有機化學(xué)-第二章-烷烴

第二章烷烴第一節(jié)、烷烴的同系列和異構(gòu)第二節(jié)、烷烴的命名第三節(jié)、烷烴的構(gòu)象第四節(jié)、烷烴的物理性質(zhì)第五節(jié)、烷烴的反應(yīng)第六節(jié)、烷烴的氯化第七節(jié)、烷烴的來源和用途烴：只含有碳和氫兩種元素的化合物稱為碳?xì)浠衔?，也稱為烴，它是最簡單的有機化合物。飽和的：單鍵<直，支鏈>即烷烴（開鏈）按碳架分烯烴不飽和的：含雙鍵，三鍵

炔烴烷烴：分子中所有碳原子彼此都以單鍵（C-C）連接，碳的其余價鍵都與氫原子相連，稱為飽和烴。第一節(jié)烷烴的同系列和異構(gòu)一、烷烴的同系列和同系物（自學(xué)）掌握：烷烴的通式：CnH2n+2；同系物的結(jié)構(gòu)相似，性質(zhì)相近。二、構(gòu)造異構(gòu)（constitutionalisomerism）構(gòu)造異構(gòu)：分子式相同，僅由于組成分子的原子間連接順序和方式不同而引起的同分異構(gòu)現(xiàn)象稱之。

烷烴分子中碳原子數(shù)增加，構(gòu)造異構(gòu)體數(shù)目迅速增加，癸烷C10H22和十二烷C12H26分別有75個和355個異構(gòu)體。三、碳原子和氫原子的分類伯（一級）1o：與另外一個C相連1oH（Primary)仲（二級）2o：與另外兩個C相連2oH(Secondary)叔（三級）3o：與另外三個C相連3oH(Tertiary)季（四級）4o：與另外四個C相連(Quaternary)

第二節(jié)烷烴的命名一、普通命名法原則：含1~10個碳原子的直鏈烷烴詞首用天干順序甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、新、壬、癸表示；11以上碳原子起用漢字?jǐn)?shù)字表示?！辨溚闊N為正某烷，如CH3(CH2)5CH3(正)庚烷※只有(CH3)2CH-端鏈的為異某烷，如

(CH3)2CHCH3異丁烷※只有(CH3)3C-端鏈的為新某烷，如（右）新戊烷普通命名法只能命名簡單化合物但對于稍復(fù)雜的烷烴無法命名，如：二、系統(tǒng)命名法1892年化學(xué)家在日內(nèi)瓦會上擬定了一種系統(tǒng)的有機化合物命名法，此后經(jīng)IUPAC多次修訂。中國化學(xué)會按國際通用原則出版了《有機化學(xué)命名原則》(1980)。(i)選擇最長的、取代基最多的碳鏈為主鏈；(ii)把支鏈作為取代基，烷烴中去掉一個氫原子的一價原子團(tuán)為烷基；

甲基(Me)CH3-,乙基(Et)CH3CH2-

異丙基(iso-Pr)(CH3)2CH-,仲丁基(sec-Bu)

叔丁基(t-Bu)甲烷：methane乙烷：ethane丙烷：propane丁烷：butane戊烷：pentane己烷：hexane庚烷：heptane辛烷：octane壬烷：nonane返回癸烷：decane(iii)主鏈上碳原子編號從離取代基最近一端開始，遵循最低系列規(guī)則、次序規(guī)則。例2,2,3,5-四甲基己烷(不是2,4,5,5-四甲基己烷)2-甲基-4-乙基-3-異丙基己烷(iv)若支鏈上還有取代基，可用帶撇的數(shù)字標(biāo)明或支鏈全名放在括號中。

2－甲基－5－(1’，1’－二甲基丙基)－壬烷支鏈烷烴命名原則：1選擇烷烴分子中的最長碳鏈為主鏈，按其碳原子數(shù)稱為“某烷”（當(dāng)分子中有兩條等長碳鏈，則選擇取代基多者為主鏈）2編號：從靠近取代基一端開始用“1，2…”等編號，使取代基編號的位次最小。3書寫名稱：將相同取代基合并，數(shù)目用漢字表示；不同取代基時，名稱按“次序規(guī)則”，優(yōu)先者置后。次序規(guī)則：①按原子序數(shù)的大小排列，大者優(yōu)先，孤對電子最后。I>Br>Cl>S>F>O>N>C>H>孤對電子5335171698761②如果直接相連的第一個原子的序數(shù)相同時，再比較其次相連原子的序數(shù)，依次類推。(CH3)2CHCH2-CH3CH2CH2-★常見烷基次序：（3）含有雙鍵和叁鍵基團(tuán)，可以認(rèn)為連有兩個或三個相同原子例1：取代基位置用阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)出，不同取代基之間用破折號連接。例2：相同取代基合并寫，數(shù)目用中文數(shù)字表示，位置間用逗號隔開。兩取代基不同，取代基位置相同，給較小的取代基（次序較小）位號較小。（英文則按字母順序）3-甲基-5-乙基庚烷3-ethyl-5-methylheptane例4：例3：

例5：第三節(jié)烷烴的結(jié)構(gòu)構(gòu)成烷烴的碳原子以SP3雜化軌道成鍵，為σ鍵。σ鍵定義：兩個軌道沿著軌道的對稱軸方向互相重疊。特點：成鍵電子云對稱分布，繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)不改變電子云形狀和重疊程度。sp3雜化軌道特點：

（1）形狀：一頭大，一頭?。?）成分：每一個軌道含1/4S，3/4P成分。（3）易于成鍵：成鍵時，軌道重疊程度大于單純S或P軌道。（4）鍵角：等性雜化，各軌道間夾角均為109°28’。由于碳的四面體構(gòu)型，使烷烴分子的碳鏈不在一條直線上，而是曲折地排布在空間。σ鍵：電子云圍繞兩核間連線呈圓柱體的軸對稱，鍵可“自由旋轉(zhuǎn)”。第四節(jié)烷烴的構(gòu)象構(gòu)象（conformation）：一已知構(gòu)型的分子，僅由單鍵的旋轉(zhuǎn)而引起分子中的原子或基團(tuán)在空間的特定排列形式稱為構(gòu)象。構(gòu)象異構(gòu)體：單鍵旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生無數(shù)個構(gòu)象，這些構(gòu)象互為構(gòu)象異構(gòu)體。一、乙烷的構(gòu)象構(gòu)象有無數(shù)種，研究典型位置的構(gòu)象：重疊式、交叉式。構(gòu)象的表示：透視式，紐曼投影式乙烷的構(gòu)象異構(gòu)體構(gòu)象的穩(wěn)定性

構(gòu)象的穩(wěn)定性與內(nèi)能有關(guān)。內(nèi)能低，穩(wěn)定；內(nèi)能高，不穩(wěn)定。內(nèi)能最低的構(gòu)象稱優(yōu)勢構(gòu)象

φ

扭轉(zhuǎn)角φ為00，1200，2400重疊式扭轉(zhuǎn)角φ為600，1800，3000交叉式扭轉(zhuǎn)角φ不停變化則構(gòu)象不同，構(gòu)象之間轉(zhuǎn)化需要能量。

φ乙烷構(gòu)象能量變化圖重疊式能量比交叉式高12.1KJ/mol分子由一個交叉式轉(zhuǎn)到另一個交叉式需經(jīng)過能量較高的重疊式，亦稱能壘。因此，碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)并非自由。扭轉(zhuǎn)張力：由于構(gòu)象是重疊式而引起的張力稱之。轉(zhuǎn)動能壘：分子由一個穩(wěn)定的交叉式構(gòu)象轉(zhuǎn)為一個不穩(wěn)定的重疊式構(gòu)象所必須的最低能量(250C時轉(zhuǎn)速達(dá)1011次/秒）單鍵旋轉(zhuǎn)的能壘一般在12.6~41.8KJ/mol范圍內(nèi)，所以，室溫下的分子熱運動即可克服此能壘而使構(gòu)象迅速互變。

丁烷可看作是1，2-二甲基乙烷，沿C2，C3旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生各種構(gòu)象，典型構(gòu)象有四種：二、丁烷的構(gòu)象室溫下，構(gòu)象異構(gòu)體處于迅速轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡，不能分離。對位交叉占68%，鄰位交叉占32%，其余含量極少。穩(wěn)定性次序：對位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式最穩(wěn)定的對位交叉式構(gòu)象是優(yōu)勢象。丁烷構(gòu)象的能量變化圖第五節(jié)烷烴的物理性質(zhì)物理性質(zhì)：物態(tài)、熔點、沸點、密度、溶解度及光譜性質(zhì)。有機化合物的物理性質(zhì)取決于它們的結(jié)構(gòu)和分子間作用力※

非共價力包括：范德華作用力（吸引力和斥力）等偶極-偶極作用力氫鍵HydrogenBond

※非共價力：作用于分子間和分子內(nèi),影響化合物的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)偶極-偶極作用力（極性分子）：

極性大的分子，偶極-偶極作用力大，熔、沸點高，水溶性增強范德華作用力（非極性分子）：極化率越大，分子的接觸面積越大，范德華作用力越大。溶沸點越高。吸引或排斥與分子間距離有關(guān)，太近，表現(xiàn)為排斥作用。氫鍵：飽和性和方向性1、沸點沸點——化合物的蒸汽壓等于外壓(0.1Mpa)時的溫度。烷烴的b.p.隨分子量的↑而有規(guī)律地↑：分子間力越大，沸點越高

(1)同系列中，C原子數(shù)越多，b.p.越高烷烴為非極性分子，C原子數(shù)越多，Mr越大，分子間作用力（色散力）越大，b.p越高若含氫鍵：分子間的氫鍵使熔點、沸點升高分子內(nèi)的氫鍵使熔點、沸點降低如：(3)分子量相近的不同類物質(zhì)非極性化合物<極性化合物<有氫鍵的化合物色散力色散力取向力誘導(dǎo)力色散力取向力誘導(dǎo)力氫鍵b.p.甲醇>乙醇>乙醛>丙烷2、熔點：固體受熱使分子內(nèi)能增加到能克服分子間范德華力，晶體開始熔化變?yōu)橐后w時的溫度稱之。由此可見：含偶數(shù)C，m.p.↑的多；含奇數(shù)C，m.p.↑的少。從而形成了“偶上奇下”兩條曲線（與分子間作用力和分子結(jié)構(gòu)對稱性有關(guān)）

(1)同系列中：C奇→C偶，m.p.升高（對稱性越大）鋸齒狀C偶→C奇，m.p.降低總趨勢是C原子數(shù)增加，m.p.升高3、溶解性有機溶劑極性溶劑非極性溶劑—烴類質(zhì)子性溶劑—H2O,ROH,NH3,RCOOH非質(zhì)子性溶劑—丙酮、乙醚、DMSO、DMF難溶于水，易溶于有機溶劑。4、相對密度隨分子量↑，烷烴的相對密度↑，最后接近于0.8(d≤0.8)。原因:分子量↑，分子間力↑，分子間相對距離↓，最后趨于一極限。溶解度一般標(biāo)準(zhǔn)(室溫下,100g溶劑中)

：

可溶解10g溶質(zhì)：易溶可溶解1g溶質(zhì)：可溶可溶解0.1g溶質(zhì)：難溶5、折射率※折射率反映了分子中電子被光極化的程度，折射率越大，表示分子被極化程度越大?！龢?gòu)烷烴中，隨著碳鏈長度增加，折射率增大。第六節(jié)烷烴的反應(yīng)一、烷烴化學(xué)性質(zhì)總體特點

(1)穩(wěn)定：對強酸，強堿，強氧化劑，強還原劑都不發(fā)生反應(yīng)。

(2)烷烴的多數(shù)反應(yīng)都是通過自由基機理進(jìn)行的。同系列中化合物具有相似的化學(xué)性質(zhì)，因此可通過研究一個典型化合物的性質(zhì)來推測得到同系物中其它成員的性質(zhì)。但所謂相似，只具有定性的意義。表現(xiàn)在：二、氧化燃燒反應(yīng)1

Q（燃燒熱）越小，分子越穩(wěn)定。2支鏈越多，燃燒熱越小，故烷烴異構(gòu)體中支鏈越多，則越穩(wěn)定。3生成熱數(shù)值越小，化合物越穩(wěn)定。1在反應(yīng)速度上，往往有較大差異。低級同系物反應(yīng)速度一般較快，高級同系物在相同條件下反應(yīng)較慢，甚至不反應(yīng)。2此外，同系物中第一個成員往往具有特殊的性質(zhì)。

三、烷烴的裂解

熱裂解：增加有機物產(chǎn)量催化裂解：增加有機物質(zhì)量

四、異構(gòu)化反應(yīng)

由一個化合物轉(zhuǎn)為其異構(gòu)體的反應(yīng)。

20%80%※甲基自由基的結(jié)構(gòu)(P31)甲基C：SP3雜化甲基自由基C：SP2雜化五、烷基自由基

伯烷基(1o)自由基類別仲烷基(2o)自由基叔烷基(3o)自由基穩(wěn)定性：甲基自由基<1o自由基<2o自由基<3o自由基六、鹵代反應(yīng)：烴中H被X取代1、甲烷鹵代反應(yīng)（機理--------自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）反應(yīng)機理（反應(yīng)歷程）：描述反應(yīng)物如何逐步變成產(chǎn)物的過程有關(guān)烷烴氯代反應(yīng)的實驗事實：①黑暗中混合烷烴和氯氣不發(fā)生反應(yīng)，光照或高溫下反應(yīng)劇烈，難以控制；②每吸收一個光子，可以產(chǎn)生幾千個氯甲烷分子；③氧氣或某些自由基捕獲劑存在下反應(yīng)出現(xiàn)一段誘導(dǎo)期，誘導(dǎo)期長