第二章 烷烃
( alkane)
本章重点讲解:
? 1,烷烃的命名 —— 掌握
? 2,烷烃的结构 —— 理解
? 3,烷烃的物理性质 —— 了解
? 4,烷烃的化学性质 —— 掌握
2.1 同系列和同分异构现象
结构通式,CnH2n+2
组成上相差 CH2及其整数倍的称为同系列。同系列中的
各化合物互为 同系物 。
同分异构体,具有相同分子式的不同化合物。
C 4 H 1 0
C H 3 C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 C H C H 3
C H 3 C 5 H 1 2
构造异构体,具有相同分子式,分子中原子或基团因连接顺
序不同而产生的异构体。分为官能团异构, 碳架
异构和位置异构等
2.2 烷烃的命名
C
H 3 C
C H 3 C
C H 3
HH 3 C
C
H
H
C H
H
H
4
o 3
o 2 o
1
o
C
3
o
2
o
1
o
H
( 季 )
( 叔 ) ( 仲 ) ( 伯 )
1,烷基的概念
1)伯、仲、叔、
季碳原子和伯、仲、
叔氢原子
2)烷基 R-
C H 3 M e 甲 基 C H 3 C H 2 E t 乙 基 C H 3 C H 2 C H 2 n - P r 正 丙 基
C H 3 C
C H 3
C H 3
C H 3 C H
C H 3
i - P r C H 3 C H 2 C H
C H 3
异 丙 基 s - B u 仲 丁 基 t - B u 叔 丁 基
2.2 烷烃的命名
2,烷烃的命名
C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 C H C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 C C H 2 C H 3
C H 3 C H 3
C H 3
CH 3CH-
CH 3
1)普通命名法(适用于简单化合物)
1~10个碳的烷烃,词头用,甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、
辛、壬、癸 ; 10个碳以上,用数字十一、十二等表示。
? 碳架异构体用正、异、新等词头区分。
正 己烷 异 己烷 新 己烷
C H 3C C H 2-
C H 3
C H 3
2.2 烷烃的命名
2)系统命名( IUPAC命名法)C H
3 C H 2 C H C H 3
C H 2 C H 3
主 链
C - C - C - C - C - C - C
C - C - C
C
C C
1
23a,选最长碳链作主链,
支链作取代基。遇多
个等长碳链,则取代
基多的为主链。
b,近取代基端开始编号,并遵守“最低系列编号规则”
C H 3 C H C H C H 2 C H C H 3
C H 3
C H 3
C H 3
取 代 基 位 号 2, 3, 5
取 代 基 位 号 2, 4, 5
2.2 烷烃的命名
2)系统命名( IUPAC命名法)
? c,取代基距两端位号相同时,编号从顺序小的基团端开始。
顺 序, - C - C - C < - C - C
C
C - C - C - C - C - C - C - C - C - C - C
1 0987654321 1 1
C - C - CC - C - C
? 顺序规则
① 单原子取代基,按原子序数大小排列。原子序数大,顺
序大;原子次序小,顺序小;同位素中质量高的,顺序大。
I > B r > C l > F > O > N > C > D > H
2.2 烷烃的命名
2)系统命名( IUPAC命名法)
C H 2 C H 2 C H 3
C ( C, H, H, ) C ( C, C, H )
C H C H 3
C H 3
C H 2 C l C H F 2
C ( C l, H, H ) C ( F, F, H )
② 多原子基团第一个原子相同,则比较与其相连的其它原子。
③ 含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。
C C H C ( C H 3 ) 3 C H C H 2
C C H
( C )
( C )
( C ) ( C )
( C )
C
C H 3
C H 3
C H 3 C
H
C
H
H
( C )
乙炔基 乙烯基叔丁基
2.2 烷烃的命名
2)系统命名( IUPAC命名法)
? d,支链上有取代基,则从和主链相连的碳原子开始将支链
? 碳依次编号,并将取代基位号、名称及支链名写在括号内。C H
3 C H C H 2 C H 2 C H C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3
C H 3 C
C H 3
H 3 C C H 2 C H 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
2 ' 3 '1 '2-甲基 -5-( 1,1-二
甲基丙基)癸烷
e,名称的排列顺序
中文名称按基团顺序规则,较小的
基团列在前;英文名称按基团首字
母的字顺先后列出。
C H 3 C H 2 C H 2 C H C H C H 2 C H 2 C H 2 C H 3
C H C H 3
C H 3
C H 2 C H 2 H C 3
5-丙基 -4-异丙基壬烷
4-isopropyl-5-propylnonane
C H 3 C H 2 C H 2 C H C H C H
2 C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3
C H 3
C H 2
C H 2
C H 3 C H 2 C H 2 C H C H C H 3
C H 3
1 2 3 4 5 7 8 9 1 0 1 1
1234567
8
91 01 1
1 2 3 4
5 6 7 8 1 11 09
6



1 确定主链,有两根等长的长链。两根长链均有两个侧链。侧链位次均为
4,5。 侧链的碳原子数均为 3,7。黑字长链 4位无侧分支,5位有侧分支。 绿
字长链 4,5位侧链均有侧 分支 。 侧分支少优先 。
2 编 号,黑字编号,取代基位置 4,5。 蓝字编号取代基位置 7,8。 取黑
字编号。
3 命 名,中文命名 4-丙基 -5-(1-异丙基丁基 )十一烷
英文命名 5-(1-isopropylbutyl)-4-propylundecane
2.3 烷烃的结构
C
H
HH
H
C C
HH
H
H
H
H
C s p 3 H s
1.碳的 SP3杂化和 σ 键的形成
C
H
H
H
H
四个 C-Hσ 键 六个 C-Hσ 键一个 C-Cσ 键
烷烃分子立体
形状表示法:
实线 -键在纸平面上 ;
楔线 -键在纸平面前 ;
虚线 -键在纸平面后。
2.3 烷烃的结构
2.烷烃的构象
HH
H
H
H HH
H
C C
H
H
H
H
H H
H
H
H
H
HH
构象,由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方式。
1)乙烷的构象
H
HH
H
H
H
C H
H
H
H
H
H
HHH
H
H
C
H
H
H
楔形透视式(伞形式) 锯架式 纽曼投影式






2.3 烷烃的结构
2.烷烃的构象
? 2) 正丁烷的构象
绕 C-2和 C-3之间的 σ 键旋转,形成的四种典型构象。 H
H H
H
C H 3
C H 3
H
H H
H C H 3
C H 3
HH
HH
C H 3H 3 C H
HH
C H 3
H 3 C
对位交叉式 邻位交叉式 全重叠式 部分重叠式
构象稳定性,
对位交叉式 > 邻位交叉式 > 部分重叠式 > 全重叠式
最稳定的对位交叉构象是 优势构象,能量最低。 。
2.3 烷烃的结构
2.烷烃的构象










[ 讨 论 题 ]
( 1)将右式化合物改写
成纽曼式,并用纽曼式表
示其优势构象。
H
C H 3C l
H
C H 3C l
( 2)下列哪一对化合物
是等同的?(假定 C-C
单键可以自由旋转)
B r
H
C H 3
B r
H
C H 3
B r
HB r
H
C H 3
C H 3
B r
H
C H 3
B r
H
C H 3 C H 2
a, b,
C H 3
B r
B r H
H
C H 2 C H 3
2.4 物理性质
? 外 观,状态,颜色,气味
? 物理常数,沸点( b.p.) 熔点( m.p.)
? 折光率 (n) 旋光度 [α]λ
? 密度( D)
? 溶解度
? 偶极矩( μ) μ=qd
? 光谱特征
? 1,熔点, 取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。
烷烃的密度均小于 1( 0.424-0.780)
烷烃不溶于水,溶于非极性溶剂,
偶极矩均为 0。
2.4 物理性质
? 1,熔点,
烷烃熔点的特点,
( 1) 随相对分子质量增大
而增大。
( 2) 偶数碳烷烃比奇数碳
烷烃的熔点升高值 大
(如右图)。
( 3)相对分子质量相同的烷
烃,叉链增多,熔点下降。
偶数碳
奇数碳
2,沸点, 沸点大小 取决于分子间的作用力
烷烃沸点的特点,
( 1)沸点一般很低(非极性,只有色散力)。
( 2)随相对分子质量增大而增大(运动能量增大,范德华引力增大)。
( 3)相对分子质量相同、叉链多、沸点低。(叉链多,分子不易接近)
2.5 化学性质
? 总体特点,化学性质取决于分子的结构。 C-C,C-Hσ键的
键能较大,极性较小,烷烃 稳定 。 高温、光照 等条件下烷烃
具有反应活性。
2.5.1卤代反应
1) 氯代
h vC H 4
C l 2
h v
C l 2
h v
C l 2C H
3 C l C H 2 C l 2 C H C l 3 h v
C l 2
C C l 4
2)反应机理 亦称反应历程、反应机制,是描述反应
由反应物到产物所 经历的每一步程。
反应经历了 自由基活性中间体 。 自由基取代反应。
2.5.1卤代反应
C l 2 2 C lh v
C H 3 + C H 3 H 3 C C H 3
链增长
链终止
C l + C l C l 2
C l 2 C H 3 C l + C lC H 3 +
C H 4 + C l CH 3 + H C l
链引发
C l + C H 3 H 3 C C l
产生自由基
产生甲基自由基
产生新的氯自由基
自由基之间碰撞,
形成稳定分子,
反应终止
整个反应经历三个阶段:链引发、链增长、链终止。
此自由基反应也称 链锁反应或链反应。
2.5.1卤代反应
3)氯代、溴代反应的取向
C H 3 C H 2 C H 3 + C l 2 h v2 5 o C C H 3 C H 2 C H 2 C l + C H 3 C H C H 3
C l
4 5 % 5 5 %
1oH与 2oH被取代的概率为, 6?2
氢的相对反应活性,1oH:2oH = (45/6), (55/2 ) = 1, 3.8
例 一
例 二
C H 3 C H C H 3 + C l 2
C H 3
h v
2 5 o C
C H 3 C H C H 2 C l + C H 3 C C H 3
C H 3
C l
C H 3
6 4 % 3 6 %1oH与 3oH氢被取代的概率为, 9:1
氢的相对反应活性,1oH, 3oH = ( 64/9):(36/1) = 1, 5
2.5.1卤代反应
> 9 9 % < 1 %
B r
C H 3C H 3
C H 3 C C H 3 + C H 3 C H C H 2 B r
B r 2
o
h v,1 2 7 C
C H 3
C H 3 C H C H 3
9 7 % 3 %
B r
C H 3 C H C H 3 + C H 3 C H 2 C H 2 B r
h v,1 2 5 C
o
B r 2
C H 3 C H 2 C H 3
溴代反应三种氢的活性,1° H, 2° H, 3° H = 1, 82, 1600
氯代反应三种氢的活性,1° H, 2° H, 3° H = 1, 3.8, 5


2.5.1卤代反应
? 不同氢的反应活性与自由基的稳定性有关
自由基的稳定性与共价键均裂时键的离解能大小有关,
C H 3 H C H
3 + H E d = + 4 3 9, 3 k J / m o l
C H 3 C H 2 H C H 3 C H 2 + H
C H 3 C H 2 C H 2 H C H
3 C H 2 C H 2 + H
C H 3 C H H
C H 3
C H 3 C H + H
C H 3
C H 3 C
C H 3
C H 3
H C H 3 C + H
C H 3
C H 3
+ 4 1 0
+ 4 1 0
+ 3 9 7, 5
+ 3 8 9, 1
自由基稳定性次序为 _________________________________( C H 3 ) 3 C > ( C H 3 ) 2 C H > C H 3 C H 2 > C H 3
2.5.1卤代反应
H
H
C - H
s p 2
[ 烷基自由基结构 ]
带孤单电子碳 sp2杂化。
孤单电 子占据未参与杂化的 P轨
道。 P轨道垂直于三个 sp2杂化轨
道所在的平面。
C C H 3
H
H
C C H 3
H
C C H 3
C H 3 C H
3
C H 3
乙基自由基 异丙基自由基 叔丁基自由基
2.5.1卤代反应
卤素的活性与选择性,卤素的活性,F > Cl > Br > I
氯化试剂活性高,溴化试剂活性低。
卤代反应的选择性:溴大于氯( Br > Cl )
C H 4 C H 3 + H X
F + 4, 2
C l + 1 6, 7
B r + 7 5, 3
I > + 1 4 1
E a ( k J / m o l )+ X
2.5 化学性质
? 2.5.2 燃烧反应
烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水,同时放出大量的热。
C n H 2 n + 2 + 3 n + 12 O 2 n C O 2 + ( n + 1 ) H 2 O + ( ) Q
2.5.3 热裂反应
化合物在
高温和无
氧存在下
的分解反
应。
本章习题
? P64 第一题( 1,2);第五题( 1)