第二章 烷烃点击进入主要内容1.烷烃的结构2.烷烃的同分异构 3.烷烃的命名 4.烷烃的构象 5.烷烃的物理性质 6.烷烃的化学性质一.烷烃的结构 最简单的烷烃是甲烷，甲烷分子中碳原子是sp3杂化，乙烷分子中碳原子也是sp3杂化，碳碳键和碳氢键都是键。 键定义：两个轨道沿着轨道的对称轴方向互相重叠。 特点：成键电子云对称分布，绕键轴自由旋转不改变电子云形状和重叠程度。甲烷乙烷戊烷二.烷烃的同分异构 分子式相同，原子互相连接的次序和方式不同的化合物叫构造异构体。它们的性质，如熔点、沸点有差别。 正丁烷 异丁烷熔点 -135 -145沸点 -0.5 -11.7异构体数目随碳原子数目增加而增加，如15个碳的异构体数目为4347。三.烷烃的命名普通命名法和系统命名法是目前被广泛采用的命名法1.普通命名法普通命名法： (i)用天干名称甲、乙、丙癸表示一到十的碳，十以上则用中文数字，直链烷烃为正某烷正某烷，如CH3(CH2)5CH3 (正)庚烷 (ii)只有(CH3)2CH- 端链的为异某烷异某烷，如(CH3)2CHCH3 异丁烷 (iii)只有(CH3)3C- 端链的为新某烷新某烷普通命名法只能命名简单化合物 2.系统命名法 1892年化学家在日内瓦会上拟定了一种系统的有机化合物命名法，此后经 IUPAC多次修订。中国化学会按国际通用原则出版了有机化学命名原则(1980)(i)选择最长的、取代基最多的碳链为主链(ii)把支链作为取代基，烷烃中去掉一个氢原子的一价原子团为烷基:甲基(Me)CH3-,乙基(Et)CH3CH2- 异丙基(iso-Pr)(CH3)2CH-,仲丁基(sec-Bu)叔丁基(t-Bu) (iii)主链上碳原子编号从离取代基最近一端开始，遵循最低系列规则、次序规则(次序规则在第三章中介绍) 例 2,2,3,5-四甲基己烷(不是2,4,5,5-四甲基己烷)2-甲基-4-乙基-3-异丙基己烷CH3CH3 CCH3CH3CH-CH2-CH-CH3CH3 (iv)若支链上还有取代基，可用带撇的数字标明或支链全名放在括号中 2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷 或2-甲基-5-1,1-二甲基丙基癸烷四.烷烃的构象 1.乙烷的构象 乙烷分子中两个甲基围绕碳碳键旋转时，其氢原子在空间的相对位置将不断改变，形成无数个不同的空间排列方式，这种通过单键旋转而引起不同的排列方式叫构象，它们互为构象异构体或称旋转异构体。 表示方法如下：重叠式 交叉式锯架式伞 式钮曼式在重叠式中两个碳上氢原子间距为229pm(小于两个氢原子的半经之和240pm)相互间排斥，能量高。在交叉式中，两个氢原子的间距为250pm，交叉式能量最低，两者能差约为12KJ/mol，能量图如下：2.正丁烷的构象A.全重叠式 B.顺交叉式 C.部分重叠式 D.反交叉式 E.顺交叉式 取代乙烷衍生物的构象 例：1,2-二溴乙烷(对 位交叉式构象约占84) 乙二醇(分子内氢键, 主要为邻位交叉式构 象)五.烷烃的物理性质 物质的物理性质主要包括状态、气味、颜色、沸点、熔点、密度、折光率和溶解度等。 1.状态：常温(25)常压(760mmHg)下含有四个碳以下的烷烃为气体，含五到十六个碳的直链烷烃为液体，含十七个碳以上直链烷烃为固体。2.沸点:(i)直链烷烃随分子量增加有规律升高 (ii)同数碳的烷烃异构体，直链的沸点最高，支链越多沸点越低。例： 戊烷 异戊烷 新戊烷沸点 36.1 29.9 9.4化合物的沸点与分子间的吸引力有关。 3.熔点：随分子量增加而升高，含奇数碳原子的烷烃和偶数碳原子的烷烃分别构成两条曲线如图； 熔点不仅取决于分子大小，而且与分子在晶格中排列有关，分子对称性好，熔点高。 2,2,3,3-四甲基丁烷 辛烷 熔点 102 158.8六.烷烃的化学性质 4.密度：烷烃的密度都小于1 (0.424-0.780) 5.溶解度：烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂. 烷烃中仅含有C-C键和C-H键化合物,无极性或极性很弱，化学性质不活泼。与强碱、强酸、强氧化剂强还原剂不反应，但在适当条件下可反应。1.烷烃的卤代 取代反应定义：分子中的原子或原子团被其他原子或原子团取代； 如果被卤原 子 取代则为卤代。 (i)氯代反应 CH4+Cl2 HCl+CH3Cl CH3CH2CH3+Cl2 CH3CH2CH2Cl (43)hh25+CH3CHCH3(57)Clh2563633737由此可算出1o、2o、3o(或伯、仲、叔)三种氢的相对活性： 仲氢 57/2 4 叔氢 37/1 伯氢 43/6 1 伯氢 63/9= 5.2相对活性：叔氢仲氢伯氢(ii)溴化反应溴化反应速度比氯化反应慢得多，溴的反应活性比氯小。CH3CH2CH3 + Br2 h127CH3CH2CH2Br +CH3CHCH3Br 3 97 CH3CHCH3 + Br2h127(CH3)2CHCH2 +(CH3)3CBrCH399溴代反应中 叔、仲和伯氢的相对活性：1600821溴在反应中选择性好2.自由基反应机理 反应机理是指反应物到产物经过的途径和过程，是根据大量实验事实作出的理论假设。烷烃的卤代反应是典型的自由基反应机理，分三个步骤进行： 反应式：CH4+Cl2 CH3Cl + HClh反应机理：第一步链引发第二步链增长第三步链终止注意的几个问题(i)自由基定义：具有未配对电子的原子或原子团 (ii)自由基结构： 平面型: 角锥型:(iii)自由基产生：热和光，也可用自由基引发剂，如： (CH3CH2)4Pb 4CH3CH2. + Pb CH3CH2. +Cl2 CH3CH2Cl + Cl. (iv)自由基稳定性 3o自由基2o自由基1o自由基甲基自由基(v)过渡态理论：任何一个化学反应都是经过一个过渡态才完成3.烷烃的氧化和裂解七.烷烃的制备和来源也是以自由基机理进行的。烷烃的主要来源是天然气和石油,制备方法在卤代烃中介绍。