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1、烷烃的系统命名法；同系列和同分异构体的概念和书写方法；烷烃的构型和构象，表示和书写方法；烷烃的物理性质和化学性质。,烷烃的命名、性质，构型和构象；烷烃卤代反应的历程。,第二章 烷烃（1）,在组成上仅含有碳与氢两元素的化合物叫碳氢化合物也称为烃（hydrocarbon） 。,脂肪烃分子中只含有C-C单键和C-H 键的叫做烷烃。,根据烃分子中碳原子间连接方式可分为：,烷烃（alkane）,一、烷烃的同系列,在烷烃的一系列化合物中，其分子组成中所含的碳原子和氢原子在数量上存在着一定的关系，即每增加一个C 原子，就相应地增加二个H 原子。,烷烃通式：CnH2n+2,2-1 烷烃的同分异构,3. 系列差
2、：CH2称为同系列的系列差，也称系差。,2. 同系物（homologs）：,具有一个通式，结构和化学性质相似，在组成上相差一个或几个CH2的一系列化合物。,同系物具有相似的化学性质，其物理性质（例如沸点、熔点、相对密度、溶解度等）一般是随着相对分子质量的改变而呈现规律性的变化。,1. 同系列（homologous series）：,同系列中的各个化合物互称同系物。,二、同分异构现象,1. 构造异构：具有相同的分子式，而分子中原子或基团的连结顺序不同。,（1）碳链异构：碳链的连结方式和次序不同。,分子式相同的不同化合物叫做同分异构体（简称异构体）。这种现象叫做同分异构现象。,从丁烷开始出现同分异
3、构体（ isomer ）,开链烷烃的构造异构只有碳链异构。,（2）位置异构：取代基或官能团的位置不同。,（3）官能团异构：相同的原子组成不同的官能团。,（4）互变异构：因分子中某一原子在两个位置迅速移动而产生的官能团异构体。,2. 立体异构：,（1） 顺反异构：取代基在双键或环的方位不同；,（2） 对映异构：互为镜像但不能重合的分子；,（3） 构象异构：由单键旋转产生的不同的分子形象。,构型异构,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。,异构体数目 如 戊烷 C5H12 3 己烷 C6H14 5 壬烷 C9H20 35,同分异构现象是有机化合物中存在的普遍现象。随着化合物分
4、子中所含碳原子数目的增加，同分异构体的数目也越多。,三、碳原子和氢原子的类型,与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子分别称为伯、仲、叔氢原子。,只连有四个碳原子的称为季碳原子，常以4表示（四级碳原子）。,只连有一个碳原子的称为伯碳原子，常以1表示（一级碳原子）；,只连有二个碳原子的称为仲碳原子，常以2表示（二级碳原子）；,只连有三个碳原子的称为叔碳原子，常以3表示（三级碳原子）；,2,3,4,碳链中的碳原子按照它们所连结的碳原子数目可分为四类：,不同类型的氢原子在同一反应中的反应性能是有一定差别。,一、普通命名法(习惯命名法),丁烷,十二烷,烷烃的英文词尾是-ane。,butane,dodecane,
5、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”表示，称“某烷”。,天干甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。,十一碳以上用汉字数字“十一、十二、”表示：,2-2 烷烃的命名,为区别异构体用“正”、“异”、“新”。,将直链烷烃叫“正” （normal，n-）,正戊烷,n-pentane,异戊烷,i-pentane,新戊烷,neopentane,新己烷,neohexane,烷烃分子中去掉一个氢原子剩下的原子团称为烷基。通式为CnH2n+1，常用R-代表烷基。,二、烷基的命名,烷基的英文名是将烷烃的词尾-ane改为-yl。,甲基(Me),methyl,乙基(Et),ethyl,丙基(Pr
6、),propyl,丁基(Bu),butyl,烷基的名称由相应的烷烃而得。,异丙基(i-Pr),isopropyl,异丁基 (i-Bu),isobutyl,仲丁基(s-Bu),sec-butyl,叔丁基(t-Bu),tert-butyl,去掉两个氢原子的烷基称为亚基。,亚甲基,methylidene,亚乙基,ethylidene,1, 2-亚乙基,dimethylene,1, 3-亚丙基,trimethylene,亚异丙基,isopropylidene,去掉三个氢原子的烷基叫次基，命名中使用的次基限于三个价在同一个碳原子上的结构。,次甲基,methylidyne,次乙基,ethylidyne,英
7、文词尾是-ylidyne。,三、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；,在英文名称中，烷烃的词尾为-ane，烷基的词尾为-yl。,3-methylhexane,2,3,4,5,6,系统命名法是采用国际纯化学与应用化学联合会（简称IUPAC）的命名原则，结合我国文字的特点，制定的中文系统命名法（1960年）， 1980年由中国化学会加以增减修订。,取代基的数目用汉字数字表示；,2, 2, 3-三甲基戊烷,2, 2, 3-trimethylpentane,
8、在英文名称中则用di、tri、tetra、penta等表示。,3-甲基-5-乙基庚烷,两端一样长时，从小取代基一端开始编号；,5-ethyl-3-methylheptane,在英文名称中则按取代基的第一个字母顺序写出。,1,2,3,4,5,6,7,若主链上有几种取代基时，应按“次序规则”，较优基团后列出；,取代基游离价所在的原子，原子序数大的优先（后列出）；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。,C(H、H、H) C(C、H、H),C(C、H、H) C(C、C、H),4-丙基-5-异丙基辛烷
9、,4-propyl-5-isopropyloctane,异丙基的次序优先(“大”)，命名时列在后面。,列在后面的是较优基团,异戊基,异丁基,异丙基,含双键或叁键的基团，则作为连有两个或叁个相同的原子。,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, 3, 5-trimethyl-4-propylheptane,2,2,7,7,8,当主链碳原子编号有选择性时，要遵循最低系列原则。,2,3,3,8,8,2, 2, 7, 7, 8-pentamethylnonane,-五甲基壬烷,最低系列原则：使取代基的位置号码尽可能小。若有多个取
10、代基时，逐个比较，直至比出高低为止。,1,3, 5-二甲基-6-2-甲基丁基十一烷,3, 5-二甲基-6-(2-甲基丁基)十一烷,若支链上还有取代基，该取代基的名称可放在括号中或用带撇的阿拉伯数字编号表明该取代基在支链中的位置。,2,3,4,3, 5-bimethyl-6-(2-methylbutyl)undecane,3, 5-bimethyl-6-2- methylbutylundecane,分子的构型(Configuration)，是指具有一定构造的分子中各种基团在空间的分布。,一、甲烷的构型,在有机化合物中碳是四价的，都是sp3杂化。,2s,2p,2s,2p,sp3,构造(Consti
11、tution)：分子中原子互相联结的方式和次序。,1. 碳原子的sp3杂化轨道,2-3 烷烃的构型,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。,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轨道是完全等价的；,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。,4个CH键全部为sp31s 键,2.甲烷分子的形成,乙烷分子的形成,C-H：sp3-s 键,C-C ：sp3- sp3 键,楔形透视式,分子模型,0.109nm,
12、10928,凯库勒（Kekul ）模型,斯陶特（Stuart ）模型,3. 甲烷的分子模型,虚线表示伸向纸平面后方,实线表示在纸平面上,楔线表示伸向纸平面前方,二、其他烷烃的构型,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）。,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(Conformation)，是具有一定构造的分子，因单键旋转改变其原子或原子团在空间的相对位置而呈现的不同立体形象。,一、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(s
13、p),乙烷的构象的稳定性：交叉式 重叠式,楔形透视式,0.229nm,0.25nm,构象的稳定性与内能有关。内能低，稳定；内能高，不稳定。,原因：原子间的斥力小，能量最低。,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,重叠式比交叉式的能垒（扭转能）高12.5KJ/mol。,单键旋转的能垒一般为12-42kJ/mol，在室温时，乙烷分之中的C-C键能迅速的旋转，构象异构体处于迅速转化的动态平衡中。因此不能分离出乙烷的某一构象。在低温时，交叉式增加。如乙烷在-170时，基本上是交叉式。,二、丁烷的构象,全重叠式(sp),对位交叉
14、式(ap),邻位交叉式(sc),部分重叠式(ac),部分重叠式(ac),邻位交叉式(sc),稳定性次序：对位交叉式（ap） 邻位交叉式(sc) 部分重叠式(ac) 全重叠式(sp)。,0,60,180,120,240,300,360,E,ac,sc,ap,14.6kJmol-1,18.425.5kJmol-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,室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中， 不能分离。最稳定的对位交叉构象是优势构象。,一、物质状态,烷烃在室温常压下：1C4C (g)，5C16C (l)，17C(s),二、沸点 bp.,烷烃是
15、无色物质，具有一定的气味。直链烷烃的物理性质，例如熔点、沸点、相对密度等，随着分子中碳原子数（或相对分子质量）的增大，而呈规律性的变化。,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。,分子间作用力主要是范德华力。,2-5 烷烃的物理性质,原子核和电子在不断运动时，产生一瞬间的相对位移，使正负电荷重心暂时不重合产生瞬时偶极。,对极性分子才能产生。,烷烃沸点的特点,（1）沸点一般很低（非极性，只有色散力）。,（3）相同分子量的烷烃，支链越多，沸点越低。,bp./ ,36.1,27.9,9.5,（2）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,原因：分子量增加，色散力增大,原因：支链多，分子不易接近，色散力是近距离较大。,三、熔点 mp.,直链烷烃的熔点随分子量的增加而升高；,形成了“偶上奇下”两条曲线。,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，还于晶体中晶格排列的对称性有关。,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。,即新正异,含偶数碳原子的碳链具有较好的对称性，晶格排列紧密。故熔点越高。,
