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1、只含有碳和氢两种元素的化合物叫碳氢化合物，简称烃。烃是最简单的有机化合物。,烃可以分为开链烃和环状烃两大类：,开链烃,饱和烃(烷烃),不饱和烃(烯烃、炔烃),环状烃,脂环烃,芳香烃,1 烷烃的同系列,系列差：CH2称为同系列的系列差，也称系差。,烷烃的通式CnH2n+2,同系物：同系列中的各个化合物互称同系物。,CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 ,同系列：具有一个通式，结构相似，性质相似的化合物系列。,2-1 同系列和同分异构,2 同分异构现象,构造异构：具有相同的分子式，而分子中原子或基团的顺序不同。,碳链异构，碳链的连结方式和次序不同；,官能团异构，相同的原子组成不同的官
2、能团。,位置异构，取代基或官能团的位置不同；,立体异构：分子中原子的结合顺序相同，而原子或基团在空间的相对位置不同。,顺反异构，取代基在双键或环的方位不同；,对映异构，互为镜像但不能重合的分子；,构象异构，由单键旋转产生的不同的分子形象。,构型异构,构造(Constitution)：分子中原子互相联结的方式和次序。,3 构造式的写法,构造简式,构造式,键线式,4 写出烷烃的同分异构体,5 碳、氢原子的分类,和伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称为伯、仲、叔氢原子；,伯、仲、叔、季碳原子；,1,2,3,4,不同类型的氢原子反应性能是有一定差别的。,1 普通命名法(习惯命名法),只限于简单的烷烃，用“烷
3、”表示饱和烃类化合物，在烷字前面将分子中所含的碳原子数目表示出来；,丁烷,十二烷,由碳原子的数目依次称为甲烷、乙烷癸烷，自十一个碳原子以后依次称为十一烷、十二烷,2-2 烷烃的命名,异构体可以在名称前加形容词正、异、新来表示。,正戊烷,异戊烷,新戊烷,新己烷,2 系统命名法,选择最长的碳原子直链作为主链 ，支链作为取代基；,主链碳原子编号，使取代基的位次最小；,3-甲基己烷,1,烷基和烷基的位数写在主链的前面，阿拉伯数字和汉字之间用“-”连接；,2,3,4,5,6,烷烃分子中去掉一个氢原子剩下的原子团称为烷基。,甲基(Me),乙基(Et),丙基(Pr),丁基(Bu),异丙基(i-Pr),叔丁基
4、(t-Bu),取代基的数目用汉字数字表示；,2,2,3-三甲基戊烷,取代基不同时，要把小的写在前面，大的写在后面；,3-甲基-5-乙基庚烷,基团的“大小”，应按次序规则确定：,取代基游离价所在的原子，原子序数大的优先； 原子序数相同时，则按同位素的质量数。,游离价所在的原子相同时，则依次比较和该原子相连的第二个原子；,第二个原子相同时，再比较第三个，依此类推。,4-丙基-5-异丙基辛烷,异丙基的次序优先(“大”)，命名时列在后面。,2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷,当主链的选择有多个相同长度的链可供选择时，应选支链数目最多的作为主链。,2,2,7,7,8,当主链碳原子编号有选择性时，要遵循最低
5、系列原则。,2,3,3,8,8,-五甲基壬烷,分子的构造式只表示原子之间的连接方式和次序，而不能表示出氢原子与碳原子在空间的相对位置。,分子的构型，是指具有一定构造的分子中各种基团在空间的分布。,分子的构型和它的化学反应性能有密切的关系，因此，学习有机化学时应注意化合物的立体概念。,2-3 烷烃的构型,1 甲烷的构型,碳原子的电子构型是1s22s22p2；,2s,2p,2s,2p,sp3,在有机化合物中碳是四价的，都是sp3杂化。,每一个sp3轨道都含有1/4的s成份和3/4的p成份。,碳原子的四个sp3杂化轨道的空间取向是指向正四面体的四个顶点，每个轨道对称轴之间的夹角为10928。,sp3
6、,四个sp3杂化轨道,4个CH键全部为sp31s键,甲烷分子的形成,楔形透视式,分子模型,0.109nm,10928,Kekul 模型,Stuart 模型,轨道杂化的结果：,轨道杂化比s轨道或p轨道有更强的方向性，更有利于成键；,4个sp3轨道与完全等价的；,正四面体的排列方式，使4个键尽可能远离，成键电子对的互斥最小，分子最稳定。,2 其他烷烃的构型,在气态和液态时，由于键自由旋转而形成多种曲折形式；在结晶状态时，烷烃的碳链排列整齐，且呈锯齿状。,碳原子都是sp3杂化，碳氢键和碳碳键都是键。,CC：sp3sp3 键，CH：sp31s键。,构象是具有一定构造的分子，因单键旋转改变其原子或原子团
7、在空间的相对位置而呈现的不同立体形象。,1 乙烷的构象,2-4 烷烃的构象,锯架透视式,纽曼投影式,交叉式(ap),重叠式(sp),乙烷的构象的稳定性：交叉式 重叠式,楔形透视式,0.229nm,0.25nm,乙烷构象势能关系图,0,60,180,120,240,300,360,E,重叠式,交叉式,12.5kJmol-1,2 丁烷的构象,全重叠式(sp),对位交叉式(ap),邻位交叉式(sc),部分重叠式(ac),(ac),(sc),稳定性次序：ap sc ac sp。,0,60,180,120,240,300,360,E,ap,ac,sc,sp,ac,sc,ap,14.6kJmol-1,18
8、.425.5kJmol-1,3.33.7kJmol-1,分子总是倾向于以稳定的构象形式存在。,15,70,15, 物质状态,烷烃在室温常压下：1C4C (g)，5C16C (l)，17C(s)。, 沸点bp.,烷烃的沸点随分子量的增加而逐渐升高；,CH3(CH2)3CH3,bp./ ,36.1,68.9,98.4,CH3(CH2)4CH3,CH3(CH2)5CH3,2-5 烷烃的物理性质,相同分子量的烷烃，支链越多，沸点越低。,bp./ ,36.1,27.9,9.5,液体的沸点取决于分子间引力的大小，分子间引力越大，沸点就越高。,分子间作用力主要有偶极力、色散力和氢键。, 熔点mp.,直链烷烃
9、的熔点随分子量的增加而升高，其中含偶数个碳原子的升高得多些。,原因：在晶体中，分子之间的作用力不仅取决于分子的大小，而且和分子的对称性有关。,mp./ ,-129.7,-159.9,-16.6,分子量相同的烷烃异构体中，对称性大的熔点高些。,烷烃不溶解于水，易溶解于有机溶剂。, 相对密度d,相对密度，是有机物的质量与同体积水的质量比，是无单位的量。, 溶解度,直链烷烃的相对密度随着分子量的增加而增大，最后趋近于最大值0.78(20)。,1 烷烃的稳定性,在常温下，强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂等都不能和烷烃起反应，或反应速度很慢。,原因：,烷烃是饱和烃，CC键和CH键都是比较牢固的共价键(键)
10、，键能较大；,分子无极性(0)，碳和氢的电负性差别小(C：2.5，H：2.2)，分子中的共价键不易极化；,分子中无官能团。,2-6 烷烃的化学性质,2 卤代反应,(1) 甲烷的氯代,甲烷的氯代反应很难停留在一氯甲烷阶段。,氯甲烷,二氯甲烷,三氯甲烷,四氯化碳,(2) 其他烷烃的氯代,H的卤代活性：3H 2H 1H。,43%,57%,64%,36%,3 氧化反应,(1) 燃烧(完全氧化),H是反应中的焓(一种热力学函数)的变化，可以表示反应热；,H为正时反应是吸热的，为负时反应是放热的。,(2) 部分氧化(控制氧化),甲醇,甲醛,羧酸,羧酸,乙酸,2-7 烷烃卤代反应的历程, 甲烷的氯代反应历程
11、,链引发,链传递,链终止,在链传递的步骤中，氢还可以进一步被取代。, ,碳氢键解离能越小，反应活性就越大。,2 烷烃的相对活性,H = 410 kJmol-1,H = 397.5 kJmol-1,H = 380.7 kJmol-1,烷烃的相对活性为：3H 2H 1H,碳氢键的解离能越小，则生成的自由基越稳定。,烷基自由基的稳定性顺序：,自由基的稳定性,自由基的结构,CH3.和平面结构的伯烷基自由基接近sp2杂化，其他自由基多为sp3杂化。,影响自由基稳定性的因素：电子离域，空间位阻，螯合作用，邻位原子的性质等。,一步反应：,3 过渡状态和活化能,a,b,c,位能,反应进程,a,b,c,Ea,H
12、,放热反应,位能,反应进程,a,b,c,Ea,H,吸热反应,活化能Ea：过渡状态和反应物的能量差。,反应热H：生成物和反应物的能量差。,吸热反应H 0，放热反应H 0。,多步反应，其中每一步都经历一个过渡状态。,两个过渡态之间的最低点相当于反应的中间体。,位能,反应进程,CH4+Cl,CH3,CH3Cl+Cl,E1,E2,H,4 诱导效应I(Inductive effects),由于形成分子的原子的电负性不同，使分子中成键的电子沿碳链向电负性较大的基团方向偏移的效应。,诱导效应的产生：,诱导效应的传递：,诱导效应的方向：,供电子的诱导效应+I,I = 0,吸电子的诱导效应-I,诱导效应的相对强弱：决定因素是原子或基团的电负性。,
