第2章 烷烃(应化20119)

一、烷烃的同系列和异构二、烷烃的命名三、烷烃的结构四、烷烃的构象五、烷烃的物理性质六、烷烃的化学性质七、烷烃的来源及其主要用途第二章烷烃(Alkane)1烃是指分子中只含有碳和氢两种元素的化合物。烷烃指具有通式为CnH2n+2的碳氢化合物。烷烃是一类饱和烃，分子中除碳碳单键外，其它键被氢饱和，即碳原子结合氢原子的数目已达到饱和状态。分类：环状烃链状烃饱和烃(烷烃)芳香烃脂环烃不饱和烃(烯、炔烃)烷烃概述2烷烃概述3

凡具有一个通式，结构相似，化学性质相似，物理性质随着碳原子数增加而有规律性变化的化合物系列。同系物：

同系列中的各个化合物彼此互称同系物。系差：CH22-1烷烃的同系列和异构同系列（Homologousseries）4构造：指分子中原子间互相连接的次序。构造异构体：分子式相同，因构造不同而形成的异构体。构型、构型异构（见3.2.2节）构象、构象异构（见2.4节）2-1烷烃的同系列和异构同分异构正丁烷异丁烷b.p.-0.5℃-11.7℃5烷烃的构造异构实质是:书写烷烃同分异构体的步骤(以己烷为例)A：写出这个烷烃的最长直链式（省略了氢）碳干异构2-1烷烃的同系列和异构构造异构B：写出少一个碳原子的直链式作为主链。该碳原子(甲基)当作支链(取代基),依次连在各碳原子上，就能写出可能的同分异构体的构造式。6C：写出少两个碳原子的直链式作为主链。把两个碳原子当作支链（2个甲基），依次接在各碳原子上；或把两个碳原子当作（乙基），依次接在各碳上。2-1烷烃的同系列和异构7CnH2n+2n为碳原子个数n分子式构造式简式命名乙烷C2H6CH3CH32甲烷CH41CH4C3H8CH3CH2CH33丙烷正丁烷、异丁烷C4H1042正戊烷、异戊烷、新戊烷C5H1253659351075154347203663192-1烷烃的同系列和异构8伯碳（1°）：与一个碳原子相连的碳仲碳（2°）：与两个碳原子相连的碳叔碳（3°）：与三个碳原子相连的碳季碳（4°）：与四个碳原子相连的碳叔氢（3°）：与叔碳相连的氢原子仲氢（2°）：与仲碳相连的氢原子伯氢（1°）：与伯碳相连的氢原子1°2°2°2°1°1°3°2°1°1°1°4°1°1°1°2-1烷烃的同系列和异构碳氢原子的类型9按照烃中所含碳原子数称为“某烷”：C10及C10以下用“天干”数表示（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸），C10以上就用中文“十一、十二”表示。C4H10C10H22C11H24C20H42丁烷癸烷十一烷二十烷2-2*烷烃的命名普通命名(习惯命名法)10新戊烷正丁烷异丁烷2-2烷烃的命名普通命名(习惯命名法)“正”表示直链（正构），“异”表示分子中带有一个支链，“新”表示有两个支链。11正：表示无支链，即直链烷烃异：表示在第二个碳上有一个甲基支链新：表示在第二个碳上有两个甲基支链12直链烷烃同习惯命名法，无需加形容词“正”。辛烷十一烷支链烷烃：直链烷烃的烷基衍生物烷烃分子中去掉一个氢原子后剩下的部分，用R—

(或CnH2n+1—)表示。2-2烷烃的命名系统命名法(IUPAC)烷基的命名13甲基乙基正丙基Me（Methyl）Et（Ethyl）n-Pr（Propyl）2-2烷烃的命名烷基的命名异丙基i-Pr（isopropyl）正丁基n-Bu（Butyl）14异丁基仲丁基叔丁基i-Bu（isobutyl）s-Bu（sec-butyl）t-Bu（tert-butyl）新戊基（Neopentyl）15支链烷烃的命名A、选主链：选最长的、取代基最多的碳链作主链。B、编号：从离取代基最近的一端编号，并满足最低系列原则。2,2,3-2,3,3-2-2烷烃的命名系统命名法16C、若主链上有几种取代基时，应按“次序规则”(见教材3.3节），较优基团后列出。不论原子数多少，只要原子序数大，就视为较复杂，若连在主体上的第一原子的原子序数相同，则比较连在第一原子上的第二原子，大者较复杂，以此类推，直到比出大小。甲基<乙基<正丙基<正丁基<正戊基<异戊基<异丁基<新戊基<异丙基<仲丁基<叔丁基2-2烷烃的命名系统命名法17D、写法位次取代基位置用阿拉伯数字，数字间用逗号隔开（半字线）取代基名称相同的取代基合并起来，用二、三表示母体123452,2,4–三甲基戊烷按主链上碳原子个数称为某烷2-2烷烃的命名系统命名法1812345672,3,5–三甲基–4–正丙基庚烷2-2烷烃的命名系统命名法2,5–二甲基–4–异丙基庚烷1234567192,6,6–三甲基–3–乙基辛烷123456782,7,8–三甲基癸烷2-2烷烃的命名系统命名法20不论分子中有多少个碳，一律称为“甲烷”，其它均视为取代基。取代基的书写次序按“由小到大”依次书写，取代基数目用大写中文“二、三”表示，并写在取代基名称前。四甲基甲烷二甲基乙基甲烷2-2烷烃的命名衍生命名法甲基甲烷21具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。碳原子的四面体概念及分子模型2-3烷烃的构型（Configuration）22激发2-3烷烃的构型碳原子的sp3杂化23σ键σσ键2-3烷烃的构型烷烃分子的形成24构象：指由于围绕单键(σ键）的旋转而产生的分子中原子在空间的不同排列方式。构象异构体：分子组成相同、构造式相同，因构象不同而产生的异构体。表示方法有：透视式(伞形式，锯架式)、纽曼投影式伞形式锯架式2-4烷烃的构象25构象异构体的互相转换不需发生共价键的断裂。分子的构象异构体有无数个，无法画出。故采用抓两头，选中间(选内能最高及最低的构象)，从中选几个典型。乙烷的构象扭转角φHCCHφ2-4烷烃的构象纽曼投影式26②φ=60°①φ=0°③φ=120°④φ=180°⑤φ=240°⑦φ=360°⑥φ=300°交叉式重叠式2-4烷烃的构象乙烷27乙烷有无数个构象，最稳定的构象是交叉式。12kj/mol①②③④⑤⑥⑦2-4烷烃的构象能量曲线图28①φ=0°②φ=60°③φ=120°④φ=180°⑤φ=240°⑥φ=300°⑦φ=360°全重叠式部分重叠式顺位交叉式反位交叉式部分重叠式顺位交叉式全重叠式丁烷29⑥15.9kj/mol3.7kj/mol①②③④⑤⑦反位交叉式能量曲线图30高级烷烃的构象高级烷烃的构象更为复杂，但主要以反位交叉式构象的形式存在，其中C－H都处于交叉式，碳链看起来像锯齿。最稳定的构象：整个碳链是锯齿状的。31物质状态室温和0.1MPa下，C1~C4是气体，C5~C17是液体，C18~是固体。

沸点正构烷烃的沸点是随着分子量的增加而有规律升高；在碳原子数相同的烷烃中，支链越多，沸点越低。正戊烷：36.1℃新戊烷：9.5℃2-5烷烃的物理性质32共价化合物晶格中的质点是分子，偶数碳的烷烃具有较高的对称性,使碳链之间的排列比奇数的紧密,故分子间的色散力大,熔点高。直链烷烃熔点与分子中碳原子数关系2-5烷烃的物理性质熔点正戊烷异戊烷新戊烷m.p./℃-129-159.9-16.833相对密度烷烃的相对密度是随相对分子质量增加而有所增大，二十烷以下的按近于0.78。解释：相对分子质量增加，分子间引力增大，使分子间的距离相应减小，相对密度则增大。溶解度烷烃不溶于水，能溶于某些有机溶剂。解释：“相似相溶”，结构相似，分子间的引力相似，就能很好地溶解。34烷烃分子中的氢原子被卤素取代的反应。合成上无价值，重要性在于反应机理的研究2-6烷烃的化学性质卤代反应35链引发……2-6烷烃的化学性质甲烷氯代反应历程链增长或链传递36链终止2-6烷烃的化学性质甲烷氯代反应历程具有链引发、链增长、链终止的反应在化学上叫自由基反应（自由基链反应，连锁反应）。说明37链增长反应中的夺氢过程不同卤素的反应活性氟＞氯＞溴＞碘各种氢的相对反应活性及烷基自由基的稳定性(重点)决定反应速度的步骤是说明38各种氢的相对反应活性6个伯氢所得2个仲氢所得仲氢/伯氢=仲氢的反应活性是伯氢的4倍。43%57%说明39叔氢/伯氢=叔氢的反应活性是伯氢的5倍。叔氢＞仲氢＞伯氢？36%64%各种氢的相对反应活性说明40三种氢的C－H键离解能为：3°C－HD＝389.4KJ/mol2°C－HD＝397.7KJ/mol1°C－HD＝410.3KJ/mol3°R·2°R·1°R··CH3H3C－HD＝439.6KJ/mol烷基自由基稳定性依次减弱氢的相对反应活性及烷基自由基的稳定性说明41选择性（卤素对取代反应的选择性）若反应的选择性大，得到几种可能产物所占比例差别大；若反应的选择性小，得到几种可能产物所占比例差别小。43%57%3%97%仲氢/伯氢仲氢/伯氢因此溴代具有很高的选择性，在合成上有应用价值。99.5%42异构化反应2-6烷烃的化学性质氧化反应合成上无意义，但能作燃料。∆H<0点燃43硝化反应2-6烷烃的化学性质裂化反应高温下使烷烃分子发生裂解的过程44主要来源：天然气、石油天然气主要成分：甲烷石油组成：主要是烃类(烷烃、环烷烃和芳香烃)人造石油：煤在高温、高压和催化剂存在下，加氢气可以得到烃类的复杂混合物。2-7烷烃的来源及其主要用途45未来几种新能源：波能海洋波浪能达90万亿千瓦可燃冰天然气与水结合在一起的固体化合物，外形如水煤成气煤在形成过程中由于温度及压力增加，要释放出可燃气体微生物发酵制成酒精2-7烷烃的来源及其主要用途46【本章重点】

烷烃的系统命名及烷烃的卤代反应。【必须掌握的内容】

1.烷烃的习惯命名法、衍生命名法及系统命名法；【本章难点】

烷烃卤代反应机理及烷基自由基的稳定性。

烷烃小结47【必须掌握的内容】

2.烷烃的形成、结构及构象异构；3.烷烃物理性质(物态、熔沸点、溶解性);4.烷烃的化学性质：卤代和氧化各种H反应活性及各种烷基自由基的稳定性比较根据卤代产物构造推导烷烃构造。烷烃小结48课后作业必作题目：1、(1)(2)(4)(5)(7)(8)2、(2)(4)(5)(8)5、9、14思考题：3、114950例哪一种或哪几种相对分子质量为86的烷烃有：(1)三个一溴代物；(2)五个一溴代物。解：由题设知，该烷烃分子式为C6H14步骤：a)写出所有构造异构体的构造简写式；

b)写出每种构造异构体的一溴代物结构答案：（1）和（2）烷烃的卤代51返回吧52烷烃分子的形成返回吧53乙烷的重叠式构象返回54与分子的极性有关极性越大，分子间力越大，沸点越高。极性相同，与分子量有关分子量越大，沸点越高。沸点的影响因素主要取决于分子间力的大小极性相同，M相近，与分子间接触面积有关分子间接触面积越大，沸点越高。分子量相近，与分子间形成氢键数目有关形成氢键数目越多，沸点越高。55与分子间力有关分子间力越大，熔点越高。熔点的影响因素与分子在晶格中的排列状况有关分子对称性越好，排列越整齐，熔点越高。返回562、孚兹反应（见教材P185）1、格氏试剂（Grignard）水解（见教材P185）八、烷烃的制备只能制备对称的烷烃R—R，即R相同。

3、烯烃的氢化