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1、有 机 化 学 ORGANIC CHEMISTRY第二章 烷烃 CHAPTER 2 ALKANES第二章 烷烃 2 ALKANES烃（Hydrocarbons)烃 Hydrocarbons脂肪烃 Aliphatic Hydrocarbons脂环烃: Aliphatic Cyclic Hydrocarbons芳香烃 Aromatic Hydrocarbons饱和的烷烃 saturatedAlkanes不饱和的 Unsaturated烯烃 Alkenes炔烃 Alkynes第一节 烷烃概述 2.1 Introduction of alkanes烷烃的同系列 Homologous series of
2、 alkanes分子式通式：CnH2n+2系差：-CH2-同系列：满足同一分子式通式，结构相似的一系列化合物 同系物：同系列中的各个化合物互称同系物碳原子种类：氢原子种类：相应分为伯、仲、叔氢。 CH3 - CH2 - CH- C - CH3 CH3CH3CH3伯碳(1o C) Primary C仲碳(2o C) Secondary C叔碳(3o C) Tertiary C季碳(4o C) Quaternary C 烷基：从烷烃分子中去掉一个氢原子后所得的原子团 常见烷基：烷烃烷基中文名称英文名称CH4-CH3甲基methylCH3CH3-C2H5乙基ethylCH3CH2CH3-C3H7（正
3、）丙基n - propyl-CH(CH3)2异丙基iso propyl CH3CH2CH2CH3-C4H9（正）丁基n butyl-CH(CH3)C2H5仲丁基sec butylCH3CHCH3 CH3-CH2CH(CH3)2异丁基iso butyl-C(CH3)3叔丁基t - butyl烷烃的来源 Sources of Alkanes天然气 natural gas 主要成分为甲烷石油 petroleum 主要成分一般为烷烃和环烷烃煤 coal 名称主要成分沸程（）用途石油气C1C440以下燃料石油醚C5C84060溶剂汽油C7C1260200飞机或汽车燃料煤油C12C16145310灯火燃料
4、、航空用煤油柴油C15C18180350柴油发动机燃料润滑油C16C20300以上机械润滑、防锈凡士林C18C22软膏基质固体石蜡C25C34制蜡烛、蜡纸等沥青C30以上房屋及公路建筑材料第二节 烷烃的结构和异构 2.2 Structure and isomerism of alkanessp3杂化与四面体构型（ sp3 hybridization and tetrahedral configuration) 甲烷的结构CH4分子的结构经实验测知为正四面体结构，4个 C-H键均等同，键角均为109o28。甲烷分子中碳原子的sp3杂化甲烷的形成：2s22p2跃迁激发态杂化sp3杂化轨道4 其他烷
5、烃的结构 乙烷的结构由于碳原子的几何构型为正四面体型，决定了烷烃 分子中碳原子的排列不是直线形的。实验证明，气态 或液态的两个碳原子以上的烷烃，由于键的自由旋转 能形成多种曲折形式。如正戊烷： 丁烷的结构烷烃的异构（ isomerism of alkanes ）我们把具有相同分子式而结构不同的化合物称为同分 异构体，这种现象称为同分异构现象。烷烃从丁烷开始有异构现象，各异构体的物理和化学 性质出现一些差别。在烷烃同系物的分子中随着碳原子数目的增多，同分 异构体的数目将迅猛增多。如十个碳的烷烃同分异构体数 目为75种，而二十个碳的烷烃同分异构体数目就达到了 366319种。C4H10: CH3C
6、H2CH2CH3 CH3-CH-CH3C5H12: CH3(CH2)3CH3 CH3-CH-CH2CH3 CH3-C-CH3CH3CH3CH3CH3第三节 烷烃的命名 2.3 nomenclature of alkane普通命名法(common nomenclature)一般按烷烃所含碳原子数目来命名，碳原子在十以内 用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）表 示，如C7H16称为庚烷；十一碳以上的用汉文数字表示， 如C12H26称为十二烷。为了区别异构体，将直链烷烃叫“正”某烷，把碳链一端具有 或 结构的烷烃分别称为“异”某烷或“新”某烷。 CH3-CH- CH3CH3-C- CH3
7、CH3CH3-CH-CH2-CH3 CH3CH3(CH2)3CH3CH3-C-CH3 CH3CH3正戊烷异戊烷新戊烷衍生命名法将所有烷烃看作是甲烷的烷基衍生物来命名。在命名 时，选择连有烷基最多的碳原子作为甲烷碳原子，而把与此 碳原子相连的基团作为甲烷氢原子的取代基。系统命名法对于直链烷烃，系统命名与普通命名相似，但要去掉“ 正”字。对于带有支链的烷烃，命名时遵循以下原则： 1 选择最长碳链为主链，根据主链碳原子数目称“某”烷，把支 链看作是母体的取代基。三甲基甲烷甲基乙基异丙基甲烷四乙基甲烷2 将母体中碳原子从最接近取代基的一端开始编号，编号 用阿拉伯数字表示。当主链以不同方向编号得到两种
8、不同编号系列时，须遵循“最低系列”编号原则，即顺 次比较各系列的不同位次，最先遇到位次较小者，定 为“最低系列”。 3 取代基的位置（阿拉伯数字）和名称写在母体名称的前 面，不同语系字符间隔以“-”，如有几个相同的取代基 ，应合并处理，其数目用汉字表示，表示位置的阿拉 伯数字间应加“，”，同一个碳原子上连有两个相同的 取代基时，表示其位置的阿拉伯数字不可省略。 4 如有几种不同取代基时，把小的取代基名称写在前面， 大的写在后面，国外文献中一般按字母顺序列出。 5 有两条或两条以上等长的最长链时，应选择取代基最多 的碳链为主链。CH3-CH2-CH2-CH-CH3 CH2-CH3CH3-C-CH
9、2-CH-CH-CH3 CH3CH3CH3-CH2-CH-CH-CH2-CH2-CH3 CH2-CH3CH312345612345673-甲基己烷4-甲基-3-乙基庚烷CH3CH31234561234562，2，4，5 - 四甲基己烷12345CH3-CH2-CH2-CH-CH-CH-CH3 CH-CH3CH3CH2-CH3CH312345675672,3,5-三甲基-4-正丙基庚烷 (CH3) 2CHCH2CH2C(CH3 )3 2,2,5-三甲基己烷【课堂练习】 下列各化合物的系统命名对吗？如有错，请指出，并正确命名之。（1） （2）（3） （4）（5） （6）2乙基丁烷2，42甲基己烷3
10、甲基戊烷2，4二甲基己烷3甲基十二烷3甲基十一烷4丙基庚烷4异丙基辛烷4二甲基辛烷4，4二甲基辛烷1，1，1三甲基3甲基戊烷2，2，4三甲基己烷烷烃的构象（conformation of alkane) 乙烷的构象如果使乙烷中的一个甲基固定，另一个甲基绕C-C 旋转，则两个甲基上的氢原子的相对位置将发生变化， 形成不同的空间排列方式。这种由于绕键键轴旋转而 产生的分子中原子或基团在空间的不同排布形象叫做构 象。其中乙烷的两个极端的构象如下：透视式：投影式：重叠式内能高交叉式内能低E(KJ/mol)旋转度数12.6 丁烷的构象丁烷可以看作乙烷分子中的两个碳原子上各有一个 氢原子被一个甲基取代后的
11、产物。全重叠式邻位交叉式部分重叠式对位交叉式E/kJmol-1旋转度数/o14213060120180240300360稳定程度：对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式第四节 烷烃的物理性质 2.4 Physical properties of alkanes名称(name)熔点(mp)/沸点(bp)/密度 (density)/(d420) 甲烷(methane)-183-1620.424乙烷(ethane)-172-88.50.546丙烷(propane)-187-420.582正丁烷(butane)-138-0.50.578正戊烷(pentane)-130360.626正己烷(hexane
12、)-95680.659正庚烷(heptane)-90.5980.684异戊烷(isopentane)-160280.619新戊烷-209.50.614部分烷烃的物理常数物态(state):常温常压下，4个碳以下的烷烃为气态，5 17个碳的烷烃为液态，18个碳以上的烷烃为固态。 沸点(bp.):变化规律：随分子量增大，沸点逐渐升高； 随分子量增大，相邻两个烷烃的沸点差减少；分子量 相同的烷烃，支链越多，沸点越低。 熔点(mp.):虽然前几个烷烃熔点变化不是很规律，但总的 趋势仍是随分子量的增大，熔点升高。含奇数碳的烷烃和 含偶数碳的烷烃构成两条熔点曲线。偶数的在上面，奇数 的在下面。 密度(de
13、nsity)：烷烃的密度均小于1，且随分子量的增大 ，密度也随之增大，但最后密度趋近于0.8。 溶解度(solubility):不溶于水，易溶于非极性的有机溶剂 ，如苯、四氯化碳等。有些烷烃本身也是常用的有机溶剂 。第五节 烷烃的化学性质 2.5 Chemical properties of alkanes卤代反应（Halogenation) 反应及产物CH4 + Cl2 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4hhhh Cl2Cl2Cl2CH3CH2CH3 + Cl2 CH3CH2CH2Cl + CH3CHClCH3 h(43%) (57%) (CH3)3CH + Cl2 (CH3)
14、2CHCH2Cl + (CH3) 3CClh(63%) (37%) 假设伯氢的反应活性为1，则仲氢的反应活性为4，叔 氢的反应活性为5。即在室温下，叔氢、仲氢、伯氢被氯 原子夺取的相对速率为5：4：1。 不同种类氢的活性 活性：叔氢(3oH) 仲氢(2oH) 伯氢(1oH)原因：可见，不同种类的氢,键的断裂所需的能量按如下次序降低:甲烷氢 1oH 2oH 3oH 游离基的稳定性： 3oR 2oR 1oR CH3 卤素的活性 活性：F2 Cl2 Br2 I2 CH4 CH3 + H 435键的离解能(kJ/mol)CH3CH2CH3 CH3CH2CH2 + H 412CH3CH2CH3 (CH3) 2CH + H 399(CH3)3CH (CH3) 3C + H 382 反应机理 实验证明，甲烷和氯的反应是一个典型的游离基反应：(1) 链引发： Cl2
