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1、2018/10/16,第二章 烷烃,主讲教师 ： 李建章,有机化学,2018/10/16,第二章 烷烃教学要求,1、理解同系列、同分异构、构型、构象等概念，正确书写烷烃的构造异构体。2、掌握烷烃的命名原则(普通命名法、CCS命名法，了解IUPAC命名法。2、理解碳四面体概念、sp3杂化、键。3、掌握构象式（纽曼式和透视式）的写法。4、理解烷烃的物理性质。5、掌握烷烃的氧化，裂化，取代反应。6、掌握烷烃的卤代反应机理 、碳自由基稳定性、烷烃卤代反应活性。,2018/10/16,2-1 烷烃的同系列与同分异构,、烷烃的通式 同系列 构造式,1、通式：CnH2n+2 n 1 例如 CH4 CH3CH
2、3,2、同系列：结构相似、组成上相差n 个(n1) CH2、具有同一通式的化合物称为同系列。,分子式 构造简式 甲烷 CH4 CH4 乙烷 C2H6 CH3CH3丙烷 C3H8 CH3CH2CH3丁烷 C4H10 CH3CH2CH2CH3,从上述结构式可以看出，烷烃的组成都是相差一个或多个CH2（亚甲基）而连成碳链。,2018/10/16,3、同系物：在同一系列中的化合物互称为同系物。,4、构造：有机物分子中原子排列的顺序和连接的方式叫做化学结构，也叫做构造。用来表示化学结构的式子叫做构造式。,由于同系列中同系物的结构和性质相似，其物理性质也随着分之中碳原子数目的增加而呈规律性变化，所以掌握了
3、同系列中几个典型的有代表性的成员的化学性质，就可推知同系列中其他成员的一般化学性质，为研究庞大的有机物提供了方便。,2018/10/16,构造式的书写有以下4 种表达方法：正戊烷为例,（1）珠网式,特点：将分子中所有原子的连接顺序都反映出来。缺点：书写麻烦、费时。, 缩写式,A、构造式,B、简式,C、简式,2018/10/16,特点：将相同的氢原子合并，并在由下角注明氢的数目；将相同的基团合并，并在由下角注明相同的基团的数目。, 键线式：,特点：将分子的骨架写出来，而碳原子和氢原子的符号都不列出来。为了区别一个碳键和另一个碳键，把二条线画成约120角。双键、叁键分别用两条横线、三条横线表达。,
4、（4） 碳干式：,碳干式特点：省去所有氢原子。,2018/10/16,二、烷烃的同分异构造现象,有机化合物普遍存在同分异构现象。烷烃中除甲烷、乙烷、丙烷外，其它烷烃都有同分异构体。C7H16 9种 、C25H52 有3679万种。,从丁烷开始有同分异构现象，可由下面方式导出：,2018/10/16,同分异构：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。,烷烃构造异构产生的原因：由于烷烃的碳胳（碳干）排列方式不同而引起，这种构造异构称为碳胳异构。例如戊烷：,在构造异构中，除碳胳异构外还有官能团位置异构。异构体的导出步骤见P17。,2018/10/16,三、烷烃的碳原子
5、类型和氢原子类型,在烷烃的构造式中，碳原子在分子中所处的位置不完全相同。按照碳原子所连接的碳原子的数目的不同，碳原子分为以下四种：,1、伯碳原子（1C ）：仅与一个碳原子直接相连的原子即一级碳原子。2、仲碳原子（2C） ：与两个碳原子直接相连的原子即二级碳原子。3、叔碳原子（3C ）：与三个碳原子直接相连的原子即三级碳原子，。4、季碳原子（4C ）：与四个碳原子直接相连的原子即四级碳原子。,2018/10/16,与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯氢、仲氢、叔氢。1H、2H、3H。伯氢、仲氢、叔氢在化学反应中的活性不同。,2-2 烷烃的命名,有机化合物的命名，是有机化学的重要内容，务必掌
6、握。常用的命名方法有普通命名法(习惯命名法)和系统命名法(CCS命名法)。,2018/10/16,、普通命名法,普通命名法只适用比较简单的化合物，对烷烃的命名原则如下：,1、碳原子从110的化合物，分别以天干名称：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示,2、碳原子数目10以上的化合物，以汉字十一、十二、十三 等数字表示。,3、为区别同分异构，用“正”、“异”、“新”表示,2018/10/16,正戊烷 异戊烷 新戊烷,正：表示直链烷烃,异：表示具有,新：表示具有,2018/10/16,二、系统命名法,在系统命名法中，涉及到新概念“烷基”，所谓“烷基”是指烷烃分子去掉一个氢原子后剩下的基团叫烷
7、基。常用R-表示, 通式CnH2n+1。,烷基 中文名 英文名 通常符号CH3- 甲基 methyl Me CH3CH2- 乙基 ethyl Et CH3CH2CH2- 丙基 n-propyl n-Pr (CH3)2CH- 异丙基 isopropyl i-PrCH3CH2CH2CH2- 正丁基 n-butyl n-Bu,2018/10/16,烷基的命名法，把烷烃命名中的“烷”字换成“基”字，“基”有一价的涵义。,“亚基”有二价的涵义，“次基 ”有三价的涵义.,2018/10/16,系统命名法是1960年中国化学学会(Chinese Chemical Society，简称CCS)根据国际纯粹和应
8、用化学联合会（IUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字的特点而制定的，1980年进行了修定。 简称CCS命名法。,1、直链烷烃的命名：与普通命名法相似，只是把“正”去掉。例如：CH3(CH2)4CH3 己烷,2018/10/16,、支链烷烃的命名：分三步进行：,选择主链，确定母体：从构造式中选择最长碳链即碳原子数目最多作为主链（母体），并根据主链碳原子数目称为“某某烷”，其它支链均作为取代基。,最长碳链碳原子数8个，母体辛烷。,2018/10/16,在1、2、3三条等长的碳链中，只有1为最佳选择。,当有两个以上的等长碳链可供选择时，其选择顺序为： A、选择支链多的一条为主链。,20
9、18/10/16,2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷,B、选择支链位号较小的为主碳链。,红色：2,5-二甲基-4-异丁基庚烷。(2,5,4) 蓝色：2,6-二甲基-4-仲丁基庚烷。(2,6,4),2018/10/16,C、两个等长碳链上的支链数目、位次均相同，选择支链碳原子多的为主碳链。,3,5,9-三甲基-11-乙基-7,7-二(2,4-二甲基己基)十三烷,2018/10/16,D、选择侧分支少的链为主碳链。,5-丙基-6-(1-异丙基戊基)十二烷,只有一个支化链,有两个支化链,2018/10/16,编号：A、从靠近取代基最近的一端开始依次用阿拉伯数字编号(最低系列编号规则)。,B、从碳链任何
10、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。即：小的取代基编号最小,2018/10/16,C、若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最低系列原则）为原则。,2018/10/16,按1进行编 号正确,书写名称：将取代基名称写在母体名称之前，并用阿拉伯数字标明取代基位次。在阿拉伯数字与取代基之间用短横“-”连接。,在书写名称时特别注意以下问题：,A 将支链（取代基）写在主链名称的前面。,2018/10/16,B 、取代基按“次序规则”小的基团优先列出：下面简单介绍次序规则的要点：,a、原子或基团按照原子序数的大小排列，大的排在前面，小的
11、排在后面，即： IBrClSPONCH.( “”优于)。,b、原子序数相同的元素（同位素），则按 原子量大小排列（DH）。,c、如果直接相连的第一个原子的原子序数相同，则比较与第一个原子相连的第二个原子的原子序数，依此类推。例如：,2018/10/16,甲基与乙基：其第一个原子都是碳原子，原子序数相同，只能比较与第一个原子相连的第二个原子的原子序数：在甲基中是3个H，原子序数和为1+1+1=3；在乙基中，C、H、H，原子序数和为6+1+1=8，83，所以乙基优于甲基。,按照次序规则，烷基的大小次序为：甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基异丁基异丙基。,2-甲基-4-乙基己烷,2018/10/16,C
12、 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。,D 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。,3,3,5-三甲基-4-乙基辛烷,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,2018/10/16,三、衍生物命名法,该法是按照化合物由简到繁的原则，规定每类化合物以最简单的一个化合物为母体，而将其余部分作为取代基来命名的。,四甲基甲烷 二甲基正丙基异丙基甲烷,2018/10/16,四、有机化合物的俗名和简称,所谓俗名(trivial name)就是化学工作者根据化合物的来源、制法、性质或采用人名等加以命名的。仅举几例：,凡士林（1
13、822的烷烃混合物）,石油醚（59的烷烃混合物）,液体石蜡（917的烷烃混合物）,2018/10/16,2-3 烷烃的构型,、碳原子的正四面体构型,1、构型：在烷烃分子中，所有碳原子所连接的4个原子或基团不是在同一个平面上，而在一个正四面体的顶角上，碳原子位于四面体的中心。例如，甲烷（CH4），4个H原子位于正四面体的顶点，碳原子位于正四面体的中心。,2018/10/16,构型是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。正四面体构型：sp3杂化,球棒模型,斯陶特模型,甲烷的正四面体构型,2018/10/16,2、碳原子sp3杂化：,碳原子的基态电子排布:1s22s22px12py12pz，按
14、未成键电子的数目，碳原子应是二价的，但在烷烃分子中碳原子确是四价的，且四个价键是完全相同的。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？,碳原子sp3杂化：,2018/10/16,通过sp3杂化的结果：A、形成四个能量相等的新轨道称为SP3轨道B、每一个SP3杂化轨道都含有1/4 S成分和3/4 P成分C、其轨道形状发生了改变，sp3杂化轨道为葫芦形；D、其伸展方向发生改变，4个sp3杂化指向正四面体的顶角，相互间成10928（109.5）。,2018/10/16,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。,甲烷的形成示意图,2018
15、/10/16,3、键,烷烃分子形成时，碳原子的SP3轨道沿着对称轴的方向分别与碳的SP3轨道或氢的1S轨道相互重叠成键。,成键电子云沿键轴方向呈圆柱形对称重叠而形成的键叫做键,2018/10/16,键的特点： （1）电子云沿键轴呈圆柱形对称分布。 （2）可自由旋转而不影响电子云重叠的程度 （3）结合的较牢固、稳定、不易断裂 。,因此， C-H键, 键能 415.3KJ/mol C-C键, 键能 345.6KJ/mol,在烷烃分子中碳原子都是SP3杂化：C-C 键为SP3- SP3 键C-H 键为SP3- S 键,2018/10/16,4、其它烷烃的构型,1） 碳原子都是以SP3杂化轨道与其他原子形成键，碳原子都为正四面体结构。2） C-C键长均为0.154nm, C-H键长0.109nm,键角都接近于109.5。3） 碳链一般是曲折地排布在空间，在晶体时碳链排列整齐，呈锯齿状，在气、液态时呈多种曲折排列形式（因键能自由旋转所致）。,
