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第二章第二章烷烃(Alkanes)1.2.1 烷烃的通式、同系列与构造异构的通式、同系列与构造异构n较为简单烷烃除除甲甲烷外外，还有有乙乙烷、丙丙烷、丁丁烷、戊戊烷等等，它它们的分子式和构造式依次的分子式和构造式依次为：2.3.烷烃的通式、同系列与构造异构的通式、同系列与构造异构n在有机化学中，把在有机化学中，把这种在种在组成上相差一个或多个成上相差一个或多个CH2的一系列化的一系列化合物称合物称为同系列同系列，同系列中的化合物互，同系列中的化合物互为同系物同系物，CH2则称称为系系差差。n一个化合物的分子式是表示一个化合物的分子式是表示这个化合物的个化合物的组成；而构造式是表示成；而构造式是表示分子中各原子的分子中各原子的连接接顺序序或或结合方式合方式。n甲甲烷、乙、乙烷、丙、丙烷都只有一种都只有一种结合方式，当碳原子数合方式，当碳原子数n4n4时，碳，碳原子之原子之间的的结合方式就不只一种了。如：丁合方式就不只一种了。如：丁烷有有2 2种，戊种，戊烷有有3 3种。种。n这些不同和些不同和结合方式之合方式之间，它，它们的性的性质（物性和化性）也不相同，（物性和化性）也不相同，也就是也就是说它它们不是一种化合物，一种不是一种化合物，一种结合方式就是一个化合物。合方式就是一个化合物。4.烷烃的通式、同系列与构造异构的通式、同系列与构造异构定定义：在有机化学中：在有机化学中,把分子式相同把分子式相同,分子中原子的分子中原子的连接接顺序或序或结合方式不同合方式不同而而产生的一系列化合物叫生的一系列化合物叫构造异构体构造异构体。从上我从上我们还可以看出，化合物的构造式可以看出，化合物的构造式书写起来非常麻写起来非常麻烦，尤其，尤其是是对含碳原子数含碳原子数较多的化合物，所以，通常多的化合物，所以，通常为了了书写方便，一写方便，一般用构造般用构造简式表示（式表示（见上）。我在上）。我在这里要里要强调，我我们以后做作以后做作业要写的构造式，要求都要用要写的构造式，要求都要用构造构造简式式表示。表示。5.如何能写出所有异构体的数目n给定分子式，如何能写出所有异构体的数目。方法是：“抽出骨架，重新排列，舍去重复，再添枝叶”。例1写出烷烃C6H14的所有同分异构体。（1）抽出骨架：CCCCCC（2）重新排列，舍去重复：主链为5个碳的有：主链为4个碳的有：6.C6H14的同分异构体n（3）再添枝叶：7.2.2 烷烃的命名Nomenclature of Alkane1.碳、氢原子的分类8.2.烷基的命名基：就是基：就是烃分子中去掉一个或几个分子中去掉一个或几个氢原子剩下的部分。例如：原子剩下的部分。例如：通常所通常所说的的烷基是指基是指烷烃分子中去掉一个分子中去掉一个氢原子所剩下的部分。原子所剩下的部分。9.2.烷基的命名(续)一般一般烷基用基用习惯命名法，下面是一些常命名法，下面是一些常见烷基的命名：基的命名：10.烷基的命名(续)11.3.烷烃的命名(1)习惯命名法：是早期人命名法：是早期人们对简单化合物的命名法。它有以下化合物的命名法。它有以下规则：(A)对直直链烷烃，叫正某，叫正某烷。十个碳以内用十天干表示碳原子数。十个碳以内用十天干表示碳原子数目，十个以上用目，十个以上用汉字数目表示。如：正丁字数目表示。如：正丁烷、正十二、正十二烷(B)支支链烷烃的异构体用的异构体用正、异、新正、异、新加以区加以区别。正表示直。正表示直链，异，异代表具有代表具有(CH3)2CH结构的构的烷烃，新代表具有，新代表具有(CH3)3CCH2 结构的构的烷烃。如：。如：12.(2)衍生物命名法将所有的将所有的烷烃都看作是都看作是甲甲烷分子中分子中氢原子被其它原子原子被其它原子团取代后取代后的的衍生物衍生物。如前面的两个异构体。如前面的两个异构体衍生物命名法的衍生物命名法的规则：选择连接接烷基最多的碳原子做甲基最多的碳原子做甲烷母体母体，其余看作取代基，命名其余看作取代基，命名时按按先先简单后复后复杂的的顺序排列取代基序排列取代基。13.(3)系统命名法(CCS命名法)直直链烷烃与与习惯命名法基本相同，但不加命名法基本相同，但不加“正正”字。字。对支支链烷烃的命名的命名应遵循以下遵循以下规则：(A)选主主链：选取取结构式中最构式中最长的碳的碳链作主作主链，称，称为某某烷。如果。如果有几条相同的最有几条相同的最长碳碳链，应选择取代基最多的作主取代基最多的作主链，把其，把其它的看作取代基。它的看作取代基。(B)编号：号：应遵循遵循最低序列最低序列规则和和取代基代数和最小原取代基代数和最小原则。最低。最低序列序列规则就是从最接近取代基一端开始就是从最接近取代基一端开始编号。号。(C)处理取代基：将取代基按理取代基：将取代基按先先简单，后复，后复杂，同，同类合并合并的原的原则放在母体之前，取代基的位次由所放在母体之前，取代基的位次由所连主主链碳的碳的编号表示，写号表示，写在取代基之前。在取代基之前。14.系统命名法举例15.系统命名法注意事项A，取代基位次用阿拉伯数字表示，个数用取代基位次用阿拉伯数字表示，个数用汉字表示。字表示。B，编号之号之间用逗号隔开，位次与取代基、取代基与取代基之用逗号隔开，位次与取代基、取代基与取代基之间用短用短线隔开；但取代基与母体之隔开；但取代基与母体之间不用隔开。不用隔开。C，三套命名法不能混合使用。但取代基的三套命名法不能混合使用。但取代基的习惯命名法允命名法允许在系在系统命名法中使用。命名法中使用。D，注意注意汉字字“己已己已”、“戊戍戊戍”的区的区别。16.2.3烷烃的结构1.烷烃的的结构特点构特点现代代实验测定：甲定：甲烷为正四面体正四面体结构，构，C原子居于中心，四个原子居于中心，四个氢位于四面体的四个位于四面体的四个顶角。角。键长都是都是0.11nm，键角都角都为109.5度，度，键距都距都为0.3D，但整个分子无偶极距。但整个分子无偶极距。17.杂化轨道理论杂化化轨道理道理论认为：碳原子在基碳原子在基态时，外，外层价价电子只有两个子只有两个单电子，根据子，根据电子配子配对理理论，只能形成两个化学只能形成两个化学键。假假设一、一、为了能了能够更多地成更多地成键，C原子先吸收能量，原子先吸收能量，发生生跃迁，形迁，形成激成激发态。假假设二、二、为了能有效地成了能有效地成键，形成，形成稳定的定的结构，四个原子构，四个原子轨道要道要进行行SP3杂化。化。18.杂化轨道理论什什么么叫叫杂化化，所所谓杂化化，就就是是四四个个轨道道放放到到一一起起，进行行充充分分混混合合，再再平平均均分分配配，不不但但进行行能能量量均均分分，而而且且轨道道成成份份也也平平均均分分配配，形形成四个能量和成四个能量和轨道成份都相同的新道成份都相同的新轨道道即即SP3杂化化轨道。道。n大大家家知知道道，S轨道道是是球球形形对称称的的，P轨道道呈呈哑铃形形，而而SP3杂化化轨道的形状道的形状为：19.SP3杂化轨道n每个每个SP3杂化化轨道都含道都含1/4 S成分，成分，3/4 P成分。成分。n四个四个SP3杂化化轨道相互排斥，形成最道相互排斥，形成最稳定的排布，即是正四面体定的排布，即是正四面体结构，构，轨道道对称称轴指向四面体的四个指向四面体的四个顶角，角，轨道道夹角角为109.5。20.甲烷的结构n在形成甲在形成甲烷时，4个个H原子的原子的1S轨道分道分别沿着沿着4个个杂化化轨道的道的对称称轴方向接近方向接近C原子，使原子，使H的的1S轨道与道与SP3杂化化轨道的大道的大头发生生最大程度的重叠，形成最大程度的重叠，形成4个相同的个相同的CH键，通常把通常把这种沿着种沿着轨道道对称称轴方向重叠形成的化学方向重叠形成的化学键叫做叫做键。甲甲烷的的电子云子云结构如构如图：21.键的特点在在甲甲烷分分子子中中，CH之之间靠靠4个个CH键结合合在在一一起起，那那么么，甲甲烷的的性性质就就由由这种种键的的特特性性来来决决定定。下下面面我我们来来看看一一看看键有有什什么特点。么特点。n键的特点：的特点：n（1）键有有方方向向性性，两两个个成成键原原子子必必须沿沿着着对称称轴方方向向接接近近，才才能达到最大重叠。能达到最大重叠。n（2）成成键电子子云云沿沿键轴对称称分分布布，两两端端的的原原子子可可以以沿沿轴自自由由旋旋转而不改而不改变电子云的分布。子云的分布。n（3）键是是头碰碰头的重叠，与其它的重叠，与其它键相比，重叠程度大，相比，重叠程度大，键能大，能大，因此，化学性因此，化学性质稳定。定。22.乙烷的结构n知道了甲知道了甲烷的的结构特点，其它构特点，其它烷烃的的结构特点与甲构特点与甲烷相似，就好相似，就好理解了。如在乙理解了。如在乙烷中，中，C仍是仍是SP3杂化，呈四面体构型，成化，呈四面体构型，成键后，后，除了有除了有6个个CH键外，又多了一个外，又多了一个CC键。它。它虽然也是然也是键，具有具有键的特点，但其的特点，但其键参数与参数与CH键有所不同。有所不同。n 23.其它烷烃的结构n其其它它烷烃的的结构构也也可可用用SP3杂化化和和四四面面体体模模型型来来描描述述。因因此此，对于于长碳碳链的的烷烃来来说，其其CCC的的夹角角也也应是是109.5或或接接近近109.5，而而不不是是180。也也就就是是说，直直链烷烃其其实际结构构不不是是直直的的，而而应是是曲曲折折的的。又又因因为CC单键可可以以绕键轴自自由由旋旋转，所所以以，对于于多多碳碳原原子子的的烷烃，其其碳碳链可可以以有有多多种种形形式式的的排排布布。如如正正己己烷。24.2、烷烃的构象n我我们把把这种种仅仅是由于是由于围绕单键旋旋转而引起的分子内原子在空而引起的分子内原子在空间的不同排布方式就称的不同排布方式就称为构象构象（conformation）。）。n（1 1）乙）乙烷的构象在乙的构象在乙烷构象中，由于旋构象中，由于旋转角度不同，可角度不同，可产生无数个，但其中比生无数个，但其中比较典型的有两个要求大家掌握。一个是典型的有两个要求大家掌握。一个是交交叉式构象叉式构象，即六个，即六个氢原子正好原子正好处于交叉式状于交叉式状态。另一个是。另一个是重叠重叠式式，即两个甲基中的六个，即两个甲基中的六个氢两两两两处于重叠式的位置。于重叠式的位置。25.纽曼投影式的表示方法n在在书写写纽曼曼投投影影式式时规定定：从从CC单键的的延延长线上上观察察整整个个分分子子，表表示示两两个个碳碳原原子子的的投投影影，靠靠近近我我们的的碳碳原原子子上上所所连的的H原原子子用用表表示示，远离离我我们的的H原原子子用用表表示示，同同碳碳上上的的三三个个H原原子子在在投投影影式式中中互互为120角角。这样固固定定任任一一个个甲甲基基，旋旋转另另一一个个甲甲基基，就就可可得得到到一一系系列列的的纽曼曼投投影影式式。对于于交交叉叉式式来来说，旋旋转60变成重叠式，再旋成重叠式，再旋转60又又变回交叉式。回交叉式。26.最稳定构象和最不稳定构象n从从纽曼投影式可以看出，在交叉式中，前后碳原子上的曼投影式可以看出，在交叉式中，前后碳原子上的H原子相原子相距最距最远（演示），斥力最小，是能量最低的一种构象，称作（演示），斥力最小，是能量最低的一种构象，称作优势构象构象。而在重叠式中，前后碳上的。而在重叠式中，前后碳上的H原子之原子之间相距最近，斥力最相距最近，斥力最大，因而是能量最高的一种构象，称作大，因而是能量最高的一种构象，称作最不最不稳定构象定构象，其它构象，其它构象的能量都的能量都处于二者之于二者之间。27.（2）丁烷的构象n用用纽曼曼投投影影式式表表示示时，把把丁丁烷看看作作是是乙乙烷分分子子中中两两个个碳碳原原子子上上各各有有一一个个H被被甲甲基基取取代代而而得得。这样，当当沿沿着着C2C3键轴旋旋转时，就就会会形形成成一一系系列列的的丁丁烷构构象象，但但我我们要要求求掌掌握握4种种典典型型的的构构象象。它它们的构象及能量曲的构象及能量曲线如下：如下：28.丁烷的构象（续）29.2.4烷烃的物理性质n物理性质是化合物微观结构的宏观表现。一般是鉴别化合物的初步手段。物理性质一般指化合物的熔点、沸点、比重、折光率、溶解度、粘度，还有光谱性质等。n1沸点（boiling point,缩写：b.p.）n沸点是化合物蒸汽压等于一个大气压时，开始沸腾的温度。而化合物的沸点与分子间的作用力成正比。作用力越小，蒸汽压越高、沸点就越低。对于烷烃来说，是非极性分子，只靠分子间的范德华引力相互作用，分子间作用力较小，所以烷烃相比其它化合物沸点较低。由于分子量越大，分子间范氏作用力亦越大，所以，烷烃的沸点随分子量的增加而增加（见图211）。n但对分子量相同的异构体来说，支链越多，分子相互靠近程度越差，作用力就越小，沸点就越低（见表23）。30.2.熔点（melting point，缩写：m.p.）n化合物的熔点与固体时分子间的作用力成正比，分子间作用力越大，熔点就越高，因此，熔点总的趋势与沸点相似，分子量越大，作用力越大，熔点就越高。n但熔点不仅与分子间作用力有关，而且与分子在晶格中排列的紧密程度有关，而紧密程度双与分子的对称性有关。对于烷烃来说，偶数碳原子的烷烃对称性要比奇数碳原子烷烃好，因此，偶数碳原子的烷烃紧密度就高些，它的熔点就比相邻奇数面碳原子的烷烃高些。所以在熔点曲线上，形成两条，偶数在上，奇数在下。n对于带支链的异构体，也是对称性越好，熔点越高。31.熔点（续）n例如：n值得注意的是，对于小分子的烷烃，其熔点大小的顺序是：丁烷甲烷乙烷丙烷，这也是丙烷对称性最差造成的。32.3.相对密度（density）n相对密度常用符号表示，意思是20化合物的重量与4水的重量之比。对于烷烃，同样是随分子量增加，比重增加，最后接近0.8，但总的来说烷烃比重是小于1的。33.4.溶解度(solubility)n烷烃是非极性分子，根据相似相容原理，烷烃几乎不溶于水，但易溶于非极性溶剂或弱极性溶剂。其本身也是良好的有机溶剂。好煤油、汽油、液体石蜡、石油醚等，都是常用的溶剂。34.