大学有机化学之烷烃

烷烃：指由碳和氢两种元素组成的饱和、开链有机化合物。（一）烷烃的通式和构造异构（二）烷烃的命名（三）烷烃的结构（四）烷烃的物理性质（五）烷烃的化学性质（六）烷烃的主要来源和制法(一)烷烃的通式和构造异构

烷烃的通式为：CnH2n+2，n为碳原子个数。例如：

甲烷乙烷丙烷丁烷同系列和同系物

同系列：通式相同，组成上相差“CH2”及其整倍数的一系列化合物。同系物：同系列中的各个化合物互为同系物。系差：“CH2”称为系差。-11.73℃沸点：

-0.5℃

同分异构体，同分异构现象，构造异构体同分异构体:分子式相同的不同化合物称为同分异构体构造异构体:

分子式相同,分子构造不同的化合物,称为构造异构体.烷烃构造异构体的数目（乙）烷基(1)常见烷基甲基乙基丙基异丙基丁基仲丁基异丁基叔丁基新戊基烷基是烷烃去掉一个氢原子剩下的基团，其通式为CnH2n+1,常用R-表示(2)常见亚烷基（2）烷烃的命名（A）普通命名法(习惯命名法)

碳原子数用“天干”——甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和十一、十二……等数目字表示。

用“正”、“异”、“新”等前缀区别不同的构造异构体。把在碳链的一末端有两个甲基的特定结构的烷烃称为"异某烷"。在五或六个碳原子烷烃的异构体中含有季碳原子的可加上"新某烷"国际纯化学与应用化学联合会（internationalunionofpureandappliedchemistry）于1979年公布的命名原则，简称IUPAC命名原则。（B）系统命名法

(1)对于直链烷烃和普通命名法基本相同，仅不写正字。

Eg:CH3CH2CH2CH2CH2CH3己烷（1）选取主链（母体）。选一个含碳原子数最多的碳链作为主链,按这个链所含的碳原子数称为某烷,并以此作为母体.支链烷烃的命名法的步骤：当具有相同长度的链可作为主链时，则应选择具有支链数目最多的链作为主链。母体是己烷(2)由距离支链最近的一端开始编号.若支链个数相同，则以支链位号加和最小的碳链为主链。

654321

（2，3，5）（2，4，5）a．将母体名称放在取代基后面，称为X基X烷b．“次序规则”“较优”取代基后列出。c．相同取代基合并表示。d.如果有几个不同的取代基时，把小的取代基名称写在前面，大的写在后面；(3)命名5-丙基-4-异丙基壬烷1234567893,7-二甲基-4-乙基壬烷987654321烷基大小的次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基.(4)支链的命名109876543212-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷2-甲基-5-1，,1，-二甲基丙基癸烷

123456

7

892,6,6-三甲基-4-异丙基壬烷（1）碳原子轨道的sp3杂化(三)烷烃的结构每个sp3杂化轨道含1/4s成分和3/4p成分sp3杂化轨道形状碳原子的sp3杂化轨道键角为109.5°

原子轨道沿键轴相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称的轨道称为σ轨道。σ轨道构成的共价键称为σ键。例如：甲烷分子中有四个C－Hσ键。相类似，乙烷分子中有六个C－Hσ键和一个C－Cσ键。甲烷乙烷σ键的形成及其特性甲烷正丁烷σ键的特性:

成键原子可沿键轴自由旋转;键能较大，可极化性较小。球棍模型(Kekulé模型)比例模型(Stuart模型)2、烷烃的构象

构象（conformation）:由于围绕单键旋转而产生的分子中的原子或基团在空间的不同排列形式。

烷烃的极限构象有两种：

交叉式（反叠式）antiperiplanar,ap

重叠式（顺叠式）synperiplanar,sp（3）乙烷的构象

由于围绕σ键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方式。重叠式(顺叠式)构象交叉式(反叠式)构象重叠式(顺叠式)构象交叉式(反叠式)构象透视式Newman投影式乙烷的两种极限构象乙烷不同构象的能量曲线图交叉式构象最稳定，重叠式构象最不稳定。（4）正丁烷的构象对位交叉式(反错式)部分重叠式(反叠式)邻位交叉式(顺错式)全重叠式(顺叠式)正丁烷沿C2和C3之间的σ键键轴旋转有四种典型构象。正丁烷不同构象的能量曲线图

2,6,6-三甲基-4-异丙基壬烷2,6,6-三甲基-4-1-甲基乙基壬烷12334567891-甲基乙基1，3-二甲基丁基异戊基溴化镁2，6-二甲基-3-乙基-4-丙基庚烷物质状态：一般C4以下的直链烷烃是气体，C5-C16的烷烃是液体，大于C17的烷烃是固体。沸点：分子间范德华力越大，其沸点越高。范德华力包括静电引力、诱导力和色散力。1）正烷烃的沸点随碳原子数的增多而升高2）碳原子数相同时，含支链多的烷烃沸点低。(四)烷烃的物理性质熔点(mp)

直链烷烃的熔点随分子质量的增加而增加。一般含偶数碳原子烷烃的熔点通常比含奇数碳原子烷烃的熔点升高较多。相对密度

烷烃相对密度小于1，随分子量的增加逐渐增大。溶解度

烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂。一些直链烷烃的物理常数(五)烷烃的化学性质

烷烃分子中的C-C,C-H键能较大，极性小，故化学性质比较稳定。

一般在常温下与强酸、强碱、氧化剂、还原剂都不反应。

（1）取代反应

烷烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取代的反应，称为取代反应。被卤素取代的反应称为卤代反应。在漫射光或热的作用下，烷烃发生卤代反应：甲烷的氯化较难停留在一氯化阶段：

产物为四种氯甲烷的混合物，氯气过量时主要得到四氯化碳，甲烷过量时主要得到一氯甲烷。(甲)卤代反应不同卤素与烷烃的反应活性不同，其顺序为：

F2＞Cl2＞Br2＞I2甲烷卤代的反应热其它烷烃也可以发生卤代反应：(2)卤化的反应机理

烷烃的氯化是一个连锁反应，也叫链反应。一般说，链反应分为链引发、链增长和链终止三个阶段：链引发链增长丙烷的氯化反应：仲氢与伯氢活性之比为：(3)卤化反应的取向与自由基的稳定性异丁烷的一元氯化反应：叔氢与伯氢活性之比为：氢原子被卤化的次序（由易到难）为：叔氢＞仲氢＞伯氢

离解能愈小，C-H键易断裂，游离基易生成。氢原子越易被夺去，活泼性越强。烷基自由基的稳定性次序为：CH3)3C·＞(CH3)2CH·＞CH3CH2·＞CH3·(4)反应活性与选择性

反应活性越大，选择性越差。对烷烃的卤化反应而言，氯的活性比溴大，但溴的选择性却比氯高。烷烃卤化时，卤原子的选择性是Br＞Cl＞F

97%

3%

>99%<1%（2）氧化反应（3）异构化反应适当条件下，直链或支链少的烷烃可以异构化为支链多的烷烃。适当条件下可部分氧化为醇、醛、酮、