有機化學2-烷-烴-cjc

第二章飽和烴

（烷烴）基本概念：烴：分子中只含碳、氫兩種元素的化合物統(tǒng)稱為碳氫化合物，簡稱為烴。烴是有機化合物最基本的化合物，也是有機化學工業(yè)的基礎原料。飽和烴：分子中碳原子之間都以單鍵相連，碳原子其余的價鍵都被氫原子所飽和的化合物稱為飽和碳氫化合物，簡稱飽和烴或烷烴。完全烷飽和2024/12/19根據(jù)分子中碳原子連接方式，可如下分類：烴開鏈烴（脂肪烴）環(huán)狀烴飽和烴(烷烴)不飽和烴脂環(huán)烴芳香烴烯烴炔烴二烯烴環(huán)烷烴環(huán)烯烴單環(huán)芳烴稠環(huán)芳烴甲烷methane丙烷propane丁烷butane乙烷ethane§2.1烷烴的同系列和同分異構現(xiàn)象一、烷烴的通式和同系列烷烴的通式：CnH2n+2

同系列：通式相同，結構相似，組成上相差一個或多個CH2

的一系列化合物。同系列中的化合物互為同系物。

系列差：CH2二、烷烴的同分異構

1、同分異構分子式相同，結構式不同的化合物－－同分異構體；分子式相同，結構式不同的現(xiàn)象－－同分異構現(xiàn)象?；靖拍睿?/p>

構型是固定的，而構象一般是瞬間的。構型的變化須破壞化學鍵，而構象的變化則不會發(fā)生鍵的斷裂。3）構象（conformation）：一定構型的分子中，由于單鍵的旋轉而導致原子和基團在空間的不同排列方式。2）構型（configuration）：一定構造的分子中，原子和基團在空間的排布；1）構造（constitution）：分子中原子間的連接次序和方式；2、構造異構的書寫規(guī)則隨著碳原子數(shù)增加，同分異構體迅速增加。先直后支、先邊后心、先少后多、先簡后繁C4H10有2個異構體；C10H22有75個異構體。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）；與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子分別稱為伯、仲、叔氫原子。不同類型的氫原子在同一反應中的反應性能是有一定差別。三、烷烴分子中碳、氫類型1oH2oH3oH1oC2oC3oC4oC(伯)(仲)(叔)(季)普通命名法

用于簡單化合物的命名

IUPAC命名法（系統(tǒng)命名法）（IUPAC:國際純粹與應用化學聯(lián)合會，

International

Union

of

Pure

and

Applied

Chemistry）

§2.2烷烴的命名一、普通命名法(習慣命名法)1.根據(jù)烷烴中碳原子的數(shù)目稱為“某烷”。甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一烷…2.區(qū)分異構體。用“正、異、新等”區(qū)別。例：C5H12

戊烷正戊烷異戊烷新戊烷烷烴分子從形式上去掉一個H原子所剩下的基團叫做烷基（-R）。3、烷基的命名一些烷基的名稱與表示異丙基(iso-propyl)i-Pr－烷烴烷基名稱縮寫二、系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）2、帶支鏈烷烴的命名1、直鏈烷烴：與普通命名法相似，省略“正”字。（1）選主鏈：選擇最長碳鏈為主鏈（2）編號：編號遵循最低系列原則，使取代基的位置號碼盡可能小。（3）命名寫法：取代基位置號

+

取代基名稱+某烷

a.選主鏈：選最長碳鏈作主鏈，支鏈作取代基。遇多個等長碳鏈，則取代基多的為主鏈。b.編號：從靠近支鏈的一段開始編號，并遵守“最低系列編號規(guī)則”（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）。步驟：c.取代基距兩端位號相同時，從小取代基端開始編號。d.“先小后大，同基合并”

——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（次序規(guī)則）。相同取代基合并起來，逐個標明其位次號，并用逗號分開，取代基數(shù)目用二、三、……等表示，各取代基之間用短橫線“–”連接。3,7–二甲基–4–乙基壬烷CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3

CH2CH3CH33—甲基—6—乙基辛烷3—ethyl—6—methyloctanee.取代基的排列順序

取代基的中文名稱按次序規(guī)則，較小的基團列在前（甲基＜乙基＜丙基＜丁基＜戊基＜己基＜異戊基＜異丁基＜異丙基），較大基團（也稱較優(yōu)基團）寫在后面；英文名稱按基團首字母的字順先后列出。5-丙基-4-異丙基壬烷

4-isopropyl-5-propylnonanef.復雜的取代基需要編號時，由與主鏈相連的碳原子開始編號。它們的全名可放在括號中（或用帶撇號的數(shù)字來標明支鏈中的碳原子位置）。-------了解3-乙基-5-(1,2-二甲基丙基)癸烷7-(1,2-二甲基丙基)-7-(1,1-二甲基戊基)十三烷CH3CH2CH-CH2-CH-CH2CH2CH2CH2CH3CH-CH3CH3CH-CH3CH3CH2123456789101/

2/3/或

7-1/,2/-二甲基丙基-7-1/,1/-二甲基戊基十三烷或

3-乙基-5-1/,2/-二甲基丙基癸烷CH3-(CH2)5-C-(CH2)5-CH3CH3CH2CH2CH2-C-CH3CH3CH3-CH-CH-CH3CH312~678~12133/2/1/

5/4/3/2/1/1.把與主鏈碳直接相連的原子按原子序數(shù)大小排列，原子序數(shù)大的優(yōu)先。若為同位素，則質量較大的為“較優(yōu)”基團。

例：I>Br>Cl>F>O>N>C>H>:(指孤對電子)，D>H次序規(guī)則（取代基的排列順序）：----小基團在前，大基團在后(較優(yōu)基團后列出。通常用“>”表示優(yōu)于。)(2)如果兩個基團的第一個原子相同，則比較與之相連的第二個原子，以此類推。比較時，按原子序數(shù)排列，先比較各組中原子序數(shù)大者，若仍相同，再依次比較第二個，第三個……例1.

比較-CH2Cl與-CH3

第一個原子相同，都為C。比較與C相連的第二個原子，-CH2Cl的第二個為（Cl、H、H），-CH3的第二個為（H、H、H），先比較原子序數(shù)大者，Cl>H，因此-CH2Cl為“較優(yōu)”基團。例2.

比較-CHClOCH3

與-CCl(CH3)2

-CHClOCH3

可以寫成C(Cl、O、H)，-CCl(CH3)2

可以寫成C(Cl、C、C)，第一個原子相同，都為C。比較第二個原子，第二個原子是一組三原子，比較這組中原子序數(shù)最大者，又相同都為Cl，比較這組中第二個，O>C（若仍相同，繼續(xù)比較下去），因此：

-CHClOCH3>-CCl(CH3)2例3.

比較-CH2CH2CH2CH3和-CH2CH2CH3前三個原子都為C，相同。比較第三個原子上連的原子，丁基C3(C、H、H)，丙基C3(H、H、H)，因此，-CH2CH2CH2CH3>-CH2CH2CH3

同理：-CH(CH3)2>-CH2CH2CH3>-CH2CH3>-CH3（3）含有雙鍵或三鍵的基團，可以分解為連有兩個或三個相同原子。例1.比較和相當于C1(C,C,H),C2(C,H,H)相當于C1(C,C,C),C2(C,C,H)因此

>

例2.比較—CHO和—CNC1(O,O,H)

C1(N,N,N)

相當于相當于>因此—CN-CH=CH2:-C(CH3)3:-CH(CH3)2:優(yōu)先基團順序：-C(CH3)3>-CH=CH2

＞-CH(CH3)2例：比較大小:-C(CH3)3

、-CH=CH2

、-CH(CH3)2思考：下列各基團的優(yōu)先順序為？Key：54321

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2,3-二甲基-4-仲丁基庚烷×例：系統(tǒng)命名法總結一選二編三命名：1、選主鏈：最長碳鏈，取代基最多。2、編號：靠近取代基編號，遵循最低系列原則。3、命名：先小后大（次序規(guī)則：優(yōu)先基團置后）

另：阿拉伯數(shù)字表示取代基的位置，漢字表示取代基的數(shù)目，兩者不可混淆。阿拉伯數(shù)字和漢字之間必須用短線分開，連續(xù)表示位置的阿拉伯數(shù)字之間必須用逗號隔開。有機化合物系統(tǒng)命名分三步完成：

1.確定主鏈；2.編號；3.寫出全稱。選擇主要官能團的方法是按“一些常見官能團及其名稱表”即“官能團優(yōu)先順序表”里列出的官能團順序進行選擇。習慣上把排在前面的官能團選做主要官能團，命名時稱為某某化合物，排在烷烴后面的官能團看成取代基,稱為某某烷。例．

HOCH2CH2COOH

HOCH2CH2NH23-羥基丙酸2-氨基乙醇確定主鏈（1）選擇主要官能團（2）.確定主鏈上的位次有機化合物命名的第二步是選擇含有主要官能團、取代基多的最長碳鏈為主鏈，從靠近官能團的一端開始給主鏈編號，確定取代基在主鏈上的位置。編號要遵守“最低系列原則”。2.編號（確定取代基列出順序）主鏈上有多個取代基或官能團命名時，這些取代基或官能團列出順序遵守“順序規(guī)則”，較優(yōu)基團后列出。通常用“>”表示優(yōu)于。3.寫出全稱寫出化合物全名稱時，

取代基的位號寫在相應取代基的名稱前面，用半字線“—”與取代基分開；相同取代基或官能團合并寫，用二、三等表示相同取代基或官能團數(shù)目，位號間用逗號“,”分開；前一取代基名稱與后一取代基的位號間也用半字線“—”分開。在不能混淆時，可以省去位次號，多數(shù)情況下位次號“1”可以省去。一、甲烷的構型、sp3雜化、σ鍵

1、甲烷的構型構型：具有一定結構的分子中各原子在空間的排列情況。構造（結構）：分子中各原子的連接順序和連接方式。甲烷：CH4

正四面體結構C-H鍵長：109pmH-C-H鍵角：109.5°§2.3烷烴的結構甲烷的正四面體結構C:1S22S22P22p2s激發(fā)2p2ssp3雜化sp3基態(tài)激發(fā)態(tài)每個sp3雜化軌道具有1/4s成分和3/4p成分。雜化：不同類型的軌道相互作用而形成新軌道的過程。2、sp3雜化C-Hσ鍵乙烷:CH3-CH3甲烷:CH43、σ鍵的形成σ鍵：價電子云具有軸對稱的共價鍵。單鍵是σ鍵，可以自由旋轉。C-Hσ鍵(SP3-S)-+C-Cσ鍵(SP3-SP3)球棒模型比例模型凱庫勒(Kekülé)模型斯陶特(Stuart)模型分子模型：描述立體結構的幾種方式：楔形式-立體透視式鋸架式Newman投影式其它烷烴的結構：由于σ鍵是沿成鍵軌道方向交蓋而成，在碳鏈中，C－C－C的鍵角保持接近109.5°。對于直鏈烷烴，其三維形狀是曲折形，而不是直線形。成鋸齒型。鍵線式二、烷烴的構象由于單鍵的旋轉而產生分子中原子在空間不同的排列形式，稱為構象。分子的構象：在常溫下，同一構型的化合物，分子中的原子或基團繞著單鍵（σ鍵）旋轉，在空間產生了一系列不同的排列，這一系列排列稱為分子的構象。每一種排列稱為構象異構體。穩(wěn)定構象：在一系列構象中能量最低（最穩(wěn)定、存在時間最長或出現(xiàn)概率最大）的構象稱為穩(wěn)定構象，又稱為優(yōu)勢構象。1、乙烷的構象乙烷分子中兩個甲基圍繞碳碳σ鍵旋轉時，其氫原子在空間的相對位置將不斷改變，形成無數(shù)個不同的空間排列方式，它們互為構象異構體。典型的構象（極限構象）：交叉式和重疊式。構象異構體常用的表示方法-------紐曼(Newman)投影式：把乙烷分子模型的C—C鍵的一端對著觀察者，另一端遠離觀察者，進行投影操作，兩碳原子重合。前一個碳用表示，后一個碳用表示。用前一個碳和后一個碳上的兩個C—H鍵與C—C鍵構成的兩平面的二面角“θ”旋轉的角度表示構象。θ為0°、120°、240°時為重疊式構象，θ為60°、180°、300°時為交叉式構象。交叉式構象是穩(wěn)定構象，重疊式構象是不穩(wěn)定構象。鍵電子云排斥，扭轉張力最大，內能較高

（最不穩(wěn)定）交叉式構象扭曲式構象重疊式構象原子間距離最遠內能較低（最穩(wěn)定）（有無數(shù)個）乙烷的典型構象有兩種：

交叉式重疊式乙烷分子的能量曲線交叉式最穩(wěn)定為優(yōu)勢構象丁烷的構象（對位交叉式）部分重疊式部分交叉式全重疊式部分交叉式（gauche）甲基間距離最遠(最穩(wěn)定)較不穩(wěn)定較穩(wěn)定甲基間距離最近（最不穩(wěn)定）有四種極限構象

丁烷構象轉換與勢能關系圖丁烷分子也可以繞C1—C2

和C3—C4σ鍵旋轉產生類似的構象。相鄰的兩碳上的C—H鍵都處于反位交叉式，碳鏈呈鋸齒狀排列：3.正構烷烴的構象高碳數(shù)鏈烷烴的優(yōu)勢構象：相鄰的碳原子的構象都是反位交叉式，碳鏈呈鋸齒狀排列。規(guī)律:大基團總是占據(jù)反對位交叉最穩(wěn)定最不穩(wěn)定§2.4烷烴的物理性質①C1～C4烷烴是氣體，C5～C16烷烴為液體，≥C17烷烴為固體。②隨著烴中碳數(shù)增加，熔點增加，沸點增加。③隨著烴中碳數(shù)增加，相對密度d420增加，逐漸接近0.8。④隨著烴中碳數(shù)增加，折射率nD20增加，總是大于1。

這種隨著相對分子質量的增減，物理常數(shù)呈規(guī)律的變化在有機化合物中是一種普遍現(xiàn)象。在其他類化合物中也有類似的規(guī)律。特點:（1）隨相對分子質量增大而增大。（2）偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳烷烴的熔點升高值大（如右圖）。（3）相對分子質量相同的烷烴，支鏈增多，熔點下降。

(不利于晶格的緊密排列)(新

＞

正＞

異)取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度。熔點:在晶體中，分子間作用力不僅取決于分子的大小，還于晶體中晶格排列的對稱性有關。一般含碳原子數(shù)相同的烷烴的熔點是隨著分子的對稱性增加而升高的，分子越對稱，它們在晶格中排列越緊密，分子之間的范德華作用力也越強，故熔點越高。

沸點:沸點大小取決于分子間的作用力特點:（1）沸點一般很低（非極性，只有色散力）。（2）隨相對分子質量增大而增大。（3）正構烷烴沸點＞異構烷烴沸點.

相對分子質量相同、支鏈多、沸點低。

分子的對稱性增加，沸點升高。沸點的高低與分子間作用力有關，作用力，則沸點。帶支鏈的烷烴，支鏈的存在，阻礙了分子中主鏈的緊密排列，因此沸點低。沸點/℃：36289.5溶解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(guī)律。相對密度（D）碳數(shù)，則相對密度，最后近于0.78相對密度與分子引力有關，分子間引力增大，分子間的距離相應減少，故相對密度就增大。烴比水輕，D＜1；同分異構體中，支鏈數(shù)多，D變小：折射率nD20折射率，又稱折光指數(shù)、折光率，是光在空氣中速度與在液體中速度之比：

nD20=c空氣中光速/c液體中光速＞1。相對分子質量增加，其中電子也增多，nD20增加。光波譜性質光波譜是物質的微觀物理性質。

這可能是與鍵的力常數(shù)逐漸減小有關。思考題不要查表將下列烴類化合物按沸點降低的次序排列。（1）3,3-二甲基戊烷（2）正庚烷（3）2-甲基庚烷（4）正戊烷（5）2-甲基己烷

答:(3)＞(2)＞(5)＞(1)＞(4)

烷烴的結構

烷烴化學性質不活潑,一般情況下不與強氧化劑、強還原劑、強酸、強堿等反應。（常用作低極性溶劑，如正己烷、正戊烷、石油醚等）sp3

雜化σ鍵：牢固、穩(wěn)定§2.5烷烴的化學性質

高溫、高壓、光照或有催化劑存在時，烷烴可發(fā)生一些化學反應烷烴反應一覽表二、氧化反應：三、裂解與異構化

一、取代反應烷烴的取代反應：烷烴分子中的氫原子被其它原子或基團代替的反應稱取代反應。鹵代（鹵化）反應：烷烴分子中的氫原子被鹵素原子取代的反應稱為鹵代反應或鹵化反應。（1）室溫和黑暗中不反應

（2）強光直射下：（3）紫外光或加熱：

在強烈日光照射下，反應劇烈或發(fā)生爆炸。CH4+2Cl24HCl↑+C強日光如果在漫散射光或加熱時，得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳的混合物：工業(yè)生產上若得到單一的氯代甲烷是很難實現(xiàn)的，但調節(jié)反應物甲烷與氯的摩爾比，可以得到以某一產物為主的混合物。鹵代反應通式:二.烷烴鹵代反應機理（反應歷程，反應機制）

（ReactionMachanism）

反應條件起什么作用？決速步驟是哪一步？副產物是如何生成的？

反應是如何開始的？產物生成的合理途徑？經過了什么中間體？研究反應機理的意義：了解影響反應的各種因素，最大限度地提高反應的產率。發(fā)現(xiàn)反應的一些規(guī)律，指導研究的深入。反應機理的建立：對反應進行研究，積累了一些實驗現(xiàn)象和事實，根據(jù)化學知識進行理論假設，提出可能的反應的一些基元反應步驟，能圓滿地解釋現(xiàn)有的實驗現(xiàn)象，并能預測可能發(fā)生的現(xiàn)象，這種理論假設稱為反應機理。實踐中發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象不能被反應機理解釋，要對原有的機理進行補充、修改，甚至重新進行理論假設，提出新的機理。反應機理是相對的，是在發(fā)展的

甲烷的鹵代機理

——自由基取代機理機理需要解釋的幾個主要問題：光或加熱的作用反應的鏈現(xiàn)象（為何光照時，吸收一個光子可產生幾千個

CH3X？）產物CH3X和HX生成的合理途徑

自由基反應的最本質特征是生成反應中間體——自由基，自由基反應分三步：鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止。

自由基中間體1、烷烴的鹵代反應歷程：（以CH4

＋Cl2反應為例）鏈引發(fā)的特點：只產生自由基不消耗自由基鏈增長的特點：消耗一個自由基的同時產生另一個自由基。鏈終止的特點：只消耗自由基而不再產生自由基。圖Cl·+H－CH3

CH3－Cl+·Cl

能量變化2.甲烷氯代反應過程的能量變化活化能反應活性：指某一反應的反應速率。反應選擇性：指某一反應可能生成幾種產物，其中一種產物占總產物的百分含量稱為該反應對這種產物的選擇性。

3、鹵代反應中反應活性與選擇性鹵代反應中X2的相對反應活性（反應速率）:

F2>Cl2>Br2>I2

（不反應）

F2

：反應過分劇烈、引起爆炸。較難控制Cl2

：正常（常溫下可發(fā)生反應）Br2

：稍慢（加熱下可發(fā)生反應）

I2

：一般不反應。反應為平衡反應,其逆反應易進行主要討論的內容以C4H10為例：

烷烴鹵代反應中H的反應活性這就告訴我們：

(1)H原子數(shù)目↑，產率不一定高?？梢?，H原子數(shù)目的多少不是決定產率的唯一因素。

(2)H原子數(shù)目↓，產率(實)＞產率預

,說明各類H的反應活性不同.

∴產率=H原子數(shù)目×H