烷烴 有機化學(xué)

第二章烷烴(Alkanes)

一、烷烴分子的結(jié)構(gòu)二、烷烴的命名法三、烷烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象四、烷烴的物理性質(zhì)五、烷烴的化學(xué)性質(zhì)一、烷烴分子的結(jié)構(gòu)1.碳原子價鍵的構(gòu)型及鍵的特征2.σ鍵的特點3.C和H的類型⒈碳原子價鍵的構(gòu)型及鍵的特征C四價的空間排列：Csp3雜化

四面體結(jié)構(gòu)，鍵角109°28′,

σ鍵:兩個軌道沿著軌道對稱軸方向重疊形成的鍵。2.σ鍵的特點

特點：1、電子云可以達到最大程度的重疊，所以比較牢固。

2、σ鍵旋轉(zhuǎn)時不會破壞電子云的重疊，所以σ鍵可以自由旋轉(zhuǎn)。⒊C和H的類型：C的類型伯碳原子（一級碳原子）：1°C仲碳原子（二級碳原子）：2°C叔碳原子（三級碳原子）：3°C季碳原子（四級碳原子）：4°CCH3

CH2

CHCH2

C

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

1°4°3°1°1°1°1°1°1°2°2°二、烷烴的命名法㈠普通命名法㈡系統(tǒng)命名法⒈烷基的命名⒉系統(tǒng)命名法㈠普通命名法⑴C1～C10的烷烴:天干（甲、乙、丙、丁……壬、癸）作詞頭“烷”作詞尾C≥11的烷烴：小寫中文數(shù)字

C5H12戊烷C12H26十二烷

⑵異構(gòu)體“正”、“異”、“新”詞頭直鏈：名稱前冠以“正”字支鏈：碳鏈一端具有（CH3）2CH－結(jié)構(gòu)，其余為直鏈的冠以“異”字；碳鏈一端具有（CH3）3C－結(jié)構(gòu)，其余為直鏈的冠以“新”字正戊烷或戊烷(n-Pentane)

異戊烷(iso-Pentane)

新戊烷(neo-Pentane)

⒈烷基的命名烴分子中去掉一個氫原子，所剩下的部分叫做烴基脂肪烴基常用R－表示，一價烷基的通式為CnH2n+1－㈡系統(tǒng)命名法常見烷基的結(jié)構(gòu)和名稱CH3－甲基C2H5－乙基CH3CH2CH2－（正）丙基異丙基異丁基CH3CH2CH2CH2－（正）丁基叔丁基仲丁基－CH2－二價烷基稱為亞基，最常見的為亞甲基⒉系統(tǒng)命名法(IUPAC法)IUPAC是InternationalUnionofPureandAppliedChemistry的簡稱烷烴系統(tǒng)命名法的基本要點：⑴選擇主鏈確定母體烷烴：被選碳鏈應(yīng)最長、支鏈最多⑵編號確定取代基的位次：從靠近取代基的一端開始⑶書寫格式“烷基名稱+母體烷烴名稱”①相同取代基合并用二、三、四等數(shù)字表明取代基的個數(shù)②各取代基的位次要標(biāo)出各位次間的數(shù)字用“，”隔開③取代基的位次與名稱間用半字線“﹣”連接不同取代基名稱前也用半字線隔開④不同取代基列出的順序按“次序規(guī)則”將取代基先后列出較優(yōu)基團后列出常見烷基的優(yōu)先順序：異丙基>丙基>乙基>甲基2-甲基-6-乙基辛烷87654321⑴

兩個不同的取代基位于相同位次時，次序規(guī)則中排列小的取代基具有較小的編號編號的補充說明3-甲基-5-乙基庚烷⑵

兩個相同取代基位于相同位次時，使第三個取代基的位次最小CH3CH3－CH－CH－CH2－CH－CH3CH3CH31234562,3,5-三甲基己烷㈠概述㈡碳鏈異構(gòu)㈢構(gòu)象異構(gòu)1.乙烷的構(gòu)象2.正丁烷的構(gòu)象三、烷烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象㈠概述化合物分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的化合物間互稱同分異構(gòu)體構(gòu)造:分子中的原子或基團的連接順序和方式構(gòu)型:分子中的原子或基團在空間固有的排列方式構(gòu)象:由于單鍵的旋轉(zhuǎn)或扭曲而引起分子中的云子或基團在空間所呈現(xiàn)的形象有機分子結(jié)構(gòu)的三層含義構(gòu)造異構(gòu)體、構(gòu)型異構(gòu)體和構(gòu)象異構(gòu)體（1）兩面角

單鍵旋轉(zhuǎn)時，相鄰碳上的其他鍵會交叉成一定的角度()，稱為兩面角。兩面角為0°時的構(gòu)象為重疊式構(gòu)象。兩面角為60°時的構(gòu)象為交叉式構(gòu)象。兩面角在0-60o之間的構(gòu)象稱為扭曲式構(gòu)象。１、乙烷的構(gòu)象傘式鋸架式紐曼式交叉式構(gòu)象重疊式構(gòu)象傘式，鋸架式與紐曼式的畫法也適合于其它有機化合物（2）乙烷交叉式構(gòu)象與重疊式構(gòu)象的表示方法（3）乙烷交叉式構(gòu)象與重疊式構(gòu)象的能量分析C-H鍵長C-C鍵長鍵角兩面角兩氫相距110.7pm154pm109.5o60o250pm110.7pm154pm109.5o0o229pm250pm>240pm>229pmE重疊>E交叉

E=12.1KJmol-1每個C-H、C-H重疊的能量約為4KJmol-1當(dāng)二個氫原子的間距少于240pm（即二個氫原子的半徑和）時，氫原子之間會產(chǎn)生排斥力，從而使分子內(nèi)能增高，所以重疊式比交叉式內(nèi)能高。（4）乙烷構(gòu)象勢能關(guān)系圖

以單鍵的旋轉(zhuǎn)角度為橫坐標(biāo)，以各種構(gòu)象的勢能為縱坐標(biāo)。如果將單鍵旋轉(zhuǎn)360度，就可以畫出一條構(gòu)象的勢能曲線。由勢能曲線與坐標(biāo)共同組成的圖為構(gòu)象的勢能關(guān)系圖。穩(wěn)定構(gòu)象位于勢能曲線谷底的構(gòu)象非鍵連相互作用不直接相連的原子間的排斥力。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。（25°時轉(zhuǎn)速達1011次/秒）

扭轉(zhuǎn)張力非穩(wěn)定構(gòu)象具有恢復(fù)成穩(wěn)定構(gòu)象的力量；2、正丁烷的構(gòu)象正丁烷的構(gòu)象比較乙烷要較為復(fù)雜一些。正丁烷的極端典型構(gòu)象有四種：全重疊式鄰位交叉部分重疊式對位交叉式能量旋轉(zhuǎn)角4全重疊2，6部分重疊3，5鄰位交叉1=7對位交叉2,4,6是不穩(wěn)定構(gòu)象，1,3,5,7是穩(wěn)定構(gòu)象。1=7是優(yōu)勢構(gòu)象（能量最低的穩(wěn)定構(gòu)象稱為優(yōu)勢構(gòu)象）沿C2-C3鍵軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動能壘22.6kJ·mol-1（１）正丁烷的構(gòu)象勢能關(guān)系圖五、烷烴的化學(xué)性質(zhì)㈠穩(wěn)定性㈡燃燒反應(yīng)㈢鹵代反應(yīng)⒈甲烷的鹵代反應(yīng)⒉鹵代反應(yīng)機制

C－C鍵和C－H鍵均很牢固

C－H鍵的極性小，C和H都很難被極化

在常溫下，與強酸、強堿、強氧化劑、強還原劑都不發(fā)生反應(yīng)㈠穩(wěn)定性㈡燃燒燃燒產(chǎn)物為CO2和H2O，并放出大量的熱，因此烷烴成為可作為重要的能源.㈢鹵代反應(yīng)RH+X2→RX+HX(X=Cl、Br)鹵素的活潑性：F2》Cl2>Br2》I2鹵代通常指氯代和溴代.鹵代烴（RX）是合成其它有機化合物的中間體.

⒈甲烷的鹵代CH4+Cl2

CH3Cl+CH2Cl2+

CHCl3+

CCl4光bluelight

產(chǎn)物是混合物若甲烷大大過量，產(chǎn)物以一氯甲烷為主；若氯氣大大過量，產(chǎn)物以四氯化碳為主2.反應(yīng)熱根據(jù)鍵離解能數(shù)據(jù)計算得到kJ/mol435243351431ΔH=(435+243)－(351+431)=－104kJ/mol3.鹵代反應(yīng)機制

反應(yīng)機制又稱反應(yīng)歷程，是化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的具體途徑.

了解反應(yīng)機制，可以掌握反應(yīng)規(guī)律，達到利用和控制反應(yīng)的目的.甲烷氯代反應(yīng)機制—自由基鏈鎖反應(yīng)分為3個步驟⑴鏈引發(fā)：形成自由基光或熱①Ea≥

243

kJ·mol-1

=+243

kJ·mol-1rHmΔ⑵鏈增長：延續(xù)自由基，形成產(chǎn)物Ea＝16.8

kJ·mol-1

Ea＝

8kJ·mol-1

Cl+CH4.......CH3+HCl②.=+4

kJ·mol-1rHmΔ=-108

kJ·mol-1rHmΔCH3+Cl2.CH3Cl

+③Cl.......……（3）鏈終止：消除自由基，終止反應(yīng)Ea＝

0

rHm=－243

kJ·mol-1ΔrHm=－368

kJ·mol-1ΔEa＝

0

鏈增長過程是放熱的

；每一步的Ea很小，因此連增長很容易進行；每一步消耗一個自由基，同時產(chǎn)生一個新的自由基。說明4.烷烴鹵代反應(yīng)的取向(1)各種氫活性hυ36%64%25℃4.烷烴鹵代反應(yīng)的取向(1)各種氫活性室溫下進行氯代反應(yīng)時,烷烴各種氫相對活性：3H°:2H°:1H°:甲烷H

=5:4:1:(3.7×10-3)4.烷烴鹵代反應(yīng)的取向溴代時各種氫相對活性：

3H°:2H°:1H°=1600:82:13%97%127℃99%痕量hυhυ4.烷烴鹵代反應(yīng)的取向(2)鹵素的活性及反應(yīng)的選擇性溴代反應(yīng)的活性比氯代反應(yīng)高

溴原子的活性比氯原子低一般規(guī)律:在一組相似的反應(yīng)中,試劑越不活潑,它在進攻時的選擇性越強.烷基自由基的穩(wěn)定性次序為：

3°＞2°＞1°＞CH3當(dāng)一個烷烴可能在不同的部位生成不同的自由基時，穩(wěn)定的自由基在能量上是有利的，是