§2,烷 烃
§2.1 烷烃的结构及同分异构
? 1、价键理论及 σ键：
? A,σ键的形成
↑ ↑ ↑ ↑ ↑
2p 激发 2p 杂化 ↑ ↑ ↑ ↑
↑↓ ↑ sp
3
2s 2s
+ →
s p sp
3
杂化前 杂化后轨道形状原子形成化学键的原则,
各原子轨道尽可能相隔最远
H
H
H
H
C
H
H
H
H
C
B,σ键的特点
? a,沿键轴方向重叠
? b,电子云成筒型分布
? c,可以任意旋转
C、化学键的有关概念
a,键角,键与键之间的夹角,甲烷C-H键角109.5 °
b,键长,成键原子核之间的距离,C-H 0.11nm
c,键能,断裂(形成)一个化学键所需要(放出)的能量,C-H 439.3 kJ/mol
2.烷烃的结构
A,甲烷的结构由于烷烃中的碳原子是sp 3杂化
H
H
H
H
109.28
B,烷烃的结构每个碳都以四面体形式存在如：
3.烷烃的同分异构
A.同分异构,分子式相同但分子结构不同同分异构可大致分为 链异构 （骨架异构）
和 官能团异构如：官能团异构骨架异构（链异构）
CH
3
CH
2
OH与CH
3
OCH
3
CH
3
COCH
3
与CH
3
CH
2
CHO
与与
B.同系物与同系列
CH4中的 H被 -CH3取代 CH3CH3
CH3CH3中的 H被 -CH3取代 CH3CH2CH3
形成一个可以用 CnH2n+2表示的系列
? 这样一系列的化合物称为 同系列 。
? 同系列中每个化合物之间互称 同系物 。
1.普通命名法,
有多少个碳就称其为某烷
C10以内,甲乙丙丁戊己庚辛壬癸
C10以上,十一 十二 ……
如：
庚烷 戊烷如有支链，用字头 正.异.新,来区分
§2.2 烷烃的命名正－ 表示无支链，即直链烷烃。
异－ 表示在第二个碳上有一个甲基支链。
新－ 表示在第二个碳上有两个甲基支链。
如：
正戊烷 异戊烷 新戊烷特例：
异辛烷
2.合理命名法：
把所有的烷烃都看作是甲烷的衍生物，选级别最高的碳作为甲烷的母碳，称为某某甲烷。
如：
二甲基乙基甲烷 四甲基甲烷三苯甲烷
CH
碳的分级及烷基的命名碳的分级：1级碳（伯碳）－与一个碳相连
2级碳（仲碳）－与两个碳相连
3级碳（叔碳）－与三个碳相连
4级碳（季碳）－与四个碳相连
? C,H原子的分类
? 与一个碳相连的碳称为一级碳，伯碳，1 °C,
上面的氢为1 °H;
? 与两个碳相连的碳称为二级碳，仲碳，2 °C,
上面的氢为2 °H;
? 与三个碳相连的碳称为三级碳，叔碳，3 °C,
上面的氢为3 °H;
? 与四个碳相连的碳称为四级碳，季碳，4 °C
如：
三个伯碳，一个仲碳,四个伯碳，一个季碳一个叔碳烷基的命名烷基：烷烃去掉一个氢所剩的含一个自由价的部分命名：将烷字改成基字如,CH3- 甲基 ； CH3CH2- 乙基
（正）丙基 异丙基
（正）丁基 仲丁基
CH
3
CH
2
CH
2
-CH
3
CHCH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
CH
2
CHCH
3
异丁基 叔丁基
CH
3
CH
3
CHCH
2 C
CH
3
CH
3
CH
3
3.系统命名法（ IUPAC）：
要点：A.最长
B.最多
C.最小
D.最简
2，6，10－三甲基－3－乙基－7－正戊基十二烷
§2.3 烷烃的异构现象碳链异构，官能团异构构型异构 几何异构 (顺反异构)
同分异构 旋光异构 (立体异构)
构象异构,由于 σ键的旋转而产生的异构
1、碳链异构
C6H14
写出最长直链 C - C - C - C - C -C
取一个碳作为取代基取两个碳作为取代基
C - C - C - C - C C - C - C - C - C
C
C
C - C - C - C C - C - C - C
C
C
C
C
2,构象异构
? A,构象,因单键旋转而导致的分子中各原子或基团的相对位置的不同
? B,构象异构,单键旋转而产生的异构体
? C,构象的表示方法,
? a,伞形式:
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
? b,锯架式:
? c,纽曼式:
H
H
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
D,构象与分子能量的关系
? a,乙烷:
H H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H H
H
H
H
H
H
H
60
o
60
o
60
60
o
o
转动能垒 12.1kJ/mol
室温下自由旋转交叉式是优势构象交叉 重叠 交叉 重叠 交叉
b,丁烷:
CH3 H
H
H
CH3
H
H
CH3
CH3
H
H
HH
CH3
H
H
CH3
H
H
H
H
H
CH3CH3
CH3
CH3
H
H
H
H
60
o
60
o
60
60
o
o
H
H
H
CH3
CH3 H
60
o
60
o
H
CH3
H
H
CH3
H
1
2
34
5
6
7
对位交叉式 半重叠式 邻位交叉式 全重叠式 邻位交叉式半重叠式 对位交叉式总结,对位交叉式是稳定构象(优势构象)
§2.4 烷烃的物理性质
? 熔点及沸点的变化规律
? 重点是同碳数的烷烃的熔点及沸点变化规律感官性质,状态,气味,颜色物理性质物理常数,比重 熔点 沸点 比旋光度
? 烷烃状态
? C1～C4 气体
? C5～C16 液态 各种油 汽油
? C17以上 固态 煤油柴油润滑油
§2.5 化学键的断裂与有机反应类型
? 1、均裂：
? 自 由 基：带单电子的原子或基团。
? 反应类型：自由基（型链式）反应。
A,B
A
,
B
.
+
活性中间体
? 2、异裂：
? 活性中间体：碳正离子；碳负离子
? 反应类型：
? A,亲电反应
A,B
A+ B
+
-
A,B
A+ B
+
-
A + C
-
+
AC
需要电子的试剂,亲电试剂,亲电反应
? B,亲核反应
A,B
A+ B
+
-
B + D
BD
-
+
进攻正电荷的试剂,亲核试剂,亲核反应
§2.6 烷烃的化学性质
? 1.氧化：
A.彻底氧化：即燃烧，燃烧热的概念及应用
CnH2n+2 + O2 → CO2 + H2O
B.部分氧化,
如：
RCH2CH2R’+ O2 → RCOOH + R’COOH
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
+O
2
CO
2
+H
2
O+Q
CH
3
OH +H
2
O
CH
4
+ O
2
Cat.
2.裂解：
A.热裂解,>750℃
R - R’ → R - H + R’ -H
B.催化裂解：在催化剂作用下，在 <450 ℃
3.卤代,烷烃与卤素（重点是 Cl2和 Br2）在光或热作用下反应生成卤代烃的反应
A.卤代反应选择性,
氯代－ 1°,2°,3° H=1,3.8,5
溴代－ 1°,2°,3° H=1,82,1600
事实：
? a,丙烷卤代:
CH3CH2CH3 + Cl2
CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3
Cl
45%
55%
97%
3%
Br
+ CH3CHCH3CH3CH2CH2Br
CH3CH2CH3 + Br2
hv
hv
? b,异丁烷卤代:
CH3CHCH3 + Cl2
CH3CHCH2Cl + CH3CHCH3
Cl
36% 64%
>99%
<1%
Br
+ CH3CCH3CH3CHCH2Br
CH3CHCH3 + Br2
hv
hv
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
B,活性及选择性
? 1)活 性：反应的难易程度
? 对于烷烃,3°H > 2°H > 1°H > CH4;
? 对于卤素,F2>>Cl2>Br2>>I2
? 2)选 择 性,反应部位的专一程度
? Br > Cl 为什么?
应用：
A,B = 1× 12,5 × 2 = 6,5
Cl
2
,光
Cl
Cl
A
B
+
Cl
2
Br
2
X
2
X
-
OH
OH
X
2
-
OH
XOH
C.机理：
CH4 + Cl2
room temperature
X
CH4 + Cl2
CH3Cl + HCl
or hv
hv
CH2Cl2 + HClCH3Cl + Cl2
CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl
hv
hv
CCl4 + HClCHCl3 + Cl2
or
or
or
Chain initiation,Cl2
hv
2Cl
.
(1)
Chain propagation:
CH4 + Cl
.
CH3
.
+ HCl
(2)
CH3 + Cl2
.
CH3Cl + Cl
.
(3)
Chain termination,Cl + Cl
.
.
Cl2
(4)
CH3 + Cl
CH3Cl
..
(5)
CH3 + CH3 CH3CH3
.
.
(6)
链反应的特点,每一步反应为下一步提供活性中间体。
? 4,烷烃的其它反应
? A,硝化
? R- H + HNO3 → R - NO2 + H2O
? B,磺化
? R - H + H2SO4 → RSO3H + H2O
§2.7 卤代反应选择性的理论解释
? 1、过渡态及Hammond假设能量 B 能量 B
Ea
Ea
A C
C A
反应进程 反应进程
放热反应 吸热反应
? 1) 过渡态,反应历程中能量最高的状态
? 2)活化能,反应物到过渡态的能量 (山有多高)
活化能高反应速率小 (山高爬的慢)
? 3) Hammond假设:过渡态的结构与近的一边类似
2，溴代及氯代反应的过渡态
? A,氯代反应的过渡态
CH
3
CH
2
CH
3
+ Cl
,
CH
3
CH
2
CH
2
.
+ HCl
CH
3
CHCH
3
+ HCl
过渡态更接近于左边,即反应原料一侧氯自由基的反应活性决定了反应的速率
? a,过渡态更接近于左侧中间体的性质;
? b,CH3CH2CH3中1 °H,2°H = 6,2; 取代1 °H更为有利;
? c,但CH 3CH.CH3比CH 3CH2CH2.稳定,
取代2 °H有利。
? 综合作用的结果是取代2 °H为55%，
而1 °H为45%。
B,溴代反应的过渡态
CH
3
CH
2
CH
2
.
+ HBr
CH
3
CH
2
CH
2
.
+HBr
CH
3
CH
.
CH
3
+ HBr
CH
3
CH
2
CH
3
+ Br
.
过渡态与生成物的性质更为类似生成物的自由基的稳定性决定了反应的速率
? a,过渡态更接近右侧中间体的性质；
? b,CH3CH.CH3比CH 3CH2CH2,稳定；取代
2°H有利；
? c,尽管CH 3CH2CH3中1 °H,2°H = 6,2。
3、结论：
? a,溴代反应选择性好。
? b,自由基稳定性顺序,3° > 2° > 1° >
CH3.
§2.1 烷烃的结构及同分异构
? 1、价键理论及 σ键：
? A,σ键的形成
↑ ↑ ↑ ↑ ↑
2p 激发 2p 杂化 ↑ ↑ ↑ ↑
↑↓ ↑ sp
3
2s 2s
+ →
s p sp
3
杂化前 杂化后轨道形状原子形成化学键的原则,
各原子轨道尽可能相隔最远
H
H
H
H
C
H
H
H
H
C
B,σ键的特点
? a,沿键轴方向重叠
? b,电子云成筒型分布
? c,可以任意旋转
C、化学键的有关概念
a,键角,键与键之间的夹角,甲烷C-H键角109.5 °
b,键长,成键原子核之间的距离,C-H 0.11nm
c,键能,断裂(形成)一个化学键所需要(放出)的能量,C-H 439.3 kJ/mol
2.烷烃的结构
A,甲烷的结构由于烷烃中的碳原子是sp 3杂化
H
H
H
H
109.28
B,烷烃的结构每个碳都以四面体形式存在如：
3.烷烃的同分异构
A.同分异构,分子式相同但分子结构不同同分异构可大致分为 链异构 （骨架异构）
和 官能团异构如：官能团异构骨架异构（链异构）
CH
3
CH
2
OH与CH
3
OCH
3
CH
3
COCH
3
与CH
3
CH
2
CHO
与与
B.同系物与同系列
CH4中的 H被 -CH3取代 CH3CH3
CH3CH3中的 H被 -CH3取代 CH3CH2CH3
形成一个可以用 CnH2n+2表示的系列
? 这样一系列的化合物称为 同系列 。
? 同系列中每个化合物之间互称 同系物 。
1.普通命名法,
有多少个碳就称其为某烷
C10以内,甲乙丙丁戊己庚辛壬癸
C10以上,十一 十二 ……
如：
庚烷 戊烷如有支链，用字头 正.异.新,来区分
§2.2 烷烃的命名正－ 表示无支链，即直链烷烃。
异－ 表示在第二个碳上有一个甲基支链。
新－ 表示在第二个碳上有两个甲基支链。
如：
正戊烷 异戊烷 新戊烷特例：
异辛烷
2.合理命名法：
把所有的烷烃都看作是甲烷的衍生物，选级别最高的碳作为甲烷的母碳，称为某某甲烷。
如：
二甲基乙基甲烷 四甲基甲烷三苯甲烷
CH
碳的分级及烷基的命名碳的分级：1级碳（伯碳）－与一个碳相连
2级碳（仲碳）－与两个碳相连
3级碳（叔碳）－与三个碳相连
4级碳（季碳）－与四个碳相连
? C,H原子的分类
? 与一个碳相连的碳称为一级碳，伯碳，1 °C,
上面的氢为1 °H;
? 与两个碳相连的碳称为二级碳，仲碳，2 °C,
上面的氢为2 °H;
? 与三个碳相连的碳称为三级碳，叔碳，3 °C,
上面的氢为3 °H;
? 与四个碳相连的碳称为四级碳，季碳，4 °C
如：
三个伯碳，一个仲碳,四个伯碳，一个季碳一个叔碳烷基的命名烷基：烷烃去掉一个氢所剩的含一个自由价的部分命名：将烷字改成基字如,CH3- 甲基 ； CH3CH2- 乙基
（正）丙基 异丙基
（正）丁基 仲丁基
CH
3
CH
2
CH
2
-CH
3
CHCH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
CH
2
CHCH
3
异丁基 叔丁基
CH
3
CH
3
CHCH
2 C
CH
3
CH
3
CH
3
3.系统命名法（ IUPAC）：
要点：A.最长
B.最多
C.最小
D.最简
2，6，10－三甲基－3－乙基－7－正戊基十二烷
§2.3 烷烃的异构现象碳链异构，官能团异构构型异构 几何异构 (顺反异构)
同分异构 旋光异构 (立体异构)
构象异构,由于 σ键的旋转而产生的异构
1、碳链异构
C6H14
写出最长直链 C - C - C - C - C -C
取一个碳作为取代基取两个碳作为取代基
C - C - C - C - C C - C - C - C - C
C
C
C - C - C - C C - C - C - C
C
C
C
C
2,构象异构
? A,构象,因单键旋转而导致的分子中各原子或基团的相对位置的不同
? B,构象异构,单键旋转而产生的异构体
? C,构象的表示方法,
? a,伞形式:
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
? b,锯架式:
? c,纽曼式:
H
H
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
D,构象与分子能量的关系
? a,乙烷:
H H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H H
H
H
H
H
H
H
60
o
60
o
60
60
o
o
转动能垒 12.1kJ/mol
室温下自由旋转交叉式是优势构象交叉 重叠 交叉 重叠 交叉
b,丁烷:
CH3 H
H
H
CH3
H
H
CH3
CH3
H
H
HH
CH3
H
H
CH3
H
H
H
H
H
CH3CH3
CH3
CH3
H
H
H
H
60
o
60
o
60
60
o
o
H
H
H
CH3
CH3 H
60
o
60
o
H
CH3
H
H
CH3
H
1
2
34
5
6
7
对位交叉式 半重叠式 邻位交叉式 全重叠式 邻位交叉式半重叠式 对位交叉式总结,对位交叉式是稳定构象(优势构象)
§2.4 烷烃的物理性质
? 熔点及沸点的变化规律
? 重点是同碳数的烷烃的熔点及沸点变化规律感官性质,状态,气味,颜色物理性质物理常数,比重 熔点 沸点 比旋光度
? 烷烃状态
? C1～C4 气体
? C5～C16 液态 各种油 汽油
? C17以上 固态 煤油柴油润滑油
§2.5 化学键的断裂与有机反应类型
? 1、均裂：
? 自 由 基：带单电子的原子或基团。
? 反应类型：自由基（型链式）反应。
A,B
A
,
B
.
+
活性中间体
? 2、异裂：
? 活性中间体：碳正离子；碳负离子
? 反应类型：
? A,亲电反应
A,B
A+ B
+
-
A,B
A+ B
+
-
A + C
-
+
AC
需要电子的试剂,亲电试剂,亲电反应
? B,亲核反应
A,B
A+ B
+
-
B + D
BD
-
+
进攻正电荷的试剂,亲核试剂,亲核反应
§2.6 烷烃的化学性质
? 1.氧化：
A.彻底氧化：即燃烧，燃烧热的概念及应用
CnH2n+2 + O2 → CO2 + H2O
B.部分氧化,
如：
RCH2CH2R’+ O2 → RCOOH + R’COOH
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
+O
2
CO
2
+H
2
O+Q
CH
3
OH +H
2
O
CH
4
+ O
2
Cat.
2.裂解：
A.热裂解,>750℃
R - R’ → R - H + R’ -H
B.催化裂解：在催化剂作用下，在 <450 ℃
3.卤代,烷烃与卤素（重点是 Cl2和 Br2）在光或热作用下反应生成卤代烃的反应
A.卤代反应选择性,
氯代－ 1°,2°,3° H=1,3.8,5
溴代－ 1°,2°,3° H=1,82,1600
事实：
? a,丙烷卤代:
CH3CH2CH3 + Cl2
CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3
Cl
45%
55%
97%
3%
Br
+ CH3CHCH3CH3CH2CH2Br
CH3CH2CH3 + Br2
hv
hv
? b,异丁烷卤代:
CH3CHCH3 + Cl2
CH3CHCH2Cl + CH3CHCH3
Cl
36% 64%
>99%
<1%
Br
+ CH3CCH3CH3CHCH2Br
CH3CHCH3 + Br2
hv
hv
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
B,活性及选择性
? 1)活 性：反应的难易程度
? 对于烷烃,3°H > 2°H > 1°H > CH4;
? 对于卤素,F2>>Cl2>Br2>>I2
? 2)选 择 性,反应部位的专一程度
? Br > Cl 为什么?
应用：
A,B = 1× 12,5 × 2 = 6,5
Cl
2
,光
Cl
Cl
A
B
+
Cl
2
Br
2
X
2
X
-
OH
OH
X
2
-
OH
XOH
C.机理：
CH4 + Cl2
room temperature
X
CH4 + Cl2
CH3Cl + HCl
or hv
hv
CH2Cl2 + HClCH3Cl + Cl2
CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl
hv
hv
CCl4 + HClCHCl3 + Cl2
or
or
or
Chain initiation,Cl2
hv
2Cl
.
(1)
Chain propagation:
CH4 + Cl
.
CH3
.
+ HCl
(2)
CH3 + Cl2
.
CH3Cl + Cl
.
(3)
Chain termination,Cl + Cl
.
.
Cl2
(4)
CH3 + Cl
CH3Cl
..
(5)
CH3 + CH3 CH3CH3
.
.
(6)
链反应的特点,每一步反应为下一步提供活性中间体。
? 4,烷烃的其它反应
? A,硝化
? R- H + HNO3 → R - NO2 + H2O
? B,磺化
? R - H + H2SO4 → RSO3H + H2O
§2.7 卤代反应选择性的理论解释
? 1、过渡态及Hammond假设能量 B 能量 B
Ea
Ea
A C
C A
反应进程 反应进程
放热反应 吸热反应
? 1) 过渡态,反应历程中能量最高的状态
? 2)活化能,反应物到过渡态的能量 (山有多高)
活化能高反应速率小 (山高爬的慢)
? 3) Hammond假设:过渡态的结构与近的一边类似
2，溴代及氯代反应的过渡态
? A,氯代反应的过渡态
CH
3
CH
2
CH
3
+ Cl
,
CH
3
CH
2
CH
2
.
+ HCl
CH
3
CHCH
3
+ HCl
过渡态更接近于左边,即反应原料一侧氯自由基的反应活性决定了反应的速率
? a,过渡态更接近于左侧中间体的性质;
? b,CH3CH2CH3中1 °H,2°H = 6,2; 取代1 °H更为有利;
? c,但CH 3CH.CH3比CH 3CH2CH2.稳定,
取代2 °H有利。
? 综合作用的结果是取代2 °H为55%，
而1 °H为45%。
B,溴代反应的过渡态
CH
3
CH
2
CH
2
.
+ HBr
CH
3
CH
2
CH
2
.
+HBr
CH
3
CH
.
CH
3
+ HBr
CH
3
CH
2
CH
3
+ Br
.
过渡态与生成物的性质更为类似生成物的自由基的稳定性决定了反应的速率
? a,过渡态更接近右侧中间体的性质；
? b,CH3CH.CH3比CH 3CH2CH2,稳定；取代
2°H有利；
? c,尽管CH 3CH2CH3中1 °H,2°H = 6,2。
3、结论：
? a,溴代反应选择性好。
? b,自由基稳定性顺序,3° > 2° > 1° >
CH3.
