第二章 烷烃 §2.1 定义 所谓烷烃就是指烃分子中除 C-C单键外， C的其它价键全部与 H原子结合， H原 子 的数目已达到了最大限度，不能再增加，我们把这一类烃就叫 ~~。 Eg: CH 4 ,C 2 H 6 ,C 3 H 8 ,C 4 H 10 , C n H 2n+2 通式： §2.2 烷烃的同系列 一.定义： 具有同一通式，结构相似，化学性质 相似，物理性质呈规律性变化的一系列化 合物所构成的系列，就称同系列。同系列 中各化合物彼此互为同系物，每相邻两 同系物之间相差一个CH 2，这个CH 2叫系列差。 二.特点： 1 具有同一通式，结构相似； 2 化学性质相似，物理性质呈有规律的变化 各类化合物都有其同系列 §2.3 烷烃的同分异构 一.定义： 分子式相同，而结构不同的现象，就叫~~，而这些物质就叫同分异构体。 比如： C 4 H 10 C 5 H 12 二. 分类： 同分异构 构造异构（平面） 碳干异构 官能团异构 官能团位置异构 C 2 H 6 OCH 3 CH 2 OH CH 3 OCH 3 C 3 H 8 OCH 3 CH 2 CH 2 OH CH 3 CHCH 3 OH 构型异构 顺反异构（几何异构） 对映异构 构象异构 立体异构 对于烷烃来说： 碳干异构 对映异构 构象异构 三. 同分异构体的推写 注意：有机化学中所说的直链并不是说它是一条笔直的链，而是说它没有支链，实 际上它是呈锯齿形的。 四. 分子中 C原子、 H原子的分类 ° °° ° 12 3 4 ° ° ° C C CC HH H 1 23 §2.4 烷烃的命名 规则： 1. 1-10个C的直链烷烃用天干表示；甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 2. 11个C 及其以上的直链用正某烷；比如：正十一烷。 3. 第二个 C上有一个甲基的叫异某烷； 比如： CC (n-) C C C 异戊烷 CC C C C C 异己烷 4. 第二个 C上有两个甲基的叫新某烷； 比如： CCC C C 新戊烷 CCC C C C 新己烷 这种方法对所有直链烷烃和上述形式 的支链烷烃可以命名，除此而外，对其它 的就无能为力了。鉴于此， 1892年，一些化学家在日内瓦举行了一个会议，研究 了一个命名规则，后经 IUPAC的多次修订，其原则已被其他各国所采用，我国在 此基础上，结合自身的文字特点，制定了另外一种命名法，这就是： ( i-) 要点： （选主链，编号，命名） C H H 3 C CH 2 H 2 C CH 3 C CH 3 CH 3 CH 2 CH 3 1 2 3 4 5 6 7 练习： CCC C C C C CCC C C C 支链最多的最长碳链 Me- Et- n-Pr(Pr) (n-Bu) H 3 C H C CH 3 CH 2 ................. CH 2 异某基（ i-某基) 比如： 也叫仲丙基，但所有的书上都叫异丙基 i-Pr i-Bu H 3 C CH H 2 C C H 2 H 2 C CH 3 异己基 CH 3 H 3 C CH 3 CH 2 ............... CH 2 新某基 比如： CH 2 新己基 直链烷烃若不在链端去 H，而在第二个 C上去 H，得到的基团叫仲某基（第二某基 或二级某基）可用 sec-或s- 表示 比如： 仲丁基（二级丁基或第二丁基） sec-Bu s-Bu 叔某基（特某基或三级某基） t-某基 比如： 叔丁基（三级丁基） t-Bu 叔戊基（三级戊基） 从离小基团最近的一端开始编号 次序规则： 比如： 练习： H 3 C H 2 C H C CH 3 H 2 C H C CH 2 CH 3 H 2 C CH 3 3.编号 原则： （1 ）原子序数大的为大； （2 ）同位素大的为大； 原子序 数规则 （3 ） （4 ） 比如： （5 ）R>S Z>E 顺> 反 （6 ）孤对电子是所有中最小的 练习： H 3 CC H CH 3 H 2 C H 2 C CH 3 CH 3 CH 3 注意： 这一规则 4.命名 规则： （1 ）以所选的主链为母体称某烷，写在最后面 （2 ） 比如： 注意： （3 ）若有不同的取代基，取代基按先小后大的顺序排出，各取代基之间加一短横 线 比如： CCC C C C C C C C C 3-甲基-3- 乙基辛烷 CCC C C C C C C C C 4-甲基-3- 乙基辛烷 （4 ） （5 ）若取代基上还有支链 Eg: 可以将取代基再来命一次名，原则如下： 选主链：从和主链相连的碳原子开始选最长碳链作主链 比如： 编号：是从和主链相连的碳原子作 1位开始编号 取代基 的命名 命名： 1，1- 二甲基丙基 上面的结构可命名为： §2.5 烷烃的结构 一.分类： 构造 构型 构象 二. 表示： 对于构造式：常用凯库勒结构式表示，比如： C C H H H H 简化后也可写成 H 2 CCH 2 分子的立体结构，常用： 模型 球棍模型 斯陶特模型（比例模型） 楔形式 （伞形式） 实楔线表示斜向外，虚楔线表示斜向里，直线表示在纸面 上 锯架式（木马式） 纽曼投影式 三. 烷烃的构象 （一）乙烷的构象 （介于两个极限构象之间的构象） 对于重叠型构象： （二）丁烷的构象 + _ （三）高级烷烃的构象 对于甲烷的结构： sp 3 ,四面体 §2.5 烷烃的性质 （一）物性： 1 常温常压下：1-4个C，气； 5-16个C的直链烷烃，液； 17及其以上的直链烷烃，固 2 沸点： 直链烷烃：C 分子量越大，色散力越大，沸点越高； 接触面积越大，沸点也越高 从图可以看出：随着 C数的增加，烷烃的沸点在增大，但没增加一个 CH2，引起 的沸点升高值却在减小，亦即是说 C数越小，两相邻同系物之间沸点差越大， C 数越多，两两相邻同系物之间沸点差越小。 同分异构体来说： 直链最大； 支链越多，接触面积越小，沸点越低； 支链相同，有对称性的比没有对称性的高； CCC C C C CCC C C C < 3 熔点 直链烷烃： M.P.随着 C数的增加而呈规律性的变化 含奇数 C的烷烃构成一条直线（甲烷除外 ） 含偶数 C的烷烃构成一条直线 支链烷烃： 低于同 C数的直链烷烃，但具有高度对称性的支链烃除外。 比如： 4 密度 <1，所以比水轻 比如： 5 溶解度 由于烷烃是非极性分子或极性很小的分子，根据 “相似相溶 ”原理，烷烃不易溶于 极性溶剂（比如：水）而易溶于非极性溶剂或极性弱的溶剂（比如：苯，四氯化碳 （二）化性 1 氧化反应 （1 ）完全氧化：烷烃在空气中完全燃烧后全部变成二氧化碳和水的反应，叫 ~~ Eg: C n H 2n+2 + (3n+1)/2O 2 nCO 2 + (n+1)H 2 O 说明： A. B C ，燃烧热的一个重要用途 就是用其来比较物质的稳定性 比如： （2 ）不完全氧化（部分氧化） 复杂 2 热裂 烃类分子在隔绝空气的条件下加热到 较高温度时，碳链断裂成较小分子的反应 比如： 说明：热烈反应也是自由基反应 3 卤代反应 烷烃中的氢原子被卤素所取代的反应，就叫 ~~。 说明： （1 ） （2 ） 那么叔氢活性又如何呢？ （3 ）溴代时 因此，我们若要得到 3-或2- 取代更多的卤代烃，应该选用溴 （4 ） 选择性更低 4 但 也是自由基历程 5 §2.6 烷烃卤代反应历程 ，反应机制。 （一）实验事实： 1 2 3 即使是纯粹的甲烷与氯气反应，除了得到那四种混合物外，还得到了少量乙 烷 及氯化物 （二）反应历程： 1 2 原因： 位阻 能量 如果它们碰撞了则会发生如下反应： 3 （） 方法：自由基相互碰撞可以； 加入一些杂质可以（抑制剂）比如：假如氧 二 碰撞理论和过渡态理论 （一）碰撞理论 1 要点： （1 ） （2 ） （3 ）不是 2 说明： （1 ） 比如：两个类似 （2 ）由于碰撞理论存在着很多不足，比如： P、 Z难于计算，活化能与哪些因素有 关从理论中难于看出，而且碰撞理论把 分子看作是一个刚性小球，没有从分子的 内部结构和内部运动上去考虑反应，因而发展了另外一种理论，这就是 （二）过渡态理论 1 要点： （1 ） 它 （2 ）过渡态 a 我们同样可以画出吸热反应的反应位能进程图 注意： Ea与 H没有直接的联系； 决定反应速度的是活化能而不是反应热 （3 ） 比如： 说明： A 对于多步反应来说，有多少步，就该有多少个过渡态，比如： n步反应： n个过渡态， n-1个中间体 B 过渡态和活性中间体，它们是不同的； 过渡态：比中间体更不稳定，不能测其存 在，更不能分离，结构也只能推测，能 量比中间体高； 活性中间体：是两步之间的中间产物，虽不稳定，但也可直接或间接测得其存在， 少数还可分离 C 在多步反应中，各步反应的活化能不同 ，根据前面的讲述，活化能大的反应慢， 所以，我们把活化能最大的那步叫做决速步骤，多步反应的反应速度则是由该 决速步骤决定。 三 烷烃卤代反应的活性顺序 （一）为什么 是决速步骤 （二）为什么 H的顺序是 H §2.7 烷烃的来源、用途和制法 一 来源和用途 （其它的自己看书） 二制法 实验室中要制纯粹的烷烃，还需其它方法，主要有 （一） 注意： （二） Croey-House RX+2Li RLi+LiX 2RLi+CuCl R 2 CuLi+LiCl R 2 CuLi+R'X R-R' 适合于不对称烷烃的合成 增长碳链 （三） （四） RX+Mg 无水溶剂 RMgX H 2 O RH RI+HI RH+I 2 C H CH 2 R H 2 RCH 2 CH 3 RCCH H 2 RCH 2 CH 3 （五）甲烷的制备 碳数不变 CH 3 COONa NaOH CaO,加热 CH 4 +CO 2