第二章 烷烃
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02_第二章_烷烃
3
一. 烷烃的同系列和异构 (Homologous series and isomerism of alkanes) 1. 同系列 CnH2n+2 n 分子式 n为碳原子个数 构造式 命名
1
2 3 4 5 6
CH4
C2H6 C3H8 C4H10 C5H12
CH4
CH3CH3 CH3CH2CH3 2 3 5
①. 扭转角φ由0°逐渐变到360 °可得到无数个构象，它 们之间差别在于原子在空间的排列不同。 ②. 扭转角φ= 0°120 °240 °360°为重叠式 φ=60°180 °300 °为交叉式 重叠式、交叉式构象为乙烷的两个典型构象，其它构 象处于这两个构象之间。 ③. 重叠式中两个碳原子上的C—H键相距最近，能量较高，
18
CH3 6 7 8 CH3CH2CHCH2CH2CCH2CH3 CH3 CHCH CH3 3
3 4 5 2 1
2,6,6-三甲基 - 3 -乙基辛烷
CH3 CH3CHCH 2CH2CH2CH2CHCHCH 2CH3 CH3 CH3
2,7,8-三甲基癸烷
19
三. 烷烃的构象 (Conformation of Alkanes) 概述： a. 构象：指分子中原子或原子团由于围绕单键的旋转而 产生的分子中原子在空间的不同排列。 b. 构象异构体：分子组成相同，构造式相同，因构象不 同而产生的异构体。 c. 构象异构体表示方法：透视式（伞形式，锯架式）， 纽曼投影式
仲碳
CH3CH2CH2CH2CH3
叔碳
CH3CHCH 2CH3 CH3
8
二. 烷烃的命名 (Nomenclature of Alkanes)
1. 普通命名（习惯命名法）
以烷作为母体，十个碳原子以下用甲、乙、丙、丁、戊、 己、庚、辛、壬、癸表示，十个碳原子以上用数字表示。
一. 烷烃的同系列和异构 (Homologous series and isomerism of alkanes) 1. 同系列 CnH2n+2 n 分子式 n为碳原子个数 构造式 命名
1
2 3 4 5 6
CH4
C2H6 C3H8 C4H10 C5H12
CH4
CH3CH3 CH3CH2CH3 2 3 5
①. 扭转角φ由0°逐渐变到360 °可得到无数个构象，它 们之间差别在于原子在空间的排列不同。 ②. 扭转角φ= 0°120 °240 °360°为重叠式 φ=60°180 °300 °为交叉式 重叠式、交叉式构象为乙烷的两个典型构象，其它构 象处于这两个构象之间。 ③. 重叠式中两个碳原子上的C—H键相距最近，能量较高，
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CH3 6 7 8 CH3CH2CHCH2CH2CCH2CH3 CH3 CHCH CH3 3
3 4 5 2 1
2,6,6-三甲基 - 3 -乙基辛烷
CH3 CH3CHCH 2CH2CH2CH2CHCHCH 2CH3 CH3 CH3
2,7,8-三甲基癸烷
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三. 烷烃的构象 (Conformation of Alkanes) 概述： a. 构象：指分子中原子或原子团由于围绕单键的旋转而 产生的分子中原子在空间的不同排列。 b. 构象异构体：分子组成相同，构造式相同，因构象不 同而产生的异构体。 c. 构象异构体表示方法：透视式（伞形式，锯架式）， 纽曼投影式
仲碳
CH3CH2CH2CH2CH3
叔碳
CH3CHCH 2CH3 CH3
8
二. 烷烃的命名 (Nomenclature of Alkanes)
1. 普通命名（习惯命名法）
以烷作为母体，十个碳原子以下用甲、乙、丙、丁、戊、 己、庚、辛、壬、癸表示，十个碳原子以上用数字表示。
第二章 烷烃
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 > Br > Cl > F > O > N > C > D > H
② 多原子基团第一个原子相同,则依次比较与其相连的其它原子。
CH2CH2CH3 C（C、H、H、）
<
CHCH3 CH3
CH3CH2CHCH3 CH2CH3
3
CC
C-C-C-C-C-C-C C-C-C C
1 2
主链
b. 主链编号 近取代基端开始编号，并遵守“最低 系列编号规则”
CH3 CH3 CH CH CH2 CH3 CH CH3 CH3
取代基位号 取代基位号
2，3，5 2，4，5
取代基距链两端位号相同时，编号从顺序小的基团 端开始。
CH3OH、C2H5OH、C3H7OH
二、同分异构
C4H10 丁烷 CH3CH2CH2CH3 CH3 CH3CHCH3 C5H12 戊烷
正丁烷
异丁烷
正戊烷
异戊烷
新戊烷
同分异构体：具有相同分子式的不同化合物 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。 由碳架不同引起的异构，称碳架异构。(属构造异构) 异构体数目随碳原子增加而迅速增加 同分异构体的推导（课本17页）
4 全重叠 2，6 部分重叠 3，5 邻位交叉 1=7 对位交叉
H3CCH3
2, 4, 6 是不稳定构象，
H3CH H H 4 H H H3CH
1, 3, 5, 7 是稳定构象。
H H
能 量
H H 2
H CH3
有机化学02第二章饱和烃烷烃
H
H
H H
H
HH
H
H
H
2H之间的距离： 0.250nm 2H原子的范德华半径之和：
H
H
0.229nm
0.24nm
交叉式： 0.250nm > 0.24nm 无范氏张力
重迭式：
0.229nm<0.24nm 有范氏张力
24
乙烷分子的构象稳定性和内能变化
➢扭转能：使构象之间转化所需要的能量。
构象的稳定性与内能有关. 内能低,稳定;内能高,不稳 定。内能最低的稳定构象称优势构象。
➢书写规则：
1）相同取代基合并,数目用汉文数字二、三 ...表示； 2）取代基位号用阿拉伯数字表示； 3）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开； 4）阿拉伯数字之间必须用逗号分开。 5) 中文名称按基团次序规则，较小的基团列在前
CH3 C5H3__C4 H___C3 H __2C__C1 H3
CH3 CH2
☺杂化过程：
2p1x 2p1y 2pz 2s2
激发
1s2
2s1 2p1x 2p1y 2p1z
杂化
1s2
2s轨道的能量与 2p较接近,2s上 的1个电子可以 激发到2pz空轨 道上。
激发态的碳原子 有4个单电子，但 轨道能量不等。
2s1 2p1x 2p1y 2p1z
1s2
杂化形成4个能量相 等的新轨道sp3轨道
杂化
19
3 烷烃分子的形成
+
sp3 s
sp3-s
+
sp3
sp3
sp3-sp3
+
+6
20
σ- 键: 形成:由原子轨道头碰头重迭而形成. 特征:电子云沿键轴呈圆柱状对称分布，成键两原子可 围绕键轴自由旋转不会影响电子云密度的分布。
有机化学课件-第二章-烷烃
CH3 CH CH CH CH2 CH3 CH2 CH3 CH3
CH3
主链
2，4-= 甲基-3-乙基己烷
次序规则
①将单原子取代基按原子序数大小排列，原子序 数大的顺序大，原子序数小的顺序小，有机化合 物中常见的元素其顺序由大到小排列如下：
I＞Br＞Cl＞S＞P＞O＞N＞C＞D＞H
②如果多原子基团的第一个原子相同，则比较与他相连的 其它原子，比较时，按原子序数排列，先比较最大的，仍 相同，在顺序比较居中的、最小的。如果有些基团仍相同， 则沿取代链逐次比较。
烷烃分子之中碳原子为正四面体构型 。甲烷分子 之中，碳
原子位于正四面体构的中心，四个氢原子在四面体的四个顶
点上，四个C-H键长都为0.109nm，所有键角 ∠ H-C-H都是
109.5º
H
CH
H
H
109.5o H
H 0.109nm
H H
甲烷的球棒模型
甲烷的正四面体构型
sp3杂化轨道
杂化就是由若干个不同类型的原子轨道混合起来，重新组 合成数目相等的.能量相同的新轨道的过程。 C的电子构型：1S22S22P2
H-(-CH2-)n-H
或： CnH2n+2
同分异构体——由于分子式相同,但它们的构 造不同(分子中各原子相连的方式和次序不同). 又叫构造异构体。
戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个 H被甲基-CH3 取代的产物: (正戊烷,异戊烷,新戊烷)......
烷烃分子中，随着碳原子数的增加,烷烃的构造异 构体的数目也越多. 写出C7H16的同分异构体？
6C
C 2 1 编号错误
（2） 若第一个支链的位置相同，则依次比较第二 、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（ 最低系列原则）为原则。
第2章 烷烃
通式CnH2n+2 同系列：具有一个通式，结构相似，性质相似
2、构造式的书写方法
构造：分子中原子互相连接的方式和顺序。
有机化学
2
构造式： CH3 CH2 CH2
CH3
CH3 CH CH3
CH 3
构造简式： CH3CH2CH2CH3 CH3CH CH3
CH3
CH3CH(CH3)2
键线式：
3、写出烷烃的同分异构体
同分异构体：18个
4
有机化学
4、碳、氢原子的分类
CH3 1º 3º 1º 4º CH3 C CH2 CH CH3 2º CH3 CH3 按照所连接的碳原子的数目，可分为四类： 连有一个碳原子称为伯(10)碳原子， 所连的氢原子伯(10)氢原子； 连有二个碳原子称为仲(20)碳原子， 所连的氢原子仲(20)氢原子； 连有三个碳原子称为叔(30)碳原子， 所连的氢原子伯(30)氢原子； 连有四个碳原子称为季(40)碳原子。
CH4 + O2 ( 空气) CH3OH + CH2O
R CH 2 CH2 R'(石蜡 )
RCOOH + R'COOH
32
有机化学
3、异构化反应：
从一个异构体转化为另一个异构体。
CH3 CH3CH2CH2CH3 20% AlBr3 ,HBr 27℃ CH3CHCH3 80%
该反应在石油工业中，将质量差的直链烷 烃转化为支链烷烃。
CH3
CH3CH2CH2CH2CH3
CH3CHCH2CH 3 CH3
CH3
C
CH3
CH3
mp./ ℃
-129.7
-159.9
-16.6
29
有机化学第二章-烷烃
卤代反应中不同类型氢的反应活性 3o H > 2o H > 1o H > CH4
4 甲烷的卤代反应机理
什么是反应机理： 反应机理是对反应过程的详细描述，应解释以下问题：
反应是如何开始的？ 产物生成的合理途径？ 经过了什么中间体？
反应条件起什么作用？ 决速步骤是哪一步？ 副产物是如何生成的？
烷烃
烷基
RH
R
一些常见的烷基
R （烷基）
CH3 CH3CH2
CH3CH2CH2 CH3
CH3CH
中文名
甲基 乙基 （正）丙基 异丙基
要点：
1、选取最长的碳链作主链，称为某烷；支链当作取代基；
3
4
56
例
CH3 CH CH2 CH2 CH3
2 CH2
1 CH3 3-甲基己烷
2、从距离取代基近的一端开始，给主链碳原子编号，使各取代基 的代数和最小
同系物：有相同通式、组 成上相差CH2及 其整数倍的一系 列化合物。
2.1烷烃的来源
烷烃的天然来源主要是石油和天然气。天然气成分含有75％的 甲烷、15％的乙烷及5％的丙烷，其余的是较高级的烷烃。而含烷烃 种类最多的是石油，石油中含有1～50个碳原子的链烷烃及一些环烷 烃。
2.2 烷烃的结构及异构现象
1 氧化： (1) 完全燃烧:
CnH2n+2 + O2
CO2 + H2O + Q
（2）控制条件，部分氧化，制备有用化工原料：
例 CH4 + O2
NO 600oC
HCHO + H2O
CH4 + 1/2O2 RCH2CH2R' + 2O2
锰盐 120--150oC
4 甲烷的卤代反应机理
什么是反应机理： 反应机理是对反应过程的详细描述，应解释以下问题：
反应是如何开始的？ 产物生成的合理途径？ 经过了什么中间体？
反应条件起什么作用？ 决速步骤是哪一步？ 副产物是如何生成的？
烷烃
烷基
RH
R
一些常见的烷基
R （烷基）
CH3 CH3CH2
CH3CH2CH2 CH3
CH3CH
中文名
甲基 乙基 （正）丙基 异丙基
要点：
1、选取最长的碳链作主链，称为某烷；支链当作取代基；
3
4
56
例
CH3 CH CH2 CH2 CH3
2 CH2
1 CH3 3-甲基己烷
2、从距离取代基近的一端开始，给主链碳原子编号，使各取代基 的代数和最小
同系物：有相同通式、组 成上相差CH2及 其整数倍的一系 列化合物。
2.1烷烃的来源
烷烃的天然来源主要是石油和天然气。天然气成分含有75％的 甲烷、15％的乙烷及5％的丙烷，其余的是较高级的烷烃。而含烷烃 种类最多的是石油，石油中含有1～50个碳原子的链烷烃及一些环烷 烃。
2.2 烷烃的结构及异构现象
1 氧化： (1) 完全燃烧:
CnH2n+2 + O2
CO2 + H2O + Q
（2）控制条件，部分氧化，制备有用化工原料：
例 CH4 + O2
NO 600oC
HCHO + H2O
CH4 + 1/2O2 RCH2CH2R' + 2O2
锰盐 120--150oC
第二章烷烃图文
少量环烃和其他衍生物。
天然气
C1~C6
20℃以下
液体石油(石油醚) C5~C6
20~60℃
汽油
C4~C8
40~200℃
煤油
C10~C16
175~275℃
柴油
C15~C20
250~400℃
润滑油
C18~C22
300℃
石蜡
C20~C30
350℃
沥青
C30以上
不挥发
第二章烷烃图文
1.烷烃的结构特征
碳原子都是 sp3 杂化 ，呈四面体结构 键角约为109.5
一构象停留时间极短(<10-6秒)不能分离。 • 乙烷交叉式构象是优势构象。
第二章烷烃图文
丁烷的构象CH3CH2-CH2CH3
CH 3 CH 3 6 0 O
H
H
HH
1
全重叠式
CH 3
H
CH 3
H
H
H
2
邻位交叉式
CH 3 H
60O
60O
H
H
CH 3 H
3 部分重叠式
CH 3
H
H 60O
CH 3
CH 3
CH3CH2CHCHCH3
CH3CH2CHCH(CH3)2
OH
CH3CH=CHCH2CH2CH(CH3)2
OH
(CH3)3CCH2CH(CH2CH3)2
CH3 CH3CCH2CHCH2CH3 第二章烷烃图文 CH3 CH2CH3
2. 烷烃的构象(Conformation)
构象：分子中的原子或基团在空间的特定 排列形式
重叠式两个H之间距离：2.29 A
氢原子半径：gH = 1.2 A
第二章 烷烃
-CH2CH2CHCH3 异戊基 i-Pent CH3 CH3 -CH2-C-CH3 新戊基 neo-Pent CH3
仲丁基 s-Bu
CH3 -C-CH2CH3 CH3
叔戊基 t-Pent
英文命名中，n（正）, i（异）, sec（二级）, tert（三级）
烷烃分子从形式上去掉两个氢原子所剩下的基团叫做 亚烷基。
构造式 名称 构造式 名称
-CH3
甲基
Me Et
-CH2CH3
-CH2CH2CH3 CH3-CH-CH3 -CH2(CH2)2 CH3 -CH2-CH-CH3 CH3 -CH-CH2CH3 CH3
乙基
正丙基 n-Pr 异丙基 i-Pr
CH3 -C-CH3 CH3
叔丁基
t-Bu
正丁基 n-Bu 异丁基 i-Bu
2、构造异构的书写规则
先直后支、先边后心、先少后多、先简后繁
请大家书写庚烷的同分异构体
先直后支
先 简 后 繁
先边后心
先 少 后 多
三、烷烃分子中碳、氢类型
1、碳的类型
季碳 4oC 仲碳 2oC
叔碳 3oC 伯碳 1oC 2、氢的类型 根据与其相结合的碳原子， 分别称为伯、仲、叔氢。
1oH 2oH 1oC 2 oC
H H
m.p -138 C b.p
¡ ¡ -0.5 C
m.p -159 C b.p 11.7 C
¡ ¡
分子式相同，结构式不同的化合物－－同分异构体；
分子式相同，结构式不同的现象－－同分异构现象。
对烷烃这种同分异构是由于分子中碳原子排列方式不同引起的， 称为构造异构。
C4H10有2个异构体；C10H22有75个异构体；C20H42有366319 个异构体。 随着碳原子数增加，同分异构体迅速增加。
第二章_烷烃
CH3 CH3 600℃
C2H4 + H2
CH4 + C + H2
CH4 >1200℃ C + 2H2
CH3 CH2 CH2 CH3 500℃
CH4 + C3H6
CH3CH3 + C2H4 C4H8 + H2
• 将有害的烃类化合物转化为低毒性的醇类化合物
• 将核苷酸转化为脱氧核苷酸
• 无用的自由基对细胞毒害很大
自由基清除剂 (radical scavengers)
(对苯二酚)
(半醌)
生物体内存在的自由基清除剂
➢氧化反应
CH4 + 2O2 燃烧 CO2 + 2H2O + 891 kJ mol-1 适当条件下可部分氧化为醇、醛、酮、羧酸等含氧化合物。
如果位次和相同，则从取代基较不优先的一 端开始
• 列出取代基
根据优先基团后列出的原则 (英文按字母顺 序)，在母体名称前依次列出取代基的位置、 数目、名称
3-甲基-5-乙基辛烷
7-甲基-3,3,6-三乙基癸烷
根据下面化合物的名称，画出结构式
a. 2,3-二甲基己烷 b. 2,4,5-三甲基-4-异丙基庚烷 c. 4,4-二乙基癸烷
• 反应性和选择性
• 不同卤素的反应性
F2 ＞ Cl2 ＞ Br2 ＞ I2
• 不同卤素的选择性
自由基形成的相对速率
• 反应性-选择性原则
反应性越强，选择性越低
➢
➢
如果甲基环己烷与Cl2和Br2发生卤代反应， 哪个反应可以得到更多的1-卤-1-甲基环己 烷?
溴代反应
生物体中的自由基反应
不溶于水，能溶于某些低极性有机溶剂 (苯、氯仿、四氯化碳等)
有机化学--第二章烷烃
3. 相对密度
烷烃比水轻，其相对密度都小于1。相对密度变化的 规律也是随着相对分子质量的增加逐渐增大。这也是与 分子间van der Waals力有关的，分于间的作用力增大，
CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3 CH CH2CH3 CH3 CH3 C CH3 CH3
熔点℃
-130
-160
-17
一般偶数碳链具有较高的对称性，因此，含偶数碳原子
烷烃的熔点通常比含奇数碳原子烷烃的熔点升高较多，构成
相应的两条熔点曲线，偶数居上，奇数在下。
直链烷烃的熔点与分子中所含碳原子数的关系图
碳原子数如果是n，则氢原子数必为2n+2，即烷烃的通式为 C n H 2n+2 。
具有同一通式，组成上相差CH2及其整倍数的一系列
化合物，称为同系列(homologous series)。同系列中的各 个化合物互为同系物(homologs)。CH2称为系差。
2.1.2 构造异构(constitutional isomerism)
键 (C—C) 相连，其余的价键都为氢原子所饱和，则称 为饱和烃 (saturated hydrocarbons)，其中碳骨架是开
链的称为烷烃或石蜡烃，碳骨架是环状的称为环烷烃
(cycloalkanes)。
2.1 烷烃的通式和构造异构
2.1.1 烷烃的通式
每增加一个碳原子，同时增加二氢原子。因此，分子中
sp3 1s
σ键
sp3
σ键 ①在分子中可以单独存在 ②键能较大，可极化性较小
sp3
σ键的特性
③可以沿键轴自由旋转而不易被破坏
由于sp3杂化轨道保持了键角109.5º ，在碳链中C—C—C
的键角也必然保持接近于109.5º ，因此，碳链的立体形象，
第二章 烷烃
I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > D > H
b. 多原子取代基先比较第一个原子，如相同，再比较第 二个原子，如依旧相同，则依次比较取代基中所有的原 子，直到分出原子序数大的原子，则该基团“较优”，
CH3CH2CH2CH2
<
H3C H3C
CH
c.含三键或双键基团。认为连有两个或三个相同原子。
CH3
1 6 2 5 3 4 4 3 5 2 6 1
CH3CH2CHCH2CHCH3 C2H5
主要烷基的优先次序：异丙基&g近一端开始编号的前 提下，注 意编号时应该使所有主链取代基位次的代数和最小
3．烷烃名称的书写规则
A 将支链（取代基）写在主链名称的前面
n-Butyl
Iso-Butyl
n-Bu
i-Bu
CH2
仲丁基 叔丁基
Sec-butyl Tert-Butyl
s-Bu t-Bu
CH3 CH3 C CH3
烷基的通式为CnH2n+1
常用R表示
二价基 —— 亚基：
两价集中在一个原子不需要定位， 集中在不同的原子一定要求定位
CH2
亚甲基
CH2CH2CH2
B 取代基按“次序规则”小的基团优先列出
大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基<异 丁基<异丙基。 C 相同基团合并写出，位置用2，3, 4……, 取代基数目用二, 三, 四……, di, tri, tetra。
D 表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基名称间
用“半字线” E 英文命名时，取代基按首字母顺序排列。
第二章烷烃
季碳(40)：只与4个其它碳原子直接相连
1
0
CH3
2 CH2
0
3 CH
0
CH3 0 4 CH C
3
CH3 CH3
伯氢(10)：伯碳上的氢原子
仲氢(20)：仲碳上的氢原子
叔氢(30)：叔碳上的氢原子
（三） 烷烃系统原则
直链烷烃的系统名法与普通命名法相
似。支链烷烃命名要点是确定主链和处理取
代基的位置问题，而概括起来就是三个字：
CH3CHCH2CH3
CH3 CH CH2 CH3
CH3 CH3 C CH3
烷烃同一碳原子上去掉二个氢原子或三个氢原 子后，分别称为亚基、次基，如：
CH2
亚甲基
CHCH3
亚乙基
CH
次甲基
C CH3
次乙基
（二）碳及氢的类型
伯碳(10)：只与1个其它碳原子直接相连 仲碳(20)：只与2个其它碳原子直接相连 叔碳(30)：只与3个其它碳原子直接相连
普通命名法仅适合简单的烷烃。 它的命名方法是1~10以内的碳原子数用天干 字甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、 癸表示。从十一个碳原子开始用中文数字表 示。称为正某烷，“正”（n-）字一般略去。 如： CH3CH2CH3 CH3(CH2)10CH3 丙烷 十二烷
烷烃的英文名称：表示碳原子数的词头+ane 词尾组成。
第三节 烷烃的异构现象
（一）烷烃的同系列
凡是具有同一分子通式和相同结构特征的一 系 列 化 合 物 称 为 同 系 列 （ homologous series）。 同系列中的化合物互称同系物（homolog）。 相邻两同系物之间的组成差别(CH2)称同系 差。
第二章 烷烃
㈠ 稳定性 • C－C键和C－H键均很牢固 键和C • C－H键的极性小，C和H都很难被极化 键的极性小， 都很难被极化 • 在常温下，与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂 在常温下，与强酸、强碱、强氧化剂、 都不发生反应 ㈡ 燃烧 燃烧产物为CO 并放出大量的热， 燃烧产物为CO2和H2O，并放出大量的热，因 此烷烃成为可作为重要的能源. 此烷烃成为可作为重要的能源.
CH3 H + Cl Cl CH3 Cl + H Cl
kJ/mol 435
243
351
431
∆H = (435+243) －(351+431) = －104kJ/mol 3.卤代反应机制 卤代反应机制 反应机制又称反应历程， 反应机制又称反应历程，是化学反应所经 反应历程 具体途径. 具体途径. 历的
扭转张力 非稳定构象具有恢复成稳 定构象的力量；
2、正丁烷的构象 、
正丁烷的构象比较乙烷要较为复杂一些。 正丁烷的构象比较乙烷要较为复杂一些。 正丁烷的极端典型构象有四种： 正丁烷的极端典型构象有四种：
全重叠式 邻位交叉 部分重叠式 对位交叉式
（１）正丁烷的构象势能关系图
沿C2-C3键轴旋转 的转动能垒 22.6 kJ·mol-1
CH3
CH2 CH2 CH2 CH3 正戊烷或戊烷(n (n-Pentane) 正戊烷或戊烷(n
CH3 C CH3
CH3
CH2
CH CH3
CH3
CH3
异戊烷(iso 异戊烷(iso- Pentane) (iso
CH3 新戊烷(neo (neo新戊烷(neo Pentane)
㈡系统命名法
⒈ 烷基的命名 烃分子中去掉一个氢原子， 烃分子中去掉一个氢原子，所剩下的部分叫做烃基 一价烷基的通式为C 脂肪烃基常用 R－表示 一价烷基的通式为 nH2n+1－ －表示,一价烷基的通式为 常见烷基的结构和名称 CH3－ 甲基 C2H5－乙基 CH3CH2CH2－ （正）丙基
第二章-烷烃
CH3 CH2 CH3 CH2 CH CH2 CH CH3 CH2 CH2 CH3
主链：八个碳原子，辛烷
2) 编号：从离取代基最近的一端开始，用阿拉伯数 字1,2,3...将主链碳原子编号. (使取代基的位次最小)
4
5
8
7 6
CH3 CH2
CH3 CH2 CH CH2CH CH3
3 CH2
2 CH2 1 CH3
CH3 CH3 C
CH3
i-Bu t-Bu
• 烷烃分子从形式上去掉两个氢或三个氢原子而剩下 的原子团分别称为亚基、次基。(page 20)
亚基: CH2
CHCH3
C(CH3)2
亚甲基
亚乙基
亚异丙基
CH2 CH2 1, 2-亚乙基
CH2 CH2 CH2 1, 3-亚丙基
次基:
CH
次甲基
CCH3
次乙基
(CH3)3CCH2CH3
键线式
碳干式 C C C C C C
C CCCC
C
3、碳原子和氢原子的类型
• 伯碳原子(一级碳原子, 1o)(primary): 直接与一个碳原子相连 • 仲碳原子(二级碳原子, 2o)(secondary): 直接与两个碳原子相连 • 叔碳原子(三级碳原子, 3o)(tertiary): 直接与三个碳原子相连 • 季碳原子(四级碳原子, 4o)(quaternary): 直接与四个碳原子相连
CH3
碳架异构
构造异构 位置异构
同
官能团异构（包括互变异构）
分
异
(分子式相同，而构造不同)
构
立体异构
构型异构 构象异构
顺反异构 旋光异构
(构造相同，原子在空间排布方式不同)
第二章-烷烃
从第三碳原子开始到中间碳原子
4 主链少三个碳 三个甲基； 一个甲基和一个乙基； 丙基； 异丙基； 从第四碳原子开始到中间碳原子
四.分子中C原子、H原子的分类
在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子（或一级碳 原子，用1°表示） 在烃分之中仅与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子（或二级碳 原子，用2°表示） 在烃分之中仅与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子（或三级碳 原子，用3°表示） 在烃分之中仅与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子（或四级碳 原子，用4°表示）
1° C 例如： H 3 C H3 4° 2 ° C CH 2 C H3 3° CH C H3 1° CH 3
和伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称为伯、仲、叔氢原子或一 级、二级、三级氢； 不同类型的氢原子反应性能是有一定差别的。
碳原子种类的扩展
CH3 H3C CH2 CH2 H3C CH CH3 H3C C CH3
选择最长的碳原子直链作为主链，称为“某烷”,支链作为取代基
CH3 CH2 H3C CH2 CH CH2 CH2 CH CH3 CH2 CH2 CH3
当主链的选择有多个相同长度的链可供选择时，应选支链数目最多 的作为主链
CH3 CH3CHCHCH3 CH3CH2CHCHCH2CH2CH3
2 主链编号 （1）离取代基近的一端开始；
中文名
CH3(CH2)4CH3 CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3
英文名
正己烷 异己烷
n-hexane
Isohexane或i-hexa
C6
CH3CH2CHCH2CH3 CH3 CH3CCH2CH3 CH3 CH3 CH3CHCHCH3 CH3
如何命名？ 新己烷 neohexane
有机化学课件-2-烷烃
二、同分异构：
定义：分子式相同而结构（或物理或化学性质）不同的现象； 分类：同分异构可分为构造异构和立体异构；
构造异构：分子式相同而构造式不同（构造是指分子中原子的连 接顺序）； 如：CH3CH2OH和CH3OCH3；
构造异构又可分为：碳架异构、碳链异构、官能团异构和位置异 构。
如：环己烷和己烯 （碳架异构）
HHH HH
其立体结构为：
H
C
H
C
C
H
H
H H
C－C（σ键）： 154pm，sp3－sp3； C－H（σ键）： 110pm，sp3－s； 由于所有C原子都采用sp3杂化，所以所有的键角都约在109.5 0；
为了书写方便，碳链可写成折线式， 如己烷可写成：
碳原子上的氢原子可省略，但也可标出；但若标出某个碳原子 上的氢原子，则必须标齐。
如： CH3(CH2)4CH3 正己烷
3. 带有支链的烷烃；
CH3
末端具有 CH3CH 结构的，加“异”，
CH3
末端具有 CH3 C 结构的，加“新”，
CH3
CH3
如：CH3CH CH2CH3 异戊烷
CH3
CH3 C CH2CH3 新己烷
CH3
普通命名法只能命名结构简单的有机物，局限性大；但名称可 直接反映出有机物的结构。
CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2（碳链异构） CH3CH2OH和CH3OCH3 （官能团异构）、 CH3CH2CH=CH2和CH3CH=CHCH3 （位置异构）；
立体异构： 构造式相同而原子在空间的立体位置不同； 可分为： 顺反异构（见第三章“环烷烃”和第六章“烯烃”）
和对映异构（见第四章“对映异构”）。 烷烃只存在构造异构（碳链异构），没有立体异构； 如：
第二章 烷烃
为了表达化合物的立体化学关系，须决定 有关原子或基团的排列顺序，其方法称为顺序 规则。其 主要内容如下：
第一条规则：
将各种取代基的连接原子，按原子序数的大小排列， 原子序数大的顺序在前。若为同位素，则质量数高 的顺序在前。
I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > D > H
(secondary)
。
与三个碳原子相连的碳称为叔碳原子，以 3 表示；
(primary)
。
与四个碳原子相连的碳称为季碳原子，以 4 表示；
(quaternary)
我们不难看出，除季碳原子上不连有 氢原子外，其它碳原子都连有氢原子。故 我们把伯、仲、叔碳原子上结合的氢原子 相应的称为伯、仲、叔氢原子。
结构式 沸点（ ℃ ）
CH3CH2CH2CH3
CH3 CH3CHCH3
–0.5 –10.2
很明显，同分异构（构造异构）现象是由于分 子中碳原子的排列方式不同产生的，这种结构上的 差别，在物理性质上必然导致有所不同，如：沸点、 密度等等，但化学性质相似。
烷烃分子中，随碳原子数目的增加，构造异构 体的数目也越多。
子跃迁到(2pz)轨道中，然后四个轨道杂化， 形成4个能量相等的杂化轨道, 即sp3杂化轨
道。
2px 2py 2pz
激发
2s 基态
2px 2py 2pz 2s
激发态
杂化
sp3 sp3 sp3 sp3
2s
2py
2pz
2pz
sp3
sp3
每个sp3 杂化 轨道相当于1/4S成份和3/4P 成份。其空间 取向是指向正四面体的顶点，对称轴之间互成 109。28′。 每个sp3 杂化 轨道在对称轴的一个方向上，这样，可以 更有效地与其它原子轨道重叠，对于成键有利。
第一条规则：
将各种取代基的连接原子，按原子序数的大小排列， 原子序数大的顺序在前。若为同位素，则质量数高 的顺序在前。
I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > D > H
(secondary)
。
与三个碳原子相连的碳称为叔碳原子，以 3 表示；
(primary)
。
与四个碳原子相连的碳称为季碳原子，以 4 表示；
(quaternary)
我们不难看出，除季碳原子上不连有 氢原子外，其它碳原子都连有氢原子。故 我们把伯、仲、叔碳原子上结合的氢原子 相应的称为伯、仲、叔氢原子。
结构式 沸点（ ℃ ）
CH3CH2CH2CH3
CH3 CH3CHCH3
–0.5 –10.2
很明显，同分异构（构造异构）现象是由于分 子中碳原子的排列方式不同产生的，这种结构上的 差别，在物理性质上必然导致有所不同，如：沸点、 密度等等，但化学性质相似。
烷烃分子中，随碳原子数目的增加，构造异构 体的数目也越多。
子跃迁到(2pz)轨道中，然后四个轨道杂化， 形成4个能量相等的杂化轨道, 即sp3杂化轨
道。
2px 2py 2pz
激发
2s 基态
2px 2py 2pz 2s
激发态
杂化
sp3 sp3 sp3 sp3
2s
2py
2pz
2pz
sp3
sp3
每个sp3 杂化 轨道相当于1/4S成份和3/4P 成份。其空间 取向是指向正四面体的顶点，对称轴之间互成 109。28′。 每个sp3 杂化 轨道在对称轴的一个方向上，这样，可以 更有效地与其它原子轨道重叠，对于成键有利。
第二章烷烃
11
（一）普通命名法
对于结构较简单的烷烃，常用普通命名法命 名。基本原则是： 1．直连烷烃：正“某”烷。例如： CH3CH2CH2CH3命名为“正丁烷”。 2．含有10个以上碳原子的直链烃，用小写中 文数字表示碳原子的数目。如： CH3(CH2)9CH3命名为“正十一烷”。
12
3．对于含有支链的烷烃，则必须在“某烷” 前面加上一个汉字来区别。在链端第二位碳 原子上连有1个甲基时，称为“异某烷”，在 链端第二位碳原子上连有2个甲基时，称为 “新某烷”。 如：
27
2px 2py 2pz
烷烃碳原子采用sp3杂化，正四面体 结构，键角为109.5°结构如图：
结构式
构造式
28
（二） σ 键的形成及其特性
两个成键原子轨道沿对称轴方向相互重叠 （头碰头”方式重叠 ）而形成的键叫σ 键。
29
30
31
四、烷烃的构象
1．乙烷的构象 构象的定义：当围绕烷烃分子中的C-C σ键旋转时，分子中 的氢原子或烷基在空间的排列方式即分子的立体形象不断 地变化。这种由于围绕C-C键旋转所产生的分子的各种立 体形象称为构象( conformation )。 乙烷有两种典型构象，重叠式和交叉式， 表示形式：纽曼投影式和透视式．
第一种： 正丁烷
8
4、饱和碳原子的类型：
伯碳：-CH3 仲碳：-CH2 叔碳：-CH 季碳： -C
1oC 2oC 3oC 4 oC
伯氢 1oH 仲氢 2oH 叔氢 3oH
注意：氢原子的类型：同碳原子相对应
9
例：
H H C H
1oC
CH3 H C
4oC
H C
2oC
H C H
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H = -108 kJ· mol-1
③ 链终止: 消除自由基 (chain-terminating step）
CH3 Cl + Cl + Cl CH3Cl Cl2 CH3CH3
34
CH3 + CH3
② 链增长
CH3Cl ＋Cl • • CH2Cl ＋Cl2 CH2Cl2 ＋Cl • • CHCl2 ＋Cl2 • CH2Cl+ HCl CH2Cl2＋Cl • • CHCl2+ HCl CHCl3＋Cl • (b) 双取代
Ball and Stick Model
Space Filling Model
4
烷烃的分子通式：CnH2n+2 同系列 (homologous series):
具有同一分子通式，结构上只相差一个CH2或其整数倍的
一系列化合物。CH2其称为同系列的列差。
同系物 (homolog)：
同系列中的每个化合物同系物具有相似的化学性质； 物理性质也随着碳链的增长而表现出有规律的变化。
取代反应(substitution reaction)：
有机分子中的氢原子(或其他原子)或基团被另一原子或 基团取代的化学反应。
卤代反应(halogenation reaction):
烷烃分子中的氢原子被卤素原子取代的反应。
32
甲烷的卤代反应
甲烷的氯代
CH4
+
Cl2
hv or
CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3
+ CCl4 + HCl
CH4 （过量）+ Cl2 CH4
+
hv or
CH3Cl
hv or
+
HCl HCl
Cl2（过量）
CCl4
+
(1) 反应机理：对某个化学反应逐步变化过程的详细描述 (2) 烷烃卤代反应机理：
自由基链反应(free-radical chain reaction)
包括链引发、增长、终止三步
97%
CH3 + CH3CHCH2Br 1%
36
卤素对烷烃的相对反应活性(reactivity)
例：
CH3CH2CHCH2CHCH3 CH3 CH3
1 2 3 4 5 6
6
5
4
3
2
1
2,4-二甲基已烷(√) 3,5-二甲基已烷(×)
在等距离处遇到取代基，进一步比较第二 个取代基的位次
CH3CHCH2CHCHCH3 CH3
3
6
5
4
CH3
2
1
CH3
2,3,5-三甲基已烷(√) 2,4,5-三甲基已烷(×)
有不同取代基时，按“次序规则”（详见P46-47）列出， 较小基团先列出，较优基团应后列出。 ① 单原子取代基：原子序数较大的原子为较优基团。 ② 多原子取代基：先按照游离价所在原子（即与母体直接相 连的原子）的原子序数大小顺序排列；若 相同，再依次比较相连原子。 ③ 含有双键或叁键的基团，则可看成连接两个或三个相同的 原子。
伯氢 1°H 仲氢 2°H 叔氢 3°C
§2.3 烷烃的命名
命名
烷烃普通命名方法
俗名
普通命名
系统命名法
•1-10以内碳原子数：用天干字甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、 辛、壬、癸表示；从十一个碳原子开始用中文数字表示；称为 正某烷，“正”（n-）字一般略去
CH3CH2CH2CH3 CH3(CH2)10CH3
C5H12
烷烃的碳链异构
CH4 C 2 H6 C 3 H8
CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3
C4H10
C5H12
C6H14
7
饱和碳原子的类型
• 碳链中碳原子按照它们直接相连的其它碳原子的数目的不同而分为四种类型
H H3C C H
H C CH3
CH3 C CH3 CH3
伯碳 (一级碳，1°C，primary carbon) 仲碳 (二级碳，2°C，secondary carbon) 叔碳 (三级碳，3°C，tertiary carbon) 季碳 (四级碳，4°C，quaternary carbon)
(c) 三取代
CHCl3 ＋Cl • • CCl3 ＋Cl2
• CCl3+ HCl CCl4＋Cl •
(d) 四取代
2. 卤素对烷烃的相对反应活性(reactivity) 烷烃卤代反应的选择性(selectivity)
h CH3CH2CH3 + Cl2 25℃ 45% CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3 Cl 55% CH3 + CH3CCH2Cl 64%
端基，而别无其它支链的烷
烃，则称"新某烷"
CH3 CH3 C CH3 CH3
新戊烷
Neopentane
CH3 CH3 C CH2 CH3 CH3
新己烷
Neohexane
11
烷烃系统命名方法
IUPAC命名法（系统命名法） （IUPAC: 国际纯粹与应用化学联合会， International Union of Pure and Applied Chemistry）
22
§2.5 烷烃的构象
构象（conformation）：在常温下，分子中的原子或
原子团可以绕着碳碳单键旋转，从而产生了在空间不同位
置的排列方式，这些不同的排列方式就称为分子的构象。
构象异构体（conformational isomer）
因单键的旋转而产生的异构体
构象异构体的分子构造相同，但空间排列不同，
• 交叉式和重叠式是乙烷的两种极端构象，其它构象 介于这两种构象之间
27
2. 丁烷的构象
4CH
3
1
2
3
4
H 3C
CH2
CH2 CH3
H H
3 2
H H
C2旋转 60o
H CH3 H H
60
o
CH3 H3 C H H H H
CH3
1
H H3C
交叉式（anti） （反交叉式） 甲基间距离最 CH3 远(最稳定) CH3
后，分别称为亚基、次基。
CH2
亚甲基
CHCH3
亚乙基
CH
次甲基
C
CH3
次乙基
烷 烃 系 统 命 名 法
步骤：（1）选主链;（2）编号;（3）命名
• 直链烷烃:
与普通命名法相似
• 支链烷烃命名要点:确定主链和处理取代基的位 置问题:遵循 “长”、“多”、“低” 选择最长的碳链作为主链 使主链上有尽可能多的取代基 取代基的位次最低(最低系列原则)
构象异构属立体异构
23
1. 乙烷分子的构象
构象的表示方法
H 1 C H H H H C 2 H H 1 H H H H 2 H H H H H 1 1 2 H H
伞形式
锯架式
Newman投影式
前面的碳原子：
1
“θ角”
二面角
后面的碳原子：
24
HH
H
HH H 旋转60o H HH
旋转60o H
HH H H H
C
sp3 杂化 已饱和, 不能加成
C
H
弱极性共价键 键能大，难断裂， 难以被置换
室温条件，一般与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂都不反应 在适宜的反应条件下(光照、高温或在催化剂作用)，发生自由 基反应(共价键均裂)
31
1.烷烃的卤代反应
RH + X2 hor RX + HX ( X= F, Cl, Br, I)
第二章
烷烃 (Alkane)
1
主要内容
烷烃的结构，构造异构，同分异构体 烷烃的命名（普通命名法， IUPAC命名法） 构象和构象异构体，构象式的表示法
烷烃的物理性质
烷烃的化学反应
2
§2.1 烷烃的结构、分子通式及同系列
烃：碳氢化合物 (hydrocarbons)
饱和烃 脂肪烃 不饱和烃 烷烃：例如 CH3—CH3 乙烷 烯烃：例如 CH2=CH2 乙烯 炔烃：例如 HC CH 环己烷 乙炔 环己烯 链烃
§2.2 烷烃的同分异构现象
烷烃的构造异构与同分异构体
构 造：分子中原子间相互连接的次序和方式。
构造异构：具有相同分子式，由于分子中原子间连接的次序和
方式不同而形成不同化合物的现象。
这些化合物互为同分异构体，简称异构体(isomer)
CH3CH2CH2CH2CH3 正戊烷 CH3CHCH2CH3 CH3 异戊烷 CH3 H3C C CH3 CH3 新戊烷
主要烷基的优先次序：
叔丁基>异丙基>异丁基>丁基>丙基>乙基>甲基
20
CH3CH2CHCH2CHCH3 CH3CH2
2-甲基-4-乙基已烷(√)
C2H5 CH3 CH3CH2CCH2CHCHCH2CH2CH3 C2H5 H3C CH CH3
CH3
4-乙基-2-甲基已烷(×)
5-甲基-3,3-二乙基-6-异丙基壬烷
氯化
CH3 CH3CHCH3 h + Cl2 25℃
CH3 CH3CCH3 Cl 36%
h CH3CH2CH3 + Br2 146℃
CH3CH2CH2Br +
CH3CHCH3 Br
溴化
CH3 CH3CHCH3 h + Br2 146℃
3% CH3 CH3CCH3 Br 99%
随着正烷烃碳原子数的增加，分子中 键电子对相互排斥产生扭转张力。 在室温下，分子具有的能量足以使分子处于高速转动中，即分子处于无 数构象异构体的动态平衡中，但是大部分时间分子处于能量最低的对位 交叉式构象