有機化學-第二章-烷烴

第二章烷烴第一節(jié)、烷烴的同系列和異構第二節(jié)、烷烴的命名第三節(jié)、烷烴的構象第四節(jié)、烷烴的物理性質(zhì)第五節(jié)、烷烴的反應第六節(jié)、烷烴的氯化第七節(jié)、烷烴的來源和用途烴：只含有碳和氫兩種元素的化合物稱為碳氫化合物，也稱為烴，它是最簡單的有機化合物。飽和的：單鍵<直，支鏈>即烷烴（開鏈）按碳架分烯烴不飽和的：含雙鍵，三鍵

炔烴烷烴：分子中所有碳原子彼此都以單鍵（C-C）連接，碳的其余價鍵都與氫原子相連，稱為飽和烴。第一節(jié)烷烴的同系列和異構一、烷烴的同系列和同系物（自學）掌握：烷烴的通式：CnH2n+2；同系物的結構相似，性質(zhì)相近。二、構造異構（constitutionalisomerism）構造異構：分子式相同，僅由于組成分子的原子間連接順序和方式不同而引起的同分異構現(xiàn)象稱之。

烷烴分子中碳原子數(shù)增加，構造異構體數(shù)目迅速增加，癸烷C10H22和十二烷C12H26分別有75個和355個異構體。三、碳原子和氫原子的分類伯（一級）1o：與另外一個C相連1oH（Primary)仲（二級）2o：與另外兩個C相連2oH(Secondary)叔（三級）3o：與另外三個C相連3oH(Tertiary)季（四級）4o：與另外四個C相連(Quaternary)

第二節(jié)烷烴的命名一、普通命名法原則：含1~10個碳原子的直鏈烷烴詞首用天干順序甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、新、壬、癸表示；11以上碳原子起用漢字數(shù)字表示?！辨溚闊N為正某烷，如CH3(CH2)5CH3(正)庚烷※只有(CH3)2CH-端鏈的為異某烷，如

(CH3)2CHCH3異丁烷※只有(CH3)3C-端鏈的為新某烷，如（右）新戊烷普通命名法只能命名簡單化合物但對于稍復雜的烷烴無法命名，如：二、系統(tǒng)命名法1892年化學家在日內(nèi)瓦會上擬定了一種系統(tǒng)的有機化合物命名法，此后經(jīng)IUPAC多次修訂。中國化學會按國際通用原則出版了《有機化學命名原則》(1980)。(i)選擇最長的、取代基最多的碳鏈為主鏈；(ii)把支鏈作為取代基，烷烴中去掉一個氫原子的一價原子團為烷基；

甲基(Me)CH3-,乙基(Et)CH3CH2-

異丙基(iso-Pr)(CH3)2CH-,仲丁基(sec-Bu)

叔丁基(t-Bu)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返回癸烷：decane(iii)主鏈上碳原子編號從離取代基最近一端開始，遵循最低系列規(guī)則、次序規(guī)則。例2,2,3,5-四甲基己烷(不是2,4,5,5-四甲基己烷)2-甲基-4-乙基-3-異丙基己烷(iv)若支鏈上還有取代基，可用帶撇的數(shù)字標明或支鏈全名放在括號中。

2－甲基－5－(1’，1’－二甲基丙基)－壬烷支鏈烷烴命名原則：1選擇烷烴分子中的最長碳鏈為主鏈，按其碳原子數(shù)稱為“某烷”（當分子中有兩條等長碳鏈，則選擇取代基多者為主鏈）2編號：從靠近取代基一端開始用“1，2…”等編號，使取代基編號的位次最小。3書寫名稱：將相同取代基合并，數(shù)目用漢字表示；不同取代基時，名稱按“次序規(guī)則”，優(yōu)先者置后。次序規(guī)則：①按原子序數(shù)的大小排列，大者優(yōu)先，孤對電子最后。I>Br>Cl>S>F>O>N>C>H>孤對電子5335171698761②如果直接相連的第一個原子的序數(shù)相同時，再比較其次相連原子的序數(shù)，依次類推。(CH3)2CHCH2-CH3CH2CH2-★常見烷基次序：（3）含有雙鍵和叁鍵基團，可以認為連有兩個或三個相同原子例1：取代基位置用阿拉伯數(shù)字標出，不同取代基之間用破折號連接。例2：相同取代基合并寫，數(shù)目用中文數(shù)字表示，位置間用逗號隔開。兩取代基不同，取代基位置相同，給較小的取代基（次序較?。┪惶栞^小。（英文則按字母順序）3-甲基-5-乙基庚烷3-ethyl-5-methylheptane例4：例3：

例5：第三節(jié)烷烴的結構構成烷烴的碳原子以SP3雜化軌道成鍵，為σ鍵。σ鍵定義：兩個軌道沿著軌道的對稱軸方向互相重疊。特點：成鍵電子云對稱分布，繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)不改變電子云形狀和重疊程度。sp3雜化軌道特點：

（1）形狀：一頭大，一頭?。?）成分：每一個軌道含1/4S，3/4P成分。（3）易于成鍵：成鍵時，軌道重疊程度大于單純S或P軌道。（4）鍵角：等性雜化，各軌道間夾角均為109°28’。由于碳的四面體構型，使烷烴分子的碳鏈不在一條直線上，而是曲折地排布在空間。σ鍵：電子云圍繞兩核間連線呈圓柱體的軸對稱，鍵可“自由旋轉(zhuǎn)”。第四節(jié)烷烴的構象構象（conformation）：一已知構型的分子，僅由單鍵的旋轉(zhuǎn)而引起分子中的原子或基團在空間的特定排列形式稱為構象。構象異構體：單鍵旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生無數(shù)個構象，這些構象互為構象異構體。一、乙烷的構象構象有無數(shù)種，研究典型位置的構象：重疊式、交叉式。構象的表示：透視式，紐曼投影式乙烷的構象異構體構象的穩(wěn)定性

構象的穩(wěn)定性與內(nèi)能有關。內(nèi)能低，穩(wěn)定；內(nèi)能高，不穩(wěn)定。內(nèi)能最低的構象稱優(yōu)勢構象

φ

扭轉(zhuǎn)角φ為00，1200，2400重疊式扭轉(zhuǎn)角φ為600，1800，3000交叉式扭轉(zhuǎn)角φ不停變化則構象不同，構象之間轉(zhuǎn)化需要能量。

φ乙烷構象能量變化圖重疊式能量比交叉式高12.1KJ/mol分子由一個交叉式轉(zhuǎn)到另一個交叉式需經(jīng)過能量較高的重疊式，亦稱能壘。因此，碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)并非自由。扭轉(zhuǎn)張力：由于構象是重疊式而引起的張力稱之。轉(zhuǎn)動能壘：分子由一個穩(wěn)定的交叉式構象轉(zhuǎn)為一個不穩(wěn)定的重疊式構象所必須的最低能量(250C時轉(zhuǎn)速達1011次/秒）單鍵旋轉(zhuǎn)的能壘一般在12.6~41.8KJ/mol范圍內(nèi)，所以，室溫下的分子熱運動即可克服此能壘而使構象迅速互變。

丁烷可看作是1，2-二甲基乙烷，沿C2，C3旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生各種構象，典型構象有四種：二、丁烷的構象室溫下，構象異構體處于迅速轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡，不能分離。對位交叉占68%，鄰位交叉占32%，其余含量極少。穩(wěn)定性次序：對位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式最穩(wěn)定的對位交叉式構象是優(yōu)勢象。丁烷構象的能量變化圖第五節(jié)烷烴的物理性質(zhì)物理性質(zhì)：物態(tài)、熔點、沸點、密度、溶解度及光譜性質(zhì)。有機化合物的物理性質(zhì)取決于它們的結構和分子間作用力※

非共價力包括：范德華作用力（吸引力和斥力）等偶極-偶極作用力氫鍵HydrogenBond

※非共價力：作用于分子間和分子內(nèi),影響化合物的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)偶極-偶極作用力（極性分子）：

極性大的分子，偶極-偶極作用力大，熔、沸點高，水溶性增強范德華作用力（非極性分子）：極化率越大，分子的接觸面積越大，范德華作用力越大。溶沸點越高。吸引或排斥與分子間距離有關，太近，表現(xiàn)為排斥作用。氫鍵：飽和性和方向性1、沸點沸點——化合物的蒸汽壓等于外壓(0.1Mpa)時的溫度。烷烴的b.p.隨分子量的↑而有規(guī)律地↑：分子間力越大，沸點越高

(1)同系列中，C原子數(shù)越多，b.p.越高烷烴為非極性分子，C原子數(shù)越多，Mr越大，分子間作用力（色散力）越大，b.p越高若含氫鍵：分子間的氫鍵使熔點、沸點升高分子內(nèi)的氫鍵使熔點、沸點降低如：(3)分子量相近的不同類物質(zhì)非極性化合物<極性化合物<有氫鍵的化合物色散力色散力取向力誘導力色散力取向力誘導力氫鍵b.p.甲醇>乙醇>乙醛>丙烷2、熔點：固體受熱使分子內(nèi)能增加到能克服分子間范德華力，晶體開始熔化變?yōu)橐后w時的溫度稱之。由此可見：含偶數(shù)C，m.p.↑的多；含奇數(shù)C，m.p.↑的少。從而形成了“偶上奇下”兩條曲線（與分子間作用力和分子結構對稱性有關）

(1)同系列中：C奇→C偶，m.p.升高（對稱性越大）鋸齒狀C偶→C奇，m.p.降低總趨勢是C原子數(shù)增加，m.p.升高3、溶解性有機溶劑極性溶劑非極性溶劑—烴類質(zhì)子性溶劑—H2O,ROH,NH3,RCOOH非質(zhì)子性溶劑—丙酮、乙醚、DMSO、DMF難溶于水，易溶于有機溶劑。4、相對密度隨分子量↑，烷烴的相對密度↑，最后接近于0.8(d≤0.8)。原因:分子量↑，分子間力↑，分子間相對距離↓，最后趨于一極限。溶解度一般標準(室溫下,100g溶劑中)

：

可溶解10g溶質(zhì)：易溶可溶解1g溶質(zhì)：可溶可溶解0.1g溶質(zhì)：難溶5、折射率※折射率反映了分子中電子被光極化的程度，折射率越大，表示分子被極化程度越大?！龢嬐闊N中，隨著碳鏈長度增加，折射率增大。第六節(jié)烷烴的反應一、烷烴化學性質(zhì)總體特點

(1)穩(wěn)定：對強酸，強堿，強氧化劑，強還原劑都不發(fā)生反應。

(2)烷烴的多數(shù)反應都是通過自由基機理進行的。同系列中化合物具有相似的化學性質(zhì)，因此可通過研究一個典型化合物的性質(zhì)來推測得到同系物中其它成員的性質(zhì)。但所謂相似，只具有定性的意義。表現(xiàn)在：二、氧化燃燒反應1

Q（燃燒熱）越小，分子越穩(wěn)定。2支鏈越多，燃燒熱越小，故烷烴異構體中支鏈越多，則越穩(wěn)定。3生成熱數(shù)值越小，化合物越穩(wěn)定。1在反應速度上，往往有較大差異。低級同系物反應速度一般較快，高級同系物在相同條件下反應較慢，甚至不反應。2此外，同系物中第一個成員往往具有特殊的性質(zhì)。

三、烷烴的裂解

熱裂解：增加有機物產(chǎn)量催化裂解：增加有機物質(zhì)量

四、異構化反應

由一個化合物轉(zhuǎn)為其異構體的反應。

20%80%※甲基自由基的結構(P31)甲基C：SP3雜化甲基自由基C：SP2雜化五、烷基自由基

伯烷基(1o)自由基類別仲烷基(2o)自由基叔烷基(3o)自由基穩(wěn)定性：甲基自由基<1o自由基<2o自由基<3o自由基六、鹵代反應：烴中H被X取代1、甲烷鹵代反應（機理--------自由基鏈式反應）反應機理（反應歷程）：描述反應物如何逐步變成產(chǎn)物的過程有關烷烴氯代反應的實驗事實：①黑暗中混合烷烴和氯氣不發(fā)生反應，光照或高溫下反應劇烈，難以控制；②每吸收一個光子，可以產(chǎn)生幾千個氯甲烷分子；③氧氣或某些自由基捕獲劑存在下反應出現(xiàn)一段誘導期，誘導期長