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1、第二章 烷烃 环烷烃 自由基反应历程,本章主要内容,一、烷烃同系列和同分异构现象 二、烷烃和环烷烃的的命名 三、烷烃和环烷烃的结构 四、烷烃和环烷烃的物理性质 五、烷烃和环烷烃的化学性质 六、烷烃和环烷烃的构象异构 七、重要的烷烃和环烷烃,一、烷烃同系列和同分异构现象,通式烷烃的为CnH2n+2 。 具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个CH2（系差）的一系列化合物称为同系列。 同系列中的化合物互称为同系物（homolog）。,烷烃的同系列（homologous series）,烷烃的同分异构现象,分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为构造异构现象。 烷烃的
2、同分异构现象是由分子中碳原子的排列方式不同而引起的，所以烷烃的同分异构又叫构造异构。 由碳链的构造不同而形成的异构，称为碳链异构。,1、碳链异构 由于分子中碳链形状不同而产生的异构现象 2、位置异构 由于取代基或官能团在碳链上或碳环上的位置不同而产生的异构现象 。 3、官能团异构 分子中由于官能团不同而产生的异构现象。 4、立体异构：结构相似，但由于微小偏差导致结构不同 。 立体异构包括 (1)顺反异构：立体异构的一种，由于双键不能自由旋转引起的，一般指烯烃的双键或多取代环烃的取代基位于环的不同侧造成的同分异构。 (2)光学异构：构造相同的分子，如使其一平面偏振光向右偏转，另一侧向左。则两种互
3、为光学异构体。 5、构象异构：同一种化合物的构象，可通过单键旋转由一种变为另一种，则这两种互为构象异构体。,同分异构,构造异构,环丁烷,甲基环丙烷,2-甲基丙烯,2-丁烯,顺反异构,顺-1,4-二甲基环己烷,反-1,4-二甲基环己烷,2-甲基丙烯,2-丁烯,烷烃的构造异构,碳链异构,碳链异构 位置异构 官能团异构,异构体的导出：先写出最长的碳直链；写出少一个碳的直链；依次减少主链碳原子，依次变换支链数目和位置；最后补上氢,碳链异构的写法：以 为例,二 烷烃和环烷烃的命名,碳原子的类型 普通命名法 系统命名法,伯、仲、叔、季,甲、乙、丙、丁,根据IUPAC命名原则结合我国文字特点而制定的,C1
4、、C6 、C7、C8、C9 ,C3、C5 ,C4 ,C2 ,伯碳原子、一级碳原子、1,仲碳原子、二级碳原子、2,叔碳原子、三级碳原子、3,季碳原子、四级碳原子、4,1.碳原子的类型：,2普通命名法,CH3CH2CH2CH2CH2CH3,正 normal n-,异 iso-,新 neo-,4. 系统命名法（IUPAC命名法）,2,4-二甲基-3-乙基庚烷,选择主链 ：a 最长碳链b取支链多的,碳原子的编号,(1) 从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3编号,（2）从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简单的一端开始编号。,（3） 若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、
5、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小为原则（最低系列原则）。,烷烃名称的写出,（1）将支链（取代基）写在主链名称的前面。 （2）取代基按“次序规则”小的基团优先列出。 烷基的大小次序：甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基异丁基异丙基。 （3）相同基团合并写出，位置用2，3标出, 取代基数目用二,三标出。 （4）表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基名称之间要用“半字线”隔开。 例如： 可将烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁。,2,6-二甲基-3-乙基庚烷,5,5-二甲基-3-乙基辛烷,3,5,环烷烃,分类,（） 根据分子中成环碳原子数目，称为环某烷。 （） 把取
6、代基的名称写在环烷烃的前面。 取代基位次按“最低系列”原则列出，基团顺序按“次序规则”小的优先列出。,单环 螺环 桥环 多环,一、单环环烷烃的分类与命名,小环：,中环（811元环）、大环（12元环）,普通环：,环烷烃的命名（CnH2n）,环上带有复杂的取代基时，一般将环作为取代基来命名。,3-环丙基戊烷,2，4-二甲基-3-环戊基戊烷,1-甲基-2-乙基环己烷,环烯烃的命名,（1）称为环某烯。 （2）以双键的位次和取代基的位置最小为原则。 例如：,多环脂肪烃的命名,（1） 桥环烃（二环、三环等） 分子中含有两个或多个碳环的多环化合物中，其中两个环共用两个或多个碳原子的化合物称为桥环化合物。,编
7、号原则：从桥的一端开始，沿最长桥编至桥的另一端，再沿次长桥至始桥头，最短的桥最后编号。 命名：根据成环碳原子总数目称为环某烷，在环字后面的方括号中标出除桥头碳原子外的桥碳原子数（大的数目排前，小的排后），（如上图）。其它同环烷烃的命名。上化合物名为 7，7-二甲基二环2，2，1庚烷 。,三、烷烃的结构,sp3,?,为什么烷烃分子中碳原子为四价，且四个价键是完全相同的呢？,原因： 在有机物分子中碳原子都是以杂化轨道参与成键的，在烷烃分子中碳原子是以SP3杂化轨道成键的。 杂化后形成四个能量相等的新轨道称为SP3轨道，这种杂化方式称为SP3杂化，每一个SP3杂化轨道都含有1/4 S成分和3/4 P
8、成分。,。,SP3轨道有方向性，图形为一头大，一头小，示意图如下：,S轨道 P轨道 SP3杂化轨道,C,H,H,H,H,键的特点：,S-S 键,P-P 键,SP3-SP3 键,S-SP3 键,键的特点：关于键轴对称,乙烷分子（CH3-CH3）的形成,sp3-sp3键,sp3-1s键,C,C,C,C,SP3SP3键,键,H,H,H,H,H,H,乙烷的生成,乙烷分子模型,戊烷模型,顺反异构,顺-1,4-二甲基环己烷,反-1,4-二甲基环己烷,顺反异构产生的条件: 1.分子中存在限制碳原子自由旋转的因素(如 双键，环),2.被限制的两个C上所连的两个基团 (或原子)不相同。上述两异构体也可表示为：,
9、顺反异构体（cis-trans isomers）是可独立存在的两种化合物，在室温下是不会相互转变的。,顺反异构,立体异构,构型异构,构象异构,对映异构,构造式相同，分子中原子在空间的排列方式不同产生的异构现象为立体异构。,式为交叉式：两C原子上的H原子彼此成 60角，相互交叉，相距最远。这种构象斥力最小，分子内能最低，是一种稳定的优势构象。,、乙烷分子的重叠式, 式为重叠式：两C原子上的H原子彼此成 0角，相互重叠，相距最近。这种构象斥力最大，分子内能最高，是一种不稳定的构象。,式交叉式, 式重叠式,纽曼投影式,（Newman）,锯架式,纽曼（Newman）投影式,表示离我们近的C原子,表示离
10、我们远的C原子,（二）丁烷的构象,围绕CC键旋转，丁烷有以下四种典型构象,全重叠式,邻位交叉式,部分重叠式,对位交叉式,丁烷各种构象的能量曲线,旋转角度/(),能量/KJ.mol-1,0 60 120 180 240 300 360,14.2,14.2,20.9,3.3,丁烷的四种典型极限构象的稳定性次序是：,对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式,直链烷烃的构象：,环己烷的构象,环己烷分子中碳原子是以sp3杂化的，六个碳原子不在同一平面内。环己烷最稳定的构象是椅式，常温下环己烷分子中99%以上为椅式构象。扭船式构象的能量比椅式高23kJmol-1，但比船式构象稳定。一种椅式通常很易转变成另一
11、椅式构象，这时原来的a键就变成了e键。,环己烷和取代环己烷的构象,环己烷的构象,椅式构象,船式构象,椅式构象：没有角张力，且所有的氢原子均处于交 叉式，是环己烷最稳定的构象，称优势构象。 船式构象：没有角张力，但C2C3及C5C6键上的四对H原子处于重叠式；二船头C（C1与C4）上伸向内侧的H原子间距离小于范德华半径之和，斥力大。,环己烷椅式构象的翻环作用,通过环内CC单键的旋转，可从一种椅式构象转变为另一种椅式构象：,转变后，原来的竖键全部变为横键，原来的横键全部变为竖键。,椅式构象中的横键和竖键,a,e,6个a键（三个向上，三个向下）， 6个e键（三个向上，三个向下）。 e键比a键稳定,（
12、二）一元取代环己烷的构象,1、取代基在e键上的构象,2、取代基在a键上的构象,（三）二元取代环己烷的构象,反-1，2-二甲基环己环 （ee键）,顺-1，2-二甲基环己环（ea键）,1，3-二甲基环己环,1，4-二甲基环己环,顺式（ee）,反式（ea）,顺式（ea）,反式（ee）,(1) (2),四烷烃和环烷烃的物理性质,烷烃的物理性质 状态 C1C4的烷烃为气态，C5C16的烷烃为液态，C17以上烷烃为固态。 沸点 随着碳原子数的递增，沸点依次升高。 原子数相同时，支链越多，沸点越低。 熔点 熔点变化的总趋势与沸点相似，随着分子质量的增高，有规律的上升。在奇数碳原子的基础上增加一个碳原子变偶数
13、碳原子的烷烃，熔点升高值较大，相反变化较小，因此，熔点随分子质量的而升高变化的曲线是锯齿形的。,正戊烷、异戊烷、新戊烷的熔点高低？并不能简单的说随支链增加，熔点升高。 熔点是分子开始熔融时，即结晶开始大范围被破坏时的温度。熔点的高低与分子的结晶性能有关。一般说来，分子的结构越简单，对称性越好，越容易结晶。对应的熔点就越大。如果支链太长，结晶不能，熔点反会下降。就这一点来说，熔点：新正异 沸点是由液体变为气体，破坏的是分子间的作用力。所以分子间作用力越强，沸点越高。这个问题中分子间作用力主要是范德华力，与分子之间的距离有关，支链越少，分子之间距离越短，作用越强。就这一点说：沸点：正异新。如果分子
14、间还有氢键，甚至有化学键的连接，就要重新考虑了。比如醇的沸点比对应的烷烃高得多，酸的沸点也比对应的醇的沸点高。而经过交联的聚乙烯等，由于化学键作用太强了，不能形成气态，没有沸点。,相对密度（比重） 都小于1，随着分子量的增加而增加，最后接近于0.8（20）。 溶解度 不溶与水，溶于某些有机溶剂，尤其是烃类中（“相似相溶”原理）。 环烷烃的沸点熔点都较同碳数的开链烷烃高，密度也较相应的烷烃大，但仍比水轻。常温下，环丙烷、环丁烷为气体， C5C11的环烷烃为液体。,1. 卤代反应,烷烃的化学性质稳定（特别是正烷烃）。在一般条件下（常温、常压），与大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂及金属钠等
15、都不起反应，或反应速度极慢。,五、烷烃和环烷烃的化学性质,原因： （1） 其共价键都为键，键能大 C-H 390435KJ/mol， C-C 345.6KJ/mol （2）分子中的共价键不易极化（电负性差别小C2.5， H2.2） （3）但稳定性是相对的、有条件的，在一定条件下（如高温、高压、光照、催化剂），烷烃也能起一些化学反应。,(CH3)2CH-H (CH3)2CH + H 离解能 397kJmol-1,异丙基自由基（2）,4多碳烷烃卤代反应的取向,43% 57%,伯、仲氢的相对反应活性为：,叔氢原子：仲氢原子：伯氢原子=5：4：1,叔、伯氢的相对反应活性为：,预测下列烷烃各氯代烷烃异构体的产率：,产率比为：,1-氯丁烷的得率为：3(3+8)100%=27% 2-氯丁烷的得率为：8(3+8)100%=73%,加热至127时溴代反应中叔H、仲H、伯H原子的相对反应活性比为： 1600：82：1 溴代反应的选择性高于氯代反应。,（一）氧化 1. 燃烧 烷烃在空气中燃烧，生成二氧化碳和水，并放出大量的热能。如：,2.控制氧化 控制一定的条件使烷烃进行选择性氧化，可用于工业上生产含氧衍生物的化工原料。,所以烷烃常用作内燃机的燃料。,（二） 热裂反应 在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的C-C
