1、第二章 烷烃内容提要1 1、烷烃的同系列和同分异构现象；、烷烃的同系列和同分异构现象；、烷烃的同系列和同分异构现象；、烷烃的同系列和同分异构现象；2 2、烷烃的命名；、烷烃的命名；、烷烃的命名；、烷烃的命名；3 3、烷烃的结构；烷烃的结构；烷烃的结构；烷烃的结构；4 4、烷烃的物理性质；、烷烃的物理性质；、烷烃的物理性质；、烷烃的物理性质；5 5、烷烃的化学性质、烷烃的化学性质、烷烃的化学性质、烷烃的化学性质概述：概述：概述：概述：只由只由只由只由C C和和和和 H H 组成的有机物组成的有机物组成的有机物组成的有机物-碳氢化合物碳氢化合物碳氢化合物碳氢化合物 t tanan q qingin
2、g=tingting（烃）（烃）（烃）（烃）1、烷烃的同系列及同分异构现象、烷烃的同系列及同分异构现象一、烷烃的同系列：一、烷烃的同系列：通式：通式：C Cn nHH2n+22n+2 甲烷甲烷甲烷甲烷 乙烷乙烷乙烷乙烷 丙烷丙烷丙烷丙烷相邻两个化合物的组成之差相邻两个化合物的组成之差相邻两个化合物的组成之差相邻两个化合物的组成之差 CHCH2 2-系差系差系差系差同系列是有机化合物的普遍现象同系列是有机化合物的普遍现象同系列是有机化合物的普遍现象同系列是有机化合物的普遍现象甲、乙、丙烷：甲、乙、丙烷：甲、乙、丙烷：甲、乙、丙烷：C C原子只有一种连接方式原子只有一种连接方式原子只有一种连接方式
3、原子只有一种连接方式 无异构体无异构体无异构体无异构体丁烷：丁烷：丁烷：丁烷：C C原子有二种连接方式：原子有二种连接方式：原子有二种连接方式：原子有二种连接方式：分子式相同，构造不同分子式相同，构造不同-构造异构体（这里构造异构体（这里是碳干异构体）是碳干异构体）二、烷烃的异构现象：二、烷烃的异构现象：戊烷有戊烷有戊烷有戊烷有3 3种异构体：种异构体：种异构体：种异构体：可由数学方法推算出：可由数学方法推算出：C=10 75 种异构体种异构体 C=20 366319 种异构体种异构体 .简单烷烃异构体的推导方法：简单烷烃异构体的推导方法：写出该烷烃的最长直链；写出该烷烃的最长直链；写出该烷烃
4、的最长直链；写出该烷烃的最长直链；写出少一个碳原子的直链，把这个碳原子作为取写出少一个碳原子的直链，把这个碳原子作为取写出少一个碳原子的直链，把这个碳原子作为取写出少一个碳原子的直链，把这个碳原子作为取代基，取代不同碳原子上的氢；代基，取代不同碳原子上的氢；代基，取代不同碳原子上的氢；代基，取代不同碳原子上的氢；写出少写出少写出少写出少2 2个个个个C C原子的直链，（原子的直链，（原子的直链，（原子的直链，（1 1）把少下来的）把少下来的）把少下来的）把少下来的2 2个个个个C C原子作为原子作为原子作为原子作为2 2个甲基取代基，依次取代同一个甲基取代基，依次取代同一个甲基取代基，依次取代
5、同一个甲基取代基，依次取代同一C C原子上原子上原子上原子上的氢或不同的氢或不同的氢或不同的氢或不同C C原子上的氢；（原子上的氢；（原子上的氢；（原子上的氢；（2 2）作为一个乙基取）作为一个乙基取）作为一个乙基取）作为一个乙基取代基代基代基代基 .注意扣去重复的结构式注意扣去重复的结构式注意扣去重复的结构式注意扣去重复的结构式-剩下的即为剩下的即为剩下的即为剩下的即为 所有同分异构体所有同分异构体所有同分异构体所有同分异构体,以己烷为例以己烷为例以己烷为例以己烷为例三、碳原子和氢原子的类型三、碳原子和氢原子的类型根据根据根据根据碳碳碳碳原子在分子中的连接情况不同分为：原子在分子中的连接情况
6、不同分为：原子在分子中的连接情况不同分为：原子在分子中的连接情况不同分为：只与一个碳相连只与一个碳相连只与一个碳相连只与一个碳相连 一级碳一级碳一级碳一级碳 1 1o o 伯碳伯碳伯碳伯碳 与二个碳相连与二个碳相连与二个碳相连与二个碳相连 二级碳二级碳二级碳二级碳 2 2o o 仲碳仲碳仲碳仲碳 与三个碳相连与三个碳相连与三个碳相连与三个碳相连 三级碳三级碳三级碳三级碳 3 3o o 叔碳叔碳叔碳叔碳 与四个碳相连与四个碳相连与四个碳相连与四个碳相连 四级碳四级碳四级碳四级碳 4 4o o 季碳季碳季碳季碳H的分类：的分类：与一级碳相连的与一级碳相连的 一级氢一级氢 1o 伯氢伯氢余类推余类推
7、但无（但无4oH）表表1、常见的烷基及其表示法、常见的烷基及其表示法 烷基 中文名 英文名 缩写 -CH3 甲基 methyl Me -CH2CH3 乙基 ethyl Et -CH2CH2CH3 正丙基 n-propyl n-Pr 异丙基 i-propyl i-Pr-CH2CH2CH2CH3 正丁基 n-buthyl n-Bu 异丁基 i-buthyl i-Bu 仲丁基 s-buthyl s-Bu 叔丁基 t-buthylt-Bu 新戊基 neopentyl2、烷烃的命名有机物数目多、结构复杂，命名重要；烷烃命名是基础。有机物数目多、结构复杂，命名重要；烷烃命名是基础。有机物数目多、结构复杂
8、命名重要；烷烃命名是基础。有机物数目多、结构复杂，命名重要；烷烃命名是基础。要求：见到名称能写出其结构式，反之亦然要求：见到名称能写出其结构式，反之亦然要求：见到名称能写出其结构式，反之亦然要求：见到名称能写出其结构式，反之亦然。一、普通命名法：一、普通命名法：直链烷烃直链烷烃-正正“n”烷（烷（n=C原子数）原子数）n=110：用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示 n11：用中文数字表示用中文数字表示例如例如 C11H24 十一烷十一烷用正、异、新区别同分异构体，如：用正、异、新区别同分异构体，如：二、系统命名法二、系统命名法发展历史：发
9、展历史：IUPAC 我国我国 1892日内瓦国际会议首次拟定日内瓦国际会议首次拟定 1957修订修订 1960修订修订 1979 最后修订最后修订 1980补充增订补充增订只适用于简单化合物，右边化合物叫？只适用于简单化合物，右边化合物叫？必须用系统命名法：必须用系统命名法：要点：要点：1、选取最长的碳链作主链，称为某烷；支链当作取代基；、选取最长的碳链作主链，称为某烷；支链当作取代基；2、从距离取代基近的一端开始，给主链碳原子编号，、从距离取代基近的一端开始，给主链碳原子编号，使取代基的位次最小（若与两端最近等距位置上有不同使取代基的位次最小（若与两端最近等距位置上有不同 取代基，则按顺序规
10、则，从取代基顺序较小的一端编号）取代基，则按顺序规则，从取代基顺序较小的一端编号）3、取代基的列出次序：、取代基的列出次序：含有几个不同取代基时，按顺序规则由小到大依次列出；含有几个不同取代基时，按顺序规则由小到大依次列出；(原子优先顺序：原子优先顺序：IBrClSPFONCDH)含有几个相同取代基时，合并列出，取代基数目用二、三、四含有几个相同取代基时，合并列出，取代基数目用二、三、四.等中文数字表示，写在取代基名称前面，其位次用阿拉伯等中文数字表示，写在取代基名称前面，其位次用阿拉伯数字逐个表明，位次之间用数字逐个表明，位次之间用“，”隔开；隔开；4、碳链等长时，应选择取代基较多的链为主链
11、碳链等长时，应选择取代基较多的链为主链：5、复杂取代基的编号，从与主链相连的碳原子开始、复杂取代基的编号，从与主链相连的碳原子开始注意！注意！1969年年 IUPAC放弃了取代基按顺序由小到大列出放弃了取代基按顺序由小到大列出的规定，改为按英文名称第一个字母的次序列出的规定，改为按英文名称第一个字母的次序列出取代基（取代基（mono,di,tri,tetra,penta,hexa,及及 n,sec,t 等词头不参加排序；但等词头不参加排序；但iso,neo参加排序）参加排序）中英文命名比较：中英文命名比较：3、烷烃的构型一、碳原子的正四面体构型：一、碳原子的正四面体构型：一、碳原子的正四面
12、体构型：一、碳原子的正四面体构型：实验实验事实：事实：1874 Vant Hoff(范范霍霍夫夫)和和Lebal(勒勒贝贝尔尔)提提出出碳碳 原原 子子 四四 个个 价价 键键 的的四四面面体体结结构构：二、碳原子的SP3杂化：碳原子的外层电子结构：碳原子的外层电子结构：2S2 2P2，只有只有2个未成对的个未成对的P电子，但碳原子倾向于生成四价化合物电子，但碳原子倾向于生成四价化合物激发后，四个未成对电子都能成键：激发后，四个未成对电子都能成键：多生成2个C-H键 -830kJ/mol富余 -429 kJ/mol但但S轨道与轨道与P轨道不等价，如何解释四个轨道不等价，如何解释四个C-H完全等
13、价的事实？完全等价的事实？1931年年Pauling 提出提出SP3杂化：杂化：量子力学计算表明：量子力学计算表明：SP3杂化轨道比单纯的杂化轨道比单纯的S或或P轨道的成键能力都明显增强轨道的成键能力都明显增强轨道轨道：S P SP SP2 SP3成键能力成键能力 1 1.732 1.933 1.991 24、烷烃的构象SPSP等性杂化轨道之间夹角的量子力学计算公式等性杂化轨道之间夹角的量子力学计算公式等性杂化轨道之间夹角的量子力学计算公式等性杂化轨道之间夹角的量子力学计算公式:烷烃中碳原子都成烷烃中碳原子都成SP3杂化，键角杂化，键角109o28,故烷故烷烃中碳链实际上不是直链，而是呈锯齿状
14、烃中碳链实际上不是直链，而是呈锯齿状：一、乙烷的构象一、乙烷的构象乙烷中的乙烷中的C-C键，电子云键，电子云沿键轴方向交叠沿键轴方向交叠，这样形成，这样形成的化学键称为的化学键称为键键。键具有如下特点：键具有如下特点：1.电子云沿键轴成圆柱形对称。电子云沿键轴成圆柱形对称。2.成键原子可沿对称轴成键原子可沿对称轴“自由自由”旋转。旋转。3.电子云集中于两核之间（键稳定）电子云集中于两核之间（键稳定）4.电子云可极化性小。电子云可极化性小。乙烷两个碳原子可以绕他们之间的乙烷两个碳原子可以绕他们之间的键自由旋转，两个碳键自由旋转，两个碳原子上各连接的三个氢原子的相对位置不断变化，由此原子上各连接
15、的三个氢原子的相对位置不断变化，由此产生的不同空间形象，称为产生的不同空间形象，称为构象构象。乙烷的两种代表性构象：乙烷的两种代表性构象：(1).重叠式（重叠式（eclipsed）(2).交叉式（交叉式（staggered）重叠式和交叉式是乙烷分子构象中的两种极端，还有无重叠式和交叉式是乙烷分子构象中的两种极端，还有无数中间状态。数中间状态。两个两个C原子沿原子沿C-C键旋转键旋转360o全过程的能量变化曲线：全过程的能量变化曲线：a.“自由自由”旋转有旋转有 12.1kJ/mol 能垒能垒,分子常温热运动分子常温热运动 的动能的动能83.6kJ/molb.产生能产生能垒垒的原因：范德华斥力产
16、生的扭转张力的原因：范德华斥力产生的扭转张力c.不是人为想象，而是实际存在，低温不是人为想象，而是实际存在，低温NMR，X-衍射都衍射都 已证实构象异构体的存在。已证实构象异构体的存在。d.交叉式远比重叠式稳定（交叉式远比重叠式稳定（25oC下，下，160：1）二、丁烷的构象：二、丁烷的构象：5 5 5 5、烷烃的物理性质（略）烷烃的物理性质（略）烷烃的物理性质（略）烷烃的物理性质（略）6 6、烷烃的化学性质烷烃的化学性质一、结构特点与反应性：一、结构特点与反应性：只含只含C、H二、烷烃的主要化学反应二、烷烃的主要化学反应1、氧化：、氧化：(1)、完全燃烧、完全燃烧:（2）、控制条件，部分氧化
17、制备有用化工原料：）、控制条件，部分氧化，制备有用化工原料：2.热裂：热裂：3.卤代反应：卤代反应：三、甲烷氯代反应的历程三、甲烷氯代反应的历程1.实验事实：实验事实：二、反应步骤：二、反应步骤：四、卤代反应的相对活性：四、卤代反应的相对活性：活性顺序活性顺序:F2 Cl2 Br2 I2 各步反应的键能和反应热各步反应的键能和反应热(kj/mol)：F代过于激烈，代过于激烈，I代难于进行，因此卤代主要是氯代或溴代代难于进行，因此卤代主要是氯代或溴代四、卤代反应的取向四、卤代反应的取向1.实验事实：实验事实：氯代氯代:氯代反应活性次序（扣除几率因子的差别）为：氯代反应活性次序（扣除几率因子的差
18、别）为：3o2o1oCH4(3o：2 o：1o=5：3.8：1）溴代溴代:溴代反应活性次序：溴代反应活性次序：3o2 o1o（3o：2 o：1o=1600：82：1）反应活性高，选择性较差，例如，溴代的选择性大于氯代。反应活性高，选择性较差，例如，溴代的选择性大于氯代。2.游离基的稳定性对取向的影响：游离基的稳定性对取向的影响：相对于产生它的母体烃，游离基的稳定性次序是：相对于产生它的母体烃，游离基的稳定性次序是：3o 2 o 1o.CH3P2-13下图游离基比较稳定的，生成该游离基的过渡态也较稳定游离基比较稳定的，生成该游离基的过渡态也较稳定（因为它具有部分该游离基的特征），位能低，（因为它具有部分该游离基的特征），位能低，EA小，小，反应速率较高，对取向有利。反应速率较高，对取向有利。
