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1、第二章 烷烃,一、烷烃的结构 二、同系列及同分异构现象 三、烷烃的命名 四、烷烃的构象 五，烷烃的性质,有机化学,一、烷烃的结构,只由碳和氢两种元素组成的有机化合物叫碳氢化合物，简称烃。,1.碳原子的四面体概念,构型是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。 vant Hoff和Le Bel同时提出碳正四面体的概念，他们认为碳原子相连的四个原子或原子团，不是在一个平面上，而是在空间分布成四面体。碳原于位于四面体的中心，四个原子或原子团在四面体的定点上。,2.甲烷的结构,棍球模型（Kekule模型）,泥球模型（Stuart）,正四面体构性 CH键长：0.109nm HCH109.28,3.碳

2、的sp3杂化,原子轨道杂化理论设想碳原子在形成烷烃时，碳原子的2s轨道中的一个电 子跃迂到2p轨道上去，碳就有了四价。,杂化轨道理论还认为，这四个轨道能量上相等。,sp3杂化轨道示意图,二、同系列及同分异构现象,烷烃的通式为：CnH2n+2,凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，物理性质则随着 碳原子数的增加而有规律的变化的化合物系列称同系列。同系列中 的化合物互称为同系物。,1、同系列,2、同分异构,具有相同的分子式，但属于不同结构的物质，彼此互为同分异构体。 这种异构是由于分子中碳原子的排列方式不同引起的，称为构造异构。,丁烷的同分异构体：,戊烷的同分异构体,随着碳原子数的增加，烷烃

3、的异构体的数目也迅速增加。,3、构造式,平面投影式即构造式,构造式,简式,4、碳原子的级数,通常直接和一个碳原子相连的碳称为伯（primary）碳，又称第一（1）碳； 直接和两个碳原子相连的碳称为仲（secondary）碳，又称第二（2）碳； 直接和三个碳原子相连的碳称为叔（tertiary）碳，又称第三（3）碳； 直接和四个碳原子相连的碳称为季（quaternary）碳，又称第四（4）碳；,与伯、仲、叔碳相连的氢分别称为伯氢、仲氢、叔氢。,三、 烷烃的命名,1、普通命名法,较简单的烷烃往往采用普通命名法。含110个碳的烷烃，词首采用甲、乙、 丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。从十一起用数字

4、表示。称十一烷， 十二烷等。,对于简单的异构体烷烃，往往采用正（normal），异（iso）， 新（neo）词头表示。,正（n）表示直链烷烃；,异（i）表示一端有 结构的烷烃,新（neo）表示含有 结构的烷烃,2、系统命名法（IUPAC法）,（1）基的命名,烷烃中去掉一个氢生成的一价原子团称为烷基，通式为CnH2n+1， 常用R表示。,（2）命名原则,（i）直链烷烃命名时不需要加正字，根据碳原子的个数叫某烷。 （ii）把支链烷烃作为直链烷烃的衍生物命名。选择最长的碳链 为主链，看作母体，称为某烷。主链外的支链作为取代基。 如果出现来两个等长的碳链，则选取代基多的为主链。,2是正确的选择,1,2

5、,（iii）从最接近取代基的一端开始，用阿拉伯数字（1，2，3）对主链 碳进行编号，使取代基编号依次最小。将取代基的位置（用阿拉伯数字 表示）和名称写在母体名称的前面。阿拉伯数字与汉字之间加一“”， 读作位。,有几个相同的取代基时，应并作在一起，其数目用汉字表示，表示取代基位置的两个或几个阿拉伯数字之间应加一逗号。,（iv）在选择最长碳链作为主链时，若有两种可能，应选择取代基最多的碳链。,四、烷烃的构象,由于键的自由旋转而产生的无数空间形象，称为构象。 它们形成的异构体，称为构象异构体。,1、乙烷的构象,为了直观地表示烷烃的立体形象，常用透视式和 纽曼式表示。,乙烷有两种典型构象：交叉式和重叠

6、式。,楔形透视式,锯架透视式,纽曼式,乙烷的位能与构象关系图,2、丁烷的构象,丁烷的位能与构象关系图,3、高级烷烃的构象,戊烷,己烷,在气态和液态下，各种构象迅速互相转变，而在晶体中，分子排列在刚性的晶格中，运动受到阻碍，因此不发生构象的转变。直链烷烃 在晶体中，碳链排列称锯齿形。,五，烷烃的性质,1、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 密度（D) 溶解度 偶极矩（）光谱特征,烷烃熔点的特点 （1） 随相对分子质量增大 而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳 烷烃的熔点升高值 大 （如右图）。 （3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增

7、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,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）,沸点大小取决于分子间的作用力,（二） 沸点,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,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,烷烃异构体的熔点、沸点规律,支

8、链较多烷烃：熔点高、沸点低,支链较少烷烃：沸点高、熔点低,2、化学性质,（1）卤代反应,（i）甲烷的氯代,反应机理,链引发,链增长,链终止,H= 7. 5KJ/mol Ea=16.7 KJ/mol, H= -112. 9 KJ/mol Ea=8. 3 KJ/mol,过渡态理论,过渡态的特点: （1）能量高。 （2）极不稳定，不能分离得到。 （3）旧键未完全断开，新键未完全形成。,任何一个化学反应都要经过一个过渡态才能完成。,X + CH3-H, CH3 + H-X,F Cl Br I,439.3,568.2 431.8 366.1 298.3,-128.9 +7.5 +73.2 +141,H

9、(KJ/mol),Ea (KJ/mol),+4.2 +16.7 +75.3 +141,总反应热 (KJ/moL)：F(-426.8) Cl(-104.6) Br(-30.96) I(53.97),1. 氟代反应难以控制。 2. 碘代反应一般不用，碘自由基是不活泼的自由基。 3. 氯代和溴代反应常用，氯代比溴化反应快5万倍。,（ii） 甲烷卤代反应活性的比较,（iii）烷烃氯代反应的选择性,V : V = 28/6 : 72/4 = 1 : 4,1oH,2oH,1oH,V : V = 63/9 : 37/1 = 1 : 5.3,3oH,3oH,2oH,1oH,V : V : V = 1 : 82

10、 : 1600,（iv） 烷烃溴代反应的选择性,氯代反应和溴化反应都有选择性，但溴代反应的选择性 比氯代反应高得多。,溴化,（2）自由基反应,一级碳自由基,带有孤电子的原子或原子团称为自由基。含有孤电子碳的体系称为碳自由基。,三级碳自由基,二级碳自由基,自由基的结构特点 三种可能的结构：（1）刚性角锥体，（2）迅速翻转的角锥体，（3）平面型。,自由基的定义,自由基的产生,热均裂产生,辐射均裂产生,单电子转移的氧化还原反应产生,光,H2O2 + Fe2+ HO + HO- + Fe3+ RCOO- RCOO ,-e-,电解,自由基的稳定性,H=359.8kJ/mol (88kcal/mol),苯甲基自由基 稀丙基自由基 三级丁基自由基 异丙基自由基,乙基自由基 甲基自由基 苯基自由基,共价键均裂时所需的