有机化学烷烃

2023/2/111第一节烷烃的同系列和异构一、烷烃的同系列(通式：CnH2n+2)

具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物称为同系列。同系列中的化合物互称为同系物。二、烷烃的同分异构现象构造（constitution)——分子中原子互相连接的方式和次序。

分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为构造异构现象。构造异构现象是有机化学中普遍存在的异构现象的一种，这种异构是由于碳链的构造不同而形成的，故又称为碳链异构。第1页/共54页第一页，共55页。三、伯、仲、叔、季碳原子

123456789C1、C6、C7、C8、C9

C3、C5—C4—C2—伯碳原子、一级碳原子、

1°仲碳原子、二级碳原子、2°

叔碳原子、三级碳原子、3°

季碳原子、四级碳原子、4°

CCH3CH3CH2CHCH3CH2CH3CH3第2页/共54页第二页，共55页。C1—C2

—C3、C4、C5

—C6、C7

—C8—C9—4°3°2°1°2°1°CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3123456789骨架式试指出各碳原子的类型问题?第3页/共54页第三页，共55页。2023/2/114（1）烷烃分子中的碳都是sp3杂化。烷烃中的碳氢键和碳碳键都是σ键。键角接近109º28´。甲烷具有正四面体的结构特征。（2）C，H电负性差别小，σ电子云不易偏向某一原子，整个分子电子云分布均匀，没有电子云密度较大或较小的部位，对Nu或E+均没有特殊的亲和力。（化学性质较稳定）（3）当烷烃中的碳原子数大于3的时候,碳链就形成锯齿形状。四、烷烃的结构特征第4页/共54页第四页，共55页。一、烷烃的结构sp3

CH4

CnH2n+2

?甲烷分子（CH4）的形成Sp3杂化HHHHH第5页/共54页第五页，共55页。乙烷分子（CH3-CH3）的形成Sp3-sp3σ键Sp3-1sσ键HHHHHH思考：1.C6H14共有几种同分异构体？请写出其构造式。

2.直链烷烃的分子链真是直的吗？第6页/共54页第六页，共55页。2023/2/117

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。σ键的特点第7页/共54页第七页，共55页。2023/2/118sp3—s

σ键p—p

σ键p—s

σ键在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键叫σ键。σ键的定义第8页/共54页第八页，共55页。2023/2/119二、烷烃的异构现象

构象一个已知构型的分子，仅由于单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。

构象异构体单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体（或称旋转异构体）。（一）碳架异构体（二）构象异构体（三）旋光异构体第9页/共54页第九页，共55页。1．烷烃的英文名称三、烷烃的命名法甲烷

methane乙烷

ethane丙烷

propane丁烷

butane戊烷

pentane己烷

hexane

庚烷

heptane辛烷

octane壬烷

nonane癸烷

decane第10页/共54页第十页，共55页。2023/2/1111第二节烷烃的命名烷烃常用的命名法有普通命名法和系统命名法一、普通命名法根据分子中碳原子数目称为“某烷”，碳原子数十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊……癸表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、新表示同分异构体。第11页/共54页第十一页，共55页。例：CH3CH2CH2CH2CH2CH3

正己烷n-己烷n-hexane异己烷isohexane正

normaln-

异iso-CH3CHCH2CH2CH3CH3第12页/共54页第十二页，共55页。新己烷neohexane新

neo-

CH3CCH3CH3CH2CH3第13页/共54页第十三页，共55页。2023/2/1114二、烷基烷烃分子中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。3.

常见的烷基-ane-yl

CH3-

methyl

Me

甲基CH3CH2-

ethyl

Et

乙基CH3CH2CH2-n-propyl

n-Pr

(正)丙基第14页/共54页第十四页，共55页。isopropyl

iso-Pr

异丙基n-butyl

n-Bu

(正)丁基sec-butyl

sec-Bu

仲丁基CH3CH2CH2CH2-iso-butyl

iso-Bu

异丁基tert-butyl

t-Bu

叔丁基第15页/共54页第十五页，共55页。2023/2/1116

亚甲基

亚乙基

次甲基次乙基烷基的通式为CnH2n+1，常用R表示第16页/共54页第十六页，共55页。4.

系统命名法（IUPAC命名法）

系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字的特点而制定的。系统命名法规则如下：1.选择主链（母体）（1）选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。（2）分之中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主第17页/共54页第十七页，共55页。2023/2/1118第18页/共54页第十八页，共55页。2023/2/11192.碳原子的编号(1)从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3……编号。编号错误编号正确编号正确编号错误（2）从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简单的一端开始编号。第19页/共54页第十九页，共55页。2023/2/1120（3）若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最低系列原则）为原则。3．烷烃名称的写出A将支链（取代基）写在主链名称的前面B取代基按“次序规则”小的基团优先列出烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基<异丁基<异丙基。第20页/共54页第二十页，共55页。2023/2/1121C相同基团合并写出，位置用2，3……标出,取代基数目用二,三……标出。D表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基名称之间要用“半字线”隔开。烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链，最小定位，同基合并，第21页/共54页第二十一页，共55页。2023/2/1122B

取代基按“次序规则”小的基团优先列出烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基<异丁基<异丙基。C

相同基团合并写出，位置用2，3……标出,取代基数目用二,三……标出。D表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基名称之间要用“半字线”隔开。烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁。第22页/共54页第二十二页，共55页。2023/2/11232-甲基-3-乙基-4-甲基庚烷2,4-二甲基-3-乙基庚烷

3-乙基-2,4-二甲基庚烷

优先次序：叔丁基>异丙基>异丁基>丁基>丙基>乙基>甲基1234567?如何命名？例第23页/共54页第二十三页，共55页。2023/2/11242-甲基-5,5-二(1,1-二甲基丙基)癸烷第24页/共54页第二十四页，共55页。?2,4-二甲基-3-乙基庚烷

2,4-dimethyl-3-ethylheptane

3-ethyl-2,4-dimethylheptane

√12345672,6-二甲基-3-乙基庚烷2-甲基-3-环戊基戊烷

第25页/共54页第二十五页，共55页。六、烷烃的构象异构

构象——由于碳碳单键的旋转，导致分子中原子或原子团在空间的不同排列方式。1.乙烷的构象

构象异构体——因单键的旋转而产生的异构体（构象异构属于立体异构）。第26页/共54页第二十六页，共55页。交叉式重叠式纽曼(Newman)投影式锯架式

构象的表示式

交叉式HHHHHH重叠式HHHHHHHHHHHHHHHHHH第27页/共54页第二十七页，共55页。2023/2/1128（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当两氢原子间距少于240pm（二个氢原子的半径和）时，氢原子间会产生排斥力，从而使分子内能增高，所以重叠式比交叉式内能高。第28页/共54页第二十八页，共55页。旋转角度/°能量重叠式斜交式交叉式交叉式06012012.6kJ·mol-1

乙烷分子构象的能量曲线交叉式——稳定的优势构象

第29页/共54页第二十九页，共55页。2.

正丁烷的构象

对位交叉式部分重叠式邻位交叉式全重叠式

1234CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3H3CHHHH第30页/共54页第三十页，共55页。稳定性：对位交叉式>邻位交叉式>部分重叠式>全重叠式

正丁烷C2-C3旋转时各种构象的能量曲线部分重叠式

邻位交叉式部分重叠式

正丁烷C2-C3旋转时各种构象的能量曲线第31页/共54页第三十一页，共55页。2023/2/1132

构象分布在达到平衡状态时，各种构象在整个构象中所占的比例称为构象分布。15%15%70%

能量计算C-H，C-H重叠，4kJ/molC-CH3，C-CH3邻交叉，3.8kJ/molC-CH3，C-CH3重叠，22.6-8=14.6kJ/molC-CH3，C-H

重叠，(14.6-4)/2=5.3kJ/mol（２）正丁烷的构象分布和能量计算分子总是倾向于以稳定的构象形式存在第32页/共54页第三十二页，共55页。2023/2/11333、丙烷的构象ΔE=4+4+5.3=13.3KJ·mol-1交叉式重叠式

丙烷只有二种极限构象，一种是重叠式构象，另一种是交叉式构象。二种构象的能差13.3kJ·mol-1。第33页/共54页第三十三页，共55页。高级烷烃的碳链呈锯齿形

由于分子主要以交叉式构象的形式存在，所以高级烷烃的碳链呈锯齿形。第34页/共54页第三十四页，共55页。2023/2/11354、乙烷衍生物的构象分布1，2-二氯乙烷（对位交叉70%）1，2-二溴乙烷（对位交叉84%-91%）1，2-二苯乙烷（对位交叉>90%)乙二醇2-氯乙醇大多数分子主要以交叉式构象的形式存在；乙二醇和2-氯乙醇分子中，由于可形成分子内氢键，主要是以邻交叉构象形式存在。第35页/共54页第三十五页，共55页。构象与药物的构效关系多巴胺NH2HHHHOHOH12第36页/共54页第三十六页，共55页。2023/2/1137三、烷烃的物理性质外观：状态颜色气味物理常数：沸点（bp) 熔点（mp)

折光率（n) 旋光度[α]λ

密度（D)溶解度偶极矩（μ）光谱特征

第37页/共54页第三十七页，共55页。2023/2/1138烷烃熔点的特点随相对分子质量增大而增大。偶数碳烷烃比奇数碳烷烃的熔点升高值大 （如右图）。相对分子质量相同的烷烃，叉链增多，熔点下降。奇数碳偶数碳熔点高低取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。

（一）熔点第38页/共54页第三十八页，共55页。2023/2/1139沸点大小取决于分子间的作用力

烷烃沸点的特点（1）沸点一般很低。（非极性，只有色散力）（2）随相对分子质量增大而增大。（运动能量增大，范德华引力增大）（3）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。（叉链多，分子不易接近）（二）

沸点第39页/共54页第三十九页，共55页。2023/2/1140分子间接触面积大作用力强分子间接触面积小作用力弱bp：36℃bp：9.5℃第40页/共54页第四十页，共55页。2023/2/1141

烷烃异构体的熔点、沸点规律支链较多烷烃：熔点高、沸点低支链较少烷烃：沸点高、熔点低

正戊烷异戊烷新戊烷bp

36

28

9.5mp

-130

-160

-17第41页/共54页第四十一页，共55页。2023/2/1142烷烃的密度均小于1（0.424-0.780）。偶极矩均为0。烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂。（三）密度（四）饱和烃的偶极矩（五）溶解度第42页/共54页第四十二页，共55页。2023/2/1143四、烷烃的化学性质（一）总体特点

（二）烷烃的卤化和自由基反应

（三）烷烃的硝化、磺化、热裂解和催化裂解

（四）烷烃的氧化和自动氧化第43页/共54页第四十三页，共55页。2023/2/1144１、稳定：对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发生反应。２、烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。（一）总体特点（二）烷烃的卤代和自由基反应卤代反应分子中的原子或基团被卤原子取代的反应称为卤代反应。１、烷烃的卤代取代反应分子中的原子或基团被其它原子或基团取代的反应称为取代反应。第44页/共54页第四十四页，共55页。1.甲烷的卤代热或光热或光热或光热或光甲烷一氯甲烷二氯甲烷三氯甲烷四氯化碳

简写反应式2.卤代反应机理反应机理是对某个化学反应过程的详细描述第45页/共54页第四十五页，共55页。甲烷的卤代反应——自由基的链反应自由基（游离基）甲烷的自由基链反应：链引发链增长链终止共价键断裂均裂异裂均裂第46页/共54页第四十六页，共55页。链引发（形成自由基）：

链增长（延续自由基，形成产物）：

CH3－H+Cl·CH3·+HCl

CH3·+Cl2Cl·+CH3Cl

CH3Cl+Cl··CH2Cl+HCl

·CH2Cl+Cl2CH2Cl2+Cl·

CH2Cl2+Cl··CHCl2+HCl

·CHCl2+Cl2CHCl3+Cl·

CHCl3+Cl··CCl3+HCl

·CCl3+Cl2CCl4+Cl·

Cl∶ClCl·+·Cl

热或光第47页/共54页第四十七页，共55页。CH3·+·ClCH3ClCH3·+CH3·CH3CH3链终止（消除自由基）：

3.

自由基的构型及其稳定性sp3sp3四面体

四面体

sp2

平面？Cl·+Cl·Cl2CHHH·透视式CH4CH3·CH3Cl第48页/共54页第四十八页，共55页。sp3sp3sp2

请指出自由基中各碳原子的杂化状态自由基——平面构型（sp2杂化）结论CH3-HCH3·+H·离解能435kJ·mol-1甲基自由基CH3CH2-HCH3CH2·+H·离解能410kJ·mol-1

乙基自由基（1°）CH3CH2CH2-HCH3CH2CH2·+H·离解能410kJ·mol-1

丙基自由（1°）

形成自由基需要的能量?第49页/共54页第四十九页，共55页。(CH3)2CH-H(CH3)2CH·+H·离解能397kJ·mol-1异丙基自由基（2°）(CH3)3C-H(CH3)3C·+H·离解能385kJ·mol-1叔丁基自由基（3°）

自由基的稳定性：3°>2°>1°>CH3，为什