有机化学A 大学二年级课程 第二章 烷烃

烷烃

第二章

2作业（P39）

1(1、3、5、7)2(1、3、5、7)4(2、4、6)514第二章烷烃§2-1烷烃的同系列和同分异构现象§2-2烷烃的命名§2-3烷烃的结构§2-4烷烃的性质(Alkane)

在组成上仅含有碳与氢两元素的化合物叫碳氢化合物也称为烃。

脂肪烃分子中只含有C-C单键和C-H

键的叫做烷烃。

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）一、同系列烷烃通式：CnH2n+2

结构相似而组成上相邻的两个烷烃的组成都是相差CH2。CH2叫做同系列差。

烷烃的同系列和同分异构现象H–C–HH–C–C–HH–C–C–C–HH–C–C–C–C–HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH甲烷乙烷丙烷丁烷CH4C2H6C3H8C4H10

具有同一个通式，组成上相差只是CH2或其整数倍的一系列化合物叫做同系列。

同系物具有相似的化学性质，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

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碳链异构、位置异构、官能团异构、差向异构、旋光异构等

伯、仲、叔氢原子如：CH3—C—CH2—CH—CH3

CH3CH3CH3只连有四个碳原子的称为季碳原子，常以4°表示（四级碳原子）。只连有一个碳原子的称为伯碳原子，常以1°表示（一级碳原子）；只连有二个碳原子的称为仲碳原子，常以2°表示（二级碳原子）；只连有三个碳原子的称为叔碳原子，常以3°表示（三级碳原子）；1°1°1°1°1°2°3°4°三、伯、仲、叔和季碳原子系统命名法烷基烷烃分子中去掉一个氢原子后，剩下的原子团叫烷基。烷基是一价基，通式为CnH2n+1，常用R-代表烷基。

烷基的名称由相应的烷烃而得。9NameCondensedStructureMethane（甲烷）CH4Ethane（乙烷）CH3CH3Propane（丙烷）CH3CH2CH3Butane（丁烷）CH3(CH2)2CH3PentaneCH3(CH2)3CH3HexaneCH3(CH2)4CH3HeptaneCH3(CH2)5CH3OctaneCH3(CH2)6CH3NonaneCH3(CH2)7CH3DecaneCH3(CH2)8CH3UndecaneCH3(CH2)9CH3DodecaneCH3(CH2)10CH3甲基:-Methyl一、普通命名法如：C6H14

C8H18

C12H26己烷辛烷十二烷区别异构体用“正”、“异”、“新”。将直链烷烃——叫“正”烷烃的命名11缩写符号名称构造式缩写符号名称构造式CH3-CH-CH3CH3-CH2-CH-CH3-CH-CH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3-CH3-CH2CH3-CH2CH2CH3-CH2(CH2)2CH3甲基乙基正丙基异丙基正丁基异丁基-CH2CH2CHCH3CH3-CH2-C-CH3CH3CH3-C-CH2CH3CH3CH3仲丁基叔丁基叔戊基新戊基异戊基MeEtn-Pri-Prn-Bui-Bus-But-Bui-Pentt-Pentneo-Pent常见的烷基名称

系统命名法

3-甲基己烷（看作是己烷的衍生物）123456如：CH3-CH2-CH-CH2-CH2-CH3CH3取代基位置位置与名称用短线连接母体名称取代基名称①选取主链——选择最长的碳链为主链。支链当作取代基。②编号——从靠近支链的一端开始，编号时应尽可能使取代

基具有最低编号。

步骤如：CH3-CH2-CH2-CH-CH3CH2-CH3CH3-CHCH2CH-CH2CH3CH2CH3CH2CH2CH3CH3CH2CHCH2CH-CH2CH2CH3CH3CH2CH3（如上例）2165432167834512345678

当几种可能的编号方向时，应当选定使取代基具有“最低系列”的那种编号（即顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到位次最小者定为最低系列）。两端一样长时，从小取代基一端开始编号。CH3-CH—CH-CH2-CH2-C-CH3CH3CH3CH3CH3CH3CHCH2CH2CH2CH2CH—CHCH2CH3CH3CH3CH3CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH3CH2CH3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③“先小后大，同基合并”见课本45面烃基大小的次序（按“对映异构中的次序规则”决定）:甲基＜乙基＜丙基＜丁基＜戊基＜己基＜异戊基＜异丁基＜异丙基CH3-CH—C-CH2-CH2-CH3CH3CH2CH3CH32,3-二甲基-3-乙基己烷123456——有不同取代基时，把小取代基名称写在前面，大取代基写在后面。相同取代基合并起来，取代基数目用二、三、……等表示。④有多种等长的最长碳链可供选择时，应选择取代基最多的碳链为主链。CH3-CH2-CH—CH-CH2-CH3CH3CH—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Question1

C7H16的分子有几个同分异构体?分别给以命名。Question24-丙基-6-异丙基壬烷3,3,5-三甲基庚烷2，4-二甲基-4-乙基已烷

一、碳原子的SP3杂化轨道、σ键

1.碳原子的sp3杂化轨道

碳原子在基态时电子构型：1S2、2S2、2p2

键长：0.109nm

键角：109.5°↑↑↑↑杂化SP3↑↑↑↑跃迁2S2Py2Px2PZ↑↓↑↑2S2P↑↓1SE

烷烃的结构SP3杂化轨道含1/4S

轨道3/4

P

轨道1个SP3杂化轨道形状4个SP3杂化轨道2、甲烷的分子模型虚线——表示伸向纸平面后方实线——表示在纸平面前上楔线——表示伸向纸平面前方H—C—HHH甲烷的立体构造式（透视式）21sp3杂化轨道一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3杂化轨道22

——凡是成键电子云对键轴呈圆柱形对称的键均称为

键(头碰头的重叠方式).以

键相连的两个原子可以相对旋转而不影响电子云的分布.

键甲烷的四个C-H

键σ键——以键轴为对称轴的键。成键时轨道的交盖程度较大。键比较牢固。处于σ键的电子叫σ电子。甲烷的形成示意图σ键乙烷的结构σ键24乙烷分子中C-C

键(C-H

键用直线表示)乙烷的C-C

键Stuart模型25实验证明，气态或液态的含多个碳原子的烷烃，由于σ键的自由旋转，能形成多种曲折形式。

如正戊烷的碳链可以有几种代表形式：

二、烷烃的构象构象——围绕碳碳σ键旋转而使分子中原子或基团在空间的不同排列方式。27乙烷的构象(1)球棒模型（一）乙烷的交叉式构象28(1)球棒模型（二）乙烷的重叠式构象重叠式、交叉式构象比较29(3)纽曼投影式重叠式构象交叉式构象重叠式构象交叉式构象(2)透视式表示乙烷的构象30乙烷分子各种构象的能量曲线12.6kJ/mol重叠式重叠式交叉式交叉式交叉式

烷烃是无色物质，具有一定的气味。直链烷烃的物理性质，例如熔点、沸点、相对密度等，随着分子中碳原子数（或相对分子质量）的增大，而呈规律性的变化。一、物理性质1.物理状态C1~C4——气态C5~C17——液态C18以上——固态

烷烃的性质32直链烷烃—随着烷烃相对分子量的增加，分子间的作用力也增加，其沸点也相应增高。沸点（直链烷烃）33沸点（带支链的烷烃）

同数碳原子的构造异构体中——支链增多，则分子趋向球形，使分子不能像正烷烃那样接近，分子间作用力也就减弱，所以在较低的温度下，就可以克服分子间引力而沸腾。同数碳原子的构造异构体中，分子的支链越多，则沸点越低。例如：

正丁烷的沸点：-0.5℃异丁烷的沸点：-11.7℃34基本上随分子量的增加而增加。（奇数和偶数碳）烷烃的熔点变化：是因为晶体分子间的作用力不仅取决于分子的大小，也取决于他们在晶格中的排列。

例:(正戊烷-129.8℃,异戊烷-159.9℃,新戊烷-16.8℃)熔点直链烷烃的熔点与分子中所含碳原子数目的关系分子的对称性增加，它们在晶格中的排列越紧密，熔点也越高。35相对密度:随着相对分子量的增加而有所增加,最后接近0.8左右.—作用力随着分子质量的增加而增加，使分子间的距离相对地减少的缘故。水溶性烷烃几乎不溶于水，但易溶于有机溶剂。

结构相似或极性大小相近的化合物可以彼此互溶，这就是“相似相溶”的经验溶解规律。

烷烃的稳定性不是绝对的，在一定条件下（如光、高温或催化剂的影响下）也可以发生某些反应。

二、化学性质

在常温下烷烃的化学性质很不活泼，与强酸、强碱、强氧化剂和还原剂等都不起作用。烷烃化学性质比较稳定的主要原因：（C-C键能为345.6KJ/mol；C-H键能为15.3KJ/mol）●

C-C及C-Hσ键较牢固●

烷烃为非极性分子，一般条件下试剂不易进攻。39烷烃的化学反应类型氧化异构化裂化取代②部分氧化（选择性氧化）

氧化反应①燃烧CnH·2n+2+O2nCO2+(n-1)H2O+热能3n+12点燃R-CH2-CH2-R/R-COOH+R/-COOH+其它酸MnO2107~110℃高级脂肪酸R—R/R-OH+R/-OH催化剂

裂化反应

烷烃在高温下分子中的C-C键与C-H键断裂这个反应在石油化工生产中极为重要。裂化反应热裂化——指在500~700℃高温、加压下进行。催化裂化——在400~500℃常压催化下进行。CH3-CH=CH2+H2CH2=CH2+CH4CH3—CH—CH2HH460℃CH3-CH2-CH2-CH3CH2=CH2+CH3-CH3CH3-CH=CH2+CH4CH3-CH2-CH=CH2+H2500℃卤代反应烷烃分子中的氢原子被卤素所取代的反应称为卤代反应。

烷烃与卤素在室温和黑暗中并不发生反应，但在强烈日光照射下，则发生猛烈反应。

在漫射光、加热或某些催化剂作用下，能够进行可以控制的卤代反应。CH4+2Cl24HCl↑+C强日光一氯甲烷CH4+Cl2CH3Cl+HClhν或250℃二氯甲烷CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HClhν或250℃三氯甲烷CH2Cl2+Cl2CHCl3+HClhν或250℃四氯化碳CHCl3+Cl2CCl4+HClhν或250℃其它烷烃的卤代碳链较长的烷烃进行氯化时，可以取代不同的氢原子得到不同的氯化烃。丙烷1-氯丙烷2-氯丙烷CH3-CH2-CH3+Cl2CH3CH2CH2Cl

+

CH3-CH-CH3Clhν25℃43%57%氯代叔丁烷氯代异丁烷CH3-C-H+Cl2CH3-C-Cl

+

CH3-C-HCH3CH3hν25℃CH3CH3CH3CH2Cl异丁烷36%64%伯氢叔氢=36/164/915≈仲氢伯氢=57/243/614≈在室温下，叔、仲、伯氢原子被氯原子夺取的相对速率为5:4:1。反应活性：3°

＞2°＞1°HHH44

CH3CH3CH3CH3CH+Cl2

CH3-C-Cl+CH3-CHCH3CH3CH2Cl叔丁基氯36%异丁基氯64%室温下伯、仲、叔氢原子的反应活性1:4:5.*异丁烷氯代反应:产物混合，复杂，一般不用氯代来制备卤代烃[补充]--高温下逐渐接近1:1:1.45光127℃

CH3CH3CH3CH3-CHCH3+Br2CH3-C-Br+CH3-CHCH2BrCH399%烷烃与其它卤素的取代反应伯、仲、叔氢原子的反应活性1:82:1600溴更具有选择性产物单一，可用溴代来制备卤代烃烷烃与碘作用得不到碘代烷与氟反应剧烈,不易控制,会引起爆炸痕量46例题1例题2光光思考题写出下列反应的主要产物:

反应物转变为产物所经过的途径或过程叫做反应历程或反应机理。

游离基反应历程按照化学反应时共价键的断裂游离基反应离子型反应1、链的引发：2、链的增长（传递）：3、链的终止：Cl:Cl2Cl·△H=242.5kJ/molhνCl·+CH4HCl+·CH3·CH3+Cl2CH3Cl+

Cl·Cl·+

CH3ClHCl+·CH2Cl…….进而生成CHCl3、CCl4等·CH2Cl+Cl2CH2Cl2+

Cl·Cl·+

CH2Cl2HCl+·CHCl2Cl·+

Cl·Cl2

·CH3+

Cl·CH3Cl·CH3+·CH3CH3-CH3一、甲烷的卤代反应历程从热力学角度来考察甲烷卤化反应：卤素发生取代反应的难易顺序是：F2＞Cl2＞Br2＞I2二、卤素对烷烃的反应活性

三、游离基的稳定性形成各种类型的游离基所需的能量按如下次序降低：CH3＞1°＞2°＞3°故游离基的稳定性次序为：

3°＞2°＞1°＞CH3·R·R·R·50反应热—反应物与