第二章_烷烃

楔形透视式 锯架透视式 实线：在纸平面上的键 所有键均用实线表示 虚线：伸向纸平面后方的键 楔形线：伸向纸平面前方的键
H H H
H H H
H H H
H
H H H H
H
H
纽曼投影式 把分子的凯库勒模型放在纸面上，沿C-C键的轴线投影， 以表示 前面的碳原子及其键，以 表示后面的碳原 子及其键。
H
H
H
甲基 乙基 丙基 丁基 戊基 异戊基 异丁基 新戊基 异丙基 仲丁基 叔丁基
列在后面的是较优基团
-CH2-CH2-CH-CH3 -CH2-CH-CH3 CH3 CH3 -CH-CH3 CH3
d. 书写
1 2 3 4 5 6 7 8 9
CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH-CH3
第五节
烷烃的物理性质
1.物质状态： 1-4个C原子的烷烃为气体；
5-16个C的烷烃为液体； 17以上C原子的烷烃为固体。
2. 沸点 (b.p.) ：
沸点的高低与分子间引力有关，引力 ，则沸点
范德华力 静电力 诱导力 色散力 对极性分子才能产生。 原子核和电子在不断运动时，产生一瞬间 的相对位移，使正负电荷重心暂时不重合 产生瞬时偶极。
第一节 烷烃的同系列及同分异构现象
一、烷烃的同系列 烃 碳氢化合物 hydrocarbon
饱和烃：烷烃
开链烃 （脂肪烃） 烃 环状烃
根据烃分子中碳原子间连接方式可分为：
烯烃 不饱和烃： 炔烃
脂环烃 芳香烃
烷
完全
饱和 饱和烃(saturated hydrocarbon)
烷烃(alkane)
CH4
methane
不重复的只能写出5个。
随着分子中碳原子数目的增加，同分异构体的数目 也增加。
碳原 子数
异构 体数 4 2 5 3 7 9 10 75 11 159 15 4347 20 366319
3、烷烃构造式的书写方法
构造式 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 简式 CH3CH2CH2CH2CH2CH3 或CH3(CH2)4 CH3
H H HH
H
H H
H H
第四节
一、乙烷的构象
烷烃的构象
构象(Conformation) ：一定构型的分子通过单 键旋转，形成各原子或原子团的空间排布。
凯库勒模型 锯架透视式 凯库勒模型
H H
交叉式
H
纽曼式 H H H H H H H H H H
H
H H H H
重叠式
H
H H
H
H
H
两面角(扭转角) f 单键旋转时，相邻碳上的其他键会交叉成一定的角度
H H 249
306
H
H
H H
重叠式的能量大 于交叉式能量。
乙烷分子的位能曲线图
H H H H
H
H
交叉式转变为重叠式， 需吸收12.5kJ/mol的 能量。 室温时分子的热运动 可产生83.6kJ/mol的能 量，在常温下各种构 象之间迅速互变。
位能
12.5kJ/mol
H H H H H H H H
烷烃的通式CnH2n+2
C2H6 C3H8
C4H10 C5H12
ethane
C6H14
C7H16 C8H18
同系列 (homologous series)：具有同 propane 一个通式, 结构相似，化学性质也相 butane 似，物理性质随碳数的增加有规律 地变化的化合物系列。 pentane 同系物(homologs) ：同系列中的各化合物 hexane 互称同系物 heptane octane
Hf
H f为0°时的构象为重叠式构象
f为60°时的构象为交叉式构象 f为0～60°时的构象为扭曲式构象
非键合的两原子接近到相当于范氏半径之和时，二者间以 弱的引力相互作用，体系能量较低；如果接近到这一距离 以内，斥力就会急剧增大，体系能量升高。 H 120 (pm)
227
H H H
H H 289 H


+





sp3
sp3
sp3-sp3
+
+ 6
C-H：sp3-s
C-C ：sp3- sp3
σ 键：沿键轴旋转，它的形状和位相符号不变。 特点： ① 电子云沿键轴近似于圆柱形对称分布。
② 成键的两个原子可以围绕键轴旋转，而不影响电 子云的分布。
如正戊烷的碳链可以有下列几种形式：
四、分子立体结构的表示方法
CH3 CH3-C-CH2-CH3 CH3 (CH3)3 CCH2CH3
键线式
三、碳原子和氢原子的类型 将饱和碳原子分为伯、仲、叔、季四种类型 伯碳原子 (一级碳原子) 与一个碳原子相连1° 仲碳原子 (二级碳原子)与二个碳原子相连2° 叔碳原子 (三级碳原子) 与三个碳原子相连3° 季碳原子 ( 四级碳原子)与四个碳原子相连4°
癸表示，10以后用大写数字表示，十一、十二、……。
2. 含支链的烷烃
为区别异构体，用“正(normal,n-)” (直链)、“异(iso,i-)”( 一末端有两个甲基)、“新(neo)”(季碳)等词头表示。 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
正己烷(n-hexane)
CH3-C-CH2-CH2-CH3 CH3
。
① 直链烷烃：随着分子量的增加，而有规律地升高。
② 支链烷烃：相同C原子的烷烃，支链愈多沸点愈 低。(叉链多，分子不易接近)
3. 熔点 (m.p.) ：
① 随着分子量的增加 而升高。
熔点/℃
0 -50
②偶数碳烷烃比奇数 碳烷烃的熔点高。
-100 -150
-200 1
③ 同数碳的烷烃，结构对称 的分子熔点高。即新>正>异 CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
CH3 CH2-CH3 CH3 2,5-二甲基-4-异丙基庚烷
系统命名法 2,8-二甲基-4-乙基壬烷 IUPAC
4-ethyl-2,8-dimethylnonane 4-isopropyl-2,5-dimethylheptane
取代基位次 半字线 取代基名称 母体名称
相同的取代基合并起来，用二、三、四等表示，位次间的数字 (阿拉伯数字)用“，”隔开。 di tri tetra
第二章 烷
烃
教学要点：
1 掌握烷烃的同分异构现象及命名方法； 2 掌握烷烃的结构及杂化轨道理论； 3 掌握楔型式、锯架式、纽曼式等几种表示构 型和构象的方法； 4 理解烷烃的物理性质； 5 掌握烷烃的化学性质及自由基取代反应历程； 6 掌握过渡态理论及反应进程-位能曲线的意义； 7 掌握烷烃的制备方法； 8 了解烷烃的来源和用途。
CH3 CH3-C-CH2-CH-CH3 CH3 CH3 伯氢(1°H)：伯碳上的H 仲氢(2°H)：仲碳上的H 叔氢(3°H)：叔碳上的H 不同类型的氢 反应活性不一样
第二节 烷烃的命名法
一、普通命名法
1.直链的烷烃（没有支链）叫做“正某烷” 1-10个碳的烷烃用甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、 。
b. 编号：从离取代基最近的一端编号，并满足最低 系列原则。
1 2 3 4 5 6 7 8 9
CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH-CH3 CH3
9 8
取代基位次：2,4,8
CH2-CH3
7 6 5
4 3
CH3
2
1
取代基位次：2,6,8
c. 若主链上有几种取代基时，应按“次序规 则”，较优基团后列出。
CH 次甲基 C-CH3 次乙基
三、系统命名法
参考国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)命名原则， 并结合我国的文字特点于1960年制定，1980年由中 国化学会加以增减修订的《有机化学命名原则》
a. 选主链：选最长的、取代基最多的碳链作主链。
CH3-CH2-CH-CH2-CH3
CH-CH3 CH3
二、烷烃的同分异构现象 1、同分异构体
构造：指分子中原子互相连接的方式和次序。 构造异构体(constitutional isomers): 分子式相同， 而构造不同的异构体。 烷烃的同分异构是由于碳干构造不同而产生的， 又称碳干异构。
2、烷烃同分异构体的书写方法(C6H14为例)
① 写出此烷烃的最长直链式。 C-C-C-C-C-C ①. ② 再写少一个C原子的直链，把那个C作为支链，依次取代 直链上各个碳原子的氢。 C-C-C-C-C C-C-C-C-C C-C-C-C-C C C C ② ③ ④ ③ 再写少二个C原子的直链，把这二个C作为二个支链或当 作一个支链(乙基)，分别取代氢原子。 C C C-C-C-C C-C-C-C C-C-C-C C-C-C-C C-C-C-C C-C-C-C C C C C CC C C C C ⑩ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
异己烷(i-hexane)
CH3 CH3-C-CH2-CH3 CH3
新己烷(neohexane)
二、烷基
1. 烷基的命名
烷基：烷烃从形式上消除一个氢原子而余下的基团。 “基”-- “一价” 烷基的通式：CnH2n+1-，也可用R常见的烷基 英文中把词尾“-ane”改为“-yl”
甲基
乙基 丙基 异丙基 丁基 异丁基 仲丁基 叔丁基
1s C原子基态电子排布：
2
、 2、 1 、 1 2s 2p x 2p y
有2个未成对电子，应该是二价的，但碳原子实际上是四价的.
2p1 2p1y 2p z x
2s 1s 2
2
激发
2s 1s 2
1
2p1 2p1y 2p1 x z
杂化