第二章烷烴教材:徐壽昌主編高等教育出版社有機化學OrganicChemistry主講：趙宇辦公室：化學化工學院1-302作業（P39）

12(1、3、5、7)51014。第二章烷烴第二章

烷烴烴：“火”代表碳，“”代表氫，所以“烴”的含義就是碳和氫。烴——分子中只含有碳和氫兩種元素的有機化合物。烷烴——碳原子完全被氫原子所飽和的烴。烴是有機化合物的母體。

2.1烷烴的通式和構造異構烷烴的通式為CnH2n+2

。定義：烷烴——符合通式CnH2n+2的一系列化合物。(注意：此定義涉及了兩個概念，通式、同系列)通式——表示某一類化合物分子式的式子。同系列——結構相似，而在組成上相差－CH2－的整數倍的一系列化合物。同系物——同系列中的各個化合物叫做同系物。同系物化學性質相似，物理性質隨分子量增加而有規律地變化。舉例：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷…均屬烷烴系列。乙酸、丙酸、月桂酸、硬脂酸…均屬脂肪酸系列。

2.2烷烴的命名烷基的概念(甲)伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氫(乙)烷基

(2)烷烴的命名(甲)普通命名法(乙)衍生物命名法(丙)系統命名法伯碳原子,用“1o”表示；仲碳原子,用“2o”表示；叔碳原子,用“3o”表示；季碳原子,用“4o”表示。烷烴中碳原子的分類:與伯,仲,叔碳原子相連的H原子,分別稱為伯,仲,叔H原子如：——烷烴去掉一個氫原子后的原子團.常用R-，或(CnH2n+1-)表示,所以烷烴又可用通式RH表示.:對去掉一個直鏈烷烴末端氫原子所得的原子團.命名時“正”字常用n-代表.甲基,乙基;正丙基CH3CH2CH2-:n-丙基:去掉一個仲氫原子所得的烷基.用“sec-”表示.CH3CH2CH-,sec-丁基CH3烷基正烷基仲烷基仲丁基而CH3CH(CH2)n-(n0)型的烷基叫異烷基CH3

用“iso-”表示.iso-異丙基iso-異戊基CH3CHCH2CH2-CH3

去掉一個叔氫原子所得的烷基.用“t-”或“tert-”表示.CH3叔丁基:CH3-C-t-丁基CH3異烷基:叔烷基:CH3CH3-CH2-C-t-戊基CH3CH3

CH3-C-CH2-CH3

叔戊基:新戊基:最早根據碳原子數命名：甲烷,乙烷,丙烷.....支鏈烷（異構體）CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3CH3

正戊烷異戊烷新戊烷2.2烷烴的命名一.習慣命名法HHCH3CH3-C-CH3CH3-C-CH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3異丁烷異戊烷新戊烷三甲基甲烷二甲基乙基甲烷四甲基甲烷

二、衍生物命名法三.系統命名法(IUPAC)(1)直鏈烷烴按碳原子數命名

10以內：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(gui).

10以上：用中文數字:十一....烷.——把構造式中連續的最長碳鏈--作為母體稱為某烷.若最長碳鏈不止一條,選擇其中含較多支鏈的為主鏈.最長連續碳鏈有八個碳原子,該化合物母體的名稱為辛烷選擇主鏈(2)帶有支鏈的烷烴例1：例2：六個碳的主鏈上有四個取代基六個碳的主鏈上有兩個取代基按最接近取帶基的一端開始將主鏈碳原子用阿拉伯數字1,2,3...編號.(使取代基的位次最小)帶有支鏈的烷烴編號:編號正確編號不正確

c.取代基距鏈兩端位號相同時，編號從順序小的基團端開始。?次序規則①

單原子取代基,按原子序數大小排列。原子序數大,順序大；原子次序小,順序小；同位素中質量高的,順序大。a:把它們在母鏈上的位次作為取代基的前綴，2-甲基...b:有不同取代基時，簡單的放在前面，復雜的放在后面;c:相同的取代基可以合并，但應在基團名稱之前寫明位次和數目，數目用二，三，四.....表示.d:位次和數字之間用逗號“,”隔開，位次與基團名稱之間需用短線“-”相隔。最后一個基團名和母體名稱直接相連書寫取代基(1):書寫取代基(2):取代基:3-甲基5-乙基取代基:2,5-二甲基3,4-二乙基

CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH33-甲基-5-乙基辛烷

CH2CH2CH3(注意編號)CH3CH2CH-CHCH2CH3

CH3-CH

CHCH32,5-二甲基-3,4-二乙基己烷CH3

CH3(注意主鏈)

11例1:例2:

CH3CH-CHCH2CHCH2CH3CH3CH3CH2

CH-CH3

CH3

例3:2,3,7-三甲基-5-乙基辛烷2.3烷烴的結構2.3.1甲烷的結構和sp3雜化軌道甲烷的球棒模型Stuart模型sp3雜化軌道一個s軌道與三個p軌道形成四個sp3雜化軌道

——凡是成鍵電子云對鍵軸呈圓柱形對稱的鍵均稱為鍵.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鍵的特點：

①σ鍵電子云重疊程度大，鍵能大，不易斷裂；②σ鍵可自由旋轉(成鍵原子繞鍵軸的相對旋轉不改變電子云的形狀)；③兩核間不能有兩個或兩個以上的σ鍵。

其他烷烴：據測定，除乙烷外，烷烴分子的碳鏈并不排布在一條直線上，而是曲折地排布在空間。這是烷烴碳原子的四面體結溝所決定的。如丁烷的結構：烷烴分子中各原子之間都以σ鍵相連接的，所以兩個碳原子可以相對旋轉，形成了不同的空間排布。實際上，在室溫下烷烴（液態）的各種不同排布方式經常不斷地互相轉變著。丁烷的球棒模型為了方便，只要寫出鋸齒形骨架,用鋸齒形線的角(120o)及其端點代表碳原子.不寫出每個碳上所連的氫原子.但其它原子必須寫出.注意:鍵線式書寫烷烴的分子結構:2.4烷烴的構象2.4.1乙烷的構象(1)球棒模型（一）乙烷的交叉式構象(1)球棒模型（二）乙烷的重疊式構象重疊式、交叉式構象比較Newman投影式的寫法：

(1)從C-C單鍵的延線上觀察：

前碳：后碳：

(2)固定“前”碳，將“后”碳沿鍵軸旋轉，得到乙烷的各種構象。最典型的有兩種：重疊式和交叉式。

重疊式:

交叉式:

注意：室溫下不能將乙烷的兩種構象分離，因單鍵旋轉能壘很低(～12.6KJ/mol)斥力最大，能量高，不穩定斥力最小，能量低，穩定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丁烷的結構（模型）2.4.2丁烷的構象為主2.4.2丁烷的構象丁烷C(2)-C(3)鍵旋轉引起的各構象的能量變化直鏈烷烴—

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。2.5烷烴的物理性質(1)沸點（直鏈烷烴）(1-2)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℃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，也取決于它們在晶格中的排列。

例:(正戊烷-129.8℃,異戊烷-159.9℃,新戊烷-16.8℃)(2)熔點直鏈烷烴的熔點與分子中所含碳原子數目的關系它們在晶格中的排列越緊密，熔點也越高。可能的原因：

烷烴在結晶狀態時，碳原子排列很有規律，碳鏈為鋸齒形：分子間距離緊湊，分子間力大，晶格能高

分子間距離松散，分子間力小，晶格能低(3)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。—當溶劑分子之間的吸引力和溶質分子之間，以及溶劑分子與溶質分子之間的相互吸引力相近時，溶解容易進行。氯化鈉的溶劑比烷烴不溶于水，而易溶于四氯化碳—“結構相似者相溶”(3)溶解度

烷烴中的C-C、C-H都是σ鍵，極性小，鍵能大，因而烷烴的化學性質穩定。室溫下，烷烴不與強酸、強堿、強還原劑(Zn+HCl、Na+C2H5OH)、強氧化劑(KMnO4、K2Cr2O7)起反應或反應很慢。但高溫、高壓、光照或有催化劑存在時，烷烴可發生一些化學反應。這些反應在石油化工占有重要的地位。2.6烷烴的化學性質ClCl+能量Cl·+Cl·(氯原子,氯自由基)Cl·+HCH3

HCl+·CH3(甲基自由基)·CH3+Cl2

CH3Cl+·Cl................Cl·+Cl·Cl2·CH3+·CH3

CH3CH3

Cl·+·CH3CH3Cl................2.6.1甲烷氯代反應歷程(1)鏈的引發：(2)鏈增長(鏈傳遞):(3)鏈終止:只產生自由基不消耗自由基。

……消耗一個自由基的同時產生另一個自由基。

只消耗自由基而不再產生自由基。X2

2X·(光或熱)X·+RHHX+R·R·+X2

RX+X·................X·+X·X2

R·+X·RXR·+R·R-R2.6.2一般烷烴的鹵代反應歷程(1)鏈的引發：(2)鏈增長(鏈傳遞):(3)鏈終止:CH4+Cl2

CH3Cl

CH2Cl2

CHCl3

CCl4(2)其它烷烴的氯代反應—

Cl

CH3CH2CH3CH3CH2CH2Cl+CH3CHCH3正丙基氯43%異丙基氯57%設:伯氫原子活潑性為1,仲氫原子相對活潑性為x:57/43=2x/6x=4Cl2光25℃,CCl42.6.3取代反應(1)甲烷的氯代反應(自由基取代)丙烷氯代反應:伯,仲,叔氫原子的反應活性CH3CH3CH3CH3CH+Cl2

CH3-C-Cl+CH3-CHCH3CH3CH2Cl叔丁基氯36%異丁基氯64%設y為叔氫原子的相對活潑性則:36/64=y/9y=5.06則在室溫下伯,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.所以，烷烴中氫原子的活潑性順序是：

叔氫＞仲氫＞伯氫！

伯、仲、叔氫的活性不同，與C-H鍵的解離能有關。鍵的解離能越小，其均裂時吸收的能量越少，因此也就容易被取代。有關鍵的解離能如下：上述解離能數據說明：形成自由基所需能量：CH3·＞1＞2＞3自由基自由基的穩定性順序：3＞2＞1＞CH3·光127℃CH3CH3CH3CH3-CHCH3+Br2CH3-C-Br+CH3-CHCH2Br