第二章 烷烃-9-16

1、第二章第二章 烷烷 烃烃教材教材: :徐寿昌徐寿昌 主编主编 高等教育出版社高等教育出版社有机化学有机化学 Organic Chemistry刘媛媛刘媛媛化工与制药工程系化工与制药工程系(1) 开链烃开链烃（链烃），又叫脂肪烃。（链烃），又叫脂肪烃。 可分为：烷烃可分为：烷烃 、烯烃、烯烃 、二烯烃、二烯烃 、炔烃等、炔烃等(2) 闭链烃闭链烃（环烃）（环烃） 又分为：脂环烃和芳香烃两类。又分为：脂环烃和芳香烃两类。第二章第二章 烷烃烷烃 (Alkane )(一一) 烃的定义烃的定义(二二) 烃的分类烃的分类 分子中只含有分子中只含有C、H两种元素的有机化合物叫两种元素的有机化合物叫 碳氢化合

2、物，简称烃碳氢化合物，简称烃。 又叫又叫饱和烃饱和烃，由于石蜡是烷烃的混合物，由于石蜡是烷烃的混合物，故烷烃也称，故烷烃也称石蜡烃石蜡烃。如：如：甲烷，乙烷，丙烷，丁烷（正丁烷，异丁烷），甲烷，乙烷，丙烷，丁烷（正丁烷，异丁烷），戊烷戊烷 （正戊烷，异戊烷，新戊烷）等（正戊烷，异戊烷，新戊烷）等2.1 烷烃的通式，同系列和构造异构烷烃的通式，同系列和构造异构(1) 烷烃烷烃名称名称 分子式分子式 构造式构造式 构造式的简写式构造式的简写式CH4CH3CH3甲烷甲烷 CH4乙烷乙烷 C2H6名称名称 分子式分子式 构造式构造式 构造式的简写式构造式的简写式丙烷丙烷 C3H8丁烷丁烷 C4H10戊

3、烷戊烷 C5H12CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3NameCondensed StructureMethane（甲烷）甲烷）CH4Ethane（乙烷）乙烷）CH3CH3Propane（丙烷）丙烷）CH3CH2CH3Butane（丁烷）丁烷）CH3(CH2)2CH3PentaneCH3(CH2)3CH3HexaneCH3(CH2)4CH3HeptaneCH3(CH2)5CH3OctaneCH3(CH2)6CH3NonaneCH3(CH2)7CH3DecaneCH3(CH2)8CH3UndecaneCH3(CH2)9CH3DodecaneCH3(CH2)10CH3

4、甲基甲基: -Methyl 直链烷烃分子中，一个或几个直链烷烃分子中，一个或几个 -CH2-基团（亚甲基）连基团（亚甲基）连成碳链，碳链的两端再连有两个氢原子，因此直链烷烃的成碳链，碳链的两端再连有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为：通式可写为：H-(-CH2-)n-H 或：或：CnH2n+2 (2) 烷烃的通式烷烃的通式 乙烷乙烷可看成甲烷的一个氢原子被甲基可看成甲烷的一个氢原子被甲基-CH3取代；取代； 丙烷丙烷可看成乙烷上的一个可看成乙烷上的一个H被甲基被甲基-CH3取代取代; 丁烷丁烷可看成丙烷的一个可看成丙烷的一个H被甲基被甲基 -CH3 取代：取代：分子式相同，但构造不同（分子中

5、各原子相连的方分子式相同，但构造不同（分子中各原子相连的方式和次序不同），又叫构造异构体。式和次序不同），又叫构造异构体。两种不同的化合物两种不同的化合物，物理性质有一定的差异。物理性质有一定的差异。 直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高。直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高。如：正丁烷的沸点：如：正丁烷的沸点：- 0.5，熔点：，熔点：- 138.3， 异异丁烷的沸点：丁烷的沸点：- 11.7，熔点：，熔点：- 159.4，同分异构体同分异构体随着碳原子数增加，烷烃的构造异构体数目也越多。随着碳原子数增加，烷烃的构造异构体数目也越多。庚烷庚烷C7H16有有9个构造异构体，辛烷个构造异构体

6、，辛烷C8H18有有18个。个。 烷烃的通式烷烃的通式 CnH2n+2, 直链烃直链烃的通式可写为的通式可写为: H-(-CH2-)n-H同系物同系物在组成上相差一个或多个在组成上相差一个或多个 CH2，且结构，且结构和性质相似的一系列化合物称为同系列。同系列中的和性质相似的一系列化合物称为同系列。同系列中的各化合物互称同系物。各化合物互称同系物。 （表表2-1中的化合物都是烷烃同系列中的同系物中的化合物都是烷烃同系列中的同系物）系差系差同系列中，相邻的两个分子式的差值同系列中，相邻的两个分子式的差值 CH2 称为系差。称为系差。(3) 同系物同系物 伯碳原子伯碳原子（第一碳原子），用（第一碳

7、原子），用“1”表示表示； 仲碳原子仲碳原子（第二碳原子），用（第二碳原子），用“2”表示表示； 叔碳原子叔碳原子（第三碳原子），用（第三碳原子），用“3”表示表示； 季碳原子季碳原子（第四碳原子），用（第四碳原子），用“4”表示表示。(4) 烷烃中碳原子的分类烷烃中碳原子的分类与伯、仲、叔碳原子相连的与伯、仲、叔碳原子相连的H原子，分别称为伯、仲、叔原子，分别称为伯、仲、叔H原子原子如：如：烷烃去掉一个氢原子后的原子团。烷烃去掉一个氢原子后的原子团。常用常用R-，或或(CnH2n+1- -)表示表示，烷烃可用通式，烷烃可用通式RH表示表示。 ：去掉一个直链烷烃末端氢原子所得的原：去掉一个直链

8、烷烃末端氢原子所得的原 子团，命名时子团，命名时“正正”字常用字常用n-代表。代表。正丙基正丙基CH3CH2CH2-: n-丙基丙基 ：去掉一个仲氢原子所得的烷基。：去掉一个仲氢原子所得的烷基。 ：用：用“sec-”表示。表示。 sec-丁基丁基(5) 烷基烷基正烷基正烷基仲仲烷基烷基仲仲丁基丁基 ：CH3CH(CH2) n- - (n 0) 的烷基叫异烷基的烷基叫异烷基 CH3 用用“iso-”表示表示 iso-异戊基异戊基 CH3CHCH2CH2- - CH3 ：去掉一个叔氢原子所得的烷基：去掉一个叔氢原子所得的烷基 用用“t-”或或“tert-”表示表示. CH3 CH3 叔丁基：叔丁基

9、： CH3-C- t-丁基丁基 CH3-C-CH2- CH3 CH3异异烷基烷基叔叔烷基烷基新戊基新戊基 烷基烷基（Alkyl）烷烃分子从形式上消除一个氢的烷烃分子从形式上消除一个氢的部分部分，通常用通常用 R- 表示，英文用表示，英文用 “ yl ” 替代替代 “ ane ”lMethane Methyl CH3- Mel Ethane Ethyl CH3CH2- Etl n-Propane n-Propyl CH3CH2CH2- n-Pro ln-Butane n-Butyl CH3CH2CH2CH2- n-Bu烷基的英文表示烷基的英文表示Pr丙基；丙基；i-Pr异丙基；异丙基；t-Bu叔

10、丁基；叔丁基；Ar芳基；芳基；Ph苯基；苯基；Ac乙酰基；乙酰基；R烷基烷基常用基团的英文简写常用基团的英文简写 最早根据碳原子数命名最早根据碳原子数命名：甲烷甲烷，乙烷乙烷，丙烷丙烷. 支链烷（异构体）支链烷（异构体）2.2 烷烃的命名烷烃的命名一、习惯命名法一、习惯命名法正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷二、衍生物命名法二、衍生物命名法异丁烷异丁烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷 三甲基三甲基甲烷甲烷 二甲基乙基二甲基乙基甲烷甲烷四甲基四甲基甲烷甲烷三、系统命名法（三、系统命名法（IUPAC）(1) 直链烷烃按碳原子数命名直链烷烃按碳原子数命名 10以内以内：依次用天干：甲乙丙丁戊己庚辛壬：依次

11、用天干：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸癸 10以上以上：用中文数字：十一：用中文数字：十一.烷烷(2) 带有支链的烷烃带有支链的烷烃 ：把构造式中：把构造式中连续连续的的最长碳链最长碳链作母体，称为某作母体，称为某烷。若最长碳链不止一条，选择其中含烷。若最长碳链不止一条，选择其中含较多支链较多支链的为主链。的为主链。 选择主链选择主链例例1CH3CHCH2CHCH2CH3CH2CH3CH2CH2CH3CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH3CH3CH2CH3最长连续碳链最长连续碳链有八个碳原子，该化合物母体的名称为辛烷有八个碳原子，该化合物母体的名称为辛烷六个碳的主链上有四个取代基六个碳的主链上有四

12、个取代基 六个碳的主链上有两个取代基六个碳的主链上有两个取代基例例2CH3CH2 CH CH CH2CH3CHCH3CH3CHCH3CH3CH3CH2 CH CH CH2CH3CHCH3CH3CHCH3CH3(I)(II)带有支链的烷烃带有支链的烷烃编号编号 ：从最接近取带基的一端开始将主链：从最接近取带基的一端开始将主链碳原子用阿拉伯数字碳原子用阿拉伯数字1,2,3.编号（使取代基的位次最小）。编号（使取代基的位次最小）。CH3CHCH2CHCH2CH3CH2CH3CH2CH2CH312345678CH3CHCH2CHCH2CH3CH2CH3CH2CH2CH312654378编号正确编号正确

13、 编号不正确编号不正确a：把它们在母链上的位次作为取代基的前缀，：把它们在母链上的位次作为取代基的前缀，2-甲基甲基.b：有不同取代基时，简单的放在前面，复杂的放在后面：有不同取代基时，简单的放在前面，复杂的放在后面;c：相同的取代基可以合并，但应在基团名称之前写明位次：相同的取代基可以合并，但应在基团名称之前写明位次和数目，数目用二，三，四和数目，数目用二，三，四.表示表示.d：位次数字之间须用逗号：位次数字之间须用逗号“,”隔开，位次与基名之间需用隔开，位次与基名之间需用短线短线“-”相隔。最后一个基名和母体名称直接相连。相隔。最后一个基名和母体名称直接相连。 命名取代基：命名取代基：CH

14、3CHCH2CHCH2CH3CH2CH3CH2CH2CH312345678取代基取代基: 3-甲基甲基 5-乙基乙基CH3CH2 CH CH CH2CH3CHCH3CH3CHCH3CH3取代基取代基: 2,5-二甲基二甲基 3,4-二乙基二乙基123456 CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH3 3-甲基甲基-5-乙基辛烷乙基辛烷 CH2CH2CH3 (注意编号注意编号) CH3CH2CH CHCH2CH3 CH3 CH CH CH3 2,5-二甲基二甲基-3,4-二乙基己烷二乙基己烷 CH3 CH3 (注意主链注意主链) 11例例1： 例例2：例例3：CH3CH CHCH2CHCH2C

15、H3CH3CH3CH2CHCH3CH3CH3CH CHCH2CHCH2CH3CH3CH3CH2CHCH3CH3 2,3,7-三甲基三甲基-5-乙基辛烷乙基辛烷 为了方便，只要写出锯齿形骨架，用锯齿形线的为了方便，只要写出锯齿形骨架，用锯齿形线的角角（120）及其）及其端点端点代表碳原子。不写出每个碳上所连代表碳原子。不写出每个碳上所连的氢原子，但其它原子必须写出。的氢原子，但其它原子必须写出。注意：注意：键线式键线式书写烷烃的分子结构书写烷烃的分子结构2.3 烷烃的结构烷烃的结构sp3杂化杂化用系统命名法命名下列化合物：用系统命名法命名下列化合物：CH3CH2CHCH2CH2CCH2CH3CH

16、3CHCH3CH3CH2CH3写出下列化合物的构造式：写出下列化合物的构造式：2,2,3,3-四甲基戊烷四甲基戊烷2-甲基甲基-3-乙基己烷乙基己烷123456782,6-二甲基二甲基-3,6-二乙基二乙基辛辛烷烷CH3 C C CH2CH3CH3CH3CH3CH3CH3 CH CH CH2CH2CH3CH3CH2CH32.3 烷烃的结构烷烃的结构2.3.1 甲烷的结构和甲烷的结构和 sp3杂化轨道杂化轨道甲烷的球棒模型甲烷的球棒模型正四面体结构正四面体结构Stuart模型模型sp3杂化轨道杂化轨道一个一个s轨道与三个轨道与三个p轨道形成四个轨道形成四个sp3杂化轨道杂化轨道 凡是成键电子云对

17、键轴呈圆柱形对称的凡是成键电子云对键轴呈圆柱形对称的键均称为键均称为 键键.以以 键相连的两个原子可以相对旋转键相连的两个原子可以相对旋转而不影响电子云的分布而不影响电子云的分布. 键键甲烷的四个甲烷的四个C-H 键键其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在一条直线上，而是布在一条直线上，而是曲折曲折地排布在空间。这是烷烃碳地排布在空间。这是烷烃碳原子的四面体结沟所决定的。如原子的四面体结沟所决定的。如丁烷丁烷的结构：的结构：烷烃分子中各原子之间都以烷烃分子中各原子之间都以键键相连接的，所以两个碳原子相连接的，所以两个碳原子可以相对可

18、以相对旋转旋转，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下烷烃（液态）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。烷烃（液态）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。 2.4 烷烃的构象烷烃的构象2.4.1 乙烷的构象乙烷的构象(1) 球棒模型球棒模型交叉式构象交叉式构象重叠式构象重叠式构象(3) 纽曼投影式纽曼投影式重叠式构象重叠式构象 交叉式构象交叉式构象 重叠式构象重叠式构象 交叉式构象交叉式构象(2) 透视式透视式为为主主2.4.2 丁烷的构象丁烷的构象直链烷烃直链烷烃 随着烷烃相对分子量的增加，分子间随着烷烃相对分子量的增加，分子间的作用力也增加，其沸

19、点也相应增高。的作用力也增加，其沸点也相应增高。2.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质(1) 沸点沸点（直链烷烃）（直链烷烃）同数碳原子同数碳原子的构造异构体中的构造异构体中支链增多，则分子支链增多，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。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，同数碳原子的构造异构体中，分子的支链越多，则沸点越低则沸点越低。 例如：例如： 正丁烷的沸点：正丁烷的沸点：- 0.5 异异丁烷的沸点：

20、丁烷的沸点：- 11.7(1-2) 沸点沸点（带支链的烷烃）（带支链的烷烃） 随着相对分子量的增加而有所增加，最后接近随着相对分子量的增加而有所增加，最后接近0.8左右。原因：作用力随着分子质量的增加而增左右。原因：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。加，使分子间的距离相对地减少的缘故。(3) 相对密度相对密度(4) 溶解度溶解度烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳“结构相似者相溶结构相似者相溶”(2) 熔点熔点基本上随分子量的增加而增加基本上随分子量的增加而增加。分子的分子的越对称越对称，在晶格中的排列越紧密，熔点越高。，在晶格中的排列越紧

21、密，熔点越高。例：正戊烷例：正戊烷-129.8 ，异戊烷异戊烷-159.9 ，新戊烷新戊烷-16.8 烷烃为不活泼有机物。烷烃为不活泼有机物。石油醚石油醚（C5C6的烷烃），汽油，的烷烃），汽油，煤油等作为溶剂；煤油等作为溶剂；凡士林凡士林（C18C34的烷烃）润滑剂。的烷烃）润滑剂。 燃烧：燃烧：CnH2n+2 + O2(过量过量) nCO2 + (n+1)H2O 高级脂肪酸：高级脂肪酸：RCH2CH2R + O2 RCOOH + RCOOH CH3CH2CH2CH3 CH3-CH-CH3AlBr3，HBr2.6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质2.6.1 氧化反应氧化反应2.6.2 异构化反应

22、异构化反应CH32.6.3 裂化反应裂化反应CnH2n+2 H2 + 烯烃烯烃 + 较小烷烃较小烷烃 高温高温 CH4 + Cl2 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3 正丙基氯正丙基氯43% 异丙基氯异丙基氯57%Cl2 光光25,CCl4(1) 甲烷的氯代反应（自由基取代）甲烷的氯代反应（自由基取代）丙烷氯代反应：丙烷氯代反应：伯伯,仲仲,叔氢原子的反应活性叔氢原子的反应活性2.6.3 取代反应取代反应(2) 其他烷烃的氯代反应其他烷烃的氯代反应Cl室温下，伯、仲、叔氢原子的反应活性：室温下，伯、仲、叔氢原子的反应活性：1: 4: 5产物混合，复杂，一般不产物混合，复杂，一般不用氯代来制备卤代烃用氯代来制备卤代烃光光127 CH3 CH3 CH3CH3-CH-CH3 + Br2 CH3-C-Br + CH3-CHCH2Br CH3 99%伯、仲、叔氢原子的反应活性：伯、仲、叔氢原子的反应活性：1:82:1600；溴更有选择性；溴更有选择性产物单一，可用产物单一，可用溴代制备卤代烃溴代制备卤代烃烷烃与碘作用得不到碘代烷烷烃与碘作用得不到碘代烷与氟反应剧烈，不易控制，会引起爆炸与氟反应剧烈，不易控制，会引起爆炸痕量痕量(3) 烷烃与其他卤素的取代反应烷烃与其他卤