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1、教学指导,烷烃的通式和构造异构,烷烃的命名法,甲烷分子的正四面体结构-sp3杂化轨道,烷烃的构象,烷烃的物理性质,烷烃的化学性质,烷烃的来源,教学目的 熟悉简单烷烃的普通命名法和较复杂烷烃的系统命名法。理解原子序数优先规则，能准确地写出较复杂烷烃的构造式或名称。 理解 “构象”概念， 认识并能书写简单烃类的构象的透视式和纽曼式，掌握环己烷优势构象的画法。 了解饱和碳原子上的游离基取代反应、反应历程的概念和游离基稳定规律。,教学重点 烷烃的系统命名规则、环己烷优势构象。 原子序数优先规则。,教学难点 烷烃的构象（透视式与纽曼式）、环己烷优势构象。 饱和碳原子上的游离基取代反应历程。,烷烃的通式和
2、构造异构 甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等都是烷烃。从这几个烷烃分子式中可以看出，在任何一个烷烃分支里，如果C原子数是n，H原子数则是2n+2。因此可以用一个共同的式子CnH2n+2（n表示C原子数）来表示烷烃分子的组成。这个式子叫做烷烃的通式。,烷烃的通式和构造异构 分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物叫做碳氢化合物，简称烃。烃分为开链烃和闭链烃。开链烃又叫脂肪烃。脂肪烃分子中只含有CC单键和C-H键的，叫烷烃。烷烃也叫石蜡烃。烷烃分子中既不含有C=C双键，也不含有CC三键，所以烷烃是饱和脂肪烃。,同系列：具有同一通式，组成上相差一个或多个CH2，且
3、结构和性质相似的一系列化合物称为同系列。 同系物：同系列中的各化合物互为同系物。甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等互为同系物。CH2称为同系列的系差。 同分异构体：分子式相同而结构相异的化合物叫做同分异构体，简称异构体。这种现象叫异构现象。,构造异构体：分子式相同，分子构造不同的化合物，称为构造异构体。如正丁烷和异丁烷互为构造异构体。,C6C10 烷烃构造异构体的数目,烷烃的命名法 一、伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子。,二、烷基 烃基：从烃分子中去掉一个氢原子后剩下的基团叫烃基。 烷基：从烷烃分子中去掉一个氢原子后所剩下的基团叫烷基。烷基常用“R”
4、来表示。 烷基的名称是从相应的烷烃分子的末端原子上去掉一个氢原子后剩下的基团（不带支链的烷基）叫做某基（系统命名法）或正某基（习惯命名法）。例如：CH3(CH2)CH3(丁烷），CH3(CH2)2CH2(丁基-系统名称），CH3(CH2)5CH3（庚烷），CH3(CH2)5CH2（庚基-系统名称）。 通常去掉直链烷烃末端氢原子所得的基团叫做正烷基,命名时“正”字常用n-代表，例如正丙基CH3CH2CH2又叫做n-丙基，正丁基CH3CH2CH2CH2又叫做n-丁基。,去掉一个仲氢原子所得的烷基叫做仲烷基，命名时“仲”字 长用sec-表示，例如仲丁基又叫做sec-丁基。而在一末端具有（CH3）2C
5、H结构的烷基叫做异烷基，例如异戊基，在英文名称中“异”字用iso-代表，但在中文名称中，此代号一般用得不多，去掉一个叔氢原子后所得的烷基叫做叔烷基，命名时“叔”字可用t-或tert-表示，例如叔丁基又叫做t-丁基，叔戊基又叫做t-戊基。而叫做新戊基。,三、烷烃的命名法 1.习惯命名法：它仅适用于结构比较简单的烷烃，其命名原则有以下两点： 根据分子中的碳原子数目称为“正某烷”，10个碳以下的烷烃分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，10个碳以上的烷烃用中文数字十一、十二、十三等表示，直链烷烃在命名时，前面加“正”或“n”。例： CH3CH2CH3 丙烷 CH3(CH2)10CH3 正
6、十二烷,第二个碳上有一个甲基的，命名时前面加“异”或“iso”，第二个碳上有二个甲基的，命名时前面加“新”或“neo”，例：,2.衍生物命名法：以甲烷为母体，将其他烷烃看作是甲烷的烷基衍生物，即甲烷分子中的氢原子被烷基取代所得到的衍生物。命名时，一般是把连接烷基最多的碳原子作为母体碳原子；烷基则是按照立体化学中次序规则列出顺序。例： （CH3）3C-CH3CH2（CH3）CH-（CH3）2CH- （CH3）2CHCH2-CH3CH2CH2CH2- CH3CH2CH2- CH3CH2-CH3 (符号“”表示“优先于”） 把优先于的基团排在后面。例如：,衍生物命名法能清楚表示分子构造，但是，对于复
7、杂的烷烃，由于涉及的烷基比较复杂，常难以采用此法命名。,3.系统命名法 系统命名法:是一种普遍的最常用的命名法,是采用国际纯粹化学和应用化学联合会（International Union of Pure and Applied Chemistry,简称IUPAC）制订的命名规则，再结合我国文字上的特点而制订的。,烷烃的系统命名法规则如下： (1)选择一个最长的碳链为主链，根据主链所含的碳原子数称为某烷，并以此为母体。主链以外的其它基团称为支链（取代基）。,（2）从靠近支链的一端开始，将主链上碳原子用阿拉伯数字1,2,3,.进行编号，支链所在的位置就以它所连接的碳原子的号数表示。 （3）把取代基
8、的名称写在该烷烃名称的前面，再把支链的位号写在最前面，中间加一短横线“-”。取代基的列出次序按立体化学中的“次序规则”，将较优的基团列在后面。,上例分子最长有碳链为八个碳，故称为辛烷，甲基和乙基分别在第2、4号碳原子上，且乙基优先于甲基，因此乙基后列出。,如果在带有的取代基中有几个相同，则在支链前加上二、三、四等中文数字表示支链的数目，其位置则须逐个注明。例：,若烷烃有两个以上等长的碳链，则按以下原则选择主链：选择具有支链数目最多的为主链；选择支链位号最小的为主链。,甲烷分子的正四面体结构-sp3杂化轨道 为了解释有机化合物的对映异构现象，1874年范托霍夫提出了碳原子四面体结构。他认为，在有
9、机化合物分子中，碳原子是位于一个四面体的中心，它的四个化合键指向四面体的四个顶点，在这位置上分别与其他四个原子相连接形成有机化合物分子。范托霍夫提出的碳原子四面体结构早就得到大家的公认，到了20世纪后，又得到实验室的直接验证。实验测定，CH4分子是正四面体结构，四个C-H键是等同的，键角（HCH）是109.5，C-H键的键长为0.110nm。,1931年鲍林和斯莱特提出了杂化轨道理论。杂化轨道理论不但揭示了CH4分子的正四面体结构，而且还阐述了CH2CH2分子的平面型结构，CHCH分子的直线形结构，以及许多无机化合物分子的几何形状问题。 碳原子基态的电子构型是1s22s22px12py1。按杂
10、化轨道理论，在形成甲烷分子时，先从碳原子的2s轨道上激发一个电子到空的2pz轨道上去，这样就具有了四个各占据一个轨道的未成对的价电子，即形成1s22s12px12py12pz1的电子层结构（激发过程中所需要的能量约402kJ/mol可被成键后放出的键能所补偿），然后碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道“杂化”，组成四个等能量的新的原子轨道sp3杂化轨道，每一个sp3杂化轨道含有(1/4)s成分和(3/4)p成分。sp杂化轨道是有方向性的，一头大，一头小，如下图所示。,四个sp3杂化轨道对称地排布在碳原子的周围，它们的对称轴（相当于四面体中心引向四个顶点的四条直线）之间的夹角为109.5（如上图）
11、， 这样的排布可以使价电子尽可能彼此离得最远，相互之间排斥力最小。sp3杂化轨道的大头表示电子云偏向这一边，成键时重叠的程度就比不杂化的s轨道和p轨道都大，所以sp3杂化轨道所形成的键比较牢固。,甲烷分子中的碳氢键是沿着sp3杂化轨道对称轴方向发生轨道重叠而形成的，这种键的电子云分布具有圆柱型的轴对称，长轴在两个原子核的连结线上，凡是成键电子云对键轴呈圆柱形对称的键都称为键。以键相连接的两个原子可以相对旋转而不影响电子云的分布。 其他烷烃分子中的碳原子也是以sp3杂化轨道与别的原子形成键，因此也都具有四面体的结构。烷烃分子中各碳原子的结构都可用正四面体模型表示。除甲烷外，其它烷烃中各碳原子所连
12、四个原子或原子团不一样，因此键角并不完全相等，但都接近于109.5。,烷烃的构象 一、乙烷的构象 构象：由于围绕单键（C-C）旋转所可能引起的分子内基团在空间排列成的多种不同形式称为构象。 乙烷的构象有无数种，但其典型构象只有两种，即交叉式构象和重叠式构象。交叉式构象的内能最小，最稳定，是乙烷的优势构象，而重叠式构象由于分子中原子相距较近，内能最大，是乙烷的最不稳定的构象，其它构象的内能介于这两种构象之间。,透视式表示从斜侧面看到的乙烷分子模型的形象。在透视式中，虽然各键都可以看到，但各氢原子间的相对位置，不能很好地表达出来。因此纽曼提出了以投影方式观察和表示乙烷立体结构的方法，叫做纽曼投影法
13、，按照这个方法，要从碳碳单键的延长线上观察化合物分子，投影时以圆圈表示碳碳单键上的碳原子。由于前后两个碳原子重叠，纸面上只能画出一个圆圈。前面碳上的三个碳氢键可以从圆心出发，彼此以102夹角向外伸展的三根线代表。后面碳上的三个碳氢键，则用从圆周出发彼此以120夹角向外“辐射”出去的三根线来代表。,交叉式构象中，前面碳上的氢原子和后面碳上的氢原子之间距离最远，相互间斥力最小，这种构象能量最低。重叠式构象中，前面碳上的氢原子和后面碳上的氢原子之间距离最近，斥力最大，因而重叠式构象能量最高。处在这两种构象之间的无数构象，其能量都在交叉式和重叠式构象之间。如以能量为纵坐标，C-C键的旋转角度为横坐标，
14、随着乙烷碳碳单键旋转角度的改变而作图，它的能量变化如下图所示：,构象不同，分子的能量不同，稳定性不同。从一个交叉构象（式）同过碳碳单键旋转到另一个交叉式构象（式），中间必须经过能量比交叉式高12.6kJ/mol的重叠式构象（），也就是说，交叉式构象与重叠式构象之差是12.6kJ/mol，其他构象界于两者之间。由上图可见，乙烷单键的旋转也并不是完全自由的。可以把这个能垒看作是克服氢原子之间的斥力，以及很可能还有由于碳氢键电子云之间斥力所需要的能量。重叠式构象中，由于前后两个氢原子相距最近，以及碳氢键之间电子云的斥力最大，所以能量最高。交叉式构象中，两个碳上的两个氢原子以及两个碳氢键之间相距最远，
15、斥力最小，所以能量最低，它是乙烷最有利的构象。,以交叉式为基准，转动乙烷分子的C-C单键所需要的能量叫扭转能。重叠式构象以及处于重叠式和交叉式之间的任何一个构象所具有的较高的能量，都是由于两个C原子上的C-H键电子对之间的斥力所引起的。这种斥力叫扭转张力。 上述可看出，乙烷（H3C-CH3）分子虽然只有一个构造，但构象是无穷多的。一般只考虑在能量曲线上的极小和极大位置的构象，对于乙烷，就是交叉式和重叠式这两个极限构象。,二、正丁烷的构象 正丁烷的构象比较复杂，当绕C2-C3和C2-C3原子上的氢原子和甲基间旋转就会出现无穷个排列相应于正丁烷分子的无穷多个构象。,丁烷分子的构象（纽曼投影式）,下
16、图是正丁烷分子的构象曲线图。可以看出，在正丁烷的无穷多个构想中，对位交叉式能量最低，稳定性最大；其次是邻位交叉式；然后是部分重叠式；全重叠式能量最高，是最不稳定的构象。,烷烃的物理性质 在常温常压下，C1C4的直链烷烃为气体；C5C17的直链烷烃为液体；C18以及C18以上的直链烷烃为固体。 （1）沸点 一个化合物的沸点就是蒸气压与外界压力达到平衡时的温度。化合物的蒸气压与分子间的引力大小有关。如果分子间的吸引力小，这种化合物的蒸气压就比较高，往往只需要从外界供给较小的能量就可使它的蒸气压提高到与外界压力相等，因而该化合物的沸点就比较低。反之，则该化合物的沸点就比较高。烷烃分子是靠范德华（van der Waals）引力吸引在一起的，这些力只在分子相距很近时才能产生。分子的大小能影响引力的大小，所以，随着烷烃相对分子质量的增加，分子间的作用力亦增加，其沸点也相应增高。,（2）熔点 固体状态时，由于分子间的范德华力的作用，分子靠得更近，并按照一定的晶格排列。当固体受热时就增加
