有机化学第二章-烷烃
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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。
有机化学第五版上册第2章_烷烃
总目录
例如：
总目录
第二节 烷烃的命名
一、普通命名法
二、烷基的命名
三、系统命名法
总目录
一、普通命名法
1. 正(normal)某烷
C1～C10 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸
> C10
汉文数字
正己烷 n-hexane 2. 异(iso)某烷 碳链一末端带有两个甲基。
总目录
特殊：
衡量汽油品种的基准物质，其辛烷值为100
两个基团的第一个原子所连接的原子或基团 相同（C、H、H），则比较第二个原子：
丁基第二个碳：C、H、H； 异丙基第二个碳：C、C、H 因此：异丙基＞丁基
总目录
③含有双键或三键基团，可以认为连有两个 或三个相同原子。
乙烯基第一个原子：C、C、H 乙炔基第一个原子：C、C、C 因此：乙炔基＞乙烯基
总目录
总目录
3. 新某烷
• 含五或六个碳原子的碳链端第二个碳原 子为季碳原子的烷烃称为“新某烷”
非新己烷
(neohexane)
总目录
二、烷基的命名
一价基： 主教材表2-3 二价基：
三价基：
总目录
三、系统命名法
1. 直链烷烃：某烷
2. 支链烷烃 （1）选择主链（母体）：选择碳原子数最多 的碳链为主链
总目录
三、氢原子反应活性与自由基的稳定性
第八节 过渡态理论
一、碳原子的四面体概念及分子模型 二、碳原子的sp3杂化
三、烷烃分子的形成 四、分子立体结构的表示方法 第四节 烷烃的构象 一、构象(conformation) 二、乙烷的构象 三、正丁烷的构象
一、反应进程的过渡态与能量变化
二、甲烷氯代反应的能量变化 三、过渡态与中间体、反应热与活化能 第九节 甲烷和天然气
第二章烷烃
Methane —— Methyl
Ethane —— Ethyl n-Propane —— n-Propyl CH3CH2CH3 n-Butane —— isopropyl n-Butyl
CH3CH3CH2CH3CH2CH2(CH3)2CHCH3CH2CH2CH2CH3CH2CHCH3 (CH3)2CHCH2(CH3)3C-
例1:
CH2CH3 CH3CHCH2CHCH2CH3 CH2CH2CH3
1
3-甲基-5-乙基辛烷 (注意编号)
例2:
CH3CH2CH -CHCH2CH3 CH3-CH CHCH3 2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷 CH3 CH3 (注意主链)
1
例3:
1
CH3CH-CHCH2CHCH2CH3 CH3 CH3 CH2 CH-CH3 CH3
最长连续碳链有八个碳原子,该化合物母体的名称为辛烷
例2：
六个碳的主链上有四个取代基
六个碳的主链上有两个取代基
带有支链的烷烃编号:
按最接近取代基的一端开始将主链碳原子用阿拉伯数字 1,2,3...编号. (使取代基的位次最小)
编号正确
编号不正确
命名取代基(1):
a:把它们在母链上的位次作为取代基的前缀，2-甲基...
三. 系统命名法(IUPAC)
(1) 直链烷烃按碳原子数命名
• 10以内：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(kui) . • 10以上：用中文数字:十一....烷.(2)带有支链的ຫໍສະໝຸດ 烃•选择主链例1：
——把构造式中连续的最长碳链--作为母体称为
某烷.若最长碳链不止一条,选择其中含较多支链的为主链.
2.2 烷烃的命名
有机化学第二章
KMnO4
RCOOH + R'COOH
3 异构化反应－提高汽油的质量
AlBr3/HBr 27oC
4 裂化反应
400~700oC or heat, cat.
CnH2n+2
H2 + C mH2m+2 + C n-mH2(n-m)
2.6 烷烃的天然来源
► 烷烃的天然来源
(P:38)
C5-C6 C7-C9 C11-C16 C16-C18
说明：烷烃的溴代反应常用于叔氢原子的选择性卤代。
理论解释
烷烃的结构 键能 KJ/mol
-1
不同卤原子的比较 Cl2 Br2
伯氢
仲氢 叔氢
RCH2－H
R2CH－H R3C－H
405.8
393.3 376.6 活性增大 易形成自由基
1
4 5
1
82 1600
自由基的稳定性： R3C>R2HC>RH2C>CH3
► 结构简式
CH3CH3
► 键线式
CH2 CH2
CH3CH2OH
CH3 O CH3
2.1.2
戊烷(pentane)的异构体
CH3CH2CH2CH2CH3
CH3CHCH2CH3 CH3
CH3 H3C C CH3 CH3
练习：写出分子式为C6H14的同分异构体
随碳原子数的增多，同分异构体数目剧增，这是有机 化合物分子多样性的原因之一。
溴的选择性比氯好 F2易爆炸，I2难反应
过渡态理论
► 始态（反应物） ►A
过渡态
终（产物）
+ B-C
►A
+ B-C
A-B +C (Transition state) [A B C ] A-B +C
有机化学--第二章烷烃
重叠式构象 扭转张力大
重叠式和交叉式 构象之间的能量差 约为12.6 kJ·mol-1， 此能量差称为能垒。 其它构象的能量介 于此二者之间。
有机化学--第二章烷烃
2.3.4丁烷的构象
正丁烷可以看作是乙烷分子中每个碳原子上各有一 个氢原子被甲基取代的化合物，其构象更为复杂，我们 主要讨论沿C2和C3之间的σ键键轴旋转所形成的四种典型 构象：
仲氢 伯氢
叔氢 有机化学--第二章烷烃
2. 烷基 (alkyl group)
烷烃分子从形式上去掉一个氢原子后余下的基团称为烷
基，其通式为CnH2n+l，通常用R— 表示。最常见的烷基有：
烷基名称
烷基
中文名 英文名 缩写
烷基
中文名 英文名 缩写
CH3 CH3CH2
甲基 methyl 乙基 ethyl
Me-
仲丁基 sec-butyl s-Bu-
CH3CH2CHCH3
(s-butyl)
Et-
异丁基 isobutyl i-Bu
(C H 3 )2 C H 2 C H 2
C H 3C H 2C H 2 CH3CHCH3
正丙基 Propyl
Pr-
异丙基 isopropyl i-Pr-
(CH3)3C (C H 3)3C C H 2
6-tert-butyl-5-ethyl-2-methyldecane
有机化学--第二章烷烃
(4)如果烷烃比较复杂，在支链上还连有取代基时，可用带撇 的数字标明取代基在支链中的位次或把带有取代基的支链的 全名放在括号中。例如:
12
3
有机化学--第二章烷烃
2.3 烷烃的结构
碳原子基态时的 电子层结构为：
有机化学课件-第二章烷烃
第 二 章 烷 烃
1.烷烃的概念和分类
烷烃的分类：按照碳链骨架可分为链烷烃和环烷烃； 链状烷烃的结构通式：
H H C H H H
H C H H C H H H
H C H H C H H C H
H H
H
H
C
H
甲烷 CH4
• •
乙烷 C2H5
丙烷 C3H8
n
CnH2n+2
含有n个碳原子的直链烷烃
卤代反应的机理： 链引发： 自由基锁链反应
Cl
H
Cl
Cl
hv
2Cl
CH3
CH3
H
Cl
链增长：
CH3
Cl Cl H3C Cl
Cl
Cl
CH3
H3C
Cl
链终止：
CH3 Cl
CH3 Cl
CH3CH3 Cl2
练习题 2.14（1）
第 二 章 烷 烃
6.烷烃的化学性质
反应过程中能量的变化： 反应物 过渡态
第 二 章 烷 烃
6.烷烃的化学性质
热裂解反应 烷烃在隔绝空气和高温条件下反应，分子中碳碳键断裂，生 成小分子的烷烃，也可转变为烯烃和氢气等复杂混合物。
600℃
CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3
H2C C CH3 H H2C CH2
CH3CH2CH2CH3
丁烷加热至600℃反应，得甲烷、乙烷、乙烯、丙烯等
第 二 章 烷 烃
6.烷烃的化学性质
烷基自由基的相对稳定性：
H3C H3C CH H3C CH2 H3C CH H3C C CH3 CH3
CH3
有机化学第2章烷烃
CH3 CH3CHCH3
Br2 hv , 127oC
CH3 CH3CHCH2 少量 Br +
CH3 CH3CCH3 Br > 97 %
溴代选择性（127oC）： 3o H : 2o H : 1o H = 1600 : 82 : 1 溴代产物单一，在合成上可用溴代来制备卤代烃 .
小结：烷烃卤代反应的选择性
H C H H H
H C H
2.3 Å
• 乙烷构象转换与势能关系图
H H H H
H 1 H H H
2
1 1
H H
H 旋转60o H
1 1 H H
2H H
H
旋转60
o
H H
2
1 1 H
H H
……
H H
potential energy (KJ/mol)
12.1
H
H H 1 H H H
H
H H 1 H H H
H H H H H C C O H H C O C H H H H H
② 碳链异构(Skeletal isomer )：直链和支链的异构。
CH3 CH3CHCH3
CH3CH2CH2CH3
构造异构体物理性质有一定的差异. —— 直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高.
正丁烷（沸点-0.5℃）
异丁烷（沸点-10.2 ℃ ）
选择主链：
CH3 CH3 CH CH CH3 CH3
CH3
CH3 CH CH2 CH CH2 CH CH CH CH3 2 CH CH3 CH3
2,3,7—三甲基 — 6 — 异丙基 — 4 — 异丁基壬烷
• 具有相同长度的链可作为主链时，则应选定具有支链数目最多 的碳链.
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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
CO + H2 (合成气） RCOOH + R'COOH (制皂）
要求
➢ 了解并掌握烷烃的结构、同分异构现象等知识。 ➢ 掌握烷烃的两种基本命名方法，能用系统命名法命名结构
较为复杂的烷烃分子。 ➢ 烷烃的卤代（氯代和溴代）反应。 ➢ 烷烃的卤代机理——自由基取代机理，机理的各个步骤及
表示方法。 ➢ 掌握普通环烷烃的命名方法。 ➢ 了解烷烃的污染和危害。
3、取代基的列出次序：
2.4 烷烃的性质
化合物性质的两个方面
2.4.1 物理性质 物态：气体？ 液体 ？ 固体？ 沸点（b.p.） 熔点（m.p.） 密度（比重） 溶解度： 水中溶解度？ 有机溶剂中？ 折光率
2.4.2 化学性质：有机化学反应（本课程的重点）
2.4.1 物理性质 1 熔点 取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。
CH CH2
如： CH O
CH CH2 CC
CH O OC
CN
NC CN NC
C4H10 C5H12
C6H14 C20H42
同分异构体数 2 3
5 366,319
2.2.3 碳原子的四种类型
伯氢
仲氢
H3C CH2 CH2 CH3
伯碳，一级碳
仲碳，二级碳
H3C
CH3
叔氢
CH CH3
叔碳，三级碳
CH3
H3C C CH3
CH3
季碳，四级碳
2.3 烷烃的命名
普通命名法
用于简单化合物的命名
正戊烷
CH3
C5 CH3CHCH2CH3
CH3 CH3CCH3
CH3
异戊烷 新戊烷
➢ 异构词头用“正”、“异”和“新”等区分
C7 C8
C9 C10
C11 C12 C13 C20
CH3(CH2)5CH3 CH3(CH2)6CH3 CH3(CH2)7CH3 CH3(CH2)8CH3 CH3(CH2)9CH3 CH3(CH2)10CH3 CH3(CH2)11CH3 CH3(CH2)18CH3
烷烃熔点的特点 （1） 随相对分子质量增大
而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳
烷烃的熔点升高值 大 （如右图）。 （3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点下降。
偶数碳 奇数碳
2 沸点
沸点大小取决于分子间的作用力
烷烃沸点的特点
（1）沸点一般很低（非极性，只有色散力）。 （2）随相对分子质量增大而增大（运动能量增大，范德华引力增大）。 （3）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。（叉链多，分子不易接近）
σ键的特点
*1 电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。 *2σ键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以σ键可以自由旋转。
2.2.2 同分异构现象和同分异构体
同分异构体: 分子式相同，结构式不同的化合物。
➢ C1~C3烷烃无异构现象
CH4 C2H6 C3H8
无异构体
➢ C4 以上烷烃出现同分异构现象
烷烃虽然是有机化合物中最不活泼的一类物质，但 却是最强烈的麻醉剂，我国出现了一些小型化工厂，由于 工作场地通风不好，使用的烷烃类有机溶剂无法及时从车 间或其他工作环境中消散，直接造成工作人员因长期吸入 而产生疾患。矿坑中喷出甲烷，当其浓度达到10％时，可 观察到呕吐、头痛、软弱、苍白、心浊音、血压降低、腹 反射减弱等中毒症状。
2.2.1 烷烃的结构
1.09 Å
H
键(sp3-s)
C
H H
109.5o
H
H
H
109.3o
H
CC
1.10 Å
H
键(sp3-s)
H
H
1.54 Å
键(sp3-sp3)
C: sp3 杂化，成 键
Ball and Stick Model
Space Filling Model
σ键的定义
在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴方向 重叠形成的键叫σ键。
另一个氧化反应途径是生物氧化 烷烃在好氧条件下，能够被某些微生物氧化。
反应是通过许多步才能完成的。
微生物降解烷烃的第一步是非常慢的，氧气分 子进攻烷烃链端碳原子以生成醇。继续氧化，烷烃 最终转变成了二氧化碳和水，微生物从这一过程中 同时获得能量。
2 裂解反应：
（1）热裂反应
在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的C-C键和 C-H键发生断裂的反应称为热裂反应。
研究反应机理的意义： 了解影响反应的各种因素，最大限度地提高反应的产率。 发现反应的一些规律，指导研究的深入。
甲烷的卤代反应机理：自由基反应
自由基：带有孤电子的原子或原子团 CH3
自由基反应的共性：1）链引发、链增长、链终止 2）光、热 自由基引发剂作用下 3）溶剂的极性，酸，碱，催化剂对反应无影响
CH3Cl + HCl CCl4 + HCl
反应特点:
(1)反应需光照或加热。 (2) 分子中原子、原子团被卤原子取代
反应速率: F2 > Cl2 > Br2 > I2 （不反应）
F2 ：反应过分剧烈、较难控制 Cl2 ：正常 Br2 ：反应时间长 I2 ：不反应。即使反应, 其逆反应易进行
CH3I + HI
（1）原子序数大者优先，同位素质量大者优先
如： I > Br > Cl > S > P > F
> O > N > C >D>H
（2）基团的第一个原子相同时，比较与其相连的下一个原子， 依次类推
如：-CH2CH3 > -CH3 -CH2Cl > -CH2F -CH2OCH3 > -CH2OH
（3）对不饱和基团，可认为与同一原子连接 2 或 3 次
CH3
1
CH3
CH CH2
2
3
CH3 CH2 CH CH2
45
CH3
6
2-甲基-4-乙基己烷
CH3
1
H3C
C2
34
5
CH CH2 CH3
CH3 CH3
2, 2, 3 -三甲基戊烷
(4)碳链等长时，应选择取代基较多的链为主链：
例
CC
3
C
45
CC
6
C
2-甲级-3-乙基己烷
2C C 1C
而不是 3-异丙基己烷
CH4 + I2
烷烃卤代反应的选择性问题
➢ 反应对不同类型氢的反应选择性如何?（不同类型氢的相对反 应活性如何？）
如:
CH3CH2CH3
X2 hv or
CH3CH2CH2 X
X + CH3CHCH3
3o H, 2o H, 1o H：哪种氢易被取代？
氯代反应的选择性
CH3CH2CH3
Cl2 hv , 25oC
取代反应
分子中的原子或基 团被其它原子或基 团取代的反应称为 取代反应。
卤代反应
分子中的原子或 基团被卤原子取 代的反应称为卤 代反应。
甲烷的氯代反应
hv or CH4 + Cl2
CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4 + HCl
hv or CH4 （过量）+ Cl2
hv or CH4 + Cl2（过量）
Cl
CH3CH2CH2 Cl + CH3CHCH3
45%
55%
无选择性：2o H : 1o H = 2 : 6
CH3 CH3CHCH3
Cl2 hv , 25oC
CH3
CH3
CH3CHCH2 Cl + CH3CCH3
o H : 1o H = 1: 9
总结：烷烃卤代反应的选择性
3 密度 烷烃的密度均小于1（0.424-0.780)
4 溶解度 烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂.
2.4.2 烷烃的化学性质
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
CO + H2 (合成气） RCOOH + R'COOH (制皂）
要求
➢ 了解并掌握烷烃的结构、同分异构现象等知识。 ➢ 掌握烷烃的两种基本命名方法，能用系统命名法命名结构
较为复杂的烷烃分子。 ➢ 烷烃的卤代（氯代和溴代）反应。 ➢ 烷烃的卤代机理——自由基取代机理，机理的各个步骤及
表示方法。 ➢ 掌握普通环烷烃的命名方法。 ➢ 了解烷烃的污染和危害。
3、取代基的列出次序：
2.4 烷烃的性质
化合物性质的两个方面
2.4.1 物理性质 物态：气体？ 液体 ？ 固体？ 沸点（b.p.） 熔点（m.p.） 密度（比重） 溶解度： 水中溶解度？ 有机溶剂中？ 折光率
2.4.2 化学性质：有机化学反应（本课程的重点）
2.4.1 物理性质 1 熔点 取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。
CH CH2
如： CH O
CH CH2 CC
CH O OC
CN
NC CN NC
C4H10 C5H12
C6H14 C20H42
同分异构体数 2 3
5 366,319
2.2.3 碳原子的四种类型
伯氢
仲氢
H3C CH2 CH2 CH3
伯碳，一级碳
仲碳，二级碳
H3C
CH3
叔氢
CH CH3
叔碳，三级碳
CH3
H3C C CH3
CH3
季碳，四级碳
2.3 烷烃的命名
普通命名法
用于简单化合物的命名
正戊烷
CH3
C5 CH3CHCH2CH3
CH3 CH3CCH3
CH3
异戊烷 新戊烷
➢ 异构词头用“正”、“异”和“新”等区分
C7 C8
C9 C10
C11 C12 C13 C20
CH3(CH2)5CH3 CH3(CH2)6CH3 CH3(CH2)7CH3 CH3(CH2)8CH3 CH3(CH2)9CH3 CH3(CH2)10CH3 CH3(CH2)11CH3 CH3(CH2)18CH3
烷烃熔点的特点 （1） 随相对分子质量增大
而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳
烷烃的熔点升高值 大 （如右图）。 （3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点下降。
偶数碳 奇数碳
2 沸点
沸点大小取决于分子间的作用力
烷烃沸点的特点
（1）沸点一般很低（非极性，只有色散力）。 （2）随相对分子质量增大而增大（运动能量增大，范德华引力增大）。 （3）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。（叉链多，分子不易接近）
σ键的特点
*1 电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。 *2σ键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以σ键可以自由旋转。
2.2.2 同分异构现象和同分异构体
同分异构体: 分子式相同，结构式不同的化合物。
➢ C1~C3烷烃无异构现象
CH4 C2H6 C3H8
无异构体
➢ C4 以上烷烃出现同分异构现象
烷烃虽然是有机化合物中最不活泼的一类物质，但 却是最强烈的麻醉剂，我国出现了一些小型化工厂，由于 工作场地通风不好，使用的烷烃类有机溶剂无法及时从车 间或其他工作环境中消散，直接造成工作人员因长期吸入 而产生疾患。矿坑中喷出甲烷，当其浓度达到10％时，可 观察到呕吐、头痛、软弱、苍白、心浊音、血压降低、腹 反射减弱等中毒症状。
2.2.1 烷烃的结构
1.09 Å
H
键(sp3-s)
C
H H
109.5o
H
H
H
109.3o
H
CC
1.10 Å
H
键(sp3-s)
H
H
1.54 Å
键(sp3-sp3)
C: sp3 杂化，成 键
Ball and Stick Model
Space Filling Model
σ键的定义
在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴方向 重叠形成的键叫σ键。
另一个氧化反应途径是生物氧化 烷烃在好氧条件下，能够被某些微生物氧化。
反应是通过许多步才能完成的。
微生物降解烷烃的第一步是非常慢的，氧气分 子进攻烷烃链端碳原子以生成醇。继续氧化，烷烃 最终转变成了二氧化碳和水，微生物从这一过程中 同时获得能量。
2 裂解反应：
（1）热裂反应
在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的C-C键和 C-H键发生断裂的反应称为热裂反应。
研究反应机理的意义： 了解影响反应的各种因素，最大限度地提高反应的产率。 发现反应的一些规律，指导研究的深入。
甲烷的卤代反应机理：自由基反应
自由基：带有孤电子的原子或原子团 CH3
自由基反应的共性：1）链引发、链增长、链终止 2）光、热 自由基引发剂作用下 3）溶剂的极性，酸，碱，催化剂对反应无影响
CH3Cl + HCl CCl4 + HCl
反应特点:
(1)反应需光照或加热。 (2) 分子中原子、原子团被卤原子取代
反应速率: F2 > Cl2 > Br2 > I2 （不反应）
F2 ：反应过分剧烈、较难控制 Cl2 ：正常 Br2 ：反应时间长 I2 ：不反应。即使反应, 其逆反应易进行
CH3I + HI
（1）原子序数大者优先，同位素质量大者优先
如： I > Br > Cl > S > P > F
> O > N > C >D>H
（2）基团的第一个原子相同时，比较与其相连的下一个原子， 依次类推
如：-CH2CH3 > -CH3 -CH2Cl > -CH2F -CH2OCH3 > -CH2OH
（3）对不饱和基团，可认为与同一原子连接 2 或 3 次
CH3
1
CH3
CH CH2
2
3
CH3 CH2 CH CH2
45
CH3
6
2-甲基-4-乙基己烷
CH3
1
H3C
C2
34
5
CH CH2 CH3
CH3 CH3
2, 2, 3 -三甲基戊烷
(4)碳链等长时，应选择取代基较多的链为主链：
例
CC
3
C
45
CC
6
C
2-甲级-3-乙基己烷
2C C 1C
而不是 3-异丙基己烷
CH4 + I2
烷烃卤代反应的选择性问题
➢ 反应对不同类型氢的反应选择性如何?（不同类型氢的相对反 应活性如何？）
如:
CH3CH2CH3
X2 hv or
CH3CH2CH2 X
X + CH3CHCH3
3o H, 2o H, 1o H：哪种氢易被取代？
氯代反应的选择性
CH3CH2CH3
Cl2 hv , 25oC
取代反应
分子中的原子或基 团被其它原子或基 团取代的反应称为 取代反应。
卤代反应
分子中的原子或 基团被卤原子取 代的反应称为卤 代反应。
甲烷的氯代反应
hv or CH4 + Cl2
CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4 + HCl
hv or CH4 （过量）+ Cl2
hv or CH4 + Cl2（过量）
Cl
CH3CH2CH2 Cl + CH3CHCH3
45%
55%
无选择性：2o H : 1o H = 2 : 6
CH3 CH3CHCH3
Cl2 hv , 25oC
CH3
CH3
CH3CHCH2 Cl + CH3CCH3
o H : 1o H = 1: 9
总结：烷烃卤代反应的选择性
3 密度 烷烃的密度均小于1（0.424-0.780)
4 溶解度 烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂.
2.4.2 烷烃的化学性质