烷烃 有机化学

第二章烷烃(Alkanes)

一、烷烃分子的结构二、烷烃的命名法三、烷烃的同分异构现象四、烷烃的物理性质五、烷烃的化学性质一、烷烃分子的结构1.碳原子价键的构型及键的特征2.σ键的特点3.C和H的类型⒈碳原子价键的构型及键的特征C四价的空间排列：Csp3杂化

四面体结构，键角109°28′,

σ键:两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键。2.σ键的特点

特点：1、电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。

2、σ键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以σ键可以自由旋转。⒊C和H的类型：C的类型伯碳原子（一级碳原子）：1°C仲碳原子（二级碳原子）：2°C叔碳原子（三级碳原子）：3°C季碳原子（四级碳原子）：4°CCH3

CH2

CHCH2

C

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

1°4°3°1°1°1°1°1°1°2°2°二、烷烃的命名法㈠普通命名法㈡系统命名法⒈烷基的命名⒉系统命名法㈠普通命名法⑴C1～C10的烷烃:天干（甲、乙、丙、丁……壬、癸）作词头“烷”作词尾C≥11的烷烃：小写中文数字

C5H12戊烷C12H26十二烷

⑵异构体“正”、“异”、“新”词头直链：名称前冠以“正”字支链：碳链一端具有（CH3）2CH－结构，其余为直链的冠以“异”字；碳链一端具有（CH3）3C－结构，其余为直链的冠以“新”字正戊烷或戊烷(n-Pentane)

异戊烷(iso-Pentane)

新戊烷(neo-Pentane)

⒈烷基的命名烃分子中去掉一个氢原子，所剩下的部分叫做烃基脂肪烃基常用R－表示，一价烷基的通式为CnH2n+1－㈡系统命名法常见烷基的结构和名称CH3－甲基C2H5－乙基CH3CH2CH2－（正）丙基异丙基异丁基CH3CH2CH2CH2－（正）丁基叔丁基仲丁基－CH2－二价烷基称为亚基，最常见的为亚甲基⒉系统命名法(IUPAC法)IUPAC是InternationalUnionofPureandAppliedChemistry的简称烷烃系统命名法的基本要点：⑴选择主链确定母体烷烃：被选碳链应最长、支链最多⑵编号确定取代基的位次：从靠近取代基的一端开始⑶书写格式“烷基名称+母体烷烃名称”①相同取代基合并用二、三、四等数字表明取代基的个数②各取代基的位次要标出各位次间的数字用“，”隔开③取代基的位次与名称间用半字线“﹣”连接不同取代基名称前也用半字线隔开④不同取代基列出的顺序按“次序规则”将取代基先后列出较优基团后列出常见烷基的优先顺序：异丙基>丙基>乙基>甲基2-甲基-6-乙基辛烷87654321⑴

两个不同的取代基位于相同位次时，次序规则中排列小的取代基具有较小的编号编号的补充说明3-甲基-5-乙基庚烷⑵

两个相同取代基位于相同位次时，使第三个取代基的位次最小CH3CH3－CH－CH－CH2－CH－CH3CH3CH31234562,3,5-三甲基己烷㈠概述㈡碳链异构㈢构象异构1.乙烷的构象2.正丁烷的构象三、烷烃的同分异构现象㈠概述化合物分子式相同而结构不同的现象称为同分异构现象。分子式相同而结构不同的化合物间互称同分异构体构造:分子中的原子或基团的连接顺序和方式构型:分子中的原子或基团在空间固有的排列方式构象:由于单键的旋转或扭曲而引起分子中的云子或基团在空间所呈现的形象有机分子结构的三层含义构造异构体、构型异构体和构象异构体（1）两面角

单键旋转时，相邻碳上的其他键会交叉成一定的角度()，称为两面角。两面角为0°时的构象为重叠式构象。两面角为60°时的构象为交叉式构象。两面角在0-60o之间的构象称为扭曲式构象。１、乙烷的构象伞式锯架式纽曼式交叉式构象重叠式构象伞式，锯架式与纽曼式的画法也适合于其它有机化合物（2）乙烷交叉式构象与重叠式构象的表示方法（3）乙烷交叉式构象与重叠式构象的能量分析C-H键长C-C键长键角两面角两氢相距110.7pm154pm109.5o60o250pm110.7pm154pm109.5o0o229pm250pm>240pm>229pmE重叠>E交叉

E=12.1KJmol-1每个C-H、C-H重叠的能量约为4KJmol-1当二个氢原子的间距少于240pm（即二个氢原子的半径和）时，氢原子之间会产生排斥力，从而使分子内能增高，所以重叠式比交叉式内能高。（4）乙烷构象势能关系图

以单键的旋转角度为横坐标，以各种构象的势能为纵坐标。如果将单键旋转360度，就可以画出一条构象的势能曲线。由势能曲线与坐标共同组成的图为构象的势能关系图。稳定构象位于势能曲线谷底的构象非键连相互作用不直接相连的原子间的排斥力。转动能垒分子由一个稳定的交叉式构象转为一个不稳定的重叠式构象所必须的最低能量。（25°时转速达1011次/秒）

扭转张力非稳定构象具有恢复成稳定构象的力量；2、正丁烷的构象正丁烷的构象比较乙烷要较为复杂一些。正丁烷的极端典型构象有四种：全重叠式邻位交叉部分重叠式对位交叉式能量旋转角4全重叠2，6部分重叠3，5邻位交叉1=7对位交叉2,4,6是不稳定构象，1,3,5,7是稳定构象。1=7是优势构象（能量最低的稳定构象称为优势构象）沿C2-C3键轴旋转的转动能垒22.6kJ·mol-1（１）正丁烷的构象势能关系图五、烷烃的化学性质㈠稳定性㈡燃烧反应㈢卤代反应⒈甲烷的卤代反应⒉卤代反应机制

C－C键和C－H键均很牢固

C－H键的极性小，C和H都很难被极化

在常温下，与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂都不发生反应㈠稳定性㈡燃烧燃烧产物为CO2和H2O，并放出大量的热，因此烷烃成为可作为重要的能源.㈢卤代反应RH+X2→RX+HX(X=Cl、Br)卤素的活泼性：F2》Cl2>Br2》I2卤代通常指氯代和溴代.卤代烃（RX）是合成其它有机化合物的中间体.

⒈甲烷的卤代CH4+Cl2

CH3Cl+CH2Cl2+

CHCl3+

CCl4光bluelight

产物是混合物若甲烷大大过量，产物以一氯甲烷为主；若氯气大大过量，产物以四氯化碳为主2.反应热根据键离解能数据计算得到kJ/mol435243351431ΔH=(435+243)－(351+431)=－104kJ/mol3.卤代反应机制

反应机制又称反应历程，是化学反应所经历的具体途径.

了解反应机制，可以掌握反应规律，达到利用和控制反应的目的.甲烷氯代反应机制—自由基链锁反应分为3个步骤⑴链引发：形成自由基光或热①Ea≥

243

kJ·mol-1

=+243

kJ·mol-1rHmΔ⑵链增长：延续自由基，形成产物Ea＝16.8

kJ·mol-1

Ea＝

8kJ·mol-1

Cl+CH4.......CH3+HCl②.=+4

kJ·mol-1rHmΔ=-108

kJ·mol-1rHmΔCH3+Cl2.CH3Cl

+③Cl.......……（3）链终止：消除自由基，终止反应Ea＝

0

rHm=－243

kJ·mol-1ΔrHm=－368

kJ·mol-1ΔEa＝

0

链增长过程是放热的

；每一步的Ea很小，因此连增长很容易进行；每一步消耗一个自由基，同时产生一个新的自由基。说明4.烷烃卤代反应的取向(1)各种氢活性hυ36%64%25℃4.烷烃卤代反应的取向(1)各种氢活性室温下进行氯代反应时,烷烃各种氢相对活性：3H°:2H°:1H°:甲烷H

=5:4:1:(3.7×10-3)4.烷烃卤代反应的取向溴代时各种氢相对活性：

3H°:2H°:1H°=1600:82:13%97%127℃99%痕量hυhυ4.烷烃卤代反应的取向(2)卤素的活性及反应的选择性溴代反应的活性比氯代反应高

溴原子的活性比氯原子低一般规律:在一组相似的反应中,试剂越不活泼,它在进攻时的选择性越强.烷基自由基的稳定性次序为：

3°＞2°＞1°＞CH3当一个烷烃可能在不同的部位生成不同的自由基时，稳定的自由基在能量上是有利的，是