原子活泼性为伯氢原子活泼性为1,仲氢原子相对活泼性为仲氢原子相对活泼性为x: 57/43=2x/6 x=4Cl2 光光25,CCl42.6.4 取代反应取代反应(1)甲烷的氯代反应甲烷的氯代反应 (自由基取代自由基取代)

27、丙烷氯代反应丙烷氯代反应:伯伯,仲仲,叔氢原子的反应活性叔氢原子的反应活性 CH3 CH3 CH3CH3CH + Cl2 CH3-C-Cl + CH3-CH CH3 CH3 CH2Cl 叔丁基氯叔丁基氯36% 异丁基氯异丁基氯64%设设y为叔氢原子的相对活泼性为叔氢原子的相对活泼性则则: 36/64 = y/9 y=5.06则在则在室温下室温下伯伯,仲仲,叔氢原子的反应活性叔氢原子的反应活性:1:4:5.* *异丁烷氯代反应异丁烷氯代反应: :产物混合，复杂，一产物混合，复杂，一般不用氯代来制备卤般不用氯代来制备卤代烃代烃补充补充-高温下逐渐接近高温下逐渐接近1:1:1.光光127 CH3 C

28、H3 CH3CH3-CH CH3 + Br2 CH3-C-Br + CH3-CHCH2Br CH3 99%(3)烷烃与其它卤素的取代反应烷烃与其它卤素的取代反应仲仲,叔氢原子的反应活性叔氢原子的反应活性:1:82:1600.溴更具有选择性溴更具有选择性.产物单一，可用溴代产物单一，可用溴代来制备卤代烃来制备卤代烃 烷烃与碘作用得不到碘代烷烷烃与碘作用得不到碘代烷. 与氟反应剧烈与氟反应剧烈,不易控制不易控制,会引起爆炸会引起爆炸.痕量痕量例题例题1例题例题2CH3CH2CH3Br2光光CH3CHCH3BrCH3Br2光光CH3Br 写出下列反应的主要产物写出下列反应的主要产物: Cl Cl +

29、 能量能量 Cl + Cl (氯原子氯原子,氯自由基氯自由基) Cl + H CH3 HCl + CH3 (甲基自由基甲基自由基) CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl . Cl + Cl Cl2 CH3 + CH3 CH3CH3 Cl + CH3 CH3Cl .2.7 甲烷氯代反应历程甲烷氯代反应历程(1)链的引发：链的引发：(2)链增长链增长(链传递链传递):(3)链终止链终止:(1) 反应热反应热反应物与产物之间的能量差反应物与产物之间的能量差( H).负值为负值为放热放热.用键离解能估算用键离解能估算. CH3-H + Cl-Cl CH3-Cl + H-Cl 435 243 349

30、 431 678 780 H=678-780= -102 kI/mol CH3-H + Br-Br CH3-Br + H-Br 435 192 293 366 627 659 H=627-659= -32 kI/mol2.8 甲烷氯代反应过程的能量变化甲烷氯代反应过程的能量变化 说明说明:比较比较反应热反应热 ,溴代反应比氯代反应缓慢溴代反应比氯代反应缓慢.反应热、活化能和过渡态反应热、活化能和过渡态(1) Cl-Cl 2Cl 243 H= + 243 kI/mol(2) Cl + H-CH3 H-Cl + CH3 435 431 H= + 4 kI/mol(3) CH3 + Cl-Cl CH3-Cl + Cl 243 349 H= -106 kI/mol活化能活化能-过渡态与反应物之间的能量差是形成过渡态所必须过渡态与反应物之间的能量差是形成过渡态所必须的最低能量的最低能量,也是使该反应进行所需的最低能量也是使该反应进行所需的最低能量,叫活化能叫活化能.Cl