有機化學-烷烴

第二章烷烴根據(jù)烴分子中碳原子間連接方式可分為：烴開鏈烴飽和烴：烷烴不飽和烴：烯烴炔烴脂環(huán)烴芳香烴環(huán)狀烴（脂肪烴）烷完全飽和烷烴(alkane)飽和烴(saturatedhydrocarbon)基本概念烴：分子中只含碳、氫兩種元素的化合物統(tǒng)稱為碳氫化合物，簡稱為烴。烴是有機化合物最基本的化合物，也是有機化學工業(yè)的基礎原料。飽和烴：分子中碳原子之間都以單鍵相連，碳原子其余的價鍵都被氫原子所飽和的化合物稱為飽和碳氫化合物，簡稱飽和烴或烷烴。一、烷烴的同系列

在烷烴的一系列化合物中，其分子組成中所含的碳原子和氫原子在數(shù)量上存在著一定的關系，即每增加一個C原子，就相應地增加二個H原子?？捎靡粋€式子代表：HCHHHn()烷烴通式：CnH2n+2H–C–HH–C–C–HH–C–C–C–HH–C–C–C–C–HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH甲烷乙烷丙烷丁烷CH4C2H6C3H8C4H101、烷烴的同系列和同分異構體現(xiàn)象1烷烴的同系列和同分異構體現(xiàn)象通式相同，組成上相差“CH2”及其整倍數(shù)的一系列化合物-同系列。

同系列中的各個化合物互為同系物-同系物?！癈H2”稱為系差-系差。

同系物具有相似的化學性質(zhì)，但反應速率往往有較大的差異；其物理性質(zhì)（例如沸點、熔點、相對密度、溶解度等）一般是隨著相對分子質(zhì)量的改變而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。二、同分異構現(xiàn)象1、定義：分子式相同的不同化合物叫做同分異構體（簡稱異構體）。這種現(xiàn)象叫做同分異構現(xiàn)象。從丁烷開始出現(xiàn)同分異構體H–C–C–C–HHHHHHHH–C–C–C–C–HHHHHHHHHH–C–C–C–HHHHHHH-C-HH鏈端被-CH3

取代中間被-CH3

取代HH碳鏈異構、位置異構、官能團異構、差向異構、旋光異構等2、烷烴同分異構體的書寫方法(C6H14為例)③再寫少二個C原子的直鏈，把這二個C作為二個支鏈或當作一個支鏈(乙基)，分別取代氫原子。不重復的只能寫出5個。⑤⑥⑦⑧⑨⑩C-C-C-CC-C-C-C

C-C-C-C

C-C-C-C

C-C-C-C

C-C-C-CCCCCCCCCCCCC①寫出此烷烴的最長直鏈式。

C-C-C-C-C-C

①②

再寫少一個C原子的直鏈，把那個C作為支鏈，依次取代直鏈上各個碳原子的氫。C-C-C-C-CC-C-C-C-C

C-C-C-C-CCCC②③④3、烷烴構造式的書寫方法隨著分子中碳原子數(shù)目的增加，同分異構體的數(shù)目也增加。碳原子數(shù)45710111520異構體數(shù)239751594347366319三、

烷烴的命名

(NomenclatureofAlkanes)1.

伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子伯、仲、叔、季碳原子

伯、仲、叔氫原子2

烷基(1)烷基(Alkylgroups):

從烷烴中去掉一H原子,剩余的結構分別稱為烷基。表2.1一些烷基的名稱與表示n-Bu-t-Bu-基中有支鏈或復基，常須用編號表示支鏈或復基中基的位置，編號從消除單價原子或基團的那個原子開始，為1，其余順序編號。例如：二甲氨（基）甲基2-羥基乙基羧甲基三氯甲基2-甲基丁基2-丙烯基2-環(huán)己烯基-CH2CH2OH-CCl3復基的命名：(2)

亞基結構：一個化合物上消除兩個單價或一個雙價的原子或基團后剩余的部分。①兩個價集中在一個的原子上時，一般不要定位。②兩個價分別在不同的原子上時，一定要求定位，定位數(shù)放在基名之前。(3)次基：三價的烷基叫次基，限于三個價集中在一個原子上的結構。

CH2CHCH3C(CH3)2亞甲基亞乙基亞異丙基CH2CH21,2-亞乙基CH2CH2CH21,3-亞丙基CH次甲基C-CH3次乙基(1)

普通命名法(習慣命名法)碳原子數(shù)用“天干”字——甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和十一、十二……等數(shù)目字表示。用“正”、“異”、“新”等前綴區(qū)別不同的構造異構體。4

烷烴的命名(2)

衍生命名法以甲烷為母體，把其它的烷烴都看作是甲烷的烷基衍生物。選擇連接最多的C原子作為母體甲烷按照次序規(guī)則，將較“優(yōu)先”的基團后列出。二甲基乙基甲烷二甲基乙基異丙基甲烷母體取代基的位次與名稱化合物的名稱碳原子的個數(shù)直鏈烷烴的命名與普通命名法相同。(3)

系統(tǒng)命名法(IUPAC)系統(tǒng)命名是由三部分構成：TheInternationalUnionofPureandAppliedChemistry支鏈烷烴的命名，按以下步驟進行：(a)選擇主鏈，確定母體：

選取最長的碳鏈作為主鏈對于相等長的碳鏈，選取含支鏈最多的碳鏈。根據(jù)主鏈的碳數(shù)，稱“某”烷。庚烷123456712345671234567(b)為主鏈上的碳原子編號從靠支鏈最近一端依次用阿拉伯數(shù)字編號。當編號有幾種可能時，要使支鏈的位次號最低。(I)(II)(c)確定化合物的名稱將取代基的名稱寫在烷烴名稱的前面，在取代基名稱的前面，加上它的位次號，并用半字線“-”將兩者連接。當含有幾個不同的取代基時，按照“次序規(guī)則”，將“優(yōu)先”的基團列在后面，各取代基之間用半字線“-”連接。當含有幾個相同的取代基時，用“一、二、三、四…”表示其個數(shù)，逐個標明其位次號，并用逗號分開。次序規(guī)則的主要內(nèi)容原子序數(shù)大的次序大，原子序數(shù)小的次序小，同位素中質(zhì)量高的次序大。I>Br>Cl>S>P>F>O>N>C>D>H如果原子團的第一個原子相同，則比較與它相連的其它原子（第二個原子）的原子序數(shù)大小，其它依次類推。含有雙鍵或叁鍵的原子團，可以認為連有二個或三個相同的原子。最簡：當兩個或更多的相同取代基出現(xiàn)時，使用前綴di-,tri-,tetra-等：2,2,4-Trimethylpentane(2,2,4-三甲基戊烷)4-Ethyl-3,5-dimethyloctane3,5-二甲基-4-乙基辛烷5-丙基-4-異丙基壬烷1234567893,7-二甲基-4-乙基壬烷CH3-CH—CH-CH2-CH2-C-CH3CH3CH3CH3CH3CH3CHCH2CH2CH2CH2CH—CHCH2CH3CH3

CH3CH3CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CH3CH2CH3從左到右：2，3，6，6從右到左：2，2，5，6123456776543211234567123456789102,7,8-三甲基癸烷（不叫3,4,9-三甲基癸烷）3-甲基-5-乙基庚烷CH3-CH2-CH—CH-CH2-CH3CH3

CH—CH3CH3—CHCH3CH3CH2CH2-CH—CH-CH-CH3CH3CHCH3CH3CH3CH243215673214562,5-二甲基-3,4-二乙基己烷2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷不是2,3-二甲基-4-仲丁基庚烷(4)

支鏈的命名109876543212-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷IUPACNomenclatureofalkanes:直鏈烷烴(Unbranched

alkanes)MethaneEthanePropaneButanePentaneHexaneHeptaneOctaneNonaneDecane12345678910UndecaneDodecaneTridecaneTetradecane11121314sp3雜化軌道(Hybridorbitals)

:基態(tài)2p2s1s電子躍遷激發(fā)態(tài)2p2s1ssp3-雜化態(tài)雜化1ssp3圖2.1sp3

雜化軌道形成過程示意圖四、烷烴的結構1.

s鍵的形成及其特性碳原子在基態(tài)時的電子構型：C:1s22s22px12py12pz0在甲烷分子中，C原子是sp3雜化。S軌道成分：1/4；p軌道成分：3/4。圖2.2sp3雜化軌道圖2.3sp3雜化的碳原子幾何構型：四面體由兩個和兩個以上碳原子組成的烷烴，除了具有C－Hs鍵外，還有C－Cs鍵。s鍵的特性：s鍵呈圓柱型對稱，鍵能較大，可極化性小，可沿鍵軸自由旋轉。由于s鍵是沿成鍵軌道方向交蓋而成，在碳鏈中，C－C－C的鍵角保持了接近109.5°。對于直鏈烷烴，其三維形狀是曲折型，而不是直線型。乙烷的結構：(2)分子立體結構的表示方法楔形透視式實線：在紙平面上的鍵虛線：伸向紙平面后方的鍵楔形線：伸向紙平面前方的鍵鋸架透視式所有鍵均用實線表示紐曼投影式把分子的凱庫勒模型放在紙面上，沿C-C鍵的軸線投影，以表示前面的碳原子及其鍵，以表示后面的碳原子及其鍵。HHHHHHHHHHHH1、乙烷的構象

五、烷烴的構象構象(Conformation)：一定構型的分子通過單鍵旋轉，形成各原子或原子團的空間排布。交叉式重疊式凱庫勒模型鋸架透視式紐曼式凱庫勒模型HHHHHHHHHHHH兩面角(扭轉角)f單鍵旋轉時，相鄰碳上的其他鍵會交叉成一定的角度fff為0°時的構象為重疊式構象f為60°時的構象為交叉式構象f為0～60°時的構象為扭曲式構象289227249306非鍵合的兩原子接近到相當于范氏半徑之和時，二者間以弱的引力相互作用，體系能量較低；如果接近到這一距離以內(nèi)，斥力就會急劇增大，體系能量升高。H120(pm)重疊式的能量大于交叉式能量。12.5kJ/mol位能0°60°120°旋轉度數(shù)乙烷分子的位能曲線圖乙烷的構象的穩(wěn)定性：交叉式>重疊式交叉式轉變?yōu)橹丿B式，需吸收12.5kJ/mol的能量。室溫時分子的熱運動可產(chǎn)生83.6kJ/mol的能量，在常溫下各種構象之間迅速互變。2、正丁烷的構象60°120°240°180°300°300°360°ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦE1:14.6kJ/molE2:3.3-3.7kJ/molE3:18.4-25.5kJ/mol位能旋轉度數(shù)0°60°120°180°240°300°360°ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦE1E2E3穩(wěn)定性順序為：對位交叉>鄰位交叉>部分重疊>全重疊分子總是傾向于以穩(wěn)定的構象形式存在。在達到平衡狀態(tài)時，各種構象在整個構象中所占的比例稱為構象分布。15%15%70%構象分布當正烷烴碳原子數(shù)增加時，盡管構象也隨之更復雜，但仍然主要以對位交叉式構象狀態(tài)存在。所以直鏈烷烴絕大多數(shù)是鋸齒形的。如正戊烷主要以第1種構象形式存在，第3種為全重疊構象，最不穩(wěn)定。[討論題]1）將右式化合物改寫成立體構造式、紐曼式，并用紐曼式表示其優(yōu)勢構象。2）下列哪一對化合物是等同的？（假定C-C單鍵可以自由旋轉）六、烷烴的物理性質(zhì)1.物質(zhì)狀態(tài)：

常溫常壓下：1—4個C原子的烷烴為氣體；

5—16個C的烷烴為液體；

17以上C原子的烷烴為固體。2.

沸點(b.p.)

：

②支鏈烷烴：相同C原子的烷烴，支鏈愈多沸點愈低。(叉鏈多，分子不易接近)原子核和電子在不斷運動時，產(chǎn)生一瞬間的相對位移，使正負電荷重心暫時不重合產(chǎn)生瞬時偶極。范德華力靜電力誘導力色散力對極性分子才能產(chǎn)生。①直鏈烷烴，碳數(shù)則沸點。沸點的高低與分子間作用力有關，作用力，則沸點。3.

熔點(m.p.)

：