有机化学--第二章烷烃

中文名 仲丁基
异丁基
英文名 sec-butyl (s-butyl) isobutyl
缩写 s-Bu-
i-Bu
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
叔丁基 tert-butyl t-Bu (t-butyl)
仲氢 伯氢
叔氢
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
CH3 CH3CH2
烷基名称
中文名 英文名 缩写
甲基 methyl
Me-
烷基
CH3CH2CHCH3
乙基 ethyl
Et-
(C H 3 )2 C H 2 C H 2
熔点℃
C H 3
C H 3
C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 C HC H 2 C H 3 C H 3 CC H 3
C H 3
-130
-160
-17
一般偶数碳链具有较高的对称性，因此，含偶数碳原子 烷烃的熔点通常比含奇数碳原子烷烃的熔点升高较多，构成 相应的两条熔点曲线，偶数居上，奇数在下。
上面的英文名称是将取代基按字母顺序排列好，然后插入表示个数的 词头，即表示数字的字母不参与排列顺序。
英文命名中，表示烃基位置的字头“sec-”，“tert-” 不参加排序，只有“iso”与取代基连为一体，作为一整 体参与排序。如：
6-tert-butyl-5-ethyl-2-methyldecane
直链烷烃的熔点与分子中所含碳原子数的关系图
根据系统命名法，直链烷烃命名时不需要加正字， 根 据 碳 原 子 的 个 数 叫 某 烷 ， 如 CH3CH2CH2CH3 叫 丁 烷 (butane)；而带有支链的烷烃则看作是直链烷烃的烷基 衍生物。
(1)从烷烃的构造式中选取最长的连续碳链作为主链，支链作 为取代基。当含有不止一个相等的最长碳链可供选择时，一 般选取包含支链最多的最长碳链作为主链。根据主链所含碳 原子数称为“某烷”。
对于简单的异构烷烃，“正”(normal)代表直链烷烃；
“异”(iso)指仅在一末端具有(CH3)2CH— 构造而无其它支 链的烷烃； “新”(neo) “新”专指具有(CH3)3C— 构造 的含五、六个碳原子的烷烃。英文词头“normal”和“iso”
一般简写为“n”和“i”。例如：
n-pentane
1.普通命名法
普通命名法亦称习惯命名法。碳原子数在十以下者， 分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示 碳原子的数目，十个碳原子以上则以十一、十二……数 目字表示。
烷烃的英文名称是以"ane”为词尾。前十个烷烃的英文词首与各类化合物 的碳数是密切联系的。烷烃与其他化合物之间的不同，一般是词尾的变化， 如丙烷(propane)、丙烯(propene)、丙炔(propyne)，分别以"ane”、“ene”、 “yne”为烷、烯、炔的词尾。
sp3 1s
σ键
sp3 sp3
σ键
σ键存在于任何含有共价键的有机分子中，且在分子中 可以单独存在；由于σ键是在成键轨道方向的直线上相互交 盖而成，故交盖程度较大，且呈圆柱形对称，电子云密集于 两原子之间，在对称轴上最密集，这就决定了σ键的键能较 大，可极化性较小，可以沿键轴自由旋转而不易被破坏。
在碳原子数相同的烷烃异构体中，含支链越多的烷烃， 相应沸点越低。
C H 3
C H 3
C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 C HC H 2 C H 3 C H 3 CC H 3
沸点℃
36
C H 3
28
9.5
2. 熔点
烷烃熔点(mp)的变化基本上与沸点相似，直链烷烃的熔 点变化也是随着相对分子质量的增减而相应增减。但因在晶 体中，分子间的作用力不仅取决于分子的大小，而且与晶体 中晶格排列的对称性有关，对称性大的烷烃晶格排列比较紧 密，熔点相对要高些。
新戊基 neopentyl
C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 正丁基 Butyl (n-butyl)
Bu(n-Bu-)
烷烃分子从形式上去掉两个氢原子后余下的基团称为亚 烷基。最常见的亚烷基有：
2.2.2 烷烃的命名
有机化合物命名方法
俗名 普通命名法（习惯命名法） 衍生物命名法 系统命名法
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。
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man投影式
两个碳原子上的氢原子彼此相距最近的构象，即两个 甲基相互重叠的构象，称为重叠式(顺叠式)构象。另一种 是两个碳原子上的氢原于彼此相距最远的构象，即一个甲 基上的氢原子处于另一个甲基上两个氢原子正中间的构象， 称为交叉式(反叠式)构象。
透视式
Newman投影式
Newman投影式
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。
为了形象地表示分子的立体形状，常采用立体模型表示。 常用的模型有两种：球棒模型(Kekule模型)和比例模型(Stuart 模型，它与真实分子的原子半径和键长的比例为2×108:1)。
2.3.3 乙烷的构象
由于围绕σ键旋转而产生的分子中原子或基因在空间 的不同排列方式，称为构象(conformation)。构象不同形 成的异构体，称为构象异构体。构象异构体属于立体异构。
命名： × - × × × ××
取短 取
母
代线 代
体
基
基
编
号
3-甲基戊烷
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。
如：(CH3)3C—>(CH3)2CH— >CH3CH2CH2 — >CH3CH2 — >CH3 —(“>”表示“优先于”)
65 4 3
Newman投影式是从C—C σ键的延长线上观察，两个碳原 子在投影式中处于重叠位置，用 表示距离观察者较近 的碳原子及其三个键，用 表示距离观察者较远的碳原 于及其三个键。 每一个碳原子所连接的三个键，在投影式 中互呈120º角。
扭转张力：C-H或C-Cσ键之间电子云的相互排斥作用（排斥力）。
重叠式构象 扭转张力大
2.1 烷烃的通式和构造异构
2.1.1 烷烃的通式
每增加一个碳原子，同时增加二氢原子。因此，分子中 碳原子数如果是n，则氢原子数必为2n+2，即烷烃的通式为 C n H 2n+2 。
具有同一通式，组成上相差CH2及其整倍数的一系列 化合物，称为同系列(homologous series)。同系列中的各
个化合物互为同系物(homologs)。CH2称为系差。
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℃
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。
sp3 1s
σ键
sp3 sp3
σ键
①在分子中可以单独存在
σ键的特性 ②键能较大，可极化性较小
③可以沿键轴自由旋转而不易被破坏
由于sp3杂化轨道保持了键角109.5º，在碳链中C—C—C 的键角也必然保持接近于109.5º，因此，碳链的立体形象， 不是书写构造式时所表示的直线形，而是曲折的。
正丁烷
异丁烷
非键张力：非键合原子或基团之间所产生的排斥力。
全重叠式构象 扭转张力和非 键张力大
部分重叠式
全重叠式
对位交差式
邻位交差式
2.4 烷烃的物理性质
有机化合物的物理性质一般指它们的状态、相对密 度、熔点、沸点、折射率、 溶解度，以及波谱性质等。 通过物理常数的测定，常常可以鉴定有机化合物及其纯 度。
1. 沸点
2 1
2- 甲基 -3- 乙基己烷
当含有几个相同的取代基时，相同基团合并，用二、三、 四……表示其数目，并逐个标明其所在位次，位次号之间 用逗号“，”分开。
*英文命名中取代基按其第一字母先后顺序排列，相同基 团合并，用英文 “di”（二），“tri”（三），“tetra” （四）等表示出现次数。
i-pentane
neopentane
2. 衍生命名法
衍生命名法是以甲烷作为母体命名的，把其它的烷 烃都看作甲烷的烷基衍生物。在命名时一般选择连接烷 基最多的碳原子作为母体甲烷的碳原子，烷基则按由 “小”到“大”排列，例如：
3.系统命名法
系统命名法是一种普遍通用的命名方法。它是采用 国 际 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，结合我国的文字特点而制订的，经我国化学会多 次修订，最近一次是1980年修订通过的。