2 烷烃

① 球棒模型 d1
重叠式构象 ② 透视式
d2 交叉式构象
重叠式构象
交叉式构象
③ 纽曼投影式
HH
H
HH
H
重叠式构象
H
H
H
H
H
H
交叉式构象
4
能 量
12.6 kJ/mol
0° 60° 120° 180° 240° 300° 360°
旋转角度
乙烷分子不同构象的能量曲线图
乙烷的交叉式构象
2014/12/17
6
2014/12/17
2.4.1.1 卤代反应
甲烷和氯气在光照或加热的条件下可以连续地发生取 代反应（“光照”也常用符号“hν ”表示）。
CH4 + Cl2 hν CH3Cl + HCl
CH 3Cl + Cl2 hν CH 2Cl2 + HCl
CH 2Cl2 +Cl2 hν CHCl3 + HCl
CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2
CH3CH CH3
CH3CH2CH2CH2
CH3CHCH2 CH3
甲基 乙基 丙基 异丙基
丁基 异丁基
Me（Methyl） Et（Ethyl） n-Pr（Propyl） i-Pr （isopropyl）
n-Bu （Butyl） i-Bu （isobutyl）
CH3CH2CH CH3
正烷烃的熔点与分子中所含碳原子数的关系图
2.4 烷烃的化学性质
烷烃是饱和烃，C－C键和C－H键都是键能较大的共价 键，分子都无极性，极化度也小，所以化学性质很稳定。 但这种稳定性是相对的，在适当的条件（如光、高温、高 压和催化剂的作用）下，烷烃也能发生一系列化学反应。
2.4.1 取代反应
烷烃分子中的氢原子被其他原子或原子团取代的反应叫 做取代反应。若被卤素取代的反应称为卤代反应，也称为 卤化反应。
CH3 CH3 H CH3
2,2,3,5-四甲基己烷
③ 若主链上有几种取代基时，应按“次序规则”，较优基 团后列出。如果含有几个相同的取代基，可在取代基名称前 面用二、三、四……来表示。
H
6
5
H3C C
H
HH
4
3
CC
CH2 H CH3
H
21
C CH3 CH3
2-甲基-4-乙基己烷
④ 写法
位次 取代基位置
① 选主链：选最长的、取代基最多的碳链作主链。
CH3CH2CHCH2CH3 CH CH3 CH3
2
2014/12/17
② 编号：从离取代基最近的一端编号，并满足最低系列原 则。所谓“最低系列”指的是碳链以不同方向编号，得到 两种不同编号的系列，则逐次比较各系列的不同位次，最 先遇到的位次最小者，定为“最低系列”。
2,4,5-三甲基-4-乙基庚烷
2.2 烷烃的结构和同分异构现象
2.2.1烷烃的结构
2.2.1.1 甲烷的结构 在烷烃中，甲烷CH4是最简单的分子，它是由1个sp3
杂化的碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s 轨 道重叠，生成4个C－H键，它的空间结构是正四面体。
H
C-H键长为0.109nm, 键角为109.5°
仲丁基
CH3 CH3 C
CH3
叔丁基
2价的烷基叫亚基，例如：
s-Bu （sec-butyl ） t-Bu （tert-butyl ）
CH2 亚甲基
CH CH3 亚乙基
3价的基叫次基，例如：
CH 次甲基
C CH3 次乙基
2.1.2.3 烷烃的命名
(1) 普通命名法 普通命名法亦称习惯命名法，适用于比较简单的烷烃。 碳原子数在10以下的烷烃，分别用甲、乙、丙、丁、戊、
HH
H3C C
3C
2
4CH25CH3
H HC CH3
1CH3
2-甲基-3-乙基戊烷
1
2CH3 3
4
CH3 C CH CH3
CH3 CH3
2,2,3-三甲基丁烷
H CH3 H3C 4C 3C 2CH21CH3
5 CH2 CH3 6 CH3
3,3,4-三甲基己烷
CH3 H H H H31C 2C 3C 4C 5C 6CH3
ROH + R`OH
RCH2CH2R` + O2
RCOOH + R`COOH
2.4.3 裂化和催化氢化反应
烷烃在 隔绝空 气下加 热和加压 ，分子 中的 C-C 键和 C-H 键发生断裂生成较小的分子，这种反应称为热裂反应。
乙烷的构象
乙烷的重叠式构象
(2)丁烷的构象
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
正丁烷分子不同构象的能量曲线图
5
丁烷的构象
2014/12/17
结构较为复杂的烷烃，它们的构象也更为复杂，但优势构 象也应是各基团相互排斥力最小的对位交叉式.3.1 物态
在室温 （ 25℃ ）和0.1MPa 压 力下 ， C1～C4的 烷烃是 气 体，C5～C17的烷烃是液体，C18以上的烷烃是固体。
具有(CH3)2CH－结构，此外再无其他侧链者；“新”表示 碳链一端有 ( CH3)3C－ 结 构 ， 此外再 无其他侧 链的含 5 、 6 个碳原子的烷烃。
例： CH3CH2CH2CH2CH2CH3
正己烷
CH3 CH CH2CH2CH3 CH3
异己烷
CH3 CH3 C CH2
CH3 新己烷
CH3
(2) 衍生物命名法 衍生物命名法是以甲烷为母体，把其他烷烃看作是甲烷
4个碳原子以上的烷烃存在碳链异构体，例如分子式为 C4H10的分子有两种碳链异构体：
CH3 CH2 CH2 CH3
正丁烷 bp: - 0.5°C mp:-135°C
CH3 CH CH3 CH3
异丁烷 bp: -11.7°C mp:-145 °C
随碳原子数增加，异构体数目迅速增加。
2.2.2.2 构象异构
(1)乙烷的构象
乙烷是没有碳链异构的，但是乙烷分子中的C－Cσ键 可以自由旋转，在旋转过程中，由于两个甲基上的氢原 子的相对位置不断发生变化，因而有许多不同的空间排 列方式 。这 种仅 仅由于 围绕 C －Cσ 键 旋转 而引 起分子 中 各原子在空间的不同排列方式称为构象。
乙烷的构象有无数种，但交叉式构象和重叠式构象是 无数种构象中的两种极端情况，并且是以交叉式构象为 主，即优势构象。
2 烷烃
(Alkanes)
2烷 烃
2.1 烷烃的概念和命名 2.2 烷烃的结构和同分异构现象 2.3 烷烃的物理性质 2.4 烷烃的化学性质
2.1.2 烷烃的命名
2.1.2.1 碳原子的类型 伯碳（1°）：与一个碳原子相连的碳原子。 仲碳（2°）：与两个碳原子相连的碳原子。 叔碳（3°）：与三个碳原子相连的碳原子。 季碳（4°）：与四个碳原子相连的碳原子。 伯氢（1°） ：与伯碳相连的氢原子。 仲氢（2°） ：与仲碳相连的氢原子。 叔氢（3°） ：与叔碳相连的氢原子。
45% 正丙基氯
CH3CHCH3
Cl 55% 异丙基氯
6个伯氢所得 2个仲氢所得
仲氢 伯氢
=
55/2 45/6
≈4 1
仲氢的反应活性是伯氢的4倍。
CH3
hν
CH3 C H + Cl2
CH3
CH3 CH3 C Cl +
CH3
36% 叔丁基氯
CH3 CH3 C H
CH2Cl
64% 异丁基氯
叔氢 伯氢
=
36/1 = 64/9
数用 字阿 间拉 用伯 逗数 号字 隔， 开
（ 取代基名称
半
用相
字 线 ）
二同 、的 三取
、代
四基
等合
表并
示起
来
，
母体
H H H HHH
1
2
3
4
5 6 78
例： H3C C C C C C C CH3
H CH3 H CH2 H H
CH3
3-甲基-5-乙基辛烷
H31C
HH 2C 3C
CH3 H
CH3 CH3 H 4 C 5C 6C 7CH3 CH2 H H CH3
的烷基衍生物来命名。在命名时，选择连有烷基最多的碳 原子作为母体甲烷的碳原子，烷基按立体化学中的次序规 则顺序，“较优”基团后列出。
例如： CH3CHCH2CH3 CH3
二甲基乙基甲烷
CH3CH2
CH3 C CH CH3 CH3 CH3
二甲基乙基异丙基甲烷
(3) 系统命名法
采用国际上通用的IUPAC（International Union of Pure and Applied Chemistry,国际纯粹与应用化学联 合会）命名原则，并结合我国的文字特点而制定的系统 命名法。直链烷烃的命名与普通命名法基本一致，只是 把“正”字省略；而把带有支链的烷烃看作是直链烷烃 的烷基衍生物，并按下列规定命名：
2.3.2 相对密度
烷烃的相对密度也随相对分子质量的增加而有所增加， 最后接近于0.8左右，即比水轻。
2.3.3 溶解度
烷烃是非极性化合物，几乎不溶于极性很强的水和其他 强极性溶剂，而溶解于非极性或极性很小的四氯化碳、苯 和乙醚等有机溶剂中。
温度( °C)
2.3.4 沸点
直链烷烃的沸点随相对分子质量的增加而增加，同分子 量时，支链较多，沸点较低。
5 1
叔氢的反应活性是伯氢的5倍。
在光、热或某些催化剂作用下，烷烃与溴也能发生溴代 反应生成相应的溴化物，但较氯代反应缓和，更具有选择性。
CH3
hν
例： CH3 C H + Br2