有機(jī)化學(xué)烷烴

2023/2/111第一節(jié)烷烴的同系列和異構(gòu)一、烷烴的同系列(通式：CnH2n+2)

具有同一通式，結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)相似，組成上相差一個(gè)或多個(gè)CH2的一系列化合物稱(chēng)為同系列。同系列中的化合物互稱(chēng)為同系物。二、烷烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)造（constitution)——分子中原子互相連接的方式和次序。

分子式相同而構(gòu)造式不同的化合物稱(chēng)為同分異構(gòu)體，這種現(xiàn)象稱(chēng)為構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象。構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象是有機(jī)化學(xué)中普遍存在的異構(gòu)現(xiàn)象的一種，這種異構(gòu)是由于碳鏈的構(gòu)造不同而形成的，故又稱(chēng)為碳鏈異構(gòu)。第1頁(yè)/共54頁(yè)第一頁(yè)，共55頁(yè)。三、伯、仲、叔、季碳原子

123456789C1、C6、C7、C8、C9

C3、C5—C4—C2—伯碳原子、一級(jí)碳原子、

1°仲碳原子、二級(jí)碳原子、2°

叔碳原子、三級(jí)碳原子、3°

季碳原子、四級(jí)碳原子、4°

CCH3CH3CH2CHCH3CH2CH3CH3第2頁(yè)/共54頁(yè)第二頁(yè)，共55頁(yè)。C1—C2

—C3、C4、C5

—C6、C7

—C8—C9—4°3°2°1°2°1°CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3123456789骨架式試指出各碳原子的類(lèi)型問(wèn)題?第3頁(yè)/共54頁(yè)第三頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/114（1）烷烴分子中的碳都是sp3雜化。烷烴中的碳?xì)滏I和碳碳鍵都是σ鍵。鍵角接近109o28′。甲烷具有正四面體的結(jié)構(gòu)特征。（2）C，H電負(fù)性差別小，σ電子云不易偏向某一原子，整個(gè)分子電子云分布均勻，沒(méi)有電子云密度較大或較小的部位，對(duì)Nu或E+均沒(méi)有特殊的親和力。（化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定）（3）當(dāng)烷烴中的碳原子數(shù)大于3的時(shí)候,碳鏈就形成鋸齒形狀。四、烷烴的結(jié)構(gòu)特征第4頁(yè)/共54頁(yè)第四頁(yè)，共55頁(yè)。一、烷烴的結(jié)構(gòu)sp3

CH4

CnH2n+2

?甲烷分子（CH4）的形成Sp3雜化HHHHH第5頁(yè)/共54頁(yè)第五頁(yè)，共55頁(yè)。乙烷分子（CH3-CH3）的形成Sp3-sp3σ鍵Sp3-1sσ鍵HHHHHH思考：1.C6H14共有幾種同分異構(gòu)體？請(qǐng)寫(xiě)出其構(gòu)造式。

2.直鏈烷烴的分子鏈真是直的嗎？第6頁(yè)/共54頁(yè)第六頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/117

1、電子云可以達(dá)到最大程度的重疊，所以比較牢固。2、σ鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)破壞電子云的重疊，所以σ鍵可以自由旋轉(zhuǎn)。σ鍵的特點(diǎn)第7頁(yè)/共54頁(yè)第七頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/118sp3—s

σ鍵p—p

σ鍵p—s

σ鍵在化學(xué)中，將兩個(gè)軌道沿著軌道對(duì)稱(chēng)軸方向重疊形成的鍵叫σ鍵。σ鍵的定義第8頁(yè)/共54頁(yè)第八頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/119二、烷烴的異構(gòu)現(xiàn)象

構(gòu)象一個(gè)已知構(gòu)型的分子，僅由于單鍵的旋轉(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(chēng)為構(gòu)象。

構(gòu)象異構(gòu)體單鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)構(gòu)象，這些構(gòu)象互為構(gòu)象異構(gòu)體（或稱(chēng)旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體）。（一）碳架異構(gòu)體（二）構(gòu)象異構(gòu)體（三）旋光異構(gòu)體第9頁(yè)/共54頁(yè)第九頁(yè)，共55頁(yè)。1．烷烴的英文名稱(chēng)三、烷烴的命名法甲烷

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癸烷

decane第10頁(yè)/共54頁(yè)第十頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1111第二節(jié)烷烴的命名烷烴常用的命名法有普通命名法和系統(tǒng)命名法一、普通命名法根據(jù)分子中碳原子數(shù)目稱(chēng)為“某烷”，碳原子數(shù)十個(gè)以?xún)?nèi)的依次用甲、乙、丙、丁、戊……癸表示，十以上的用漢字?jǐn)?shù)字表示碳原子數(shù)，用正、異、新表示同分異構(gòu)體。第11頁(yè)/共54頁(yè)第十一頁(yè)，共55頁(yè)。例：CH3CH2CH2CH2CH2CH3

正己烷n-己烷n-hexane異己烷isohexane正

normaln-

異iso-CH3CHCH2CH2CH3CH3第12頁(yè)/共54頁(yè)第十二頁(yè)，共55頁(yè)。新己烷neohexane新

neo-

CH3CCH3CH3CH2CH3第13頁(yè)/共54頁(yè)第十三頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1114二、烷基烷烴分子中去掉一個(gè)氫原子而剩下的原子團(tuán)稱(chēng)為烷基。3.

常見(jiàn)的烷基-ane-yl

CH3-

methyl

Me

甲基CH3CH2-

ethyl

Et

乙基CH3CH2CH2-n-propyl

n-Pr

(正)丙基第14頁(yè)/共54頁(yè)第十四頁(yè)，共55頁(yè)。isopropyl

iso-Pr

異丙基n-butyl

n-Bu

(正)丁基sec-butyl

sec-Bu

仲丁基CH3CH2CH2CH2-iso-butyl

iso-Bu

異丁基tert-butyl

t-Bu

叔丁基第15頁(yè)/共54頁(yè)第十五頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1116

亞甲基

亞乙基

次甲基次乙基烷基的通式為CnH2n+1，常用R表示第16頁(yè)/共54頁(yè)第十六頁(yè)，共55頁(yè)。4.

系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）

系統(tǒng)命名法是中國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)根據(jù)國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）制定的有機(jī)化合物命名原則，再結(jié)合我國(guó)漢字的特點(diǎn)而制定的。系統(tǒng)命名法規(guī)則如下：1.選擇主鏈（母體）（1）選擇含碳原子數(shù)目最多的碳鏈作為主鏈，支鏈作為取代基。（2）分之中有兩條以上等長(zhǎng)碳鏈時(shí)，則選擇支鏈多的一條為主第17頁(yè)/共54頁(yè)第十七頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1118第18頁(yè)/共54頁(yè)第十八頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/11192.碳原子的編號(hào)(1)從最接近取代基的一端開(kāi)始，將主鏈碳原子用1、2、3……編號(hào)。編號(hào)錯(cuò)誤編號(hào)正確編號(hào)正確編號(hào)錯(cuò)誤（2）從碳鏈任何一端開(kāi)始，第一個(gè)支鏈的位置都相同時(shí)，則從較簡(jiǎn)單的一端開(kāi)始編號(hào)。第19頁(yè)/共54頁(yè)第十九頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1120（3）若第一個(gè)支鏈的位置相同，則依次比較第二、第三個(gè)支鏈的位置，以取代基的系列編號(hào)最?。ㄗ畹拖盗性瓌t）為原則。3．烷烴名稱(chēng)的寫(xiě)出A將支鏈（取代基）寫(xiě)在主鏈名稱(chēng)的前面B取代基按“次序規(guī)則”小的基團(tuán)優(yōu)先列出烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<異戊基<異丁基<異丙基。第20頁(yè)/共54頁(yè)第二十頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1121C相同基團(tuán)合并寫(xiě)出，位置用2，3……標(biāo)出,取代基數(shù)目用二,三……標(biāo)出。D表示位置的數(shù)字間要用逗號(hào)隔開(kāi)，位次和取代基名稱(chēng)之間要用“半字線(xiàn)”隔開(kāi)。烷烴的命名歸納為十六個(gè)字：最長(zhǎng)碳鏈，最小定位，同基合并，第21頁(yè)/共54頁(yè)第二十一頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1122B

取代基按“次序規(guī)則”小的基團(tuán)優(yōu)先列出烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<異戊基<異丁基<異丙基。C

相同基團(tuán)合并寫(xiě)出，位置用2，3……標(biāo)出,取代基數(shù)目用二,三……標(biāo)出。D表示位置的數(shù)字間要用逗號(hào)隔開(kāi)，位次和取代基名稱(chēng)之間要用“半字線(xiàn)”隔開(kāi)。烷烴的命名歸納為十六個(gè)字：最長(zhǎng)碳鏈，最小定位，同基合并，由簡(jiǎn)到繁。第22頁(yè)/共54頁(yè)第二十二頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/11232-甲基-3-乙基-4-甲基庚烷2,4-二甲基-3-乙基庚烷

3-乙基-2,4-二甲基庚烷

優(yōu)先次序：叔丁基>異丙基>異丁基>丁基>丙基>乙基>甲基1234567?如何命名？例第23頁(yè)/共54頁(yè)第二十三頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/11242-甲基-5,5-二(1,1-二甲基丙基)癸烷第24頁(yè)/共54頁(yè)第二十四頁(yè)，共55頁(yè)。?2,4-二甲基-3-乙基庚烷

2,4-dimethyl-3-ethylheptane

3-ethyl-2,4-dimethylheptane

√12345672,6-二甲基-3-乙基庚烷2-甲基-3-環(huán)戊基戊烷

第25頁(yè)/共54頁(yè)第二十五頁(yè)，共55頁(yè)。六、烷烴的構(gòu)象異構(gòu)

構(gòu)象——由于碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致分子中原子或原子團(tuán)在空間的不同排列方式。1.乙烷的構(gòu)象

構(gòu)象異構(gòu)體——因單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的異構(gòu)體（構(gòu)象異構(gòu)屬于立體異構(gòu)）。第26頁(yè)/共54頁(yè)第二十六頁(yè)，共55頁(yè)。交叉式重疊式紐曼(Newman)投影式鋸架式

構(gòu)象的表示式

交叉式HHHHHH重疊式HHHHHHHHHHHHHHHHHH第27頁(yè)/共54頁(yè)第二十七頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1128（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(zhǎng)C-C鍵長(zhǎng)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(gè)C-H、C-H重疊的能量約為4KJmol-1當(dāng)兩氫原子間距少于240pm（二個(gè)氫原子的半徑和）時(shí)，氫原子間會(huì)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。第28頁(yè)/共54頁(yè)第二十八頁(yè)，共55頁(yè)。旋轉(zhuǎn)角度/°能量重疊式斜交式交叉式交叉式06012012.6kJ·mol-1

乙烷分子構(gòu)象的能量曲線(xiàn)交叉式——穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象

第29頁(yè)/共54頁(yè)第二十九頁(yè)，共55頁(yè)。2.

正丁烷的構(gòu)象

對(duì)位交叉式部分重疊式鄰位交叉式全重疊式

1234CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3H3CHHHH第30頁(yè)/共54頁(yè)第三十頁(yè)，共55頁(yè)。穩(wěn)定性：對(duì)位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式

正丁烷C2-C3旋轉(zhuǎn)時(shí)各種構(gòu)象的能量曲線(xiàn)部分重疊式

鄰位交叉式部分重疊式

正丁烷C2-C3旋轉(zhuǎn)時(shí)各種構(gòu)象的能量曲線(xiàn)第31頁(yè)/共54頁(yè)第三十一頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1132

構(gòu)象分布在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各種構(gòu)象在整個(gè)構(gòu)象中所占的比例稱(chēng)為構(gòu)象分布。15%15%70%

能量計(jì)算C-H，C-H重疊，4kJ/molC-CH3，C-CH3鄰交叉，3.8kJ/molC-CH3，C-CH3重疊，22.6-8=14.6kJ/molC-CH3，C-H

重疊，(14.6-4)/2=5.3kJ/mol（２）正丁烷的構(gòu)象分布和能量計(jì)算分子總是傾向于以穩(wěn)定的構(gòu)象形式存在第32頁(yè)/共54頁(yè)第三十二頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/11333、丙烷的構(gòu)象ΔE=4+4+5.3=13.3KJ·mol-1交叉式重疊式

丙烷只有二種極限構(gòu)象，一種是重疊式構(gòu)象，另一種是交叉式構(gòu)象。二種構(gòu)象的能差13.3kJ·mol-1。第33頁(yè)/共54頁(yè)第三十三頁(yè)，共55頁(yè)。高級(jí)烷烴的碳鏈呈鋸齒形

由于分子主要以交叉式構(gòu)象的形式存在，所以高級(jí)烷烴的碳鏈呈鋸齒形。第34頁(yè)/共54頁(yè)第三十四頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/11354、乙烷衍生物的構(gòu)象分布1，2-二氯乙烷（對(duì)位交叉70%）1，2-二溴乙烷（對(duì)位交叉84%-91%）1，2-二苯乙烷（對(duì)位交叉>90%)乙二醇2-氯乙醇大多數(shù)分子主要以交叉式構(gòu)象的形式存在；乙二醇和2-氯乙醇分子中，由于可形成分子內(nèi)氫鍵，主要是以鄰交叉構(gòu)象形式存在。第35頁(yè)/共54頁(yè)第三十五頁(yè)，共55頁(yè)。構(gòu)象與藥物的構(gòu)效關(guān)系多巴胺NH2HHHHOHOH12第36頁(yè)/共54頁(yè)第三十六頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1137三、烷烴的物理性質(zhì)外觀(guān)：狀態(tài)顏色氣味物理常數(shù)：沸點(diǎn)（bp) 熔點(diǎn)（mp)

折光率（n) 旋光度[α]λ

密度（D)溶解度偶極矩（μ）光譜特征

第37頁(yè)/共54頁(yè)第三十七頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1138烷烴熔點(diǎn)的特點(diǎn)隨相對(duì)分子質(zhì)量增大而增大。偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳烷烴的熔點(diǎn)升高值大 （如右圖）。相對(duì)分子質(zhì)量相同的烷烴，叉鏈增多，熔點(diǎn)下降。奇數(shù)碳偶數(shù)碳熔點(diǎn)高低取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度。

（一）熔點(diǎn)第38頁(yè)/共54頁(yè)第三十八頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1139沸點(diǎn)大小取決于分子間的作用力

烷烴沸點(diǎn)的特點(diǎn)（1）沸點(diǎn)一般很低。（非極性，只有色散力）（2）隨相對(duì)分子質(zhì)量增大而增大。（運(yùn)動(dòng)能量增大，范德華引力增大）（3）相對(duì)分子質(zhì)量相同、叉鏈多、沸點(diǎn)低。（叉鏈多，分子不易接近）（二）

沸點(diǎn)第39頁(yè)/共54頁(yè)第三十九頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1140分子間接觸面積大作用力強(qiáng)分子間接觸面積小作用力弱bp：36℃bp：9.5℃第40頁(yè)/共54頁(yè)第四十頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1141

烷烴異構(gòu)體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)規(guī)律支鏈較多烷烴：熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)低支鏈較少烷烴：沸點(diǎn)高、熔點(diǎn)低

正戊烷異戊烷新戊烷bp

36

28

9.5mp

-130

-160

-17第41頁(yè)/共54頁(yè)第四十一頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1142烷烴的密度均小于1（0.424-0.780）。偶極矩均為0。烷烴不溶于水，溶于非極性溶劑。（三）密度（四）飽和烴的偶極矩（五）溶解度第42頁(yè)/共54頁(yè)第四十二頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1143四、烷烴的化學(xué)性質(zhì)（一）總體特點(diǎn)

（二）烷烴的鹵化和自由基反應(yīng)

（三）烷烴的硝化、磺化、熱裂解和催化裂解

（四）烷烴的氧化和自動(dòng)氧化第43頁(yè)/共54頁(yè)第四十三頁(yè)，共55頁(yè)。2023/2/1144１、穩(wěn)定：對(duì)強(qiáng)酸，強(qiáng)堿，強(qiáng)氧化劑，強(qiáng)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(guò)自由基機(jī)理進(jìn)行的。（一）總體特點(diǎn)（二）烷烴的鹵代和自由基反應(yīng)鹵代反應(yīng)分子中的原子或基團(tuán)被鹵原子取代的反應(yīng)稱(chēng)為鹵代反應(yīng)。１、烷烴的鹵代取代反應(yīng)分子中的原子或基團(tuán)被其它原子或基團(tuán)取代的反應(yīng)稱(chēng)為取代反應(yīng)。第44頁(yè)/共54頁(yè)第四十四頁(yè)，共55頁(yè)。1.甲烷的鹵代熱或光熱或光熱或光熱或光甲烷一氯甲烷二氯甲烷三氯甲烷四氯化碳

簡(jiǎn)寫(xiě)反應(yīng)式2.鹵代反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理是對(duì)某個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的詳細(xì)描述第45頁(yè)/共54頁(yè)第四十五頁(yè)，共55頁(yè)。甲烷的鹵代反應(yīng)——自由基的鏈反應(yīng)自由基（游離基）甲烷的自由基鏈反應(yīng)：鏈引發(fā)鏈增長(zhǎng)鏈終止共價(jià)鍵斷裂均裂異裂均裂第46頁(yè)/共54頁(yè)第四十六頁(yè)，共55頁(yè)。鏈引發(fā)（形成自由基）：

鏈增長(zhǎng)（延續(xù)自由基，形成產(chǎn)物）：

CH3－H+Cl·CH3·+HCl

CH3·+Cl2Cl·+CH3Cl

CH3Cl+Cl··CH2Cl+HCl

·CH2Cl+Cl2CH2Cl2+Cl·

CH2Cl2+Cl··CHCl2+HCl

·CHCl2+Cl2CHCl3+Cl·

CHCl3+Cl··CCl3+HCl

·CCl3+Cl2CCl4+Cl·

Cl∶ClCl·+·Cl

熱或光第47頁(yè)/共54頁(yè)第四十七頁(yè)，共55頁(yè)。CH3·+·ClCH3ClCH3·+CH3·CH3CH3鏈終止（消除自由基）：

3.

自由基的構(gòu)型及其穩(wěn)定性sp3sp3四面體

四面體

sp2

平面？Cl·+Cl·Cl2CHHH·透視式CH4CH3·CH3Cl第48頁(yè)/共54頁(yè)第四十八頁(yè)，共55頁(yè)。sp3sp3sp2

請(qǐng)指出自由基中各碳原子的雜化狀態(tài)自由基——平面構(gòu)型（sp2雜化）結(jié)論CH3-HCH3·+H·離解能435kJ·mol-1甲基自由基CH3CH2-HCH3CH2·+H·離解能410kJ·mol-1

乙基自由基（1°）CH3CH2CH2-HCH3CH2CH2·+H·離解能410kJ·mol-1

丙基自由（1°）

形成自由基需要的能量?第49頁(yè)/共54頁(yè)第四十九頁(yè)，共55頁(yè)。(CH3)2CH-H(CH3)2CH·+H·離解能397kJ·mol-1異丙基自由基（2°）(CH3)3C-H(CH3)3C·+H·離解能385kJ·mol-1叔丁基自由基（3°）

自由基的穩(wěn)定性：3°>2°>1°>CH3，為什