1、1、 鏈烷烴的結(jié)構(gòu)及其同分異構(gòu)現(xiàn)象1、烷烴的結(jié)構(gòu)特征1）烴、飽和烴 只由碳氫元素組成，這類有機物稱為烴，也叫碳氫化合物烴的分子里碳原子間都以單鍵互相相連接成鏈狀，碳原子的其余的價鍵全部跟氫原子結(jié)合，總共4個化學建，這樣的結(jié)合使得碳的每個化學鍵都從分利用，達到飽和狀態(tài)。所以這類型的烴又叫飽和烴。由于C-C連成鏈狀，所以又叫飽和鏈烴，或叫烷烴。甲烷是最簡單的烴，在烴里面還有許多結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與甲烷相似的分子，如乙烷，丙烷等。2）烷烴的結(jié)構(gòu) 碳原子的最外層上有4個電子，電子排布為1S22S22P2，碳原子通過SP3雜化形成四個完全相同的SP3雜化軌道，所謂雜化就是由若干個不同類型的原子軌道混合起來，重新

2、組合成數(shù)目相等的.能量相同的新軌道的過程。由1個S軌道與3個P軌道通過雜化后形成的4個能量相等的新軌道叫做SP3雜化軌道，這種雜化方式叫做SP3雜化。 在形成甲烷分子時，4個氫原子的S軌道分別沿著碳原子的SP3雜化軌道的對稱軸靠近，當它們之間的吸引力與斥力達到平衡時，形成了4個等同的碳氫 鍵。 實驗證明甲烷分子是正四面體型的。4個氫原子占據(jù)正四面體的四個頂點，碳原子核處在正四面體的中心，四個碳氫鍵的鍵長完全相等，所有鍵角均為109.5。 鍵的特點：（1）重疊程度大，不容易斷裂，性質(zhì)不活潑。 （2）能圍繞其對稱軸進行自由旋轉(zhuǎn)。3） 有機分子結(jié)構(gòu)式的表達4） 烷基烷基：在直鏈烷烴分子鏈端的碳原子上

3、去掉一個氫原子生成的基，稱為烷基。2.亞基：比烷基少一個氫原子的基團叫亞基。3.次基：比亞基少一個氫原子的基團就叫著次基。5）6） 碳原子的級2、烷烴的同系列（Homologous series）烷烴的通式為：CnH2n+2,n表示碳原子數(shù)目。最簡單的烷烴是甲烷，其次是乙烷、丙烷,凡具有同一個通式，結(jié)構(gòu)相似，化學性質(zhì)也相似，物理性質(zhì)則隨著碳原子數(shù)目的增加而有規(guī)律地變化的化合物系列，稱為同系列。同系列中的化合物互稱為同系物（Homologs）。相鄰的同系物在組成上相差CH2，這個CH2稱為系列差。3、烷烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象 烷烴同系列中，甲烷、乙烷、丙烷只有一種結(jié)合方式，沒有異構(gòu)現(xiàn)象，從丁烷起就有同

4、分異構(gòu)現(xiàn)象。分子中碳原子的排列方式不同。我們把分子式相同，而構(gòu)造不同的異構(gòu)體稱為構(gòu)造異構(gòu)體。實質(zhì)上是由于碳干構(gòu)造的不同而產(chǎn)生的，所以往往又稱為碳干異構(gòu)體。在烷烴分子中隨著碳原子數(shù)的增加，異構(gòu)體的數(shù)目增加得很快。對于低級烷烴的同分異構(gòu)體的數(shù)目和構(gòu)造式，可利用碳干不同推導出來。以己烷為例其基本步驟如下： 寫出這個烷烴的最長直鏈式： （省略了氫） 寫出少一個碳原子的直鏈式作為主鏈把剩下的碳當作支鏈。依次當取代基連在各碳原子上，就能寫出可能的同分異構(gòu)體的構(gòu)造式。 寫出少二個碳原子的直鏈式作為主鏈。把兩個碳原子當作支鏈（2個甲基），連接在各碳原子上，或把兩個碳原子當作（乙基），接在各碳上。 把重復者去掉

5、。這樣己烷的同分異構(gòu)體只有5個。書寫構(gòu)造式時，常用簡化的式子為：CH3CH2CH2CH2CH3或CH3（CH2）4CH3。伯、仲、叔和季碳原子。 如戊烷的三個同分異構(gòu)體為： 我們把直接與一個碳原子相連的稱為“伯”（Primary）或一級碳原子，用1o表示；直接與二個碳原子相連的稱為“仲”（Secondary）或二級碳原子，用2o表示；直接與三個碳原子相連的稱為“叔”（Tertary）或三級碳原子，用3o表示；直接與四個碳原子相連的稱為“季”（Quaternary）或四級碳原子，用4o表示；在伯、仲、叔碳上的氫分別叫伯、仲、叔氫。二、烷烴的系統(tǒng)命名1、普通命名法通常把烷烴泛稱為“某烷”，“某”是

6、指烷烴中碳原子的數(shù)目。由一到十用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。如：C11H24，叫十一烷。凡直鏈烷烴叫正某烷。如：CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷把在碳鏈的一末端有兩個甲基的特定結(jié)構(gòu)的烷烴稱為“異某烷”。在五或六個碳原子烷烴的異構(gòu)體中含有季碳原子的可加上“新某烷”衡量汽油品質(zhì)的基準物質(zhì)異辛烷則屬例外，因為它的名稱沿用日久，已成習慣了。二、系統(tǒng)命名法1892年在日內(nèi)瓦開了國際化學會議，制定了系統(tǒng)的有機化合物的命名法，叫做日內(nèi)瓦命名法。其基本精神是體現(xiàn)化合物的系列和結(jié)構(gòu)的特點。后來由國際純粹和應用化學聯(lián)合會（International Union of Pure and Appl

7、ied Cherristry 簡寫IUPAC）作了幾次修訂，簡稱為IUPAC命名法。我國參考這個命名法的原則結(jié)合漢字的特點制定了我國的系統(tǒng)命名法（1960）。1980年進行增補和修訂，公布了有機化學命名原則。在系統(tǒng)命名法中，對于直鏈烷烴的命名和普通命名法是基本相同的，僅不寫上“正”字。如；CH3CH2CH2CH2CH3 普通命名法叫正戊烷，系統(tǒng)命名法叫戊烷。對于支鏈烷烴，把它看作是直鏈烷烴的烷基取代衍生物。支鏈烷烴的命名法的步驟：1.選取主鏈（母體）。選一個含碳原子數(shù)最多的碳鏈作為主鏈。（寫出相當于這個主鏈的直鏈烷烴的名稱）含多取代基時，編號采用“最低次序”原則。所謂“最低序列”指的是碳鏈以不

8、同方向編號，得到兩種或兩種以上的不同編號序列，則順次比較各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者為“最低系列”。 2.主鏈碳原子的位次編號。確定主鏈位次的原則是要使取代基的位次最小。從距離支鏈最近的一端開始編號。位次和取代基名稱之間要用“一”連起來，寫出母體的名稱。3、如果有幾個不同的取代基時，把小的取代基名稱寫在前面，大的寫在后面；、如果含有幾個相同的取代基時，把它們合并起來，取代基的數(shù)目用二、三、四等表示，寫在取代基的前面，其位次必須逐個注明，位次的數(shù)字之間要用“，”隔開。 (1)(2)3.烷基大小的次序：甲基 乙基 丙基 丁基 戊基 Cl2 Br2，碘通常不反應。除氟外，在常溫和黑暗中不發(fā)

9、生或極少發(fā)生鹵代反應，但在紫外光漫射或高溫下，氯和溴易發(fā)生反應。有時甚至劇烈到爆炸的程度。1）氯代反應： 甲烷的氯代反應較難停留在一氯代甲烷階段。但控制一定的反應條件和原料的用量比，可以使其中一種氯代烷為主要產(chǎn)品。碳鏈較長的烷烴氯代時，反應可以在分子中不同的碳原子上取代不同的氫，得到各種氯代烴。在丙烷分子中伯氫有六個，仲氫有兩個，如果只考慮碰撞頻率和推測概率因子，我們預計丙烷的氯代將按3：1生成1椔缺楹?/FONT2椔缺欏鮮齜從導噬希街致卻锏納閃看籩孿嗟取?/FONT1：1.3）；每個氫原子的相對活性為：仲氫/伯氫=（57/2）/（43/6）=4/1這就是說仲氫和伯氫的相對活性為4：1。叔氫與

10、伯氫的相對活性：叔氫/伯氫=（36.1/1）/（64/9）=（5.1/1）實踐結(jié)果表明,叔、仲、伯氫在室溫時的相對活性位5：4：1，即每個伯、仲、叔氫被氯取代生成相應氯代烷底相對比例。這說明 ，烷烴的氯代，在室溫下有選擇性。（選擇性就是產(chǎn)物有多有少）據(jù)此，可以預測某一烷烴在室溫一氯代產(chǎn)物中異構(gòu)體的得率。如：（1氯丁烷）/（2氯丁烷）=（伯氫的總數(shù)*伯氫的相對活性）/仲氫的總數(shù)*仲氫的活性）=（6*1）/（4*）=6/16=3/81氯丁烷的酸得率=（1氯丁烷的比例數(shù)）/（1氯丁烷+2氯丁烷）的比例總數(shù)=3/11=0.27=27%2氯丁烷的酸得率=8/11=0.72=72%當升高溫度 (450oC

11、)時,叔:仲:伯氫的相對活性逐步接近1:1:1。即所得異構(gòu)體的產(chǎn)量與各種氫原子數(shù)目成正比，即在高溫下反應，沒有上述選擇性，而只與氯原子和不同氫相碰撞的幾率有關(guān)。2）溴代反應 溴代反應中，也遵循叔氫仲氫伯氫的反應活性，相對活性為1600：82：1。溴的選擇性比氯強，這是什么道理呢？這可用鹵原子的活潑性來說明，因為氯原子較活潑，又有能力奪取烷烴中的各種氫原子而成為HCL 。溴原子不活潑，絕大部分只能奪取較活潑的氫（3oH或4oH）。鹵素反應的活性次序為：F2 Cl2 Br2 I2對于同一烷烴,不同級別的氫原子被取代的難易程度也不是相同的。大量的實 驗證明叔氫原子最容易被取代，伯氫原子最難被取代。鹵代反應機理：實驗證明，甲烷的鹵代反應機理為游離基鏈反應，這種反應的特點是反應過程中形成一個活潑的原子或游離基。其反應過程如下：h（1）鏈引發(fā): 在光照或加熱至250400度時，氯分子吸收光能而發(fā)生共價鍵的均裂，產(chǎn)生兩個氯原子游離基，使反應引發(fā)。Cl2 2Cl（2）鏈增長： 氯原子游離基能量高，反應性能活潑。當它與體系中濃度很高的甲烷分子碰撞時，從甲烷分子中奪取一個氫原子，結(jié)果生成了氯化氫分子和一個新的游離基甲基游離基。 Cl + CH4 HCl + CH3甲基游離基與體系中的氯分子碰撞,生成一氯甲烷和氯原子游離基. CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl反