第三章烷烃

伯、仲、叔碳原子上的氢原子（季碳原子上 无氢原子），分别称为伯氢原子（1°氢原子）、 仲氢原子（2°氢原子）、叔氢原子（3°氢原 子）。不同类型氢原子的相对反应活性不相同。
小结：烷烃分子中的碳原子均为sp3杂化，各 原子之间都以单键相连。烷烃分子中的键角接 近109°28′，C—H键和C—C键的键长分别为 110pm和154pm或与此相近。由于σ键电子云沿 键轴呈圆柱形对称分布，两个成键原子可绕键 轴“自由”旋转。
“正”表示直链烷烃，常常可以省略。
“异”表示末端为 CH3 ，此外别无支链的烷
烃。
CH3 CH
CH2CH3
“新”表示末端C为H3 C
，此外别无支链的烷
烃。
CH3
★普通命名法只适用于一些 直链或含碳原子数较少 的 烷烃异构体的命名。对于结构比较复杂的烷烃，就必须 采用系统命名法。
2、系统命名法（IUPAC命名法）
随着烷烃分子中碳原子数的增多，同分异构体
的数目也随之增加。如：己烷C6H14有5个异构体， 庚烷C7H16有9个异构体，十二烷C12H26 有355个 异构体…。
(二)烷烃的命名（nomenclature）
烷烃的命名原则是各类有机化合物命名的基础。 烷烃的命名采用两种命名法：普通命名法 （common nomenclature） 、系统命名法 （systematic nomenclature） 。
烷烃中的各个碳原子均为饱和碳原子，按照与它直接 相连的其他碳原子的个数，可分为 伯、仲、叔、季碳原子。 ★伯碳原子又称一级碳原子（ primary carbon ），以1°表 示，是只与 1 个其他碳原子直接相连的碳原子。 ★仲碳原子又称二级碳原子（ secondary carbon ），以2° 表示，是与 2个其他碳原子直接相连的碳原子。 ★叔碳原子又称三级碳原子（ tertiary carbon ），以3°表 示，是与 3个其他碳原子直接相连的碳原子。 ★季碳原子又称四级碳原子（ quaternary carbon ），以4° 表示，是与 4个其他碳原子直接相连的碳原子。
1．甲烷的卤代
或△
或△
或△
或△
甲烷与氯气作用，产生一氯甲烷；随着反应的进行，过 量的氯气继续与一氯甲烷作用，生成二氯甲烷；二氯甲烷 进一步与氯气作用，生成三氯甲烷；三氯甲烷继续反应生 成四氯甲烷，所以反应的产物是 4种氯代甲烷的 混合物。 若用超过量的甲烷与氯气反应，反应就几乎限止在 一氯代 反应阶段，生成一氯甲烷。可用此方法制备 一卤代烃。
空间排列不同，它是立体异构体的一种。
（一）乙烷的构象（conformation） 乙烷没有碳链异构，但乙烷分子中的两个碳原 子可以围绕 C—Cσ键旋转，乙烷有无数构象异构 体，其中有两种典型的构象：重叠式（eclipsed） 和交叉式（staggered）。
有机化合物的构象常用两种三维式表示，即 Newman投影式（Newman projection formula ）和 锯架式（sawhorse formula）。
乙烷是含有两个碳的烷烃，其结构如下：
两个碳原子各以sp3 杂化轨道重叠形成CCσ键，余下的杂化轨 道分别和6个氢原子的 s轨道重叠形成六个CHσ键。C-C键长154 pm,C-H键长110pm 。
★其他烷烃的成键方式同乙烷相似。
★烷烃的通式、同系列: 烷烃的分子组成可用通式CnH2n+2表示。
具有相同分子通式和结构特征的一系列化合物称 为同系列（homologous series）。如：CH4 CH3CH3，CH3CH2CH3 ；同系列中的各化合物互 称为同系物（homolog）；相邻两个同系物在组 成上的不变差数CH2 称为同系列差。如：乙烷较 甲烷多CH2，丙烷较乙烷多CH2 …；同系物的 结构相似，化学性质也相似，物理性质则随着碳 原子数的增加而呈现规律性的变化，同系列中的 第一个化合物常具有特殊的性质。
此外，两价的烷基称为 亚基，三价的烷基称为 次甲基。
CH2CH3 (1,1-二甲基丙基 ); (1,1-dimethylpropyl)
CH3 C CH3
1',1' -二甲基丙基 ; 1',1' -dimethylpropyl
★烷烃系统命名法规则
⑴.选主链：选择含有取代基最多的、连续的最 长碳链为主链，根据主链所含碳原子数命名为 “某烷”。
三．烷烃的构象异构 烷烃分子中C—Cσ键旋转或扭曲时，两个碳原
子上的氢原子在空间上的相对位置发生改变，其
中每一种排列方式称为一种构象，不同构象之间 互称为构象异构体。由于C—Cσ键可以旋转任意
角度，所以烷烃有无数构象异构体。构象异构体 （conformational isomer）的分子构造相同，但其
四．烷烃的物理性质
有机化合物的物理性质，一般是指物态、沸点、 熔点、密度、溶解度、折光率、旋光度和光谱性 质等。烷烃同系物的物理性质常随碳原子数的增 加，而呈现规律性的变化。
溶解度 极性相似者相溶
五．烷烃的化学性质
烷烃是饱和烃，分子中只有牢固的C—C σ 键 和C—H σ键,所以烷烃具有高度的化学稳 定性。在室温下，烷烃与强酸（如硫酸、盐 酸）、强碱（如氢氧化钠）、强氧化剂（如 重铬酸钾、高锰酸钾）、强还原剂（如锌加 盐酸、金属钠加乙醇）都不发生反应。但在 适宜的反应条件下，如光照、高温或在催化 剂的作用下，烷烃也能发生共价键均裂的自 由基（ free radical ）反应。例如：烷烃的卤 代反应
⑵.编号：主链上若有取代基，则从靠近取代基 的一端开始，给主链上的碳原子编号。当两个相 同取代基位于相同位次时，应使第三个取代基的 位次最小，依次类推；当两个不同取代基位于相 同位次时，应使小的取代基编号较小。（和最小）
⑶.命名：主链连有相同的取代基时，合并取代 基，并在取代基名称前，用二（di）、三（tri）、 四（tetra）……数字表明取代基的个数。并在最前 面标明取代基的编号,各编号间用“，”隔开。
烷烃系统命名法是将带有侧链的烷烃看作是直 链烷烃的烷基取代衍生物，所以在学习系统命名 法之前先学习取代基的命名。
★烃分子中去掉一个氢原子，所剩下的基团， 称为烃基；脂肪烃基用R—表示；烷基的通式为 CnH2n+1。烷基的中文命名是把相应的烷烃命名中 的“烷”字改为“基”字。其英文命名是将烷烃 词尾的-ane改为-y1，常见的烷基结构和名称如下：
1892年，日内瓦国际化学会议首次拟定了有机化合物系 统命名原则，此后经 IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemisty）多次修订，所以也称为 IUPAC 命名 法。我国根据这个命名原则，结合汉字特点，制定出我国 的有机化合物系统命名法，即 有机化合物命名规则 。
许多药物分子的构象异构与其生物活性的发挥密切相关。药物受 体一般只与药物多种构象中的一种结合，这种构象称为药效构象。 不具有药效构象的药物很难与药物的受体结合，此种药物生物活 性很低或根本无活性。例如，抗震颤麻痹药物多巴胺作用于受体 的药效构象是对位交叉式。
小结：烷烃的 C－Cs键可以绕键轴旋转，烷烃具有无数 个构象异构体，我们只讨论几种“典型”的构象；室温 下，各构象异构体不能分离；烷烃是各构象异构体的混 合物，其中较稳定构象异构体的比例较高。
1、普通命名法 1～10个碳原子的直链烷烃，分别用词头甲、
乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳原
子的个数，词尾加上“烷”。如CH4 （甲烷）、 C2H6 （乙烷）、C3H8（丙烷）、C10H22（癸烷）。 10个碳原子以上的烷烃用中文数字命名。如
C11H24 （十一烷）、C12H26（十二烷）、 C20H42（二十烷）。
二．烷烃的构造异构和命名 （一）烷烃的碳链异构
分子式相同，碳原子连接方式不同而产生的同 分异构现象，称为碳链异构，其异构体称为碳链 异构体，它是构造异构的一种。
甲烷、乙烷和丙烷分子中的碳原子，只有一种 连接方式，所以无碳链异构体。
丁Байду номын сангаас（C4H10）有两种不同的异构体；戊烷 （C5H12）有三种异构体。
第二章 烷烃
一．烷烃的结构 二．烷烃的构造异构和命名 三．烷烃的构象异构 四．烷烃的物理性质 五．烷烃的化学性质
仅由碳和氢两种元素组成的化合物称为碳氢化 合物，简称为烃（hydrocarbon）。
烷烃、环烷烃均属于烃类化合物中的饱和烃， 化学性质很稳定，常用作溶剂、润滑剂、眼膏及 化妆品的基质。烷烃广泛存在于石油、天然气中， 是人们生活中最常用的燃料。
（二）正丁烷的构象
正丁烷分子在围绕 C2－C3σ键旋转时，有 4种典型的构 象异构体，即 对位交叉式 、邻位交叉式 、部分重叠式 和 全重叠式 。见下图：
从正丁烷C2—C3 键旋转时的能量曲线图可见， 4种构 象的稳定性次序是：
正丁烷各种构象之间的能量差别不太大。在 室温下分 子碰撞的能量足可引起各构象间的迅速转化，因此正丁 烷实际上是各构象异构体的混合物，主要是以 对位交叉 式和邻位交叉式 的构象存在，前者约占 63%，后者约占 37%，其他两种构象所占的比例很小。
重叠式两个碳原子上的氢原子相距最近，相互
间的排斥力最大，分子的能量最高，是最不稳定 的构象；交叉式两个碳原子上的氢原子相距最远， 相互间斥力最小，分子的能量最低，是最稳定的 构象。见下图：
交叉式构象的能量比重叠式构象低12.6kJ·mol-1，交叉式是乙
烷稳定的优势构象。室温下，分子间的碰撞可产生83.8kJ·mol-1的 能量，足以使C—C 键“自由”旋转，各构象间迅速转换，无法 分离出其中某一构象异构体，但大多数乙烷分子是以最稳定的交 叉式构象存在。
烷烃的英文名称是在 meth-，eth-，prop-，but- 等表示 碳原子数的词头后，加上词尾 -ane。
烷烃 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 己烷 庚烷 辛烷 壬烷 癸烷