中国农业大学有机化学课件第二章 烷烃
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(推荐)《烷烃有机化学》PPT课件
C H 2 C l + C l 2 ......
C H 2 C l 2 + C l 链增长 ⑤
自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：
Cl + Cl CH3 + Cl CH3 + CH3 CH2Cl + CH2Cl
反式交叉式构象两个键夹角为180°
40
邻位交叉关系
H 60°
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
邻位交叉式构象两个键夹角为60°.
41
12 kJ/mol
0° 60° 120° 180° 240° 300° 360°
扭转张力
乙烷交叉式构象比重叠式构象能量低 12 kJ/mol. 由交叉式构象转变为重叠式构象需要克服 扭转能.是由电子对之间的斥力（扭转张力） 所引起的.
前缀：正( n ) 异 ( i ) 仲( s ) 叔( t ) 新( neo ) (normal) (iso-) (second) (tert-)
10
亚烷基：烷烃分子中从形式上去掉两个H生成 的基团
次烷基：烷烃分子中从形式上去掉三个H生成 的基团
C H2 亚甲基
CHCH3 亚乙基
C(C H3)2 亚异丙基
7
2.2 烷烃的命名
碳原子和氢原子的分类及烷基的概念
烷烃中碳和氢的种类
伯 C （1º） 仲 C （ 2º） 叔 C （ 3º） 季 C（ 4º）
1o
C3 H3o2o 2o 1o H 3CC 4oC2 H C HC 2C H2C3 HH 3
C3 HC3 H
但是氢原子只有 伯H, 仲H, 叔 H
8
烷基——烷烃分子中从形式上消除一个氢的部 分，通常用 R- 表示
有机化学-Cp02-烷烃PPT课件
§4 烷烃的化学性质
H
CH3CH2 H
C C H CH3 CH3
Ed (kJ / mol) CH3CH2 + H 410.0 CH3 + CH3 376.6
一、氧化反应 （Oxidation reaction）
CnH2n+2
+
3n+1 2
O2
点燃
n CO2 + (n+1) H2O + 热能
二、热裂反应（Pyrolysis reaction）
HH
HHH
HHHH
HCCH HCCCH HCCCCH
HH
HHH
HHHH
HH HC
H
H C HH C CH HH
构造简式
CH3–CH3 CH3CH3
CH3–CH2–CH3 CH3CH2CH3
键线式
CH3–CH2–CH2–CH3 CH3CH2CH2CH3
CH3 CH3–CH–CH3
CH3CH(CH3)2
第二章 烷 烃
Chapter 2 Alkanes
【基本要求】
➢ 掌握烷烃的结构及结构表达 ➢ 学习碳的 sp3 杂化 ➢ 熟练指出碳原子、氢原子的类型 ➢ 掌握烷烃、烷基的命名 ➢ 掌握烷烃的卤代反应及其历程 ➢ 了解过渡状态理论
【重点难点】
➢ 碳的 sp3 杂化，烷烃的结构及结构表达 ➢ 烷烃、烷基的命名 ➢ 烷烃的卤代反应及其历程
二、烷基及其命名 烷基（alkyl）——烷烃（alkane）分
子去掉氢原子后剩下的原子团
CH3
CH3CH2
CH3CH2CH2 CH3 CH
CH3 CH3CH2CH2CH2
CH3 CH2 CH
有机化学烷烃课件
四、烷基
烷烃分子中消除一个氢原子后所剩原子团称烷基。此“基”具“一 价”涵义。常用R-代表烷基。烷基的名称由相应的烷烃而得。
1.一价基 烷烃分子中消除一个氢原子后所形成的烷基，称一价基。
例如： CH4
-H
-CH3
甲基
CH3CH3
-H
-CH2CH3
乙基
链端碳-H -CH2CH2CH3 丙基
CH3CH2CH3
只与二个碳原子相连的称为仲（或二级）碳原子，常以2°表示； 只与三个碳原子相连的称为叔（或三级）碳原子，常以3°表示； 只与四个碳原子相连的称为季（或四级）碳原子，常以4°表示。
如：
1°
1°CH3
4°
2°
3° 1°
CH3—C—CH2—CH—CH3
1°CH3 1°CH3
与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子分别称为伯、仲、叔氢原子。不同 类型的氢原子在同一反应中的反应活性不同。
HHHH
分子式相同而结构不同的化合物称为同分异构体（简称异构体）。 这种现象称为同分异构现象。
分子式相同，而构造不同的化合物称为构造异构体。烷烃的构造异构是因 碳干排列不同而产生，所以，这种异构又称碳干异构。
同分异构现象是有机化合物中存在的普遍现象。随着化合物分子中 碳原子数目的增加，同分异构体的数目亦增多。
C2H6
C3H8
C4H10
在烷烃分子中，所含碳原子和氢原子的数量，呈现一定的规律，即每
增加一个C 原子，就相应地增加两个H 原子。
烷烃通式：CnH2n+2
具有同一通式，在组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物称为同系列。 同系列中的各化合物互称同系物。相邻的同系物在组成上相差一个CH2。其 中CH2 称为同系列的系差。
有机化学第02章烷烃PPT课件
B r
B r
C
H
I
C l
与
I
C H
C l
构型异构体
• 不可转换 • 理论上可分离
H HH
H H H H
与
HH H
H H
构象异构体
•可通过单键旋转转换
•一般无法分离
28
化合物性质的两个方面 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 化学性质：有机化学反应（本课程的重点）
5
2
4
1
3
6
7
8
这样选取主链及 编号是否合适？
20
三.构象 (comformation) 和构象异构体
➢ C—C单键是可以旋转的 ➢ 单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列
（构象） ➢ 不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）
乙烷的两种构象
21
描述立体结构的几种方式
H
H
1
H
potential energy (KJ/mol)
H H 1 12H旋 转 6 0 oH H
12H H旋 转 6 0 o
1
H2 HH
1 1
HH
HH
H
H H
H
……
HH 1 HH HH
1 2 .1
旋转中须克服能垒——扭转张力 • 电子云排斥 • 相邻两H间的von der waals排 斥力
H HH 1
CH3 C H 3C C H 3
CH3
异戊烷 新戊烷
isopentane neopentane
➢ 异构词头用词头“正”、“异”和“新”等区分 ➢ 相应的英文词头为 n- (normal)、iso和neo（注意不加“-”）
有机化学--第二章烷烃PPT课件
第3页/共92页
2.1.2 构造异构(constitutional isomerism)
甲烷、乙烷和丙烷只有一种，但含有四个或四个以上碳原子的烷烃则 不止一种。例如：
沸点：-0.5℃
沸点：-11.73℃
第4页/共92页
这种分子式相同,但结构不同的化合物，彼此是同分异构体。这种现象称为 同分异构现象。分子式相同，分子构造不同的化合物，称为构造异构体。这种 构造异构是由于碳骨架不同引起的，故又称碳架异构。
第39页/共92页
1. 沸点
直链烷烃的沸点(bp)一般随相对分子质量的增加而升高。因为沸点是与分子 间的作用力——van der Waals力有关的，烷烃是非极性分子，van der Waals力主 要产生于色散力。
直链烷烃的沸点与分子中所含碳原子数的关系图
一般在常温常压下，四个碳以下的直链烷烃是气体，由戊烷开始是液体， 大于十七个碳的烷烃是固体。
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。
第36页/共92页
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：
(3)命名时将取代基的名称写在主链名称之前，取代基的位次用主链上碳原子的编 号表示，写在取代基名称之前，两者之间用半字线“-”相连。
命名： × - × × × × ×
取短 取
母
代线 代
体
基
基
编
号
3-甲基戊烷
第20页/共92页
当含有几个不同的取代基时，取代基排列的顺序，按“次序规则”(见p73) 所规定的“较优”基团后列出。
2.1.2 构造异构(constitutional isomerism)
甲烷、乙烷和丙烷只有一种，但含有四个或四个以上碳原子的烷烃则 不止一种。例如：
沸点：-0.5℃
沸点：-11.73℃
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这种分子式相同,但结构不同的化合物，彼此是同分异构体。这种现象称为 同分异构现象。分子式相同，分子构造不同的化合物，称为构造异构体。这种 构造异构是由于碳骨架不同引起的，故又称碳架异构。
第39页/共92页
1. 沸点
直链烷烃的沸点(bp)一般随相对分子质量的增加而升高。因为沸点是与分子 间的作用力——van der Waals力有关的，烷烃是非极性分子，van der Waals力主 要产生于色散力。
直链烷烃的沸点与分子中所含碳原子数的关系图
一般在常温常压下，四个碳以下的直链烷烃是气体，由戊烷开始是液体， 大于十七个碳的烷烃是固体。
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。
第36页/共92页
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：
(3)命名时将取代基的名称写在主链名称之前，取代基的位次用主链上碳原子的编 号表示，写在取代基名称之前，两者之间用半字线“-”相连。
命名： × - × × × × ×
取短 取
母
代线 代
体
基
基
编
号
3-甲基戊烷
第20页/共92页
当含有几个不同的取代基时，取代基排列的顺序，按“次序规则”(见p73) 所规定的“较优”基团后列出。
有机化学课件第二章烷烃
第6页/共76页
▪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？
第7页/共76页
(3)同系物
烷烃的通式 CnH2n+2, 直链烃的通式可写为: H-(-CH2-)n-H
同系物—在组成上相差一个或多个 CH2—同系列相邻的两个 分子式的差值 CH2 称为系差.
第8页/共76页
(4)烷烃中碳原子的分类:
在烃分子中仅与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）
与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）
与伯,仲,叔碳与原三子个 碳相相连连的的3H碳° 表原原示子子）叫,分做别叔 碳称原为子伯（ 或,仲三,叔级 碳H原原子子， 用
烷烃的物理性质：
• 1、状态：在常温常压下，1至4个碳原子的直链烷烃是 气体，5至16个碳原子的是液体，17个以上的是固体。
• 2、熔沸点：随分子量的增大而升高，原因：⑴ 分子 大，接触面积大，范德华力大；⑵ 分子大，分子运动 所需能量大。
• A 烷烃的沸点 随C数增加的变化： • 1) 直链烷烃的沸点随着分子量(碳数)的增加而有规律
第35页/共76页
•乙烷的C- C 键
Stuart模型
乙烷分子中C-C键(C-H键用直线表示)
第36页/共76页
其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在 一条直线上，而是曲折地排布在空间。这是烷烃碳原子的四 面体结构所决定的。如丁烷的结构：
烷烃分子中各原子之间都以σ键相连接的，所以两个碳原子可以相 对旋转，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下烷烃（液态 ）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。
2P
2S
▪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？
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(3)同系物
烷烃的通式 CnH2n+2, 直链烃的通式可写为: H-(-CH2-)n-H
同系物—在组成上相差一个或多个 CH2—同系列相邻的两个 分子式的差值 CH2 称为系差.
第8页/共76页
(4)烷烃中碳原子的分类:
在烃分子中仅与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）
与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）
与伯,仲,叔碳与原三子个 碳相相连连的的3H碳° 表原原示子子）叫,分做别叔 碳称原为子伯（ 或,仲三,叔级 碳H原原子子， 用
烷烃的物理性质：
• 1、状态：在常温常压下，1至4个碳原子的直链烷烃是 气体，5至16个碳原子的是液体，17个以上的是固体。
• 2、熔沸点：随分子量的增大而升高，原因：⑴ 分子 大，接触面积大，范德华力大；⑵ 分子大，分子运动 所需能量大。
• A 烷烃的沸点 随C数增加的变化： • 1) 直链烷烃的沸点随着分子量(碳数)的增加而有规律
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•乙烷的C- C 键
Stuart模型
乙烷分子中C-C键(C-H键用直线表示)
第36页/共76页
其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在 一条直线上，而是曲折地排布在空间。这是烷烃碳原子的四 面体结构所决定的。如丁烷的结构：
烷烃分子中各原子之间都以σ键相连接的，所以两个碳原子可以相 对旋转，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下烷烃（液态 ）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。
2P
2S
《有机化学烷烃》PPT课件
思考：
1.写出丁烷的邻位交叉式（锯架式、楔 型式）
2.总结书写纽曼式、锯架式、楔型式的 规律
编辑ppt
37
第五节 烷烃的物理性质
一、物态
规律：随分子量的增加，由气态 — 液态— 固态
二、沸点 boiling point
规律：
A. C数增加，沸点b.p.升高；
B. B. 正烷烃b.p＞支链烷烃（同碳
CH3 CHCH2 CH2 CH3 CH3 CH2 CHCH2 CH3
CH3
CH3
异 己 烷
( i -hexane)
编辑ppt
8
特殊：
CH3
CH3CHCH2CCH3
CH3 CH3
异己烷
编辑ppt
9
3、新某烷
含五或六个碳的碳链端第二个碳原子为 季碳原子的称为“新某烷”
CH3
CH3
CH3CCH2CH3 CH3
研究内容： ① 反应步骤； ② 反应中心； ③ 价键变化； ④ 影响因素； 研究思路：
编辑ppt
49
一、甲烷的卤代历程
1、甲烷和氯气反应的实验事实：
(1) CH4 + Cl2
室 温 ，暗 处 室 温 ，hv
＞ 250℃ 暗处
不反应
反应
停 止 hv
不反应
反应
hv
(2)? CH4
hv
C l2
反应热：一般来说，放热反应较易进行，
而吸热反应较难进行。
表：甲烷卤代的反应热
编辑ppt
53
2、活化能（Activation energy )
活化能：为使反应发生而必须提供
的最低能量。
活化能越低，反应越易发生。
活化能 KJ/mol
1.写出丁烷的邻位交叉式（锯架式、楔 型式）
2.总结书写纽曼式、锯架式、楔型式的 规律
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37
第五节 烷烃的物理性质
一、物态
规律：随分子量的增加，由气态 — 液态— 固态
二、沸点 boiling point
规律：
A. C数增加，沸点b.p.升高；
B. B. 正烷烃b.p＞支链烷烃（同碳
CH3 CHCH2 CH2 CH3 CH3 CH2 CHCH2 CH3
CH3
CH3
异 己 烷
( i -hexane)
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8
特殊：
CH3
CH3CHCH2CCH3
CH3 CH3
异己烷
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9
3、新某烷
含五或六个碳的碳链端第二个碳原子为 季碳原子的称为“新某烷”
CH3
CH3
CH3CCH2CH3 CH3
研究内容： ① 反应步骤； ② 反应中心； ③ 价键变化； ④ 影响因素； 研究思路：
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49
一、甲烷的卤代历程
1、甲烷和氯气反应的实验事实：
(1) CH4 + Cl2
室 温 ，暗 处 室 温 ，hv
＞ 250℃ 暗处
不反应
反应
停 止 hv
不反应
反应
hv
(2)? CH4
hv
C l2
反应热：一般来说，放热反应较易进行，
而吸热反应较难进行。
表：甲烷卤代的反应热
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53
2、活化能（Activation energy )
活化能：为使反应发生而必须提供
的最低能量。
活化能越低，反应越易发生。
活化能 KJ/mol
有机化学课件第02章 烷烃
碳原子分别称为伯、仲、叔和季碳原子， 也可以分别称作一级、二级、三级和四级 碳原子，常常用1°，2°，3°和4°标识。 伯、仲、叔碳原子上的氢原子称做伯氢、 仲氢、叔氢原子。
伯、仲、叔碳上连有-OH的化合物分别称做伯醇、 仲醇、叔醇，也称一级醇、二级醇、三级醇。
伯、仲、叔碳上连有-X（X=F、Cl、Br、I）原 子的化合物分别称做伯、仲、叔卤代烷，也分别 称做一级、二级、三级卤代烷。
CH2称为系差 结构相似，在分子组成上相差一个或若干个
CH2原子团的物质互相称为同系物。
三、烷烃的同分异构
由于碳原子的排列方式不同而引起，属于构造异 构。随着碳原子数目的增加，构造异构体的数目 迅速增加。
C20H42: 1,178,805,831
同分异构体的书写口诀
在形成一个C—H键时，释放出414kJ/mol 能量。
在激发、杂化和成键的全部过程中，除去 补偿激发所需的402kJ/mol能量，形成CH4 时仍可有约1255kJ/mol的能量释出。
这个体系显然要比只形成两个共价键的CH2 稳定得多。
杂化以前碳原子的外层电子云
球型：2S亚层，2e
8型：2p亚层，2e, 分布在空间两个方 向上，还有一个方 向上无电子
主链由长到短； 支链由整到散； 位置由心到边； 排布由对到邻再到间。
最后，别忘了补上氢原子
C7H16 的同分异构体
1、一直链
H H H H H HH ∣∣∣∣∣∣∣ H－C－ C－ C－ C－ C－C－ C－H ∣∣∣∣∣∣∣ HHHHHHH
主链少一个碳
2、
C
－C ∣
－
C－
C－
C－
C
C
3、 C －C － C － C － C － C ∣ C
伯、仲、叔碳上连有-OH的化合物分别称做伯醇、 仲醇、叔醇，也称一级醇、二级醇、三级醇。
伯、仲、叔碳上连有-X（X=F、Cl、Br、I）原 子的化合物分别称做伯、仲、叔卤代烷，也分别 称做一级、二级、三级卤代烷。
CH2称为系差 结构相似，在分子组成上相差一个或若干个
CH2原子团的物质互相称为同系物。
三、烷烃的同分异构
由于碳原子的排列方式不同而引起，属于构造异 构。随着碳原子数目的增加，构造异构体的数目 迅速增加。
C20H42: 1,178,805,831
同分异构体的书写口诀
在形成一个C—H键时，释放出414kJ/mol 能量。
在激发、杂化和成键的全部过程中，除去 补偿激发所需的402kJ/mol能量，形成CH4 时仍可有约1255kJ/mol的能量释出。
这个体系显然要比只形成两个共价键的CH2 稳定得多。
杂化以前碳原子的外层电子云
球型：2S亚层，2e
8型：2p亚层，2e, 分布在空间两个方 向上，还有一个方 向上无电子
主链由长到短； 支链由整到散； 位置由心到边； 排布由对到邻再到间。
最后，别忘了补上氢原子
C7H16 的同分异构体
1、一直链
H H H H H HH ∣∣∣∣∣∣∣ H－C－ C－ C－ C－ C－C－ C－H ∣∣∣∣∣∣∣ HHHHHHH
主链少一个碳
2、
C
－C ∣
－
C－
C－
C－
C
C
3、 C －C － C － C － C － C ∣ C
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CH3 H C H Cl C CH3 CH3
CH3 H C H Cl C CH3 CH3
3.2 Conformation of Alkanes σ 键的结构特征 C—H或C—C键中成键原子的电子 云是沿着它们的轴向重叠的，这样形成 的键叫σ键。成键原子绕键轴作相对旋 转时，并不影响电子云的重叠程度，也 就是不会破坏σ键，即σ键是可以自由 旋转的。
eg.
CH3 CH3CH2CH2CHCH2CHCHCH2 CH CH3 CH3 CH2CH3 CH3 CH3 CH CCH3 CH2CH3
3,3,4,7-四甲基-6-乙基-9-异丙基十二烷
或 3,3,4,7-四甲基-6-乙基-9-(1’-甲基乙基)-十二烷
3 Configuration and Conformation of Alkanes
Physical properties of an organic compound generally include: Status, Melting point(m.p.), Boiling point(b.p.), Density (special gravity), Refractive index, Solubility and Dipole moment.
Isopentane(b.p.28℃)
CH3CCH3 CH3
Neopentane(b.p.9.5℃)
结构的三个层次：构造、构型和构象
构造异构——碳干异构、位置异构、官能团异构
构型异构——对映异构和非对映异构
构象异构
1.3 Types of carbon atoms and hydrogen atoms
2
bp: 23.8℃
40.2℃
51.5℃
76.8℃
5.1.1 Reaction Mechanism
反应机理(或称历程、机制)是指化学反
应所经历的过程。由若干个相互联系的基
元反应构成。
甲烷的氯代：
甲烷在室温和暗处不与氯气反应； 甲烷在暗处加热至250℃以上,或甲烷在室温下 用紫外光照射，很易反应。 第1阶段——链的引发：
Refractive Index
sin n21 = sin
非极性分子
5 Chemical properties of alkanes 化学反应的本质是原子核外电子运 动状态发生变化的结果。
键的断裂方式： C A 能量 C A C A 能量 能量 C C C A A 均裂(homolysis) 自由基(free radical) 异裂(heterolysis) A 碳正离子 (carbonium ion)
sec-butyl
CH3 CH3 C CH3
叔丁基
tert-butyl
命名规则:
① 选取含取代基尽可能多的最长的碳链为 主链,根据主链上的碳原子数目命名为某烷; ② 从最靠近取代基一端的第1个碳原子开 始,往另一端方向对主链碳原子编号; ③ 在主链名称前面加上各取代基的名称、 数目和位置； ④ 取代基上还有取代基时，对取代基按同 样的方法命名。
RH + I2
甲烷与氯气的反应，若有氧或其它一 些能捕捉自由基的杂质存在，反应会有一 个诱导期，称这些杂质为阻抑剂。例如: O2+ · 3→CH3OO · CH
5.1.2 Energy change in the reaction
Cl Cl 242.4 hv 2Cl
.
H = + 242.4 kJ/mol Ea = 242.4 kJ/mol
3 3
CH3Cl Cl2
3
(6) (7) (8)
CH3CH3
一般一个光子引发出两个Cl ·，可使链增长 循环10000次。
工业上采用大大过量的甲烷与氯气作用，可制得
纯度较高的一氯甲烷。 卤素与烷烃的反应活性 ： F2 > Cl2 > Br2 > I2
放热太大 易爆 常用 不活泼
CH4 + F2
C + HF RI + HI
构象异构: 由于单键旋转而使分子中原子或 基团在空间产生的不同的排列。 由此产生的一系列分子形象称构 象异构体(conformational isomers, rotational isomers, torsional isomers）。
乙烷的构象
重叠式构象（eclipsed conformation）
活化能的大小决定了反应速度的快慢
X + CH3-H → CH3· H-X ΔH/kJ·mol-1 Ea/kJ· -1 + mol F 434.7 Cl Br I 564.8 430.5 368.2 298.3 -133.5 +4.2 +66.5 +136.4 +4.2 +16.7 +75 >141
活化能: 为了使一个碰撞能够发生反应 所必须提供的最小能量。
[Cl · · · · · H · CH] HCl + CH3
[CH3 · · · · · Cl · Cl] 4.2 4.2
能量/kJ · mol
-1
16.7
CH3+Cl2 Cl+CH4
108.7
CH3Cl + Cl
反应进程
甲烷氯代生成氯甲烷的反应势能变化
Rotation of C-C bond in Ethane
丁烷的构象
rotation of C2-C3 bond in n-Butane
四种极限构象能量大小为：
对位交叉(antiⅠ)< 邻位交叉 (gauche Ⅲ)< 部分重叠(eclipsed Ⅱ)< 全重叠(eclipsed Ⅳ)
其稳定性的顺序则正好相反
5.1 Halogenation 碳原子上的氢被其他原子或基团取代的反 应为取代反应; 被卤原子取代叫卤代。
CH4 + Cl2 CH4 + Cl2
漫射光
HCl + CH3Cl HCl + C
日光
hv CH4 Cl2
hv hv hv CHCl Cl CCl 4 CH Cl CH Cl 3 2 2 Cl 3 Cl 2 2
4.1 Status
C1～C4：gaseous C5～C16：liquid C17～：solid
4.2 Boiling point
影响沸点高低的因素： ① 分子之间的作用力(范德华引力：静电引力、 极性诱导力、色散力)； ② 分子之间接触面积的大小； ③ 相对分子质量； ④ 氢键。
300 200 100 0
Cl2
or hv
2Cl
.
(1)
第2阶段——链的增长：
CH4 + Cl
. .
. CH
.CH
3
+ HCl
(2) (3) (4) (5)
3
+ Cl2
CH3Cl + Cl
. .
CH3Cl + Cl
.CH Cl +
2
HCl
.CH Cl +
2
Cl2
CH2Cl2 + Cl
……
第3阶段——链终止：
.CH + Cl . Cl . + Cl . .CH + .CH
1.2 Isomerism
C4H10
CH3CH2CH2CH3
Butane(b.p.-0.5℃)
CH3CHCH3 CH3
Isobutane (b.p.-10.2℃)
Structural Isomers
C5H12
CH3CH2CH2CH2CH3
Pentane(b.p.36℃)
CH3
CH3CHCH2CH3 CH3
碳负离子 (carbanion)
Types of Organic Reactions:
★ Ion reactions
★ Free radical reactions ★ Concerted reactions
σ键的化学特征：
① 折射率小，可极化性差；
② 键能大，不易发生异裂； ③ 在剧烈条件下发生键的均裂。
1 CH3
o
2 CH2
o
1 CH3 o o o 1 3 4 CH C CH3 CH3 CH3 o o 1 1
o
2 Nomenclature of alkanes
2.1 Common name
CH3CH2CH2CH3
CH3(CH2)12CH3
正丁烷
正十四烷
CH3CHCH2CH2CH3 CH3
异己烷
2.2 Systemic name (IUPAC name)
3.1 Tetrahedron configuration and sp3 hybrided orbitals
Fig. Configuration of Methane 正四面体模型 Kelulè模型 Stuart模型
2s2 1s2
2px1 2py1 2pz0 sp3杂化
基态
激发态
sp3杂化
杂化态
sp3 Hybrided orbitals
Formation of “Methane” Molecule
Formation of “Ethane” molecule
构型的表示方法： 飞楔式：
eg. H H H H C H H H C H H H C H H C H H
Fischer投影式：
Δ H= +4.2kJ/mol
CH3―H + Cl· CH3+ H―Cl →·
434.7
430.5
Ea=17 kJ/mol
· 3 + Cl―Cl →CH3―Cl + Cl· Δ H= -108.7kJ/mol CH
CH3 H C H Cl C CH3 CH3
3.2 Conformation of Alkanes σ 键的结构特征 C—H或C—C键中成键原子的电子 云是沿着它们的轴向重叠的，这样形成 的键叫σ键。成键原子绕键轴作相对旋 转时，并不影响电子云的重叠程度，也 就是不会破坏σ键，即σ键是可以自由 旋转的。
eg.
CH3 CH3CH2CH2CHCH2CHCHCH2 CH CH3 CH3 CH2CH3 CH3 CH3 CH CCH3 CH2CH3
3,3,4,7-四甲基-6-乙基-9-异丙基十二烷
或 3,3,4,7-四甲基-6-乙基-9-(1’-甲基乙基)-十二烷
3 Configuration and Conformation of Alkanes
Physical properties of an organic compound generally include: Status, Melting point(m.p.), Boiling point(b.p.), Density (special gravity), Refractive index, Solubility and Dipole moment.
Isopentane(b.p.28℃)
CH3CCH3 CH3
Neopentane(b.p.9.5℃)
结构的三个层次：构造、构型和构象
构造异构——碳干异构、位置异构、官能团异构
构型异构——对映异构和非对映异构
构象异构
1.3 Types of carbon atoms and hydrogen atoms
2
bp: 23.8℃
40.2℃
51.5℃
76.8℃
5.1.1 Reaction Mechanism
反应机理(或称历程、机制)是指化学反
应所经历的过程。由若干个相互联系的基
元反应构成。
甲烷的氯代：
甲烷在室温和暗处不与氯气反应； 甲烷在暗处加热至250℃以上,或甲烷在室温下 用紫外光照射，很易反应。 第1阶段——链的引发：
Refractive Index
sin n21 = sin
非极性分子
5 Chemical properties of alkanes 化学反应的本质是原子核外电子运 动状态发生变化的结果。
键的断裂方式： C A 能量 C A C A 能量 能量 C C C A A 均裂(homolysis) 自由基(free radical) 异裂(heterolysis) A 碳正离子 (carbonium ion)
sec-butyl
CH3 CH3 C CH3
叔丁基
tert-butyl
命名规则:
① 选取含取代基尽可能多的最长的碳链为 主链,根据主链上的碳原子数目命名为某烷; ② 从最靠近取代基一端的第1个碳原子开 始,往另一端方向对主链碳原子编号; ③ 在主链名称前面加上各取代基的名称、 数目和位置； ④ 取代基上还有取代基时，对取代基按同 样的方法命名。
RH + I2
甲烷与氯气的反应，若有氧或其它一 些能捕捉自由基的杂质存在，反应会有一 个诱导期，称这些杂质为阻抑剂。例如: O2+ · 3→CH3OO · CH
5.1.2 Energy change in the reaction
Cl Cl 242.4 hv 2Cl
.
H = + 242.4 kJ/mol Ea = 242.4 kJ/mol
3 3
CH3Cl Cl2
3
(6) (7) (8)
CH3CH3
一般一个光子引发出两个Cl ·，可使链增长 循环10000次。
工业上采用大大过量的甲烷与氯气作用，可制得
纯度较高的一氯甲烷。 卤素与烷烃的反应活性 ： F2 > Cl2 > Br2 > I2
放热太大 易爆 常用 不活泼
CH4 + F2
C + HF RI + HI
构象异构: 由于单键旋转而使分子中原子或 基团在空间产生的不同的排列。 由此产生的一系列分子形象称构 象异构体(conformational isomers, rotational isomers, torsional isomers）。
乙烷的构象
重叠式构象（eclipsed conformation）
活化能的大小决定了反应速度的快慢
X + CH3-H → CH3· H-X ΔH/kJ·mol-1 Ea/kJ· -1 + mol F 434.7 Cl Br I 564.8 430.5 368.2 298.3 -133.5 +4.2 +66.5 +136.4 +4.2 +16.7 +75 >141
活化能: 为了使一个碰撞能够发生反应 所必须提供的最小能量。
[Cl · · · · · H · CH] HCl + CH3
[CH3 · · · · · Cl · Cl] 4.2 4.2
能量/kJ · mol
-1
16.7
CH3+Cl2 Cl+CH4
108.7
CH3Cl + Cl
反应进程
甲烷氯代生成氯甲烷的反应势能变化
Rotation of C-C bond in Ethane
丁烷的构象
rotation of C2-C3 bond in n-Butane
四种极限构象能量大小为：
对位交叉(antiⅠ)< 邻位交叉 (gauche Ⅲ)< 部分重叠(eclipsed Ⅱ)< 全重叠(eclipsed Ⅳ)
其稳定性的顺序则正好相反
5.1 Halogenation 碳原子上的氢被其他原子或基团取代的反 应为取代反应; 被卤原子取代叫卤代。
CH4 + Cl2 CH4 + Cl2
漫射光
HCl + CH3Cl HCl + C
日光
hv CH4 Cl2
hv hv hv CHCl Cl CCl 4 CH Cl CH Cl 3 2 2 Cl 3 Cl 2 2
4.1 Status
C1～C4：gaseous C5～C16：liquid C17～：solid
4.2 Boiling point
影响沸点高低的因素： ① 分子之间的作用力(范德华引力：静电引力、 极性诱导力、色散力)； ② 分子之间接触面积的大小； ③ 相对分子质量； ④ 氢键。
300 200 100 0
Cl2
or hv
2Cl
.
(1)
第2阶段——链的增长：
CH4 + Cl
. .
. CH
.CH
3
+ HCl
(2) (3) (4) (5)
3
+ Cl2
CH3Cl + Cl
. .
CH3Cl + Cl
.CH Cl +
2
HCl
.CH Cl +
2
Cl2
CH2Cl2 + Cl
……
第3阶段——链终止：
.CH + Cl . Cl . + Cl . .CH + .CH
1.2 Isomerism
C4H10
CH3CH2CH2CH3
Butane(b.p.-0.5℃)
CH3CHCH3 CH3
Isobutane (b.p.-10.2℃)
Structural Isomers
C5H12
CH3CH2CH2CH2CH3
Pentane(b.p.36℃)
CH3
CH3CHCH2CH3 CH3
碳负离子 (carbanion)
Types of Organic Reactions:
★ Ion reactions
★ Free radical reactions ★ Concerted reactions
σ键的化学特征：
① 折射率小，可极化性差；
② 键能大，不易发生异裂； ③ 在剧烈条件下发生键的均裂。
1 CH3
o
2 CH2
o
1 CH3 o o o 1 3 4 CH C CH3 CH3 CH3 o o 1 1
o
2 Nomenclature of alkanes
2.1 Common name
CH3CH2CH2CH3
CH3(CH2)12CH3
正丁烷
正十四烷
CH3CHCH2CH2CH3 CH3
异己烷
2.2 Systemic name (IUPAC name)
3.1 Tetrahedron configuration and sp3 hybrided orbitals
Fig. Configuration of Methane 正四面体模型 Kelulè模型 Stuart模型
2s2 1s2
2px1 2py1 2pz0 sp3杂化
基态
激发态
sp3杂化
杂化态
sp3 Hybrided orbitals
Formation of “Methane” Molecule
Formation of “Ethane” molecule
构型的表示方法： 飞楔式：
eg. H H H H C H H H C H H H C H H C H H
Fischer投影式：
Δ H= +4.2kJ/mol
CH3―H + Cl· CH3+ H―Cl →·
434.7
430.5
Ea=17 kJ/mol
· 3 + Cl―Cl →CH3―Cl + Cl· Δ H= -108.7kJ/mol CH