有机化学-烷烃

第二章烷烃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)基本概念烃：分子中只含碳、氢两种元素的化合物统称为碳氢化合物，简称为烃。烃是有机化合物最基本的化合物，也是有机化学工业的基础原料。饱和烃：分子中碳原子之间都以单键相连，碳原子其余的价键都被氢原子所饱和的化合物称为饱和碳氢化合物，简称饱和烃或烷烃。一、烷烃的同系列

在烷烃的一系列化合物中，其分子组成中所含的碳原子和氢原子在数量上存在着一定的关系，即每增加一个C原子，就相应地增加二个H原子。可用一个式子代表：HCHHHn()烷烃通式：CnH2n+2H–C–HH–C–C–HH–C–C–C–HH–C–C–C–C–HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH甲烷乙烷丙烷丁烷CH4C2H6C3H8C4H101、烷烃的同系列和同分异构体现象1烷烃的同系列和同分异构体现象通式相同，组成上相差“CH2”及其整倍数的一系列化合物-同系列。

同系列中的各个化合物互为同系物-同系物。“CH2”称为系差-系差。

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；其物理性质（例如沸点、熔点、相对密度、溶解度等）一般是随着相对分子质量的改变而呈现规律性的变化。二、同分异构现象1、定义：分子式相同的不同化合物叫做同分异构体（简称异构体）。这种现象叫做同分异构现象。从丁烷开始出现同分异构体H–C–C–C–HHHHHHHH–C–C–C–C–HHHHHHHHHH–C–C–C–HHHHHHH-C-HH链端被-CH3

取代中间被-CH3

取代HH碳链异构、位置异构、官能团异构、差向异构、旋光异构等2、烷烃同分异构体的书写方法(C6H14为例)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。⑤⑥⑦⑧⑨⑩C-C-C-CC-C-C-C

C-C-C-C

C-C-C-C

C-C-C-C

C-C-C-CCCCCCCCCCCCC①写出此烷烃的最长直链式。

C-C-C-C-C-C

①②

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-C

C-C-C-C-CCCC②③④3、烷烃构造式的书写方法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、

烷烃的命名

(NomenclatureofAlkanes)1.

伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子伯、仲、叔、季碳原子

伯、仲、叔氢原子2

烷基(1)烷基(Alkylgroups):

从烷烃中去掉一H原子,剩余的结构分别称为烷基。表2.1一些烷基的名称与表示n-Bu-t-Bu-基中有支链或复基，常须用编号表示支链或复基中基的位置，编号从消除单价原子或基团的那个原子开始，为1，其余顺序编号。例如：二甲氨（基）甲基2-羟基乙基羧甲基三氯甲基2-甲基丁基2-丙烯基2-环己烯基-CH2CH2OH-CCl3复基的命名：(2)

亚基结构：一个化合物上消除两个单价或一个双价的原子或基团后剩余的部分。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)次基：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(1)

普通命名法(习惯命名法)碳原子数用“天干”字——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。4

烷烃的命名(2)

衍生命名法以甲烷为母体，把其它的烷烃都看作是甲烷的烷基衍生物。选择连接最多的C原子作为母体甲烷按照次序规则，将较“优先”的基团后列出。二甲基乙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷母体取代基的位次与名称化合物的名称碳原子的个数直链烷烃的命名与普通命名法相同。(3)

系统命名法(IUPAC)系统命名是由三部分构成：TheInternationalUnionofPureandAppliedChemistry支链烷烃的命名，按以下步骤进行：(a)选择主链，确定母体：

选取最长的碳链作为主链对于相等长的碳链，选取含支链最多的碳链。根据主链的碳数，称“某”烷。庚烷123456712345671234567(b)为主链上的碳原子编号从靠支链最近一端依次用阿拉伯数字编号。当编号有几种可能时，要使支链的位次号最低。(I)(II)(c)确定化合物的名称将取代基的名称写在烷烃名称的前面，在取代基名称的前面，加上它的位次号，并用半字线“-”将两者连接。当含有几个不同的取代基时，按照“次序规则”，将“优先”的基团列在后面，各取代基之间用半字线“-”连接。当含有几个相同的取代基时，用“一、二、三、四…”表示其个数，逐个标明其位次号，并用逗号分开。次序规则的主要内容原子序数大的次序大，原子序数小的次序小，同位素中质量高的次序大。I>Br>Cl>S>P>F>O>N>C>D>H如果原子团的第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子（第二个原子）的原子序数大小，其它依次类推。含有双键或叁键的原子团，可以认为连有二个或三个相同的原子。最简：当两个或更多的相同取代基出现时，使用前缀di-,tri-,tetra-等：2,2,4-Trimethylpentane(2,2,4-三甲基戊烷)4-Ethyl-3,5-dimethyloctane3,5-二甲基-4-乙基辛烷5-丙基-4-异丙基壬烷1234567893,7-二甲基-4-乙基壬烷CH3-CH—CH-CH2-CH2-C-CH3CH3CH3CH3CH3CH3CHCH2CH2CH2CH2CH—CHCH2CH3CH3

CH3CH3CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH3CH2CH3从左到右：2，3，6，6从右到左：2，2，5，6123456776543211234567123456789102,7,8-三甲基癸烷（不叫3,4,9-三甲基癸烷）3-甲基-5-乙基庚烷CH3-CH2-CH—CH-CH2-CH3CH3

CH—CH3CH3—CHCH3CH3CH2CH2-CH—CH-CH-CH3CH3CHCH3CH3CH3CH243215673214562,5-二甲基-3,4-二乙基己烷2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷不是2,3-二甲基-4-仲丁基庚烷(4)

支链的命名109876543212-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷IUPACNomenclatureofalkanes:直链烷烃(Unbranched

alkanes)MethaneEthanePropaneButanePentaneHexaneHeptaneOctaneNonaneDecane12345678910UndecaneDodecaneTridecaneTetradecane11121314sp3杂化轨道(Hybridorbitals)

:基态2p2s1s电子跃迁激发态2p2s1ssp3-杂化态杂化1ssp3图2.1sp3

杂化轨道形成过程示意图四、烷烃的结构1.

s键的形成及其特性碳原子在基态时的电子构型：C:1s22s22px12py12pz0在甲烷分子中，C原子是sp3杂化。S轨道成分：1/4；p轨道成分：3/4。图2.2sp3杂化轨道图2.3sp3杂化的碳原子几何构型：四面体由两个和两个以上碳原子组成的烷烃，除了具有C－Hs键外，还有C－Cs键。s键的特性：s键呈圆柱型对称，键能较大，可极化性小，可沿键轴自由旋转。由于s键是沿成键轨道方向交盖而成，在碳链中，C－C－C的键角保持了接近109.5°。对于直链烷烃，其三维形状是曲折型，而不是直线型。乙烷的结构：(2)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。HHHHHHHHHHHH1、乙烷的构象

五、烷烃的构象构象(Conformation)：一定构型的分子通过单键旋转，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fff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。H120(pm)重叠式的能量大于交叉式能量。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。2、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。[讨论题]1）将右式化合物改写成立体构造式、纽曼式，并用纽曼式表示其优势构象。2）下列哪一对化合物是等同的？（假定C-C单键可以自由旋转）六、烷烃的物理性质1.物质状态：

常温常压下：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.)

：

②支链烷烃：相同C原子的烷烃，支链愈多沸点愈低。(叉链多，分子不易接近)原子核和电子在不断运动时，产生一瞬间的相对位移，使正负电荷重心暂时不重合产生瞬时偶极。范德华力静电力诱导力色散力对极性分子才能产生。①直链烷烃，碳数则沸点。沸点的高低与分子间作用力有关，作用力，则沸点。3.

熔点(m.p.)

：