第二章烷烃教案

第二章烷烃一．学习目的和要求：1．掌握烷烃的同系列、同分异构和构造异构。

2．掌握烷烃的命名法、常见基团的名称。

3．掌握烷烃的结构，包括碳正四面体的概念、sp3杂化和σ键。

4．掌握烷烃的构象及构象的表示方法。

5．掌握烷烃的物理性质。

6．掌握烷烃的化学性质（稳定性、裂解、氧化及取代反应、各种氢的相对活泼性）。

7．掌握烷烃光卤代反应历程。

8．掌握甲烷氯代反应过程中的能量变化，包括过渡态理论、反应热、活化能。

9．掌握一般烷烃的卤代反应历程。

10.了解烷烃的来源。

二．本章节重点、难点烷烃的同系列、同分异构和构造异构、烷烃的命名法、烷烃的结构、烷烃的构象及构象的表示方法、烷烃的物理性质、烷烃的化学性质、烃光卤代反应历程、甲浣氯代反应过程中的能量变化。

三．教学内容分子中只有C 、H 两种元素的有机化合物叫做烃，烃可以分为以下几类：烷烃 开链烃（脂肪烃） 烯烃、二烯烃烃 炔烃环状烃（脂环烃） 脂环烃芳香烃烷烃是分之中的碳除以碳碳单键相连外，碳的其他价键都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。

2．1 烷烃的同系列及同分异构现象 2.1.1 烷烃的同系列最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷 、丁烷、戊烷等，它们的分子式、构造式分别为：分子式 构造式 构造简式甲烷 CH 4 CH 4乙烷 C 2H 6 CH 3CH 3H C H C H H H C H H C H H C HH HH C H HH丙烷 C 3H 8 CH 3CH 2CH 3丁烷 C 4H 10 CH 3CH 2CH 2CH 3从上述结构式可以看出，链状烷烃的组成都是相差一个或几个CH 2（亚甲基）而连成碳链，碳链的两端各连一个氢原子。

所以烷烃的通式为CnH2n+2 。

这种结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个CH 2的一系列化合物称为同系列。

同系列中的化合物互称为同系物。

由于同系列中同系物的结构和性质相似，其物理性质也随着分之中碳原子数目的增加而呈规律性变化，所以掌握了同系列中几个典型的有代表性的成员的化学性质，就可推知同系列中其他成员的一般化学性质。

在应用同系列概念时，除了注意同系物的共性外，还要注意它们的个性，要根据分子结构上的差异来理解性质上的异同。

2.2.2 烷烃的同分异构现象 1．同分异构现象甲、乙、丙烷只有一种结构，无同分异构现象，从丁烷开始有同分异构现象，同分异构体可以通过主链延长法和主链缩短法推导出来，下面通过主链延长法导出丁烷的所有同分异构体：H C H H C H H C H H C H HHH H H H C C C C H HH HH HH HH正丁烷（沸点-0.5℃）异丁烷（沸点-10.2）由两种丁烷两各异构体通过主链延长法导出三种戊烷的同分异构体：上述这种分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为构造异构现象。

构造异构现象是有机化学中普遍存在的异构现象的一种，这种异构是由于碳链的构造不同而形成的，故又称为碳链异构，随着碳原子数目的增多，异构体的数目也增多。

2．3．3伯、仲、叔、季碳原子CH 3-CH 2-CH 2-CH 3CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3CH 3-CH 2-CH-CH 3正戊烷 b.p 36.1℃异戊烷 b.p 28℃CH 3-CH 2-CH-CH 3CH 3C CH 3CH 3CH 3新戊烷 b.p 9.5℃33在烃分之中，按照碳原子及所边碳原子的不同，可分为四类： 仅及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）及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）及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）及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）例如：及伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子，不同类型的氢原子的反应性能有一定的差别。

2.2 烷烃的命名烷烃常用的命名法有普通命名法和系统命名法 2.2.1 普通命名法根据分子中碳原子数的多少目称为“某烷”，碳原子数十个以内的依次用天干字甲、乙、丙、丁、戊……癸表示；十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、新表示同分异构体。

例如：CH 3 C CH 2 CH CH 3CH 3CH 31234CH 31°°°°°正戊烷 异戊烷 新戊烷 “正”：指直链的烷烃。

“异”：指链端第二个碳原子连有一个甲基支链的烷烃。

“新”：指链端第二个碳原子连有四 个甲基支链的烷烃。

普通命名法简单、方便，但只能适用（适用范围）于构造比较简单的烷烃。

对于比较复杂的烷烃必须使用系统命名法。

系统命名法涉及烷基的名称，现就常见的烷基介绍如下： 2.2.2 烷基烷基是烷烃分之中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。

烷基 名称 通常符号 CH 3- 甲基 Me CH 3CH 2- 乙基 Et CH 3CH 2CH 2- 丙基 n-Pr CH 3CH- 异丙基 i-Pr CH 3CH3CH2CH2CH2- 正丁基 n-Bu CH 3CHCH 2- 异丁基 i-Bu CH 3CH 3CH 2CH- 仲丁基 s-BuCH 3-CH 2-CH 2-CH 2-CH 3CH 3 CH CH 2-CH 3CH 3CH 3 C CH 3CH 3CH 3CH 3 CH3CH3 C 叔丁基 t-Bu CH3烷基的通式为C n H 2n+1，通常用R 表示，此外 还有“亚”某基，“次”某基，如：亚甲基为CH 2，次甲基为CH 。

2.2.3 系统命名法（IUPAC 命名法）目前有机化合物最常用的命名法是国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC ）制定的有机化合物的系统命名方法，我国现用系统合名法是根据IUPAC 规定的原则，再结合我国汉字的特点而制定的。

烷烃系统命名法规则如下：（1）选择主链：选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基，分之中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。

例如：（2）碳原子的编号：1) 从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3……编号2）从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，例如： 1 2 3 4 5 6 7 编号正确 CH3-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH37 CH3 CH2-CH3 1 编号错误3） 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。

1 2 3 4 5 6 7 8 编号正确 例如： CH 3-CH-CH 2-CH-CH 2-CH 2-CH-CH 38 CH 3 CH 3 CH 3 1 编号错误 （3）烷烃的名称1） 将支链（取代基）写在主链名称的前面2） 取代基按“次序规则”，位置优先的基团优先放在最后写出。

CCCC CC C C2346781CC C876543215CC C C CCCC234615162编号正确编号错误编号正确编号错误烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基<异丁基<异丙基。

3）相同基团合并写出，位置用阿拉伯数字（例：2，3……等）标出, 取代基数目用中文数字（例：二,三……等）标出。

4）表示位置的数字间要用“，”隔开，位次和取代基名称之间要用“—”隔开。

例如：CH3CH—CHCH2—CH—CH2CH3CH3 CH3 CH2—CH（CH3）22,3,7,-三甲基-5-乙基辛烷2.2.4 衍生物命名法（补充）衍生物命名法是将所有的烷烃看成甲烷的烷基衍生物。

命名时一般选择最多的碳原子（级数最大的）作为母体甲烷的碳原子，烷基由小到大排列。

例：2.3 烷烃的结构2.3.1 碳原子的四面体构型构型是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况，烷烃分之中碳原子为正四面体构型 。

甲烷分之中，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 ，所有建角 ∠ H-C-H 都是109.5º，甲烷的正四面体构型如下图所示。

2.3.2碳原子的SP 3杂化碳原子的基态电子排布是(1s 2、2s 2、2px 1、2py 1、2pz)，按未成键电子的数目，碳原子应是二价的，但在烷烃分子中碳原子确是四价的，且四个价键是完全相同的。

这是因为，在有机物分子中碳原子都是以杂化轨道参及成键的，在烷烃分子中碳原子是以SP 3杂化轨道成键的，具体过程如下：杂化后形成四个能量相等的轨道称为SP 3杂化轨道，这种杂化方式称为SP 3杂化，每一个SP 3杂化轨道都含有1/4 S 成分和3/4 P 成分。

四个SP 3轨道对称的分布在碳原子的四周，对称轴之间的夹角H109.5o杂化光 或2P2P2SSP 2S基态激发态杂化态激发为109.5º,这样可使价电子尽可能彼此离得最远,相互间的斥力最小,有利于成键。

SP 3轨道有方向性，图形为一头大，一头小，示意图如下：2.3.3 烷烃分子的形成烷烃分子形成时，碳原子的SP 3轨道沿着对称轴的方向分别及碳的SP 3轨道或氢的1SHCHH象甲烷分子中C 及H 之间的化学键是σ键，象这种成键电子云沿键轴方向呈圆柱形对称重叠而形成的键叫做σ键。

σ键有如下几个的特点：（1）电子云沿键轴呈圆柱形对称分布。

2s 2p 四个 的空间分布sp3sp 3（2）可自由旋转而不影响电子云重叠的程度。

（3）结合的较牢固。

其中 C-H键, 键能 415.3KJ/mol；C-C键, 键能 345.6KJ/mol2．3. 4其它烷烃的构型1）碳原子都是以SP3杂化轨道及其他原子形成σ键，碳原子都为正四面体结构。

2） C-C键长均为0.154nm, C-H键长为0.109nm,,键角都接近于109.5°。

3）碳链一般是曲折地排布在空间，在晶体时碳链排列整齐，呈锯齿状，在气、液态时呈多种曲折排列形式（因σ键能自由旋转所致）。

例如正已烷的碳链在空间的分布为：2、4 烷烃的构象构象：分子通过单键的旋转而引起的分之中各原子在空间的不同排列方式称为构象。

2.4.1 乙烷的构象理论上讲，乙烷分之中碳碳单键的自由旋转可以产生无数种构象，但极限构象只有两种，即交叉式和重叠式。

构象通常用透视式或纽曼(Newman)投影式表示如下：透视式纽曼(Newman)投影式交式重叠式交叉式构象为乙烷的优势构象交叉式构象中原子间的斥力小，能量最低。

重叠式比交叉式的能垒（扭转能）高12.5KJ/mol 。

单键旋转的能垒一般为12~42KL/mol ，在室温时，乙烷分之中的C-C 键能迅速的旋转，因此不能分离出乙烷的某一构象。

在低温时，交叉式增加。