有机化学-第二章 烷烃

1、COOH键线式：键线式：结构简式：结构简式：CH3CHCHCH2CH2CHCOOH CH3CH3CH3骨架式：骨架式：CCCCCCCOOH CCC第一节第一节 烷烃的来源及定义烷烃的来源及定义第二节第二节 烷烃的通式、同系列和构造异构烷烃的通式、同系列和构造异构第三节第三节 烷烃的命名烷烃的命名第四节第四节 烷烃的结构烷烃的结构 第五节第五节 烷烃的构象烷烃的构象第六节第六节 烷烃的物理性质烷烃的物理性质第七节第七节 烷烃的化学性质烷烃的化学性质天然来源：天然气和石油天然来源：天然气和石油石油馏分：汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、石油馏分：汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、凡士林、沥青。凡士林、

2、沥青。了解：分子含碳数了解：分子含碳数 沸点沸点( )天然气天然气 C1C4 20 石油醚石油醚 C5C6 2060轻汽油轻汽油 C6C7 60100 汽油汽油 C5C10 40200煤油煤油 C10C16 175275 柴油柴油 C15C20 250400润滑油润滑油 C18C23 300 沥青沥青 C20以上以上一、烷烃的来源一、烷烃的来源 烃的分类：烃的分类：烷烃：脂肪烃中碳和碳以单键相连，其余的碳烷烃：脂肪烃中碳和碳以单键相连，其余的碳与氢结合。也称为饱和烃或石蜡烃。烷烃是烃类与氢结合。也称为饱和烃或石蜡烃。烷烃是烃类的一种。的一种。 烃的定义：烃的定义：只含有只含有碳碳和和氢氢的化合

3、物。的化合物。烃烃脂肪烃脂肪烃芳香烃芳香烃烷烃烷烃 烯烃烯烃 炔烃炔烃 脂环烃脂环烃甲烷甲烷 CH4丁烷丁烷 C4H10庚烷庚烷 C7H16辛烷辛烷 C8H18例如：例如：CH4 、CH3CH3 、 CH3CH2CH3 、 CH3CH2CH2CH3、 CH3CH2CH2CH2CH3，相邻烷烃，相差相邻烷烃，相差CH2固定系固定系差。差。 二、同系物二、同系物结构相似，组成上有固定系差，可用结构相似，组成上有固定系差，可用一个通式来表示，组成一个系列，称为同系列。一个通式来表示，组成一个系列，称为同系列。每个化合物称为同系物。每个化合物称为同系物。又可定义为：有相同分子通式，结构和性质相似。又可

4、定义为：有相同分子通式，结构和性质相似。构造构造异构异构立体立体异构异构构型构型异构异构构象构象异构异构顺反异构顺反异构对映异构对映异构碳链异构碳链异构官能团位置异构官能团位置异构官能团异构官能团异构CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH=CH2CH3CH=CHCH3CH3CH2OHCH3OCH3CH3CHCH3CH3构造构造分子中各原子的排列方式和次序。分子中各原子的排列方式和次序。构型构型构造相同，原子构造相同，原子的的不同。不同。构象构象构造、构型相同，原子构造、构型相同，原子的的不同。不同。C=CCH3CH3HHC=CCH3CH3HH凡是凡是分子式相同而结构相异分子式相同而结构相异的

5、化合物的化合物. .（）分子中含碳原子数目，称为（）分子中含碳原子数目，称为“某烷某烷”。一、习惯命名法一、习惯命名法：按碳原子数目的多少来命名。按碳原子数目的多少来命名。十以内的用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、十以内的用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸等天干名称来命名。壬、癸等天干名称来命名。十十 以上用数目命名。以上用数目命名。（）异构体的区别（）异构体的区别: :用用“正正”、“异异”、“新新”表示表示, , 习惯上把直链烷烃称为习惯上把直链烷烃称为“正正”某烷。某烷。例如例如 CH3 CH (CH2)n n=0,1,2 CH3 称为称为“异异”某某烷烷 CH3CH3 C ( C

6、H2)n n=0,1,2 CH3 称为称为“新新”某某烷烷 代代母体化合物的氢，被其它基团取代母体化合物的氢，被其它基团取代ClCH3NO2缩缩缩去小分子缩去小分子(H2O、NH3等等)生成的化合物生成的化合物CH3CH=OHOCH2CH3HOCH2CH3CH3CHOCH2CH3OCH2CH3介词并不重要，绝大部分用介词并不重要，绝大部分用“代代”，但一般可省，但一般可省略。许多不常用的介词读一两例便知。略。许多不常用的介词读一两例便知。（2）C和和H的分类的分类CH3CH2CHCCH3CH3CH3CH3（3）基、亚基、次基）基、亚基、次基一个化合物，形式上去掉一个化合物，形式上去掉单价原子或

7、基团，剩单价原子或基团，剩余的部分余的部分。HCH3HCH2CH3CH3CH2CH3CH3C2H5CH2CH3C3H7CH(CH3)2 CH2CHCH2CH2CH3CH3CHCH3HH(10)H(20)HHHCH3CH2CH2CH3C4H9CH3CH2CHCH3H(10)H(20)CH3CHCH3CH3正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷H(10)H(30)CH3CHCH2CH3CH3CH=CH2CH3CCH3CH3CH2=CH2CH3CH=CHHCH2CH=CH2HCH3C=CH2HCH2=CHHCOOH SO3HOCOR CXOCNH2OCHOCNHOCH2CH2COOHHOCH2CH2NH2COOH

8、NH2ORXNO2CH=CH2（1 1）选择含有）选择含有的的为主链为主链（2 2）等长碳链，选择连）等长碳链，选择连为主链为主链CH3CH2CHCHOCHCH3CH3母体名称母体名称没有母没有母体名称体名称根据主链含碳数和主根据主链含碳数和主官能团给出母体名称官能团给出母体名称有母体名称有母体名称丙酸丙酸乙醇乙醇CH3CHCH2CHCHCH3OHCH3OH 2 4 5 5 3 2（1 1）靠近主官能）靠近主官能团一端开始编号团一端开始编号（2 2）最低系列原）最低系列原则则( (最早碰面原则最早碰面原则) )CH3CHCH2CH2CH2OHClCH3CHCHCH2CCH3CH3CH3CH3C

9、H3 2 3 5 5 4 22,2,4,52,3,5,5OHCH3CH2CHCH2CH2ClCH3CHCH2CHCHCH3OHOH CH332取代基位数取代基位数之和最小？之和最小？之和最小之和最小CH3CH2CHCHCH2CH3CH3C2H5 3 4 4 3（3 3）较优基团后列原则）较优基团后列原则( (先小后大原则先小后大原则) )取代基的取代基的“次序规则次序规则”按第一原子的原子序数，由大到小排列按第一原子的原子序数，由大到小排列IBrClFONCH第一原子相同时，依此类推。第一原子相同时，依此类推。重键相当于几个相同原子。重键相当于几个相同原子。CH3CH2CHCHCH2CH2CH

10、3CH3C2H5 3 4CHCHCHHHCCCHCHCH（1 1）母体名称写在最后，）母体名称写在最后， 标出官能团位置标出官能团位置（2 2）基团的位次写在基团名称前，用）基团的位次写在基团名称前，用短线短线“- -”分开分开（3 3）不同基团）不同基团，彼此之间用，彼此之间用短线短线“- -”分开分开（4 4）相同基团用）相同基团用二、三二、三表示数量，位次号用表示数量，位次号用“, ,”分开分开CH3CHCHCHCHCH3C2H5CH3C2H5OH系统命名的三个步骤系统命名的三个步骤选主链、编号、写全称。选主链、编号、写全称。最应当最应当注意注意的问题的问题各原则的使用层次。各原则的使用

11、层次。选主链的原则：选主链的原则：含主含主官能团的最长碳链；官能团的最长碳链；取代基多。取代基多。编号的原则：编号的原则：靠近主靠近主官能团；官能团；最先碰面；最先碰面；先小后大。先小后大。1 1、直链烷烃、直链烷烃2 2、支链烷烃、支链烷烃看作直链烷烃的烷基衍生物看作直链烷烃的烷基衍生物CH3CH2CHCHCH2CH3CHCH3CH3CH3CHCH3（1）选主链）选主链最长碳链、连取代基多最长碳链、连取代基多（2）编号）编号最先碰面、先小后大最先碰面、先小后大CCCCCCCCC C-C321456CCCCCCCCCCCCCCCCC C-C烷烃烷烃没有没有官能团官能团4-4-甲基甲基-6-6-

12、乙基癸烷乙基癸烷3,5,8-3,5,8-三甲基三甲基-5-5-丁基十一烷丁基十一烷CH3CH2CH2 CH CH2CHCH2CH2CH2CH3 CH3 CH2CH3 CH3CH3CH2CHCH2 C CH2CH2CH2CH3 CH3 CH2CH2CHCH2CH2CH3 CH3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11三、衍生物命名法三、衍生物命名法 例如例如 CH3 CH3 C CH3 CH3四甲基甲烷四甲基甲烷（新戊烷）（新戊烷） HCH3 C CH2CH3 CH3（异戊烷）（异戊烷）二甲基乙基甲烷二甲基乙基甲烷(1)(1)以以甲烷甲烷为母体，其

13、它看作是取代基；为母体，其它看作是取代基；(2)(2)含烷基最多碳原子为母体含烷基最多碳原子为母体“甲烷甲烷”；(3)(3)直链烷烃命名与习惯命名法相近，只是把正字去掉。直链烷烃命名与习惯命名法相近，只是把正字去掉。母体名称在后，标出官能团位置；母体名称在后，标出官能团位置；取代基取代基名称在前，注意名称在前，注意的使用。的使用。靠近主官能团；靠近主官能团；最先碰面；最先碰面；先小后大。先小后大。含主官能团最长含主官能团最长C链；链；含尽量多的母体官含尽量多的母体官能团；能团；含尽量多的取代基。含尽量多的取代基。CH3 CHCH2CHCHCH2CH2CH2CH3CH3CH3CH2CHCH3CH

14、3CCH2CH3CH31 2 3 4 5 6 7 8 91 2 3从连接从连接C开始编号开始编号CH3CHCH2CHCH3CH3C2H54 3 2 156CH3CH2CHCH3CH3CHCH2CH3 碳的碳的spsp3 3杂化和杂化和键的形成键的形成基态时基态时 C：1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0 Csp3Hs 四个四个C-H键键六个六个C-HC-H键键 一个一个C-CC-C键键sp3杂化 激发态 sp3C CC CH HH HH HH HH HH H2.4 2.4 烷烃的结构烷烃的结构在甲烷分子中，在甲烷分子中，C 原子是原子是sp3杂化。杂化。s 轨道成分：轨道成分：1/4；

15、 p 轨道成分：轨道成分：3/4。图图 2.2 sp3杂化轨道杂化轨道图图 2.3 sp3杂化的碳原子杂化的碳原子几何构型：四面体几何构型：四面体sp3 1s 键键4个个CH 键键图图 2.4 甲烷的结构甲烷的结构CHHHH图图 2.5 甲烷的球棍模型甲烷的球棍模型图图 2.6 甲烷的比例模型甲烷的比例模型键的特性：键的特性： 键呈圆柱形对称，键能较大，可极化性键呈圆柱形对称，键能较大，可极化性 小，可沿键轴自由旋转。小，可沿键轴自由旋转。 CC 键是由两个碳原子各以一个键是由两个碳原子各以一个sp3杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的。杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的。如：乙烷分子的结构如：乙烷分子

16、的结构乙烷的结构乙烷的结构 由两个和两个以上碳原子组成的烷烃，由两个和两个以上碳原子组成的烷烃，除了具有除了具有CH键外，还有键外，还有CC 键。键。 由于由于键是沿成键轨道方向交盖而成，键是沿成键轨道方向交盖而成， 在碳链中，在碳链中，CCC的键角保持接近的键角保持接近 109.5。对于直链烷烃，其三维形状。对于直链烷烃，其三维形状 是曲折形，而不是直线形。是曲折形，而不是直线形。1个个C键键6个个CH键键sp3 sp3 键键sp3 1s 键键图图 2.7 乙烷的球棒模型乙烷的球棒模型图图 2.8 乙烷的比例模型乙烷的比例模型图图 2.9 乙烷的棍棒模型乙烷的棍棒模型！注意！注意：碳键并：碳

17、键并不不是排布在一个平面上，是排布在一个平面上，但为了书写方便，在写分子结构式时，仍但为了书写方便，在写分子结构式时，仍写成写成直键直键。二二 、其它烷烃的结构、其它烷烃的结构 采用采用spsp3 3杂化；杂化；键角接近键角接近1091092828。四面体结构；四面体结构； 由于由于C CC C 键的旋转使得甲基上的键的旋转使得甲基上的氢原子的相对位置不断变化，形成了许氢原子的相对位置不断变化，形成了许多不同的空间排列方式。多不同的空间排列方式。构象：构象：单键的旋转，引起分子中各原子单键的旋转，引起分子中各原子在空间的不同排布方式。在空间的不同排布方式。HHHHHHHHHHHH 透视式（透视

18、式（从斜侧面观察从斜侧面观察）纽曼投影式纽曼投影式 （从碳碳键的延长线上观察从碳碳键的延长线上观察）HHHHHHHHHHHH2. 乙烷不同构象的能量曲线图乙烷不同构象的能量曲线图 转动能：转动能：12.5kJ/mol 每对重叠氢每对重叠氢H-C-C-H 重叠张力重叠张力(扭转张力扭转张力)： 4.2kJ/mol 室温下，构象异构体室温下，构象异构体 处于迅速转化的动态处于迅速转化的动态 平衡中，平衡中，不能分离。不能分离。 乙烷交叉式构象是乙烷交叉式构象是 优势构象。优势构象。H HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HE Ek

19、kJ J/ /m mo ol lC C- -C C1 12 2. .5 5重叠式重叠式HHHHHHHHHHHH乙烷的构象乙烷的构象 纽纽曼曼投投影影式式透透视视式式交叉式交叉式HHHHHHHHHHHH纽曼纽曼(Newman)投影式：投影式：HHHHHHHHHHHHHHHHHH能量能量 / (kJmol-1)060120旋转角度旋转角度 / ( )12.6交叉式与交叉式与重叠式是重叠式是乙烷分子乙烷分子的极限构象的极限构象120120HHCH3HCH3HCH3HHCH3HHHHCH3HCH3HCH3HHH3CHH对位交叉对位交叉 部分重叠部分重叠 邻位交叉邻位交叉 全重叠全重叠 由由C2C3 键

20、旋转键旋转产生的构象：产生的构象：图图 2.13 正丁烷构象的模型正丁烷构象的模型2.4.2 丁烷的构象丁烷的构象固定固定C2原子，反时针原子，反时针旋转旋转C3原子，得到以原子，得到以下正丁烷的极限构象下正丁烷的极限构象稳定性：稳定性：对位交叉对位交叉 邻位交叉邻位交叉 部分重叠部分重叠 全重叠全重叠2.6 是鉴定有机物的依据；是鉴定有机物的依据；体现同系物的变化规律。体现同系物的变化规律。随含随含C C数增加，沸点升高；数增加，沸点升高；随含随含C C数增加，沸点升高数增加，沸点升高趋势渐缓；趋势渐缓；支链沸点，小于直链。支链沸点，小于直链。解释：解释：烷烃是非极性分子，分子间作用力烷烃是

21、非极性分子，分子间作用力色散力。色散力。色散力与分子质量成正比。色散力与分子质量成正比。CH2在不同分子中，引起的质量增加率不同。在不同分子中，引起的质量增加率不同。支链增多，分子不易彼此靠近。支链增多，分子不易彼此靠近。物质蒸汽压达到外压时的温度。物质蒸汽压达到外压时的温度。(甲甲)-161.7；(乙乙)-88.6(戊戊)36.1； (己己)68.7(异戊烷异戊烷)29.9含含C数数偶奇数各循一条变化轨偶奇数各循一条变化轨迹，偶数较高。迹，偶数较高。支链较小，对称特高。支链较小，对称特高。解释：除分子间引力外，分子对称性越好，越易排解释：除分子间引力外，分子对称性越好，越易排列成紧密的分子晶

22、体。列成紧密的分子晶体。规则的晶体排列被破坏时的温度规则的晶体排列被破坏时的温度.(戊烷戊烷)-129.8；(异戊烷异戊烷)-159.9；(新戊烷新戊烷)-16.8 随随C增加，小于水。增加，小于水。不溶于水。不溶于水。(相似相溶相似相溶)与分子组成、结构、极化度有关与分子组成、结构、极化度有关甲烷特高。甲烷特高。CH4 + 2O2CO2 + H2OCnH2n+2 +(3n+1)2O2nCO2 + (n+1)H2O增加增加O或减少或减少H氧化；增加氧化；增加H或减少或减少O还原。还原。烷烃的主要应用，作能源。烷烃的主要应用，作能源。燃烧热的应用：燃烧热的应用：正丁烷：正丁烷：-2878.2kJ

23、mol-1异丁烷：异丁烷：-2869.8kJmol-1燃烧热越高，说明体系能量越高，越不稳定。燃烧热越高，说明体系能量越高，越不稳定。燃烧热燃烧热RCH2CH2R RCOOH+RCOOHO2 120。C锰盐锰盐 1.5-3MP异构化：异构化：一个化合物转变为其异构体的反应。一个化合物转变为其异构体的反应。例如：例如：裂化：裂化：高温下使分子发生裂解的过程。产物多为高温下使分子发生裂解的过程。产物多为低级烷烃，烯烃和氢（少量）。低级烷烃，烯烃和氢（少量）。 CH3 CH3 CH CH3CH3CH2CH2CH3AlBr ,HBr27。C 热裂解热裂解裂解条件：裂解条件：5MPa，500600。裂解

24、条件：裂解条件：450500，常压，常用催化，常压，常用催化剂是硅酸铝。剂是硅酸铝。高级烷烃高级烷烃热裂解热裂解低级烷烃低级烷烃+ +少量烯烃少量烯烃原料原料催化剂催化剂450-500 。C 深度裂解可得到更多的工深度裂解可得到更多的工业原料业原料等低等低级烯烃。级烯烃。 裂解条件：裂解条件： 700 原料原料低级烯烃（主要产物）低级烯烃（主要产物）700。C以上以上1 1、甲烷的氯代反应、甲烷的氯代反应CH4CH3 +HCl反应条件：漫射光或加热反应条件：漫射光或加热400-500Cl2CH2 +HClCH +HClCl2Cl2C +HClCl2几点反应事实：几点反应事实：光照光照Cl2气和

25、气和CH4气混合物，反应可以进行；气混合物，反应可以进行；光照光照Cl2气后，迅速和气后，迅速和CH4气混合，反应可以进行；气混合，反应可以进行；光照光照CH4气后，迅速和气后，迅速和Cl2气混合，反应不能进行；气混合，反应不能进行；光照光照Cl2气，延时再和气，延时再和CH4气混合，反应不能进行。气混合，反应不能进行。2 2、甲烷的氯代反应历程、甲烷的氯代反应历程（1）ClCl光或热光或热2Cl（3）CH3 + Cl2CH3Cl + Cl （2）Cl + CH4CH3 + HCl每一步都产生一个每一步都产生一个链反应链反应链引发链引发链增长链增长反复反复进行进行（5）CH2Cl + Cl2C

26、H2Cl2 + Cl（4）Cl + CH3Cl CH2Cl + HCl自由基之间相互碰撞自由基之间相互碰撞链终止链终止Cl + CH3Cl + ClCH3 + CH3Cl2CH3ClCH3CH3CH3H光或热光或热CH3 + H ？Cl + CH4CH3Cl + H ？3 3、甲烷氯代反应的能量变化、甲烷氯代反应的能量变化链引发，为什么不是链引发，为什么不是CH3H光或热光或热CH3 + H 链增长，为什么不是链增长，为什么不是 Cl + CH4HCl + CH3Cl + CH4CH3Cl + H 离解能离解能()431HCl349CH3Cl243ClCl435CH3H能量变化是反应的基本动力

27、能量变化是反应的基本动力断裂价键断裂价键需要能量需要能量 生成价键生成价键放出能量放出能量ClCl CH3H 需要的能量越少，放出的能需要的能量越少，放出的能量越多，反应越容易进行。量越多，反应越容易进行。 HCl CH3Cl4、其他烷烃的卤代反应、其他烷烃的卤代反应 的反应活泼性和的反应活泼性和的反应选择性的反应选择性CH3CH2CH3Cl2Cl2正丙基氯正丙基氯异丙基氯异丙基氯Cl2Cl2CH3CHCH2CH3异丁基氯异丁基氯叔丁基氯叔丁基氯CH3CHCH3CH3CH3CCH3CH3CH3CH2CH2CH3CHCH3伯仲伯仲 14伯叔伯叔 15用离解能解释用离解能解释CH3CH2CH2HCH3CHHCH3CH3CHCH3CH3生成自由基，所需能量越低，即自由基所生成自由基，所需能量越低，即自由基所含能量越低，故越稳定。含能量越低，故越稳定。CH3CH2CH2+ HCH3CHCH3+ HCH3HCH3 + HCH3CCH3CH3+ H需要的能量越少，放出的能量越多，反应越容易进行。需要的能量越少，放出的能量越多，反应越容易进行。F + CH3HH F+ CH3Cl + CH3HH Cl + CH3Br + CH3HH Br + CH3I + CH3HH I+ CH3离