有机化学-烷烃(全面剖析)

第二章烷烃

(Alkanes)7了解烷烃的来源和用途。1掌握烷烃的同分异构现象及命名方法；2掌握烷烃的结构及杂化轨道理论；4理解烷烃的物理性质；5掌握烷烃的化性及自由基取代反应历程；6掌握烷烃的制备方法；教学要点：3掌握楔型式、锯架式、纽曼式等几种表示构型和构象的方法；一、烷烃的同系列第一节烷烃的同系列及同分异构现象

烃碳氢化合物hydrocarbon根据烃分子中碳原子间连接方式可分为：烃开链烃饱和烃：烷烃不饱和烃：烯烃炔烃脂环烃芳香烃环状烃（脂肪烃）烷完全饱和烷烃(alkane)饱和烃(saturatedhydrocarbon)CH4methaneC2H6ethaneC3H8propaneC4H10butaneC5H12pentaneC6H14hexaneC7H16heptaneC8H18octaneC9H20nonaneC10H22decaneC11H24undecaneC12H26dodecane烷烃中只含有C-C单键和C-H

键。烷烃的通式CnH2n+2同系列(homologousseries)：同一个通式结构相似，化学性质也相似，物理性质随碳数的增加有规律地变化的化合物系列。同系物(homologs)

：同系列中的各化合物互称同系物系列差：CH2同系物具有相似的化学性质，但反应速率往往有较大的差异；物理性质一般随碳原子数的增加而呈现规律性变化。同系列中的第一个化合物往往具有明显的特性。二、烷烃的同分异构现象1、同分异构体构造异构体(constitutionalisomers):分子式相同，而构造不同的异构体。构造：指分子中原子互相连接的方式和次序。2、烷烃同分异构体的书写方法(C6H14为例)烷烃的同分异构是由于碳干构造不同而产生的，又称碳干异构。③再写少二个C原子的直链，把这二个C作为二个支链或当作一个支链(乙基)，分别取代氢原子。不重复的只能写出5个。同3

4

同2同2

5C-C-C-CC-C-C-CC-C-C-CC-C-C-CC-C-C-CC-C-C-CCCCCCCCCCCCC①写出此烷烃的最长直链式。

C-C-C-C-C-C

1.②

再写少一个C原子的直链，把那个C作为支链，依次取代直链上各个碳原子的氢。C-C-C-C-CC-C-C-C-CC-C-C-C-CCCC同1

2

3同33、烷烃构造式的书写方法

构造式CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3CH3-C-CH2-CH3CH3CH3简式CH3CH2CH2CH2CH2CH3或CH3(CH2)4CH3(CH3)3CCH2CH3键线式碳干式C-C-C-C-C-CC-C-C-CCC随着分子中碳原子数目的增加，同分异构体的数目也增加。碳原子数45710111520异构体数239751594347366319三、碳原子和氢原子的类型将饱和碳原子分为伯、仲、叔、季四种类型

伯碳原子(一级碳原子)与一个碳原子相连1°仲碳原子(二级碳原子)与二个碳原子相连2°叔碳原子(三级碳原子)与三个碳原子相连3°季碳原子(四级碳原子)与四个碳原子相连4°伯氢(1°H)：伯碳上的H仲氢(2°H)：仲碳上的H叔氢(3°H)：叔碳上的H不同类型的氢反应活性不一样CH3-C-CH2-CH-CH3CH3CH3CH3一、普通命名法第二节烷烃的命名法

1.直链的烷烃（没有支链）叫做“正某烷”。1-10个碳的烷烃用甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸表示，10以后用大写数字表示，十一、十二、……。2.含支链的烷烃为区别异构体，用“正(normal,n-)”(直链)、“异(iso,i-)”(一末端有两个甲基)、“新(neo)”(季碳)等词头表示。CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3CH3-C-CH2-CH3CH3CH3正己烷(n-hexane)CH3-C-CH2-CH2-CH3CH3异己烷(i-hexane)新己烷(neohexane)烷基：烷烃从形式上消除一个氢原子而余下的基团。“基”--“一价”烷基的通式：CnH2n+1-，也可用R-二、烷基t-Bu-(CH3)3C-叔丁基s-Bu-CH3CH2CH(CH3)-仲丁基i-Bu-(CH3)2CHCH2-异丁基n-Bu-CH3CH2CH2CH2-丁基i-Pr-(CH3)2CH-异丙基n-Pr-CH3CH2CH2-丙基Et-CH3CH2-乙基Me-CH3-甲基tert-butylsec-butylisobutyln-butyli-propyln-propylethylmethyl常见的烷基1.烷基的命名英文中把词尾“-ane”改为“-yl”2.亚基结构：①两个价集中在一个的原子上时，一般不要定位。②两个价分别在不同的原子上时，一定要求定位，定位数放在基名之前。3.三价的烷基叫次基，限于三个价集中在一个原子上的结构。CH2CHCH3C(CH3)2亚甲基亚乙基亚异丙基CH2CH21,2-亚乙基CH2CH2CH21,3-亚丙基CH次甲基C-CH3次乙基三、系统命名法参考国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)命名原则，并结合我国的文字特点于1960年制定，1980年由中国化学会加以增减修订的《有机化学命名原则》1.选主链：选最长的、取代基最多的碳链作主链。CH3-CH2-CH-CH2-CH3CH-CH3CH32.编号：从离取代基最近的一端编号，并满足最低

系列原则。CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH-CH3CH2-CH3CH3CH3123456789987654321取代基位次：2,4,8取代基位次：2,6,8CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH-CH3CH2-CH3CH3CH31234567892,8-二甲基-4-乙基壬烷取代基名称取代基位次连字线母体名称2,5-二甲基-4-异丙基庚烷系统命名法IUPAC4-ethyl-2,8-dimethylnonane4-isopropyl-2,5-dimethylheptaneditritetra相同的取代基合并起来，用二、三、四等表示，位次间的数字(阿拉伯数字)用“，”隔开。3.书写若主链上有几种取代基时，应按“次序规则”，较优基团后列出。甲基乙基丙基丁基异丁基戊基异丙基新戊基仲丁基叔丁基异戊基列在后面的是较优基团-CH2-CH-CH3CH3-CH-CH3CH3-CH2-CH2-CH-CH3CH3一、C原子的四面体概念

第三节烷烃的构型构型(Configuration):具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。Van’tHoff和LeBel分别提出碳四面体概念。凯库勒模型(球棒模型)斯陶特模型(比例模型)CH4二、碳原子的sp3杂化C原子基态电子排布：有2个未成对电子，应该是二价的，但碳原子实际上是四价的.2s轨道的能量与2p较接近,2s上的1个电子可以激发到2pz空轨道上。激发态的碳原子有4个单电子，但轨道能量不等。杂化形成4个能量相等的新轨道sp3轨道激发杂化sp3轨道示意图具有更强的方向性，能更有效地与别的原子轨道重叠形成稳定的化学键。每个sp3轨道，各含1/4s成份3/4p成份。sp3轨道的空间取向是指向正四面体的顶点。sp3轨道夹角是109°28′，使四个键角之间尽可能的远离。三、烷烃分子的形成+sp3ssp3-s++6+sp3sp3-sp3sp3σ键：沿键轴旋转，它的形状和位相符号不变。特点：①电子云沿键轴近似于圆柱形对称分布。②成键的两个原子可以围绕键轴旋转，而不影响电子云的分布。C-H：sp3-sC-C：sp3-sp3如正戊烷的碳链可以有下列几种形式：四、分子立体结构的表示方法楔形透视式实线：在纸平面上的键虚线：伸向纸平面后方的键楔形线：伸向纸平面前方的键锯架透视式所有键均用实线表示纽曼投影式把分子的凯库勒模型放在纸面上，沿C-C键的轴线投影，以表示前面的碳原子及其键，以表示后面的碳原子及其键。HHHHHHHHHHHH一、乙烷的构象

第四节烷烃的构象构象(Conformation)：分子通过单键旋转，形成各原子或原子团的空间排布。交叉式重叠式凯库勒模型锯架透视式纽曼式凯库勒模型HHHHHHHHHHHH两面角(扭转角)f单键旋转时，相邻碳上的其他键会交叉成一定的角度ff为0°时的构象为重叠式构象f为60°时的构象为交叉式构象f为0～60°时的构象为扭曲式构象289227249306非键合的两原子接近到相当于范氏半径之和时，二者间以弱的引力相互作用，体系能量较低；如果接近到这一距离以内，斥力就会急剧增大，体系能量升高。重叠式的能量大于交叉式能量。(pm)12.5kJ/mol位能0°60°120°旋转度数乙烷分子的位能曲线图乙烷的构象的稳定性：交叉式>重叠式交叉式转变为重叠式，需吸收12.5kJ/mol的能量。室温时分子的热运动可产生83.6kJ/mol的能量，在常温下各种构象之间迅速互变。二、正丁烷的构象60°120°240°180°300°300°360°ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦE1:14.6kJ/molE2:3.3-3.7kJ/molE3:18.4-25.5kJ/mol位能旋转度数0°60°120°180°240°300°360°ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦE1E2E3稳定性顺序为：对位交叉>邻位交叉>部分重叠>全重叠分子总是倾向于以稳定的构象形式存在。在达到平衡状态时，各种构象在整个构象中所占的比例称为构象分布。15%15%70%构象分布当正烷烃碳原子数增加时，尽管构象也随之更复杂，但仍然主要以对位交叉式构象状态存在。所以直链烷烃绝大多数是锯齿形的。如正戊烷主要以第1种构象形式存在，第3种为全重叠构象，最不稳定。第五节烷烃的物理性质1.物质状态：

1-4个C原子的烷烃为气体；5-16个C的烷烃为液体；17以上C原子的烷烃为固体2.沸点(b.p.)：

①直链烷烃：随着分子量的增加，而有规律地升高。②支链烷烃：相同C原子的烷烃，支链愈多沸点愈低。(支链多，分子不易接近)沸点的高低与分子间引力有关，引力，则沸点。3.熔点(m.p.)：