第二章烷烃(1)

第二章 烷 烃教学要点：掌握烷烃的命名、结构、性质；了解同分异构的概念和自由基取代反应的历程。

教学时数： 7 学时 教学方法：教师讲授、 教学手段：多媒体、自制模型烃：由碳和氢两种元素形成的有机物叫烃。

也叫碳氢化合物。

开链烃 例如：饱和烃环烃 例如：烃开链不饱和烃 例如：不饱和烃 环状不饱和烃 例如：C H 2C H 2C H 2C H 2C H 2CH 2CH 3C H 2C H 2C H 3CH 3C H 2C H C H 2CH 3C H 3C HC HC H 3CH 3CH 1C2C H 33C H 21C H2C H3CH 4C H5C H 2C H C HC H 2C H 21C H 22CH 23C H 3芳香烃 例如：烷烃：分子中碳原子之间都以单键相连，碳原子其余的价键都被氢原子所饱和的开链饱和烃叫烷烃。

特征：C 与C 以单键相连，其余原子均为氢。

通式为：C n H 2n+2最简单的烷烃为甲烷。

以下几个化合物均为烷烃。

烷烃的通式：从上面的几个化合物来看，从甲烷开始，每增一个C 分子要增加2个C ，故可用C n H 2n+2表示烷烃的组成。

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 ）烷烃的通式为：CnH 2n+2 ,n 表示碳原子数目。

最简单的烷烃是甲烷，其次是乙烷、丙烷……凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，物理性质则随着碳原子数目的增加而有规律地变化的化合物系列，称为同系列。

同系列中的化合物互称为同系物。

（Homologs ）相邻的同系物在组成上相差CH 2，这个CH 2称为系列差。

二．烷烃的同分异构现象烷烃同系列中，甲烷、乙烷、丙烷只有一种结合方式，没有异构现象，从丁烷起就有同分异构现象。

分子中碳原子的排列方式不同我们把分子式相同，而构造不同的异构体称为构造异构体。

实质上是由于碳干构造的不同而产生的所以往往又称为碳干异构体。

（Skeletal isomer ） 在烷烃分子中随着碳原子数的增加，异构体的数目增加得很快。

对于低级烷烃的同分异构体的数目和构造式，可利用碳干不同推导出来。

以已烷为例其基本步骤如下； 1．写出这个烷烃的最长直链式：（省略了氢）C H1C H 2C H 3C H4CH 5CH 612345678910C HHH HC C H HHH HHC C C H HHH HHH HC C C C H H HH HH HHHH2．写出少一个碳原子的直链式作为主链把剩下的碳当作支链。

依次当取代基连在各碳原子上，就能写出可能的同分异构体的构造式。

3．写出少二个碳原子的直链式作为主链。

把两个碳原子当作支链（2个甲基），接在各碳原子上，或把两个碳原子当作（乙基），接在各碳上。

4．把重复者去掉。

这样己烷的同分异构体只有5个。

书写构造式时，常用简化的式子为：CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3或CH 3（CH 2）4CH 3。

三．伯、仲、叔和季碳原子。

只与另外一个碳原子相连，其他三个键与氢结合的碳原子称为一级碳原子，也称伯碳原子。

用1O 表示。

只与另外二个碳原子相连，其他二个键与氢结合的碳原子称为二级碳原子，也称仲碳原子。

用2O 表示。

与另外三个碳原子相连，剩余一个键与氢结合的碳原子称为三级碳原子，也称叔碳原子。

用3O 表示。

与另外四个碳原子相连，不与氢结合的碳原子称为四级碳原子，也称季碳原子。

用4O表示。

例如：其中：C 1、C 5、C 6、C 7、C 8均为伯碳原子； C 4为仲碳原子； C 2为伯叔原子；CH 31C 2C H3C H 24C H 35C H 36C H 37C H 38C 3为伯季原子；在伯、仲、叔碳上的氢分别叫伯、仲、叔氢。

第二节 烷烃的命名法1．普通命名法。

通常把烷烃泛称为“某烷”，“某”是指烷烃中碳原子的数目。

由一到十用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。

碳原子数目大于10的则以“十一、十二、十三……”来表示。

如：C 11H 24，叫十一烷。

为区别同分异构体，常用一些词头来表示。

⑴ 正表示直链；⑵ 异表示有（CH 3）2CH — 结构； ⑶ 新表示有（CH 3）3C —结构例如：乙烷 丁烷 正戊烷 异丁烷 异戊烷 新戊烷 衡量汽油品质的基准物质异辛烷则属例外，因为它的名称沿用日久，已成习惯了。

二．烷基。

烷烃分子从形式上消除一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。

形式上消除失去两个氢的烷基叫亚基，CH 3C H 3C H 3C H 2C H 2C H 3C H 3C H 2C H 2C H 2C H 3C H 3C H C H 3C H 3C H 3C H C H 2C H 3C H 3C H 3C C H 3C H 3C H 3三．系统命名法。

1892年在日内瓦开了国际化学会议，制定了系统的有机化合物的命名法，叫做日内瓦命名法。

其基本精神是体现化合物的系列和结构的特点。

后来由国际纯粹和应用化学联合会（International Union of Pure and Applied Cherristry 简写IUPAC）作了几次修订，简称为IUPAC命名法。

我国参考这个命名法的原则结合汉字的特点制定了我国的系统命名法（1960）。

1980年进行增补和修订，公布了《有机化学命名原则》。

在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名法是基本相同的，仅不写上“正”字。

如；CH3CH2CH2CH2CH3普通命名法叫正戊烷，系统命名法叫戊烷。

对于支链烷烃，把它看作是直链烷烃的烷基取代衍生物。

支链烷烃的命名法的步骤：1.选取主链（母体）。

选一个含碳原子数最多的碳链作为主链。

（写出相当于这个主链的直链烷烃的名称）含多取代基时，编号采用“最低次序”原则。

所谓“最低序列”指的是碳链以不同方向编号，得到两种或两种以上的不同编号序列，则顺次比较各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者为“最低系列”。

2.主链碳原子的位次编号。

确定主链位次的原则是要使取代基的位次最小。

从距离支链最近的一端开始编号。

位次和取代基名称之间要用“一”连起来，写出母体的名称。

3．⑴、如果有几个不同的取代基时，把小的取代基名称写在前面，大的写在后面；⑵、如果含有几个相同的取代基时，把它们合并起来，取代基的数目用二、三、四……等表示，写在取代基的前面，其位次必须逐个注明，位次的数字之间要用“，”隔开。

(1)(2)烷基大小的次序：甲基 < 乙基 < 丙基 < 丁基 < 戊基 < 己基.4．当具有相同长度的链可作为主链时，则应选择具有支链数目最多的链作为主链。

5．如果支链上还有取代基时，从与主链相连的碳原子开始，把支链的碳原子依次编号，支链上取代基的位置就由这个编号所得的号数来表示。

这个取代了的支链的名称可放在抬号中，或用带撇的数字来表明支链中的碳原子。

(1).用括号表示：2—甲基—5、5一、二（1、1—二甲基丙基）葵烷（2）用带撇的数字表示：2—甲基—5、5一、二—1‘、1’—二甲基丙烷葵烷。

说明：1969年IUPAC 命名法放弃了按取代基大小的次序，而按照取代基英文名称的第一个字母的次序来命名。

第三节 烷烃的构型1．烷烃的构型构型是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。

以甲烷为例（引入立体模型，出示模型）甲烷的分子模型 球棍模型 斯陶特模型 透视模型甲烷的四个C —H 键完全相同，键角为109.5°，键长为109.1pm 。

甲烷中的碳为sp 3杂化，四个杂化轨道完全一样，分别与氢形成σ键，故呈四面体。

这种σ键，电子云重叠是沿键轴方向，键的旋转不影响电子云的重叠，故可以自由旋转。

在烷烃中，C 均以sp 3杂化轨道成键，价键分呈四面体形，且又由于σ键可以自由旋转，所以烷烃的结构不象我们所写的那样一层不变，而是运动的，一般以锯齿形存在。

并且在平衡位置不断振动。

例如丁烷的分子。

2．烷烃分子的形成C1H2H3H4H109.5°CH 31C H 22C H 23C H 34CH 31C H 22C H 23CH 34CH 3CH 2CHCH 2CHCH 2CH 2CH 2CH 3CH 2CH 3CHCH 2CH 3CH 2CH 36712345891233-乙基-5-(1-乙基丙基)壬烷3-ethyl-5-(1-ethylpropyl)nonane由于C 的四个sp3轨道的几何构型为正四面体，轨道对称夹角为109028`，这就决定的烷烃分子中碳原子的排列不是直线形的。

甲烷的正四面体构型可用契性透视式表示：实线表示处在纸平面上的价键，虚契性线表示处在纸面的价键，实契性线表示处在纸面前的价键。

第四节 烷烃的构象一．构象由于单键可以自由旋转。

使分子中原子或基团在空间产生不同的排列，这种特点的排列形式称为构象。

二。

几种构象的表示形式锯架式纽曼投影式 表示前碳 表示后碳乙烷的构象：乙烷有两种典型的构象H 2H 2H H H H 2HHH HHH A EclipsedB Staggered重叠式交叉式其中重叠型分子中，由于C上H与H之间的距离比较近，斥力大，因此能量高，分子不稳定。

交叉型分子中，由于C上H与H之间的距离比较远，斥力小，能量较低，分子比较稳定，为乙烷的优势构象。

二者的能量相差约为12.5KJ·mol-1，低温下以交叉式存在为主，温度升高重叠式含量增加。

在室温下分子之间的碰撞能量约为84 KJ·mol-1，足以使分子自由旋转，因此不可把各种构象严格区分开来。

扭转能：构象之间转化所需的能量。

当外界能量大于扭转能时，则构象相互转化。

乙烷分子构象转化能量示意图如下：三．正丁烷的构象其中对位交叉式为优势构象，从图中可以看出各构象的能量相对大小。

从丁烷的构象可以解释为什么丁烷的分子呈锯齿形。

稳定程度为：对位交叉式 > 邻位交叉式 > 部分重叠式 > 全重叠式 在室温下，对位交叉式占70%，邻位交叉式占30%，其他两种极少。

第五节 烷烃的物理性质有机化合物的物理性质通常包括化合物的状态、熔点、沸点、比重、折光率、溶解度、旋光度，这些物理常数是用物理方法测定出来的，可以从化学和物理手册中查出来。

1. 物质状态：在室温和一个大气压下，C1-C4是气体，C5-C16是液体，C17以上是固体。

2. 沸点：正烷烃的沸点是随着分子量的增加而有规律升高。

液体沸点的高低决定了分子间引力的大小，分子间引力愈大，使之沸腾就必须提供更多的能量，所以沸点就愈高。

而分子间引力的大小取决了分子结构。

分子间的引力称为范德华引力（静电引力，诱导力和色散力）。

正烷烃的偶极距都等于零。

是非极性分子。

引力是由于色散力所产生的，分子量越大，即碳原子数越多，电子数也越多。