2 第二章 烷烃

一、普通命名法（习惯命名法） 区别同分异构体，用“正（normal)”、“异(iso)”、 “新(neo)”词头表示。 注意 “异”、“ 新” 的使用和区别： 特别例外：
CH3 CH3 CH3 CH CH2 C CH3 CH3
CH 3 CH 3-CH CH 3
CH 3 CH 3-C CH 3 CH 3
（二）、重点与难点
重点：1、烷烃的系统命名及同分异构现象； 2、烷烃的结构与相应的物理性质，如熔点、沸 点、溶解度等之间的关系； 3、烷烃的构象，透视式和纽曼投影式的写法及各 构象之间的能量关系； 4、烷烃光卤化反应的自由基反应机理及各类自由 基的相对稳定性。 难点：1、烷烃卤化的自由基反应机理； 2、烷烃的构象，透视式和纽曼投影式的写法及各 构象之间的能量关系。
三、烷烃分子的形成及其构型
烷烃分子中C都是sp3杂化，其结构特点：都是σ键单健结构 sp3 ——s……… （C—H） sp3 —— sp3 ……（C—H）
σ键特点： （1）电子云沿键轴近似圆柱形对称分布 （2）电子云重叠程度最大，键较稳定 （3）可绕键轴自由旋转
两个C以上烷烃液态和气态时，呈不同的曲折形状:
Side View
End View
稳定性：交叉式 > 重叠式 解释： （1）能量上 交叉式 < 重叠式
（2）H原子之间的排斥力大小 （扭转张力） 交叉式中H原子相距离 较远， 扭转张力小; 重叠式中H距离较 近，扭转张力大，不稳定。
H H H H H H H H HH H H
12.6kj/mol H H H H
何谓“最低系列”原则？例如：
CH3 CH 2CH3 CH 3 H3 C C C C C C C C CH 3
1 9 2 8 3 7 4 6 5 5 6 4 7 3 8 2 9 1
√
1 6
2 5
3 4
4 3
5 2
6 1
√
1
C
2
C
3
C C
4
C
5
C C C
6
C
7
C
C
C C
C
C C
C C
C
书写名称有多个取代基时： 小基团在前，大基团在后，相同合并 基团大小按次序规则，较优基团（较大基团）列后 常见烷基的排列顺序： 甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基<异丁基 <异丙基（注意：不是以碳原子数大小排列顺序） 英文名称按基团第一个字母顺序书写. CH3CH CH CH2 CHCH CH3 例如： 2
（2）主链碳原子位次编号——离取代基最近的一端开 始编号 （3）名称的书写规则：位次-取代基母体名称 有几种可能编号时遵循“最低系列”原则。
C C C C C C C C5 C6 C7
4 3 2
C C
C
1
C C
7
6
C C
5
C C C C C C
4
3
C C
2
C
1
2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷
2,5-二甲基-4-仲丁基庚烷
CH3COOH CH2 CH CH2
OH OH OH
冰醋酸 (在16° C结晶像冰) 甘油 (味甘甜)
第三节 烷基的构型
结构的概念——构造、构型和构象 一、碳原子的四面体构型概念及分子模型 1894年Vant Hoff 和Le Bel 根据实验事实同时指 出碳四面体概念。 甲烷用现代物理方法的测定结果表明： （1）四个C—H键长相等，0.109nm （2）键角：109°28″ 分子的空间立体形象可用分子模型表示： （1）Kekule模型（球棒模型） （2）Stuart 模型（比例模型）
“季” 或“四级”
与伯、仲、叔碳原子相连的氢分别称为伯、仲、 叔H
1°H 、 2 °H、
3 °H
由于伯、仲、叔氢所处的环境不同，共价键的强度不
第二节 烷烃的命名法 烷烃的命名法是有机化合物命名的基础,应特别重视,
应做到: 名称
构造式
互译
有机化合物的命名法通常有： 普通命名法（习惯命名法） ——（适合简单、碳原子数较少的化合物） 系统命名法（ IUPAC 命名法）——重点掌握 俗名
第二章 烷烃
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节 习题 烷烃的同系列及同分异构现象 烷烃的命名法 烷烃的构型 烷烃的构象 烷烃的物理性质 烷烃的化学性质 烷烃的卤代反应历程 过渡态理论 甲烷和天然气
（一）、教学要求（总共4学时）
1、掌握碳正四面体的概念、SP3杂化和σ键的形成及特点， 建立有机分子的空间概念。。 2、掌握烷烃CCS，5C以下的普通命名法、基、碳、氢的类型 。 3、掌握乙烷、正丁烷的锯架式、楔形式和Newman投影式的 画法 及各极限构象的命名法，了解各构象之间的能量关系。 4、能用分子间力说明烷烃物理性质的规律性变化，通过烷烃 结 构特点说明烷烃化学性质上的相对稳定性，掌握烷烃的主 要 化学反应、用途。了解烷烃的主要来源。 5、掌握烷烃的光卤化反应历程，不同类型氢的活性。 6、掌握下列概念：烃、烷烃通式、烷基，伯、仲、叔、季碳 原子及伯、仲、叔氢原子、同系列、同系差、同分异构、
异辛烷，衡量汽油品质的基准化物质。
二、烷基 表2-3 一价基的名称，英文名称将词尾ane→yl
甲基 CH3 乙基 CH3CH2 (正丙基) CH3CH2CH2 正丁基 CH3CH2CH2CH2 异丙基 CH3
CH3 CH
Me (methane methyl ) Et (ethane ethyl) n—Pr (propane, propyl) n—Bu (Butane Butyl ) i—Pr n——正 i—Bu s—Bu i——异 s——仲 t——叔
晶体内：呈锯齿状整齐排列
P26 问题2—5
四、分子立体结构的表示方法 常用的四种：楔形透视式： 锯架透视式： 纽曼投影式： 费歇尔投影式
楔形透视式
锯架透视式
第四节、烷烃的构象(conformation)
构象——在有一定构造的分子中，由于单键旋转所造成的各 原子或原子团的不同空间排布形象 相同构造式的不同构象叫构象异构体或旋转异构体。 （一）乙烷的构象 乙烷有两种典型构象（极限构象）：
杂化
x
四个 sp3 杂化轨道
一个sp 3 —非对称的亚铃形
构形四面体
碳原子杂化轨道特点： （1）更强的方向性，重叠程度更大， 有利于形成稳定的共价键； （2）四个杂化轨道完全相等； （3）四个键之间尽可能远离 (成键电子对互斥理论)： 成四面体构型，键角=109°28″，键轨道电子 云之间排斥力最小，最稳定
CH3
CH CH2CH2CH2CH3
CH3
(CH3)2CH(CH2)3CH3
碳干式： C C C C C C （正规场合不能应用）
C
键线式
三、碳原子类型和氢原子类型
直接与一个碳原子相连的称为第一碳原子或“伯” 或“一级” 1℃ 二个 2℃ 第二 “仲” 或“二级”
三个 3℃
四个 4℃
第三
第四
“叔” 或“三级”
CH3 CH3 CH2 CH2 CH3
2,3-二甲基-５-乙基辛烷 5-ethyl-2,3-dimethyloctane
复杂取代基的编号——从与主链相连的C原子开始编号 写名称时用1 ′、2 ′、3 ′ ……表示 或用括号以示区别
C
例如：
10 9 8
C C C C
7 6 5 4 3 2 1 3'
3'
（三）、教学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ容
1、 烷烃的同系列及同分异构现象。 2、 烷烃的命名：普通命名法、烷基、系统命名法。 3、 烷烃的构型：碳正四面体的概念、SP3杂化和σ键的形成 及特点。 4、 烷烃的构象：乙烷、正丁烷构象。 5、 烷烃的物理性质。 6、 烷烃的化学性质：氧化、热裂、卤代。 7、 烷烃卤代反应历程：甲烷的卤代历程、卤素对甲烷的相 对 反应活性与烷基自由基的稳定性。 8、 过渡态理论。 烷烃的制备、来源及其主要用途。
烯 炔
脂肪烃(环烷烃、环烯烃等) 芳香烃 苯系芳烃 非苯系芳烃
第一节 烷烃的同系列及同分异构现象 一、烷烃的同系列(homologous series) 烷烃的通式： CnH2n+2 同系列(homologous series)——凡是有同一个通式， 结构相似，化学性质相似，物理性质随C原子数的 增加有规律地变化的一系列化合物 同系物(homologs)——同系列中的化合物 系列差——相邻同系列相差的部分
Methane 的正四面体
Kekulé模型
H
0.109nm
H H
C
109。28'
H
二、碳原子的sp3杂化及甲烷的构型
问题: （1）如何回答甲烷是正四面体构型 （2）为什么说甲烷的四个键长都相等 （3）怎么说明H—C—H键角是109°28″ 1、基态碳原子电子排布： 1s22s22px12py12pz, 两个单电子，碳表现二价,按经典价键理论只有CH2 ？ 2、碳四价的可能性：
构造异构体(constitutional isomerism）
——分子式相同，而构造不同的异构体(或称碳胳异构体或 碳干异构体）。 推导构造异构体的方法： C C C C C C （1）写出最长的碳链 （2）写出少一个C的直链为主链 （3）写出少二个C的直链式为主链 …… （4）把重复的剔除 构造式的书写形式有简式、碳干式、键线式： 例如：
异丁基 仲丁基
CH3CH CH2
CH3
CH3CH2CH
CH3
CH3
叔丁基
H3C C CH3 CH3
t—Bu
新戊基
H3C C CH2 CH3
nec—pentyl
CH3 CH3
CH2 亚甲基
CH2 CH2
CHCH3 亚乙基
C
HC 次甲基
亚异丙基
CH2 CH2 CH2 1,3
1,2
亚 基 乙
亚丙基
三、 系统命名法（ IUPAC 命名法） ( International Union of Pure and Applied Chemistry) 系统命名法原则： 1、直链烷烃称“某烷” 与习惯命名法相似。 2、含侧链烷烃的命名——把侧链烷基看作取代基， 作为直链烷烃的衍生物。 命名原则： （1）选主链(母体)——选取最长碳链为主链，其它侧链 为取代基。 若有等长C链为主链时，应选取代基最多的为主 链——目的使取代基团简单
CH2
二、烷烃的同分异构现象 在烷烃系列中，甲烷、乙烷都没有同分异构现象 丁烷（4个C）——2个异构体： C 戊烷（5个C）——3个：
C C C C
C C
C C C
C C C C C
C C C C C
C C C
6个C——5个异构体; 7个C——9个异构体 8个C——18个异构体； 9个C——35 10个C——75 12个C——355 20个C————366319个异构体
H H
一般条件下，不能分离出单一 构象（∵分子的热运动能大于 乙烷分子不同构象能量曲线图 12.5 kj /mol)
0
60
120
（二）正丁烷的构象 在无数的构象中围绕C2—C3旋转可得到 四个有代表性的构象： 对位交叉式→部分重叠式→邻位交叉式→全重叠式 或（反叠式）（反错式） （顺错式） （顺叠式）

激发 2p 2s 2s 2p
可表现四价，但s, p轨道的能量和伸展方向不同，成 甲烷时四个C—H键不完全相同，不能回答上述问题
3、碳原子的sp3杂化理论：
杂化 sp3 sp3 sp3 sp3
杂化——重新组成能量相等形状形同的四个新轨道 每个sp3轨道中含 1 /4 s 轨道 3 /4 p 轨道
y x 2s 2Px y x 2Py y x 2py y
H HH H H H H H H H
锯架透视式：
H
H
重叠式(顺叠式)构象 H H
0°
交叉式(反叠式)构象
H H
60°
H H
纽曼投影式：
H H H H 重叠式(顺叠式)构象
H H
交叉式(反叠式)构象
Ethane (Staggered Conformation)

Ethane (eclipsed conformation)
2' 1'
C C C C C C C C C C C C C C C
2' 1'
C
2-甲基-5,5-二(1,1-二甲基丙基)葵烷 或 2-甲基-5,5-二-1′,1′ -二甲基丙基葵烷
四、俗名

如甲烷的俗名叫沼气，或坑气 俗名大多是在有机化学发展初期，根据有机 化合物的来源、存在，或性质（如物态、味 道等）而得名。
Homework Assignments
1、3（5、6、7、8）、6、7、8、10、12 、13、14、
烷烃(alkane)
烃(hydrocarbon)——由C和H两元素组成的有机化合物； 烃是有机化合物的母体，其它有机化合物都可以认为 是烃的衍生物 烃的分类：
开链烃 烃 环烃
饱和烃 不饱和烃
烷