A2第二章 烷烃

1、第二章第二章 烷烃烷烃2.1 烷烃的通式和构造异构烷烃的通式和构造异构2.2 烷烃的命名烷烃的命名2.3 烷烃的结构烷烃的结构2.4 烷烃的构象烷烃的构象2.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质2.6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质烃烃(hydrocarbons)：只含有只含有C、H 两种元素的化合物两种元素的化合物 碳氢化合物碳氢化合物烃烃脂肪烃脂肪烃 环环 烃烃 烃分子中碳原子连接成链状烃分子中碳原子连接成链状（乙烷、丁烷）（乙烷、丁烷）烃分子中碳原子连接成环状烃分子中碳原子连接成环状（脂环烃、芳烃）（脂环烃、芳烃）碳骨架碳骨架类型类型含有碳碳重键的烃类化合物。含有碳碳重键的烃类化合物。(烯烃、

2、炔烃、芳烃等烯烃、炔烃、芳烃等)分子中分子中C原子原子的结合方式的结合方式碳原子之间均以碳原子之间均以CC单键相连，其余的单键相连，其余的价键均为价键均为H原子所饱和。原子所饱和。 烷烃烷烃(alkanes)：碳骨架是开链的：碳骨架是开链的 （CH4、C2H6） 环烷烃环烷烃(cycloalkanes):碳骨架是环状的碳骨架是环状的烃烃饱和烃：饱和烃： 不饱和烃不饱和烃:(unsaturatedhydrocarbons)(saturatedhydrocarbons)烷烃的通式烷烃的通式 ： CnH2n+2甲烷甲烷methane丙烷丙烷propane丁烷丁烷butane乙烷乙烷ethaneCHH

3、HHCHHCHHHCHHCHHHCHHHCHHCHHHCHHHCHHH一、烷烃的通式一、烷烃的通式2.1 烷烃的通式和构造异构烷烃的通式和构造异构二、同系列二、同系列具有同一通式，在组成上相差一个或几个具有同一通式，在组成上相差一个或几个CH2，且，且结构和性质相似的一系列化合物称为同系列。结构和性质相似的一系列化合物称为同系列。三、同系物三、同系物同系列中各个化合物互称同系物同系列中各个化合物互称同系物四、同分异构现象四、同分异构现象分子式相同，但构造、构型、或构象不同的化合物称为同分异构体，这种分子式相同，但构造、构型、或构象不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为同分异构现象。现象称为同

4、分异构现象。同分同分异构异构构造构造异构异构立体立体异构异构位置异构位置异构碳链异构碳链异构官能团异构官能团异构互变异构互变异构构型异构构型异构构象异构构象异构顺反异构顺反异构光学异构光学异构各原子的不同连接各原子的不同连接次序和方式引起的次序和方式引起的异构异构各原子或基团不各原子或基团不同的空间排布方同的空间排布方式引起的异构式引起的异构C4H10：正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3碳链碳链异构异构C5H12:正戊烷正戊烷 异戊异戊 烷烷新戊烷新戊烷CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH3 2.2 烷烃的命名烷

5、烃的命名 (nomenclature of alkanes and cycloalkanes)一、一、碳原子和氢原子的类型碳原子和氢原子的类型伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子 C CHHHHHCCH3HCCH3CH3CH31 1碳碳原原子子2 2碳碳原原子子3 3碳碳原原子子4 4碳碳原原子子伯、仲、叔氢原子伯、仲、叔氢原子CCCHHH3CHCH3CH31 1氢氢原原子子3 3氢氢原原子子2 2氢氢原原子子二、烷基二、烷基烷基烷基 (alkyl groups): 从烷烃中去掉一个从烷烃中去掉一个H 原子后余下的基团原子后余下的基团RHR名称 缩写CH3HCH3甲基 MeCH3CH2HC

6、H3CH2乙基 Et(methyl)(ethyl)CH3CH2CH2HCH3CH2CH2正丙基(propyl)Pr表表2.1 一些烷基的名称与表示一些烷基的名称与表示CH3CHCH3异丙基异丙基(iso-propyl)i-PrCH3CH2CH2CH2H CH3CH2CH2CH2正丁基(butyl)BuCH3CH2CHCH3仲丁基(sec-butyl)s-BuCCH3CH3CH3叔丁基(tert-butyl)t-BuCH3CHCH3CH3CH3CHCH2CH3异丁基(iso-butyl)i-BuRHR名称名称 缩写缩写正烷基：去掉直链烷烃末端氢原子所得的烷基正烷基：去掉直链烷烃末端氢原子所得的烷

7、基仲烷基：去掉一个仲氢原子所得的烷基仲烷基：去掉一个仲氢原子所得的烷基异烷基：具有异烷基：具有(CH3)2CH-(CH2)n型的烷基型的烷基叔烷基：去掉一个叔氢原子所得的烷基叔烷基：去掉一个叔氢原子所得的烷基亚烷基：亚烷基：烷烃分子中去掉两个氢原子后余下的基团烷烃分子中去掉两个氢原子后余下的基团CH2亚甲基CHCH3亚乙基1,2-亚乙基CH2CH2亚异丙基C(CH3)21,6-亚己基(或六亚甲基)CH2(CH2)4CH2三、烷烃的命名三、烷烃的命名 A 普通命名法普通命名法 分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳原子数在辛、壬、癸表示碳原子数在10

8、个以下的个以下的碳的数目；碳的数目；C原子数大于原子数大于10的用十一、的用十一、十二等数字表示。十二等数字表示。 用用“正正”、“异异”、“新新”分别表示分别表示直链直链、一端、一端具有具有异丙基异丙基或或叔丁基叔丁基的构造异构体。的构造异构体。正戊烷正戊烷(pentane)异戊烷异戊烷(isopentane)新戊烷新戊烷(neopentane)CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH3B 衍生命名法衍生命名法 以甲烷为母体，把其它的烷烃都看作是以甲烷为母体，把其它的烷烃都看作是甲烷的烷基衍生物。甲烷的烷基衍生物。 选择连接烷基最多的选择连接烷基最多

9、的C原子作为母体甲烷原子作为母体甲烷 按照次序规则，将按照次序规则，将 “优先优先”的基团后列出的基团后列出CH3CHCH2CH3CH3二甲基乙基甲烷二甲基乙基甲烷 二甲基乙基异丙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷CH2CCH3CHCH3CH3CH3CH3母体母体 取代基取代基的的位次与名称位次与名称化合物化合物的的名称名称碳原子的个数碳原子的个数 直链烷烃的命名与普通命名法相同。直链烷烃的命名与普通命名法相同。C 系统命名法系统命名法 系统命名是由三部分构成：系统命名是由三部分构成：International Union of Pure and AppliedChemistry，缩写作，缩写作IUP

10、AC（1）选最长的碳链作为主链。）选最长的碳链作为主链。1、选择主链，确定母体、选择主链，确定母体支链烷烃的命名，按以下步骤进行：支链烷烃的命名，按以下步骤进行：CH3CH2CH2CHCH CH2CH2CHCH3CH3CH2CH2CH3CH2CH3CH3CH2CH CH2CH2CH CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3（2）几条碳链等长时，选支链最多的链为主链。）几条碳链等长时，选支链最多的链为主链。 CHCH CH CH2CH2CH3CH3CH3CH3CH CH3CH2CH32、标位次、标位次（1）从靠近支链最近的一端开始编号。）从靠近支链最近的一端开始编号。CH3CH2CH2CHCH

11、CH2CH2CHCH3CH3CH2CH2CH3CH2CH3756891 2 3 4（2）当主链编号有几种可能时，应选择支链具有）当主链编号有几种可能时，应选择支链具有“最低系列最低系列”的编号。的编号。CH3CH2CH CH2CH2CH CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3123456789CH3CH2CH CH2CH2CH CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3987654321最低系列原则：碳链以不同方式编号时，若有不止一种可能的系列，则最低系列原则：碳链以不同方式编号时，若有不止一种可能的系列，则需顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者为最低系列。需顺次逐项比较各系列的

12、不同位次，最先遇到的位次最小者为最低系列。CH3CH2CH2CH2CH2CH CH2CCH2CHCH2CH3CH3CH3CH3CH310 9 8 7 6 5 4 3 2 1123（3）若支链上还有取代基，要进行遍小号。）若支链上还有取代基，要进行遍小号。 3、写名称、写名称 将取代基的名称写在烷烃名称的前面，在将取代基的名称写在烷烃名称的前面，在 取代基名称的前面，加上它的位次号，并取代基名称的前面，加上它的位次号，并 用半字线用半字线“”将两者连接。将两者连接。 当含有几个不同的取代基时，按照当含有几个不同的取代基时，按照“次序次序 规则规则”，将，将“优先优先”的基团列在后面，各取的基团列

13、在后面，各取 代基代基 之间用半字线之间用半字线“”连接。连接。 当含有几个相同的取代基时，用当含有几个相同的取代基时，用“二、二、 三、四三、四”表示其个数，逐个标明其位次表示其个数，逐个标明其位次 号号 ，并用逗号分开。，并用逗号分开。CH3CH2CH CH2CH2CH CH2CH3CH3CHCH2CH3CH35丙基丙基4异丙基壬烷异丙基壬烷1234567893,7二甲基二甲基4乙基壬烷乙基壬烷CH3CH2CH2CHCH CH2CH2CHCH3CH3CH2CH2CH3CH2CH3756891 2 3 4CH3CH2CH2CH2CH2CH CH2CCH2CHCH2CH3CH3CH3CH3CH

14、310 9 8 7 6 5 4 3 2 11232-甲基甲基-5-1,1-二甲基丙基癸烷二甲基丙基癸烷2-甲基甲基-5-(1,1-二甲基丙基二甲基丙基)癸烷癸烷CH3CH2CH2CH2CH2CH CH2CCH2CHCH2CH3CH3CH3CH3CH310 9 8 7 6 5 4 3 2 1123 2.3 烷烃的结构烷烃的结构一、碳原子轨道的一、碳原子轨道的sp3杂化杂化C :1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基态时的电子构型：碳原子在基态时的电子构型：sp3杂化轨道杂化轨道(hybrid orbitals) :2s2p2s2psp3跃 迁sp3杂化每个每个sp3杂化轨道含杂化

15、轨道含1/4 s 成分和成分和 3/4 p成分成分碳原子的碳原子的sp3杂化轨道杂化轨道sp3杂化轨道杂化轨道sp3杂化的碳原子，四面体构型杂化的碳原子，四面体构型二、二、键的形成及其特性键的形成及其特性 原子原子 轨道沿核间联线（键轴）相互交盖，形成轨道沿核间联线（键轴）相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称的轨道称为对键轴呈圆柱形对称的轨道称为 轨道轨道。 轨道上的轨道上的电子称为电子称为电子，电子，轨道构成的共价键称为轨道构成的共价键称为键键。1、 键的形成键的形成sp3 1s 键键4个个CH 键键甲烷的结构甲烷的结构CHHHH甲烷的球棍模型甲烷的球棍模型甲烷的比例模型甲烷的比例模型CC 键是

16、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。1个个C键键6个个CH键键sp3 sp3 键键sp3 1s 键键乙烷的球棒模型乙烷的球棒模型乙烷的比例模型乙烷的比例模型乙烷的棍棒模型乙烷的棍棒模型成键电子云沿键轴对称分布，即成键电子云呈圆柱形轴对称；成键电子云沿键轴对称分布，即成键电子云呈圆柱形轴对称；键所键连的两个原子可以绕键所键连的两个原子可以绕键轴

17、自由旋转；键轴自由旋转；键能较大，可极化性较小。键能较大，可极化性较小。由于由于键是沿成键轨道对称轴方向交盖而成，在键是沿成键轨道对称轴方向交盖而成，在碳链中，碳链中，CCC的键角保持接近的键角保持接近109.5。对。对于直链烷烃，其三维形状是曲折形，而不是直于直链烷烃，其三维形状是曲折形，而不是直线形。线形。2、 键的特性键的特性正丁烷的球棒模型正丁烷的球棒模型正丁烷的比例模型正丁烷的比例模型正十五烷正十五烷曲折形曲折形由于围绕由于围绕键旋转而产生的分子中各原子键旋转而产生的分子中各原子或基团在空间的不同排布方式称为或基团在空间的不同排布方式称为构象。构象。2.4 烷烃的构象烷烃的构象一、构

18、一、构象象 (conformation) 构象构象异构体异构体 (conformers)-由此产生的异构体由此产生的异构体重叠式（顺叠式）重叠式（顺叠式）HHHHHHHHHHHH二、乙烷的构象二、乙烷的构象 纽纽曼曼投投影影式式锯锯架架式式交叉式（反叠式）交叉式（反叠式）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1201202.5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质 物理常数物理常数：单一纯净的有

19、机化合物在一定的：单一纯净的有机化合物在一定的条件下其物理常数为一固定值。条件下其物理常数为一固定值。t 有机化合物的物理性质有机化合物的物理性质：物态、熔点：物态、熔点(mp)、沸点沸点(bp)、相对密度、相对密度(d)、折射率、折射率( )和溶解度和溶解度(s)等。等。nD物理常数物理常数已知化合物的鉴定已知化合物的鉴定不同化合物的分离不同化合物的分离测定测定利利 用用烷烃：无色、有一定的气味。烷烃：无色、有一定的气味。一、沸点一、沸点直链烷烃的沸点随相对分子质量的增加而升高。直链烷烃的沸点随相对分子质量的增加而升高。同同C原子数的烷烃异构体原子数的烷烃异构体-支链越多，沸点越低。支链越多

20、，沸点越低。CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3CH3CCH3CH3CH3沸点沸点/ 36.1 27. 9 9.5沸点与分子间的作用力沸点与分子间的作用力van der Waals 力相关。力相关。相对分子质量大的分子，其表面积增大，分子相对分子质量大的分子，其表面积增大，分子间间van der Waals 力力色散力增大，其沸点随色散力增大，其沸点随之升高。之升高。二、熔点二、熔点烷烃熔点的变化基本上与沸点相似。烷烃熔点的变化基本上与沸点相似。直链烷烃熔点随相对分子质量的增加而升高。直链烷烃熔点随相对分子质量的增加而升高。 偶数碳原子烷烃与奇数原子烷烃相比，偶数碳原子烷

21、烃与奇数原子烷烃相比，其熔点升高较多。其熔点升高较多。烷烃的熔点与分子中所含碳原子数的关系图烷烃的熔点与分子中所含碳原子数的关系图-300-200-1000100200300温度（）12345678910 11 12 13 14C原子数烷烃熔沸点图熔点沸点 烷烃熔、沸点图烷烃熔、沸点图 温度 / 碳原子数 C原子数相同烷烃的不同异构体，对称性原子数相同烷烃的不同异构体，对称性较好的异构体具有较高的熔点。较好的异构体具有较高的熔点。CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3CH3CCH3CH3CH3熔点熔点/ -130 -160 -17四、相对密度四、相对密度烷烃比水轻，烷烃比水

22、轻， 其相对密度都小于其相对密度都小于1三、溶解度三、溶解度烷烃几乎不溶于水，而易溶于有机溶剂烷烃几乎不溶于水，而易溶于有机溶剂五、折射率五、折射率 在一定的波长的光源和一定的温度条件在一定的波长的光源和一定的温度条件下，折射率对确定的化合物是一个常数。下，折射率对确定的化合物是一个常数。正丁烷正丁烷 1.3397正己烷正己烷 1.37环戊烷环戊烷 1.406环己烷环己烷 1.4266折射率折射率(n20)D名称名称2.6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质一、自由基取代反应一、自由基取代反应取代反应取代反应-饱和烃分子中的饱和烃分子中的H原子被其它原子或基团所取代的反应原子被其它原子或基团所取代的

23、反应 RH +XRX + HXX自由基取代反应自由基取代反应-通过自由基取代通过自由基取代H原子的反应原子的反应1、卤化反应、卤化反应(halogenation)：烷烃烷烃 卤素卤素 卤代烷卤代烷 卤化氢卤化氢R H + X2h或RX + HX在漫射光或热的作用下，烷烃发生卤代反应在漫射光或热的作用下，烷烃发生卤代反应CH4 Cl2+漫射光CH3Cl Cl2+漫射光漫射光+CH2Cl2 HCl+CHCl3 HCl+CCl4 HClCHCl3 Cl2+CH2Cl2 Cl2+CH3Cl HCl 100kJ mol-1甲烷的氯化较难停留在一氯化阶段：甲烷的氯化较难停留在一氯化阶段：漫射光 产物为四种

24、氯甲烷的混合物，氯气过量时主要得产物为四种氯甲烷的混合物，氯气过量时主要得到四氯化碳，甲烷过量时主要得到一氯甲烷。到四氯化碳，甲烷过量时主要得到一氯甲烷。CCHHHHHH + ClCl420 CCCHHHHHCl+ HCl乙烷乙烷氯乙烷氯乙烷(78%)工业上合成洗涤剂的主要成分工业上合成洗涤剂的主要成分十二烷基苯磺酸钠的原料之一十二烷基苯磺酸钠的原料之一一氯代十二烷是由主要含十二个碳原子的直链烷烃直接卤化制备：一氯代十二烷是由主要含十二个碳原子的直链烷烃直接卤化制备： C12H26 + Cl2120 CC12H25Cl + HCl十二烷十二烷 氯代十二烷氯代十二烷Cl Clh或2ClCl H

25、CH3+HCl CH3CH3 Cl Cl+CH3Cl ClCl Cl+ClClCH3 CH3+CH3CH3CH3 Cl+CH3Cl2、卤化的反应机理、卤化的反应机理链引发链引发链终止链终止链增长链增长烷烃卤化是自由基连锁反应，也叫链反应。烷烃卤化是自由基连锁反应，也叫链反应。一般说，链反应分为链引发、链增长和链终止三个阶段：一般说，链反应分为链引发、链增长和链终止三个阶段：反应机理是化学反应所经历的途径或过程（亦称反应历程）反应机理是化学反应所经历的途径或过程（亦称反应历程）象这种每一步反应都生成一个新的自由基，因而使反应可以不象这种每一步反应都生成一个新的自由基，因而使反应可以不断继续进行下去的反应叫做连锁反应，也叫链反应。断继续进行下去的反应叫做连锁反应，也叫链反应。3、卤化反应的取向与自由基的稳定性、卤化反应的取向与自由基的稳定性CH3CH2CH3 + Cl2hCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3Cl丙烷丙烷 1氯丙烷氯丙烷(45%) 2氯丙烷氯丙烷(55%)CH3CHCH3CH3h25/Cl2CH3CHCH2ClCH3+ CH3CCH3CH3Cl异丁烷异丁烷 异丁基氯异