烷烴

第二章

2作業（P39）

1(1、3、5、7)2(1、3、5、7)4(2、4、6)514第二章烷烴§2-1烷烴的同系列和同分異構現象§2-2烷烴的命名§2-3烷烴的結構§2-4烷烴的性質(Alkane)

在組成上僅含有碳與氫兩元素的化合物叫碳氫化合物也稱為烴。

脂肪烴分子中只含有C-C單鍵和C-H

鍵的叫做烷烴。

第二章烷烴

根據烴分子中碳原子間連接方式可分為：烴開鏈烴飽和烴：烷烴不飽和烴：烯烴炔烴脂環烴芳香烴

環狀烴（脂肪烴）一、同系列烷烴通式：CnH2n+2

結構相似而組成上相鄰的兩個烷烴的組成都是相差CH2。CH2叫做同系列差。

烷烴的同系列和同分異構現象H–C–HH–C–C–HH–C–C–C–HH–C–C–C–C–HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH甲烷乙烷丙烷丁烷CH4C2H6C3H8C4H10

具有同一個通式，組成上相差只是CH2或其整數倍的一系列化合物叫做同系列。

同系物具有相似的化學性質，其物理性質（例如沸點、熔點、相對密度、溶解度等）一般是隨著相對分子質量的改變而呈現規律性的變化。

二、同分異構現象

分子式相同的不同化合物叫做同分異構體（簡稱異構體）。這種現象叫做同分異構現象。從丁烷開始出現同分異構體碳鏈異構、位置異構、官能團異構、差向異構、旋光異構等

伯、仲、叔氫原子如：CH3—C—CH2—CH—CH3

CH3CH3CH3只連有四個碳原子的稱為季碳原子，常以4°表示（四級碳原子）。只連有一個碳原子的稱為伯碳原子，常以1°表示（一級碳原子）；只連有二個碳原子的稱為仲碳原子，常以2°表示（二級碳原子）；只連有三個碳原子的稱為叔碳原子，常以3°表示（三級碳原子）；1°1°1°1°1°2°3°4°三、伯、仲、叔和季碳原子系統命名法烷基烷烴分子中去掉一個氫原子后，剩下的原子團叫烷基。烷基是一價基，通式為CnH2n+1，常用R-代表烷基。

烷基的名稱由相應的烷烴而得。9NameCondensedStructureMethane（甲烷）CH4Ethane（乙烷）CH3CH3Propane（丙烷）CH3CH2CH3Butane（丁烷）CH3(CH2)2CH3PentaneCH3(CH2)3CH3HexaneCH3(CH2)4CH3HeptaneCH3(CH2)5CH3OctaneCH3(CH2)6CH3NonaneCH3(CH2)7CH3DecaneCH3(CH2)8CH3UndecaneCH3(CH2)9CH3DodecaneCH3(CH2)10CH3甲基:-Methyl一、普通命名法如：C6H14

C8H18

C12H26己烷辛烷十二烷區別異構體用“正”、“異”、“新”。將直鏈烷烴——叫“正”烷烴的命名11縮寫符號名稱構造式縮寫符號名稱構造式CH3-CH-CH3CH3-CH2-CH-CH3-CH-CH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3-CH3-CH2CH3-CH2CH2CH3-CH2(CH2)2CH3甲基乙基正丙基異丙基正丁基異丁基-CH2CH2CHCH3CH3-CH2-C-CH3CH3CH3-C-CH2CH3CH3CH3仲丁基叔丁基叔戊基新戊基異戊基MeEtn-Pri-Prn-Bui-Bus-But-Bui-Pentt-Pentneo-Pent常見的烷基名稱

系統命名法

3-甲基己烷（看作是己烷的衍生物）123456如：CH3-CH2-CH-CH2-CH2-CH3CH3取代基位置位置與名稱用短線連接母體名稱取代基名稱①選取主鏈——選擇最長的碳鏈為主鏈。支鏈當作取代基。②編號——從靠近支鏈的一端開始，編號時應盡可能使取代

基具有最低編號。

步驟如：CH3-CH2-CH2-CH-CH3CH2-CH3CH3-CHCH2CH-CH2CH3CH2CH3CH2CH2CH3CH3CH2CHCH2CH-CH2CH2CH3CH3CH2CH3（如上例）2165432167834512345678

當幾種可能的編號方向時，應當選定使取代基具有“最低系列”的那種編號（即順次逐項比較各系列的不同位次，最先遇到位次最小者定為最低系列）。兩端一樣長時，從小取代基一端開始編號。CH3-CH—CH-CH2-CH2-C-CH3CH3CH3CH3CH3CH3CHCH2CH2CH2CH2CH—CHCH2CH3CH3CH3CH3CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH3CH2CH3從左到右：2，3，6，6從右到左：2，2，5，6123456776543211234567123456789102,7,8-三甲基癸烷（不叫3,4,9-三甲基癸烷）3-甲基-5-乙基庚烷③“先小后大，同基合并”見課本45面烴基大小的次序（按“對映異構中的次序規則”決定）:甲基＜乙基＜丙基＜丁基＜戊基＜己基＜異戊基＜異丁基＜異丙基CH3-CH—C-CH2-CH2-CH3CH3CH2CH3CH32,3-二甲基-3-乙基己烷123456——有不同取代基時，把小取代基名稱寫在前面，大取代基寫在后面。相同取代基合并起來，取代基數目用二、三、……等表示。④有多種等長的最長碳鏈可供選擇時，應選擇取代基最多的碳鏈為主鏈。CH3-CH2-CH—CH-CH2-CH3CH3CH—CH3CH3—CHCH3CH3CH2CH2-CH—CH-CH-CH3CH3CHCH3CH3CH3CH243215673214562,5-二甲基-3,4-二乙基己烷2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷不是2,3-二甲基-4-仲丁基庚烷Question1

C7H16的分子有幾個同分異構體?分別給以命名。Question24-丙基-6-異丙基壬烷3,3,5-三甲基庚烷2，4-二甲基-4-乙基已烷

一、碳原子的SP3雜化軌道、σ鍵

1.碳原子的sp3雜化軌道

碳原子在基態時電子構型：1S2、2S2、2p2

鍵長：0.109nm

鍵角：109.5°↑↑↑↑雜化SP3↑↑↑↑躍遷2S2Py2Px2PZ↑↓↑↑2S2P↑↓1SE

烷烴的結構SP3雜化軌道含1/4S

軌道3/4

P

軌道1個SP3雜化軌道形狀4個SP3雜化軌道2、甲烷的分子模型虛線——表示伸向紙平面后方實線——表示在紙平面前上楔線——表示伸向紙平面前方H—C—HHH甲烷的立體構造式（透視式）21sp3雜化軌道一個s軌道與三個p軌道形成四個sp3雜化軌道22

——凡是成鍵電子云對鍵軸呈圓柱形對稱的鍵均稱為

鍵(頭碰頭的重疊方式).以

鍵相連的兩個原子可以相對旋轉而不影響電子云的分布.

鍵甲烷的四個C-H

鍵σ鍵——以鍵軸為對稱軸的鍵。成鍵時軌道的交蓋程度較大。鍵比較牢固。處于σ鍵的電子叫σ電子。甲烷的形成示意圖σ鍵乙烷的結構σ鍵24乙烷分子中C-C

鍵(C-H

鍵用直線表示)乙烷的C-C

鍵Stuart模型25實驗證明，氣態或液態的含多個碳原子的烷烴，由于σ鍵的自由旋轉，能形成多種曲折形式。

如正戊烷的碳鏈可以有幾種代表形式：

二、烷烴的構象構象——圍繞碳碳σ鍵旋轉而使分子中原子或基團在空間的不同排列方式。27乙烷的構象(1)球棒模型（一）乙烷的交叉式構象28(1)球棒模型（二）乙烷的重疊式構象重疊式、交叉式構象比較29(3)紐曼投影式重疊式構象交叉式構象重疊式構象交叉式構象(2)透視式表示乙烷的構象30乙烷分子各種構象的能量曲線12.6kJ/mol重疊式重疊式交叉式交叉式交叉式

烷烴是無色物質，具有一定的氣味。直鏈烷烴的物理性質，例如熔點、沸點、相對密度等，隨著分子中碳原子數（或相對分子質量）的增大，而呈規律性的變化。一、物理性質1.物理狀態C1~C4——氣態C5~C17——液態C18以上——固態

烷烴的性質32直鏈烷烴—隨著烷烴相對分子量的增加，分子間的作用力也增加，其沸點也相應增高。沸點（直鏈烷烴）33沸點（帶支鏈的烷烴）

同數碳原子的構造異構體中——支鏈增多，則分子趨向球形，使分子不能像正烷烴那樣接近，分子間作用力也就減弱，所以在較低的溫度下，就可以克服分子間引力而沸騰。同數碳原子的構造異構體中，分子的支鏈越多，則沸點越低。例如：

正丁烷的沸點：-0.5℃異丁烷的沸點：-11.7℃34基本上隨分子量的增加而增加。（奇數和偶數碳）烷烴的熔點變化：是因為晶體分子間的作用力不僅取決于分子的大小，也取決于他們在晶格中的排列。

例:(正戊烷-129.8℃,異戊烷-159.9℃,新戊烷-16.8℃)熔點直鏈烷烴的熔點與分子中所含碳原子數目的關系分子的對稱性增加，它們在晶格中的排列越緊密，熔點也越高。35相對密度:隨著相對分子量的增加而有所增加,最后接近0.8左右.—作用力隨著分子質量的增加而增加，使分子間的距離相對地減少的緣故。水溶性烷烴幾乎不溶于水，但易溶于有機溶劑。

結構相似或極性大小相近的化合物可以彼此互溶，這就是“相似相溶”的經驗溶解規律。

烷烴的穩定性不是絕對的，在一定條件下（如光、高溫或催化劑的影響下）也可以發生某些反應。

二、化學性質

在常溫下烷烴的化學性質很不活潑，與強酸、強堿、強氧化劑和還原劑等都不起作用。烷烴化學性質比較穩定的主要原因：（C-C鍵能為345.6KJ/mol；C-H鍵能為15.3KJ/mol）●

C-C及C-Hσ鍵較牢固●

烷烴為非極性分子，一般條件下試劑不易進攻。39烷烴的化學反應類型氧化異構化裂化取代②部分氧化（選擇性氧化）

氧化反應①燃燒CnH·2n+2+O2nCO2+(n-1)H2O+熱能3n+12點燃R-CH2-CH2-R/R-COOH+R/-COOH+其它酸MnO2107~110℃高級脂肪酸R—R/R-OH+R/-OH催化劑

裂化反應

烷烴在高溫下分子中的C-C鍵與C-H鍵斷裂這個反應在石油化工生產中極為重要。裂化反應熱裂化——指在500~700℃高溫、加壓下進行。催化裂化——在400~500℃常壓催化下進行。CH3-CH=CH2+H2CH2=CH2+CH4CH3—CH—CH2HH460℃CH3-CH2-CH2-CH3CH2=CH2+CH3-CH3CH3-CH=CH2+CH4CH3-CH2-CH=CH2+H2500℃鹵代反應烷烴分子中的氫原子被鹵素所取代的反應稱為鹵代反應。

烷烴與鹵素在室溫和黑暗中并不發生反應，但在強烈日光照射下，則發生猛烈反應。

在漫射光、加熱或某些催化劑作用下，能夠進行可以控制的鹵代反應。CH4+2Cl24HCl↑+C強日光一氯甲烷CH4+Cl2CH3Cl+HClhν或250℃二氯甲烷CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HClhν或250℃三氯甲烷CH2Cl2+Cl2CHCl3+HClhν或250℃四氯化碳CHCl3+Cl2CCl4+HClhν或250℃其它烷烴的鹵代碳鏈較長的烷烴進行氯化時，可以取代不同的氫原子得到不同的氯化烴。丙烷1-氯丙烷2-氯丙烷CH3-CH2-CH3+Cl2CH3CH2CH2Cl

+

CH3-CH-CH3Clhν25℃43%57%氯代叔丁烷氯代異丁烷CH3-C-H+Cl2CH3-C-Cl

+

CH3-C-HCH3CH3hν25℃CH3CH3CH3CH2Cl異丁烷36%64%伯氫叔氫=36/164/915≈仲氫伯氫=57/243/614≈在室溫下，叔、仲、伯氫原子被氯原子奪取的相對速率為5:4:1。反應活性：3°

＞2°＞1°HHH44

CH3CH3CH3CH3CH+Cl2

CH3-C-Cl+CH3-CHCH3CH3CH2Cl叔丁基氯36%異丁基氯64%室溫下伯、仲、叔氫原子的反應活性1:4:5.*異丁烷氯代反應:產物混合，復雜，一般不用氯代來制備鹵代烴[補充]--高溫下逐漸接近1:1:1.45光127℃

CH3CH3CH3CH3-CHCH3+Br2CH3-C-Br+CH3-CHCH2BrCH399%烷烴與其它鹵素的取代反應伯、仲、叔氫原子的反應活性1:82:1600溴更具有選擇性產物單一，可用溴代來制備鹵代烴烷烴與碘作用得不到碘代烷與氟反應劇烈,不易控制,會引起爆炸痕量46例題1例題2光光思考題寫出下列反應的主要產物:

反應物轉變為產物所經過的途徑或過程叫做反應歷程或反應機理。

游離基反應歷程按照化學反應時共價鍵的斷裂游離基反應離子型反應1、鏈的引發：2、鏈的增長（傳遞）：3、鏈的終止：Cl:Cl2Cl·△H=242.5kJ/molhνCl·+CH4HCl+·CH3·CH3+Cl2CH3Cl+

Cl·Cl·+

CH3ClHCl+·CH2Cl…….進而生成CHCl3、CCl4等·CH2Cl+Cl2CH2Cl2+

Cl·Cl·+

CH2Cl2HCl+·CHCl2Cl·+

Cl·Cl2

·CH3+

Cl·CH3Cl·CH3+·CH3CH3-CH3一、甲烷的鹵代反應歷程從熱力學角度來考察甲烷鹵化反應：鹵素發生取代反應的難易順序是：F2＞Cl2＞Br2＞I2二、鹵素對烷烴的反應活性

三、游離基的穩定性形成各種類型的游離基所需的能量按如下次序降低：CH3＞1°＞2°＞3°故游離基的穩定性次序為：

3°＞2°＞1°＞CH3·R·R·R·50反應熱—反應物與