大学有机化学 烷烃

1、含有碳碳重键的烃类化合物。烯烃、炔烃、芳烃。分子中C原子的结合方式 环丙烷 环己烷碳原子之间均以CC单键相连，其余的价键均为H原子所饱和。 烷烃：甲烷、乙烷等； 环烷烃。烃饱和烃：不饱和烃:第二章 饱和烃烃：只含有C、H 两种元素的化合物 碳氢化合物1甲烷Methane丙烷Propane丁烷Butane乙烷Ethane2.1 烷烃的通式和命名2.1.1 烷烃的通式烷烃的通式 ： CnH2n+222.1.2 碳、氢原子的类型伯、仲、叔氢原子伯(1)、仲(2 ) 、叔(3 ) 、季(4 )碳原子32.1.3 烷基 烷基 ： 烷烃分子中去掉一个H原子,剩余的结构部分表2.1 一些烷基的名称与表示4名

2、称 缩写52.1.4 普通命名法（适用于简单烷烃） 1.按分子中碳原子数目称为“某烷”，10个碳及10个碳以下用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）表示。10个碳以上用汉字数字（如十一、十二等）表示。2.用“正”、“异”、“新”分别表示直链、一端具有异丙基或叔丁基的构造异构体。正戊烷异戊烷新戊烷6直链烷烃的命名与普通命名法基本相同。只是去掉普通命名法中的“正”字。2.1.5 系统命名法 系统命名是由三部分构成：构型标记取代基的位次、名称与排列母体名称7庚烷选取最长的碳链作为主链。若有等长的碳链，选取含支链最多的碳链为主链。1. 选择主链，确定母体名称：支链烷烃的命名步骤：根据主链的碳

3、数，称“某烷” 。82. 编号（主链上的碳原子） 从近支链一端依次用阿拉伯数字编号。 当编号有几种可能时，应选择具有“最低系列”的编号。 “最低系列”是指碳链有几种编号时，则有几个系列，顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到位次最小的系列为最低系列。9( I ) 系列编号：3，4，7最低系列( II ) 系列编号：3，6，7102-甲基 -5-（1，1-二甲基丙基）癸烷支链上有取代基，则从和主链相连的碳原子开始将支链碳依次编号，并将取代基位号、名称及支链名写在括号内。11 当含有几个相同的取代基时，用“一、二、三、 四” 表示其个数，逐个标明其位号 ，并用 逗号分开。3. 取代基的位号、名称排

4、列 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，加上它的位号，并用半字线“-”将两者连接。 当含有几个不同的取代基时，按照“次序规则”，列出基团的顺序大小次序。将顺序较大的基团(较优基团)列在后面，各取代基之间用 半字线“-”连接。12 顺序规则 单原子取代基,按原子序数大小排列，未共用电子最小。原子序数大,顺序大；原子次序小,顺序小；同位素中质量高的,顺序大。顺序大的原子或基团为较优基团。 多原子基团第一个原子相同,则比较与其相连的其它原子。13 含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。乙炔基 乙烯基 叔丁基 141234567893,7-二甲基-4-乙基壬烷5-丙基-

5、4-异丙基壬烷15IUPAC Nomenclature of alkanes :直链烷烃(Unbranched alkanes)MethaneEthanePropaneButanePentaneHexaneHeptaneOctaneNonaneDecane1234567891016支链烷烃 取代基的位次按照取代基第一个字母在 字母表中的顺序排列：与中文命名不同的是：4-Isopropyl-5-propylnonane17课堂练习：182.2 烷烃的分子结构和同分异构2.2.1 键的形成和烷烃的结构C :1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基态时的电子构型：sp3杂化轨道:基态2

6、p2s1s电子跃迁激发态2p2s1ssp3-杂化态杂化1ssp3 sp3 杂化轨道形成过程示意图19在甲烷分子中，C 原子是sp3杂化。s 轨道成分：1/4； p 轨道成分：3/4。 sp3杂化轨道20sp3-1s 键4个CH 键 甲烷的结构sp3杂化的碳原子，四面体21 甲烷的球棍模型和比例模型22 CC 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。如：乙烷分子的结构乙烷的结构（用模型） 由两个和两个以上碳原子组成的烷烃，除了具有CH键外，还有CC 键。231个C键6个CH键sp3 sp3 键sp3 1s 键 乙烷的球棒模型和比例模型24键的特性： 键呈圆柱型对称，键能较大

7、，可极化性 小，可沿键轴自由旋转。 由于键是沿成键轨道方向交盖而成，在 碳链中，CCC的键角保持了接近 109.5。对于直链烷烃，其三维形状是 曲折型，而不是直线型。25 四个C-H键六个C-H键 一个C-C键烷烃分子立体形状表示法：透视式实线-键在纸平面上; 楔线-键在纸平面前; 虚线-键在纸平面后。 烷烃分子立体形状表示法262.2.2 烷烃的同分异构1. 烷烃的构造异构正戊烷 异戊 烷新戊烷碳胳（链）异构27 由于键呈圆柱状对称，CC单键能够发生旋转，由此而导致的分子中的原子或原子团在空间的排布方式不同，分子的这种立体形象构象(Conformation)。或分子中原子或原子团绕单键旋转而

8、产生的不同排列形式称为构象.2. 烷烃的构象 (1 )乙烷的构象 由此产生的异构体 构象异构体 28重叠式乙烷的构象 纽曼投影式透视式交叉式优势构象29重叠式构象中： 前后两个H原子相距最近，CH键之间键电子云的斥力最大，所以能量最高。交叉式构象中： 前后两个H原子相距最远，CH键之间键电子云的斥力最小，所以能量最低，是优势构象(最稳定构象)。 重叠式构象要趋向最稳定的交叉式构象。 扭转张力：将分子最稳定构象转变成全重叠构象所需要的能量。30纽曼(Newman)投影式：能量 (kJ.mol-1)060120旋转角度 / ( )12.6交叉式与重叠式是乙烷分子的极限构象12012031对位交叉

9、部分重叠 部分交叉 全重叠 由C2C3 键旋转产生的构象： 丁烷的模型(2 )丁烷的构象固定C2原子，反时针旋转C3原子，得到以下丁烷的极限构象32稳定性：对位交叉式 部分交叉式 部分重叠式 全重叠式丁烷C(2)-C(3)键旋转引起的各构象的能量变化33 讨 论 题 （1）将右式化合物改写成纽曼式，并用纽曼式表示其优势构象。（2）下列哪一对化合物是等同的？（假定C-C单键可以自由旋转）342.3 烷烃的性质 物理常数：单一纯净的有机化合物在一定的条件下其物理性质为一固定值。 有机化合物的物理性质：物态、熔点(m.p.)、沸点(b.p.)、相对密度(d)、折射率(nD) 和溶解度(s)等。物理常

10、数已知化合物的鉴定不同化合物的分离测定利 用烷烃：无色、有一定的气味。2.3.1 物理性质351. 沸点 有机物的沸点高低取决于氢键和分子间力的大小。分子间力又与分子的分子量、极性、表面积呈正相关。有氢键分子量大极性大无支链沸点高36 当C原子数相同时，含支链越多的烷烃，相应的沸点越低沸点() 36.1 27. 9 9.5 分子量大的分子，其表面积增大，分子间力(色散力)增大，其沸点随之升高。 直链烷烃的沸点(bp)随分子量的增加而升高。372 . 熔点直链烷烃熔点(mp)随分子量的增加而升高。 偶数碳原子烷烃与奇数原子烷烃相比，其熔点升高较多。 熔化主要需要克服晶格能，有机物一般是分子晶体，

11、熔点高低取决于分子的分子量、极性和对称性的大小。分子量大极性大对称性大熔点高38 C原子数相同烷烃的不同异构体，对称性大的异构体具有较高的熔点。熔点() -130 -160 -17C原子数相同的环烷烃的沸点、熔点均高于烷烃。3. 相对密度烷烃比水轻， 其相对密度都小于14 .溶解度烷烃几乎不溶于水，而易溶于有机溶剂395 .折光率 在一定的波长的光源和一定的温度条件下，折光率对确定的化合物是一个常数。正丁烷 1.3397正己烷 1.37环戊烷 1.406环己烷 1.4266折光率(n D 20)名称402.3.2 烷烃的化学性质1 .自由基取代反应 饱和烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取代的

12、反应取代反应。 通过自由基进行的取代(H原子) 反应自由基取代反应。 键牢固，不易断裂； CH键的极性小，不易异裂，可均裂。41(1) 卤代（化）反应： 在光、高温或催化剂作用下，烷烃与卤素分子反应，生成卤代烷和卤化氢。烷烃 卤素 卤代烷 卤化氢乙烷氯氯乙烷(78%)42链增长链终止链引发产生自由基产生甲基自由基产生新的氯自由基自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止整个反应经历三个阶段：链引发、链增长、链终止。此自由基反应也称链锁反应或链反应。(2) 卤代反应的机理反应机理是化学反应所经历的途径或过程。43链增长阶段： 自由基与分子的反应自由基分别与反应物分子和产物分子反应。44(3) 卤化反应的取向与自由基的稳定性 当卤分子同含有不同种类H原子的烷烃反应时，取代的位置不同。丙烷 1-氯丙烷(45%) 2-氯丙烷(55%)45异丁烷的一元氯化反应：异丁烷 异丁基氯(64%) 叔丁基氯(36%)伯氢： 9 产率： 64%叔氢： 1 36%叔氢伯氢=64 / 936 / 115氢被取代的反应活性比：46反应的取向与自由基的稳定性相关。 自由基稳定性依次增大H原子被取代的活性次序：叔氢 仲氢 伯氢反应活性比 5.0 3.5 1.0(伯)(仲)(叔)1o2o3o自由基稳定性： 3 R 2 R 1 R CH347(4) 反应活性与选择