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1、第二章 烷烃,Alkanes, cycloalkanes and their conformations,第一节 烷烃的构造异构、结构与命名,一. 同系列和同分异构 二. 烷烃的命名 三. 物理性质 四. 化学性质,一. 同系列和同分异构,烃：只含有碳原子和氢原子的化合物。分为脂肪烃和脂环烃，又可分为饱和与不饱和烃。开链的称为脂肪烃，闭合成环的称为脂环烃。,芳香烃单环芳烃、多环芳烃,烷烃：通式CnH2n+2, 在组成上相差CH2及其整数倍，同系列中的各化合物互为同系物。同系物结构相似, 化学性质相近。,同分异构体：具有相同分子式的不同化合物。同分异构分为构造异构和立体异构。,构造异构体：具有相
2、同分子式, 分子中原子或基团因连接 顺序不同而产生的异构体。 由碳架不同引起的异构，称碳架异构。(属构造异构),烷烃随碳、氢原子数的增加，而出现不同的构造状态。,碳数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 异构数 1 1 1 2 3 5 9 18 35 75 4347 366,319,天然气含75%甲烷、10%乙烷、5%丙烷。石油的主要成分为：含550个碳原子的链状烷烃及少量环烃和其他衍生物。,天然气 C1C6 20以下 液体石油(石油醚) C5C6 2060 汽油 C4C8 40200 煤油 C10C16 175275 柴油 C15C20 250400 润滑油 C18C22
3、300 石蜡 C20C30 350 沥青 C30以上 不挥发,1.烷烃的结构特征,碳原子都是 sp3 杂化 ，呈四面体结构 键角约为109.5 CC 键的平均键长为154pm，CH 键的平均键长为107pm,基态时 C：1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0,简单烷烃的结构,烷烃分子立体形状表示方法：,实线-键在纸平面上; 楔线-键在纸平面前; 虚线-键在纸平面后。,斯陶特模型,书写结构简式时，C-H和C-C单键可省略。 H H H H H H-C-C-C-C-C-H CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 H H H H H,键联式的书写，H原子和C原子都可省略。以拐点表示C。,CH3
4、CH2CH2CH2CH3,(CH3)2CHCH2CH2(CH3)CH2CH2CH3,(CH3)3CCH2CH(CH2CH3)2,2. 烷烃的构象(Conformation),构象：分子中的原子或基团在空间的特定排列形式 构象异构体：由单键旋转而产生的异构体 单键旋转会产生无数个构象，它们互为构象异构体,乙烷的构象,构象式的表达方式： Newman 投影式、锯架式、伞式(楔形式),重 叠 式,楔形式 锯架式 纽曼式,交 叉 式,楔形式 锯架式 纽曼式,重叠式构象与交叉式构象,能量差 12.1 KJmol-1,重叠式与交叉式构象的能量分析,键长：CH 1.07, CC 1.54 A 键角：HCH
5、109.5 重叠式两个H之间距离：2.29 A 氢原子半径：gH = 1.2 A,排斥力最大 排斥力最小 内能高 内能低,乙烷不同构象的能量曲线图,乙烷不同构象的能量曲线图, 转动能：12.1kJ/mol，每对重叠氢H-C-C-H重叠张力(扭转张力)：4.0kJ/mol, 室温下，构象异构体处于快速转化的动态平衡中，某一构象停留时间极短(10-6秒)不能分离。, 乙烷交叉式构象是优势构象。,丁烷的构象CH3CH2-CH2CH3,丁烷不同构象的能量曲线图,构象稳定性：对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 完全重叠式,室温下，正丁烷构象异构体处于快速转化的动态平衡中，不能分离。最稳定的对位交叉构象是
6、优势构象。,乙烷衍生物的构象分布,一般情况下是对位交叉式 邻位交叉式 但也有例外的情况发生,衍生物 对位交叉的比例% ClCH2CH2Cl 70 BrCH2CH2Br 8491 PhCH2CH2Ph 90,邻位交叉为主的特殊情况,二 链烷烃的命名,1. 系统命名法 2. 习惯命名法（普通命名法） 3. 衍生物命名法 4. 俗名,1. 系统命名法,IUPAC命名法 中文系统命名法(CCS)：由中国化学会根据IUPAC命名法的原则，结合中文特点而制定的 系统命名法化合物名称的构成： 立体化学名取代基名母体名,1. 碳原子和氢原子的分类及烷基的概念,1）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子,2）烷
7、基 R-,烷烃分子去掉一个氢原子后余下的基团。,与一个碳相连的碳称为一级碳，伯碳，1C, 上面的氢为1H; 与两个碳相连的碳称为二级碳，仲碳，2C, 上面的氢为2H; 与三个碳相连的碳称为三级碳，叔碳，3C, 上面的氢为3H; 与四个碳相连的碳称为四级碳，季碳，4C。,直链烷烃的命名,按照分子中所含的碳原子数而称为“某烷 ” 碳原子数在十个以下的，用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）来表示 碳原子数在十个以上的，用中文数字十一、十二、十三来表示,主链及编号,选择含取代基多的最长碳链 最低系列规则,取代基,相同的取代基合并，列出各取代基位号并用中文数字表示取代基数目 取代基上带支链的
8、，给支链编号，命名方式有2种：,英文命名,Alkane “烷” 词尾-ane Alkyl “基” 词尾-ane变为 -yl,词头,mono, di, tri, tetra, penta, hexa 代表取代基个数单、双、叁等。 n(正) , iso(异) , neo(新) 代表取代基异构。 sec(二级,仲) , tert(三级,叔) 代表取代基异构。 表示取代基个数的词头不参与字顺排序, iso, neo 参与字顺排序,取代基,IUPAC保留了8个烷基的俗名: Isopropyl 异丙基， Isobutyl 异丁基 sec-Butyl 仲丁基，tert-Butyl 叔丁基 Isopentyl
9、 异戊基，tert-Pentyl 叔戊基 Neopentyl 新戊基，Isohexyl 异己基 缩写: Me methyl 甲基, Et ethyl 乙基 , Pr propyl 丙基, Bu butyl 丁基, Ph phenyl 苯基,IUPAC与CCS命名的差别,2. 习惯命名法（普通命名法）,直链烷烃命名为正某烷 带支链的烷烃用“异”, “新”等区别,衍生物命名法,以甲烷为母体，其它为取代基命名,二甲基丙基异丙基甲烷,俗名,根据其来源而命名，如甲烷又称沼气,第二节 烷烃的物理性质,物理性质不需要发生化学变化就表现出来的性质 外观：状态、颜色、气味 物理常数：m.p. , b.p. ,
10、n20D , a20D , d , m , 溶解度,物理性质与化合物的结构有关,1.状态 2.沸点(bp) 3.熔点(mp) 4.相对密度 5.溶解度,烷烃分子同系物中，随碳原子数的增加，其沸点也相应升高。在分子式相同的构造异构体中，支链越多，分子间距越大，其沸点越低。,m.p. -129.8oC -159.9oC -16.8oC,b.p. 36.1 28 9.5,烷烃分子同系物中，随碳原子数的增加，其熔点也曲线升高。偶数碳原子直链烷烃熔点大于相邻的两个奇数碳原子烷烃，在分子式相同的构造异构体中，对称性越好，分子在晶格中的排列越紧密，其熔点越高。,奇数碳,偶数碳,烷烃分子同系物中，随碳原子数的
11、增加，状态趋于固态，相对密度趋于0.8，非极性，难溶于水，易溶于CCl4。,第三节 烷烃的化学性质,烷烃分子中只有碳碳，碳氢 s-键，故十分稳定 碳氢键的极性小，不易发生异裂，一般发生均裂,化学性质取决于分子的结构。C-C、C-H键键能较大,极性较小，烷烃稳定。高温、光照等条件下烷烃具有反应活性。,1.异构化反应,烷烃主要有以下化学性质：1.异构化反应 2.卤代反应 3. 燃烧反应 4. 热裂化反应 5.硝化反应和磺化反应等,2. 烷烃的卤化,甲烷氯化反应的产物,甲烷的氯代反应，如果适当地控制反应条件和加入的CH4和Cl2的比例，可以控制得到一氯甲烷(CH3 Cl)和四氯甲烷(CCl4)的产量
12、。,甲烷氯化反应的产物,热氯化方法控制温度在400450之间， 如果甲烷：氯=10：1时，产物以CH3Cl为主。 如果甲烷：氯=1：4时，产物以CCl4为主。 缩短反应时间有利于生成CH3Cl。,反应活性,氯化和溴化是常用反应 氟化反应大量放热，难以控制 碘化反应吸热，反应很慢 F2 Cl2 Br2 I2,氢原子的反应活性和碳自由基的稳定性,烷烃分子中处于不同状态的氢原子(伯、仲、叔氢)，在发生卤代反应时,其反应活性并不一致。因其C-H键发生均裂所需能量(键的离解能)不同。根据实验测定不同氢原子的反应活性如下：叔氢原子仲氢原子伯氢原子 各氢原子的反应活性与反应的中间产物碳自由基稳定性有关。自由
13、基越稳定则在反应中越易形成，因此，反应速度越快。碳自由基的稳定性如下：,氯 代,溴 代,反应的选择性,溴化反应的选择性,溴化反应的选择性更好,3. 烷烃的硝化和磺化,4. 裂化和裂解,裂化隔绝空气加压(P=5MPa)，加热(500700)，断裂成小分子 催化裂化在催化剂存在下的裂化，温度较低(400500)，常压。 催化剂：硅酸铝(SiO2Al2O3)等。,裂化伴随脱氢、环化和异构化,裂解深度裂化(700),裂解的目的不是提高汽油的产量和质量，而是为了获得更多的三烯、三苯、乙炔和萘这8种基本有机化工原料。 三烯：乙烯、丙烯、丁二烯 三苯：苯、甲苯、二甲苯,5. 氧化反应,55.6 kJ/g,52 kJ/g,烷烃在常温常压下，不与氧气作用。在高温或点燃（低级烷烃）发生剧烈氧化燃烧，并放出大量的热。,如果在催化剂的存在下，小心氧化可得到醇、醛、酮、酸等混合物。,有机化学中的氧化和还原作如下规定: 分子中加氧或脱氢为氧化； 分子中去氧或加氢为还原。,融这里上海小额贷款 银蒙雨揈,
