有机化学教学课件：第02章 烷烃 (Alkane)

1第二章烷烃(Alkane)2烃（碳氢化合物,hydrocarbons） 开链烃（脂肪烃）环烃 饱和烃 （C,C单键）不饱和烃（C,C双键，三键）烷烃（烷：饱和，发音同“完”）：饱和脂肪烃烷烃3烃：碳氢化合物

(hydrocarbons)

CH2=CH2烷烃的结构、分子通式及同系列4烷烃的通式：CnH2n+2

（CH4,C2H6,C3H8,C4H10,……）同系列：有相同通式、结构上相差一定的“原子团”的一系列化合物。（如：烷烃相邻两个化合物相差CH2）同系物：同系列中的化合物为同系物。同系列和同系物（Homologs）：同系列和同分异构5同分异构现象和同分异构体（碳架异构体）四碳以上的烷烃出现同分异构现象6四种不同类型碳原子78扩展9烷烃的命名普通命名法

IUPAC命名法（系统命名法）（IUPAC:国际纯粹与应用化学联合会，InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）1.普通命名法

方法:表示异构的词头

+碳原子数目

+烷英文命名用词尾-ane表示烷烃

碳原子数为1~10用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）表示，10以上是用大写数字（如：十一）表示

简单化合物同分异构体用词头“正”、“异”和“新”等区分,

相应的英文词头为n-(normal)、iso和neo101112132.IUPAC命名法（系统命名法）方法：选定一条最长链作为为主链（以普通命名法命名），其它支链作为主链上的取代基。如：

烷基取代基：烷烃去掉一个氢原子后留下的原子团14

一些常见的烷基151617

IUPAC命名法（方法、规则及书写）(a)选最长链为主链、取代基编号数最小。(b)选取代基多的链为主链注意：基团排列顺序（中文按基团优先次序，英文以字母顺序排列）18(c)多个支链时，主链编号应采取“最低系列”。19(e)相同取代基合并用大写数字表示(d)两端基团标号相同，取优先基团为最大注：英文表示基团数目用词头di,tri,tetra,penta,hexa表示20(f)含支链的取代基的命名213.基团的优先顺序（Cohn-Ingold-Prelog定序规则）（1）原子序数大者优先，同位素质量大者优先如：I>Br>Cl>S>P>F>O>N>C>D>H（2）基团的第一个原子相同时，比较与其相连的下一个原子如：-CH2CH3>-CH3-CH2Cl>-CH2F

-CH2OCH3>-CH2OH

-CH(CH3)2>-CH2CH(CH3)222（3）对不饱和基团，可认为与同一原子连接2或3次如：叔丁基>仲丁基>异丙基>异丁基>丁基>丙基>乙基>甲基23例:比较以下基团的优先顺序24

烷烃的结构Kekule模型Stuart模型25伞形式26碳原子外层电子组态：(2s)2,(2px)1,(2py)1,(2pz)0成共价键时：(2s)1,(2px)1,(2py)1,(2pz)1跃迁27乙烷分子中原子轨道重叠示意图28丁烷的Stuart模型丁烷的Kekule模型2930乙烷和丁烷的构象C—C单键的可旋性——构象异构产生的原因1.乙烷的构象

描述立体结构的几种方式31C—C单键旋转产生的立体异构体——构象异构体

小于两个H的vonderwaals半径（1.2Å）之和，有排斥力32

乙烷构象转换与势能关系图扭转张力：旋转中所须克服能垒

……描述：一般情况下(T>-250oC):(a)单个乙烷分子：大部分时间在稳定构象式上。(b)一群乙烷分子：某一时刻，大多数分子在稳定的构象式上。33

丁烷的构象34

丁烷构象转换与势能关系图35烷烃的物理性质状态：常温下C1-C4为气体，C5-C17为液体，>C18为固体。熔点、沸点：熔点、沸点随分子量增大而升高。同分异构 体中，分支程度越高的沸点越低。密度：随分子量增加而升高，但都小于1。溶解度：不溶于水及其它极性强的溶剂，易溶于弱极性和 非极性有机溶剂。36烷烃的化学性质1.烷烃的结构分析：R—HC-C键和C-H键强度很大。

C为sp3杂化，已饱和，不能加成。

C—H键为低极性共价键，H酸性小，不易被置换。结论:一般情况下烷烃化学性质不活泼、耐酸碱，实验中常用作低极性溶剂372.烷烃的氯代反应实验现象:(1)反应需光照或加热。

(2)反应有引发过程，吸收一个光子可产生几千个氯甲烷。

(3)产物除上述四种甲烷的氯代物外，还有乙烷、乙烷的氯代物，甚 至还有碳原子数更多的烷烃以及它们的氯代产物。38烷烃卤代的反应机理（反应机制，反应历程）（ReactionMachanism）

什么是反应机理：对反应的详细的一步一步的描述（解释诸如反应是如何开始的？经过了什么中间体？反应条件起什么作用？决速步骤是哪一步？副产物是如何生成的？等问题）研究反应机理的意义：了解影响反应的各种因素，最大限度地提高反应的产率。发现反应的一些规律，指导研究的深入，发现新的研究课题

反应机理的不断完善：反应机理尚有一定的不确定性，常因新的实验现象的出现而修改。39甲烷的氯代反应过程分析接下页404142甲烷的氯代机理（自由基型链反应，chainreaction）43甲烷氯代过程中的能量变化——机理的决速步骤的分析

甲烷氯代机理第(2),(3)步的反应热（DH）和活化能（Ea）问题:为什么反应需提供额外的能量才能进行?

步骤(2)为吸热,活化能大,为反应的慢步骤(决速步骤)44

反应的过渡态和过渡态理论过渡态理论：在化学反应中，反应物相互接近，总是先达到一势能最高点（活化能）（相应结构称为过渡态），然后再转变为产物。例：机理步骤(2)过渡态：（推测的）势能最高处的原子排列，寿命=0，无法测得。对比：中间体：反应中生成的寿命较短的分子、离子或自由基，中间体活泼，可通过实验方法观察到。45甲烷氯代的势能变化图46氯代反应的选择性卤代反应的选择性只与氢原子的类型有关,与烷烃的类型关系不大47自由基的稳定性48烷烃卤代反应速率F>Cl>Br>I溴代选择性：3oH:2oH:1oH=1600:82:1492.烷烃的氧化和燃烧有机物氧化还原反应的概念：在有机分子中加入氧或去掉氢叫做氧化；加氢或去氧叫还原。有机分子中的碳与电负性比碳强的元素结合形成新键的反应是氧化。50小结了解并掌握烷烃的结构、同分异构现象等知识。