大連海事大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

第二章烷烴

大連海事大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教材:徐壽昌主編高等教育出版社有機化學(xué)OrganicChemistry作業(yè)（P39）

1(1、3、5、7)2(1、3、5、7)3、4(2、4、6)5、7、8（注意：指構(gòu)象異構(gòu)、構(gòu)造異構(gòu)、等同）9、10、12(1)14。第二章烷烴(1)開鏈烴(鏈烴),又叫脂肪烴.可分為:烷烴、烯烴、二烯烴、炔烴等(2)閉鏈烴(環(huán)烴).又分為:脂環(huán)烴和芳香烴兩類.第二章烷烴(Alkane

)(一)烴的定義(二)烴的分類:

分子中只含有C、H兩種元素的有機化合物叫碳?xì)浠衔?簡稱烴.

—又叫飽和烴,由于石蠟是烷烴的混合物,故烷烴也稱石蠟烴.例如:甲烷,乙烷,丙烷,丁烷(正丁烷,異丁烷),戊烷(正戊烷,異戊烷,新戊烷)......2.1烷烴的通式,同系列和構(gòu)造異構(gòu)(1)烷烴名稱分子式構(gòu)造式構(gòu)造式的簡寫式CH4CH3CH3甲烷

CH4乙烷

C2H6名稱分子式構(gòu)造式構(gòu)造式的簡寫式丙烷

C3H8丁烷

C4H10戊烷

C5H12CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3NameCondensedStructureMethane（甲烷）CH4Ethane（乙烷）CH3CH3Propane（丙烷）CH3CH2CH3Butane（丁烷）CH3(CH2)2CH3PentaneCH3(CH2)3CH3HexaneCH3(CH2)4CH3HeptaneCH3(CH2)5CH3OctaneCH3(CH2)6CH3NonaneCH3(CH2)7CH3DecaneCH3(CH2)8CH3UndecaneCH3(CH2)9CH3DodecaneCH3(CH2)10CH3甲基:-Methyl

——直鏈烷烴分子中，一個或幾個-CH2-基團（亞甲基）連成碳鏈，碳鏈的兩端再連有兩個氫原子，因此直鏈烷烴的通式可寫為:

H-(-CH2-)n-H或：CnH2n+2

(2)烷烴的通式

乙烷可看成甲烷的一個氫原子被甲基-CH3取代；

丙烷可看成乙烷上的一個H被甲基-CH3取代;

丁烷可看成丙烷的一個H被甲基-CH3

取代：

——由于分子式相同,但它們的構(gòu)造不同(分子中各原子相連的方式和次序不同).又叫構(gòu)造異構(gòu)體。它們是兩種不同的化合物.物理性質(zhì)一定的差異.直鏈烴的沸點比帶有支鏈的構(gòu)造異構(gòu)體的高（表2-1）.如：正丁烷的沸點：-0.5℃，熔點：-138.3℃，異丁烷的沸點：-11.7℃，熔點：-159.4℃，同分異構(gòu)體戊烷可看成是正丁烷和異丁烷上的一個H被甲基-CH3

取代的產(chǎn)物:(正戊烷,異戊烷,新戊烷)......隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴的構(gòu)造異構(gòu)體的數(shù)目也越多.庚烷C7H16有9個構(gòu)造異構(gòu)體,辛烷C8H18有18個.部分異構(gòu)體的物理性質(zhì)差異見表2-1.烷烴的通式CnH2n+2,

直鏈烴的通式可寫為:

H-(-CH2-)n-H同系物—在組成上相差一個或多個CH2,且結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似的一系列化合物稱為同系列.同系列中的各化合物互稱同系物.（表2-1中的化合物都是烷烴同系列中的同系物）系差—同系列相鄰的兩個分子式的差值CH2

稱為系差.(3)同系物伯碳原子(第一碳原子),用“1o”表示；仲碳原子(第二碳原子),用“2o”表示；叔碳原子(第三碳原子),用“3o”表示；季碳原子(第四碳原子),用“4o”表示。(4)烷烴中碳原子的分類:與伯,仲,叔碳原子相連的H原子,分別稱為伯,仲,叔H原子如：

伯碳原子(第一碳原子)

仲碳原子(第二碳原子)叔碳原子(第三碳原子)

季碳原子

——烷烴去掉一個氫原子后的原子團.常用R-，或(CnH2n+1-)表示,所以烷烴又可用通式RH表示.:對去掉一個直鏈烷烴末端氫原子所得的原子團.命名時“正”字常用n-代表.甲基,乙基;正丙基CH3CH2CH2-:n-丙基:去掉一個仲氫原子所得的烷基.用“sec-”表示.CH3CH2CH-,sec-丁基

CH3(5)烷基正烷基仲烷基仲丁基而CH3CH(CH2)n-(n0)型的烷基叫異烷基

CH3

用“iso-”表示.iso-異丙基iso-異戊基CH3CHCH2CH2-CH3

去掉一個叔氫原子所得的烷基.用“t-”或“tert-”表示.

CH3叔丁基:

CH3-C-t-丁基

CH3異烷基:叔烷基:

CH3CH3-CH2-C-t-戊基

CH3CH3

CH3-C-CH2-CH3

叔戊基:新戊基:烷基（Alkyl）——烷烴分子中從形式上消除一個氫的部分，通常用

R-表示，英文用“

yl

”替代“

ane”Methane——MethylCH3-Me

Ethane——EthylCH3CH2-Et

n-Propane——n-Propyl

CH3CH2CH2-

n-ProCH3CH2CH3

isopropyl(CH3)2CH-

i-Pron-Butane——n-ButylCH3CH2CH2CH2-n-BuCH3CH2CH2CH3

sec-ButylCH3CH2CHCH3

sec-Buiso-Butane——

iso-Butyl(CH3)2CHCH2-

i-Bu(CH3)2CHCH3

tert-Butyl(CH3)3C-

tert-Bu部分烷基的英文表示：Et—乙基；Pr—丙基；i-Pr—異丙基；n-Bu—正丁基t-Bu—叔丁基（三級丁基）；Me—甲基；Ar—芳基Ph—苯基；Ac—乙?；?；R—烷基常用基團的英文簡寫最早根據(jù)碳原子數(shù)命名：甲烷,乙烷,丙烷.....支鏈烷（異構(gòu)體）

CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3CH3

正戊烷異戊烷新戊烷2.2烷烴的命名一.習(xí)慣命名法

HHCH3

CH3-C-CH3CH3-C-CH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3

異丁烷異戊烷新戊烷三甲基甲烷二甲基乙基甲烷四甲基甲烷

二、衍生物命名法三.系統(tǒng)命名法(IUPAC)(1)直鏈烷烴按碳原子數(shù)命名

10以內(nèi)：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(gui).

10以上：用中文數(shù)字:十一....烷.

——把構(gòu)造式中連續(xù)的最長碳鏈--作為母體稱為某烷.若最長碳鏈不止一條,選擇其中含較多支鏈的為主鏈.最長連續(xù)碳鏈有八個碳原子,該化合物母體的名稱為辛烷選擇主鏈(2)帶有支鏈的烷烴例1：例2：六個碳的主鏈上有四個取代基六個碳的主鏈上有兩個取代基按最接近取帶基的一端開始將主鏈碳原子用阿拉伯?dāng)?shù)字1,2,3...編號.(使取代基的位次最小)帶有支鏈的烷烴編號:編號正確編號不正確a:把它們在母鏈上的位次作為取代基的前綴，2-甲基...b:有不同取代基時，簡單的放在前面，復(fù)雜的放在后面;c:相同的取代基可以合并，但應(yīng)在基團名稱之前寫明位次和數(shù)目，數(shù)目用二，三，四.....表示.d:位次數(shù)字之間須用逗號“,”隔開，位次與基名之間需用短線“-”相隔。最后一個基名和母體名稱直接相連。命名取代基(1):命名取代基(2):取代基:3-甲基5-乙基取代基:2,5-二甲基3,4-二乙基

CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH33-甲基-5-乙基辛烷

CH2CH2CH3(注意編號)CH3CH2CH-CHCH2CH3

CH3-CH

CHCH32,5-二甲基-3,4-二乙基己烷

CH3

CH3(注意主鏈)

11例1:例2:

CH3CH-CHCH2CHCH2CH3CH3CH3CH2

CH-CH3

CH3

2,3,7-三甲基-5-乙基辛烷1例3:2.3烷烴的結(jié)構(gòu)2.3.1甲烷的結(jié)構(gòu)和sp3雜化軌道甲烷的球棒模型Stuart模型sp3雜化軌道一個s軌道與三個p軌道形成四個sp3雜化軌道

——凡是成鍵電子云對鍵軸呈圓柱形對稱的鍵均稱為鍵.以鍵相連的兩個原子可以相對旋轉(zhuǎn)而不影響電子云的分布.鍵甲烷的四個C-H鍵乙烷分子中C-C鍵(C-H鍵用直線表示)2.3.2其它烷烴的結(jié)構(gòu)乙烷的C-C鍵Stuart模型其他烷烴：據(jù)測定，除乙烷外，烷烴分子的碳鏈并不排布在一條直線上，而是曲折地排布在空間。這是烷烴碳原子的四面體結(jié)溝所決定的。如丁烷的結(jié)構(gòu)：烷烴分子中各原子之間都以σ鍵相連接的，所以兩個碳原子可以相對旋轉(zhuǎn)，形成了不同的空間排布。實際上，在室溫下烷烴（液態(tài)）的各種不同排布方式經(jīng)常不斷地互相轉(zhuǎn)變著。丁烷的球棒模型為了方便，只要寫出鋸齒形骨架,用鋸齒形線的角(120o)及其端點代表碳原子.不寫出每個碳上所連的氫原子.但其它原子必須寫出.注意:鍵線式書寫烷烴的分子結(jié)構(gòu):2.4烷烴的構(gòu)象2.4.1乙烷的構(gòu)象(1)球棒模型（一）乙烷的交叉式構(gòu)象(1)球棒模型（二）乙烷的重疊式構(gòu)象重疊式、交叉式構(gòu)象比較(3)紐曼投影式重疊式構(gòu)象交叉式構(gòu)象重疊式構(gòu)象交叉式構(gòu)象(2)透視式表示乙烷的構(gòu)象乙烷分子各種構(gòu)象的能量曲線12.6kJ/mol重疊式重疊式交叉式交叉式交叉式丁烷的結(jié)構(gòu)（模型）2.4.2丁烷的構(gòu)象為主2.4.2丁烷的構(gòu)象丁烷C(2)-C(3)鍵旋轉(zhuǎn)引起的各構(gòu)象的能量變化丁烷C(2)-C(3)鍵旋轉(zhuǎn)引起的各構(gòu)象的能量變化直鏈烷烴—

隨著烷烴相對分子量的增加，分子間的作用力也增加，其沸點也相應(yīng)增高。2.5烷烴的物理性質(zhì)(1)沸點（直鏈烷烴）(1-2)沸點（帶支鏈的烷烴）

同數(shù)碳原子的構(gòu)造異構(gòu)體中——支鏈增多，則分子趨向球形，使分子不能像正烷烴那樣接近，分子間作用力也就減弱，所以在較低的溫度下，就可以克服分子間引力而沸騰。同數(shù)碳原子的構(gòu)造異構(gòu)體中，分子的支鏈越多，則沸點越低。例如：

正丁烷的沸點：-0.5℃異丁烷的沸點：-11.7℃基本上隨分子量的增加而增加。（奇數(shù)和偶數(shù)碳）烷烴的熔點變化：是因為晶體分子間的作用力不僅取決于分子的大小，也取決于他們在晶格中的排列。

例:(正戊烷-129.8℃,異戊烷-159.9℃,新戊烷-16.8℃)(2)熔點直鏈烷烴的熔點與分子中所含碳原子數(shù)目的關(guān)系分子的對稱性增加，它們在晶格中的排列越緊密，熔點也越高。(3)相對密度:隨著相對分子量的增加而有所增加,最后接近0.8左右.—作用力隨著分子質(zhì)量的增加而增加，使分子間的距離相對地減少的緣故?！?dāng)溶劑分子之間的吸引力和溶質(zhì)分子之間，以及溶劑分子與溶質(zhì)分子之間的相互吸引力相近時，溶解容易進行。氯化鈉的溶劑比烷烴不溶于水，而易溶于四氯化碳—“結(jié)構(gòu)相似者相溶”(4)溶解度烷烴為不活潑有機物。石油醚（C5~C6的烷烴）,汽油，煤油等作為溶劑;凡士林（C18~C34的烷烴）潤滑劑.燃燒:CH4+2O2

CO2+2H2O=-881kJ/molCH3CH3+7O2

4CO2+6H2O=-1538kJ/mol高級脂肪酸:RCH2CH2R’+O2RCOOH+R’COOH條件:催化劑KMnO4,MnO2或脂肪酸錳.120℃,1.5~3MPa其中C10~C20的脂肪酸可代替天然油脂制取肥皂.CH3CH3CH2CH2CH3

CH3-CH-CH320%80%AlBr3+HBr,27℃2.6烷烴的化學(xué)性質(zhì)2.6.1氧化反應(yīng)2.6.2異構(gòu)化反應(yīng)裂化——在高溫下使烷烴分子發(fā)生裂解的過程。

CH3CH2CH2CH3混合物(較低級的烯，烷，H2)熱裂化反應(yīng)——通常在5MPa及500~600℃下進行的裂化反應(yīng)。催化裂化——在催化劑存在下的裂化.碳鏈斷裂的同時伴有異構(gòu)化，環(huán)化，脫氫等反應(yīng)，生成帶有支鏈的烷烴，烯烴和芳香烴等。催化裂化一般在450~500℃,常壓下進行。能提高汽油的質(zhì)量(高辛烷值，2,2,4-三甲基戊烷為100)。

裂解——在更高溫度下（>700℃）進行深度裂化，這種以得到更多低級烯烴（乙烯，丙烯，丁烯等）為目的的裂化過程，叫“裂解”。2.6.3裂化反應(yīng)

CH4+Cl2

CH3Cl

CH2Cl2

CHCl3

CCl4(2)其它烷烴的氯代反應(yīng)—

Cl

CH3CH2CH3CH3CH2CH2Cl+CH3CHCH3

正丙基氯43%異丙基氯57%設(shè):伯氫原子活潑性為1,仲氫原子相對活潑性為x:

57/43=2x/6x=4Cl2光25℃,CCl42.6.4取代反應(yīng)(1)甲烷的氯代反應(yīng)(自由基取代)丙烷氯代反應(yīng):伯,仲,叔氫原子的反應(yīng)活性

CH3CH3CH3CH3CH+Cl2

CH3-C-Cl+CH3-CHCH3CH3CH2Cl

叔丁基氯36%異丁基氯64%設(shè)y為叔氫原子的相對活潑性則:36/64=y/9y=5.06則在室溫下伯,仲,叔氫原子的反應(yīng)活性:1:4:5.*異丁烷氯代反應(yīng):產(chǎn)物混合，復(fù)雜，一般不用氯代來制備鹵代烴[補充]--高溫下逐漸接近1:1:1.光127℃

CH3CH3CH3CH3-CHCH3+Br2CH3-C-Br+CH3-CHCH2BrCH3

99%(3)烷烴與其它鹵素的取代反應(yīng)仲,叔氫原子的反應(yīng)活性:1:82:1600.溴更具有選擇性.產(chǎn)物單一，可用溴代來制備鹵代烴烷烴與碘作用得不到碘代烷.與氟反應(yīng)劇烈,不易控制,會引起爆炸.痕量例題1例題2光光思考題寫出下列反應(yīng)的主要產(chǎn)物:

ClCl+能量Cl·+Cl·(氯原子,氯自由基)

Cl·+HCH3

HCl+·CH3(甲基自由基)·CH3+Cl2

CH3Cl+·Cl

................

Cl·+Cl·Cl2·CH3+·CH3

CH3CH3

Cl·+·CH3CH3Cl

................2.7甲烷氯代反應(yīng)歷程(1)鏈的引發(fā)：(2)鏈增長(鏈傳遞):(3)鏈終止:(1)反應(yīng)熱—反應(yīng)物與產(chǎn)物之間的能量差(H).負(fù)值為放熱.用鍵離解能估算.

CH3-H+Cl-Cl

CH3-Cl+H-Cl435243349431

678780H=678-780=-102kI/molCH3-H+Br-BrCH3-Br+H-Br435192293366

627659H=627-659=-32kI/mol2.8甲烷氯代反應(yīng)過程的能量變化說明:比較反應(yīng)熱,溴代反應(yīng)比氯代反應(yīng)緩慢.——反應(yīng)熱、活化能和過渡態(tài)(1)Cl-Cl

2Cl·

243

H=+243kI/mol(2)Cl·+H-CH3

H-Cl+·CH3

435431H=+4kI/mol(3)CH3·+Cl-Cl

CH3-Cl+·Cl

243349H=-106kI/mol活化能--過渡態(tài)與反應(yīng)物之間的能量差是形成過渡態(tài)所必須的最低能量,也是使該反應(yīng)進行所需的最低能量,叫活化能.Cl·+H-CH3

[H3C…H…Cl]H-Cl+·CH3

反應(yīng)的能量變化CH3·+Cl-Cl

[CH3…Cl…Cl]CH3-Cl+·ClH=-106kI/mol能量變化110kJ/mol[總]：Cl·+H-CH3

…

CH3-Cl+·Cl

能量變化

X2

2X·(光或熱)

X·+RHHX+R·

R·+X2