1、第二章第二章 烷烷 烴烴教材教材: :徐壽昌徐壽昌 主編主編 高等教育出版社高等教育出版社有機化學有機化學 Organic Chemistry劉媛媛劉媛媛化工與制藥工程系化工與制藥工程系(1) 開鏈烴開鏈烴（鏈烴），又叫脂肪烴。（鏈烴），又叫脂肪烴。 可分為：烷烴可分為：烷烴 、烯烴、烯烴 、二烯烴、二烯烴 、炔烴等、炔烴等(2) 閉鏈烴閉鏈烴（環(huán)烴）（環(huán)烴） 又分為：脂環(huán)烴和芳香烴兩類。又分為：脂環(huán)烴和芳香烴兩類。第二章第二章 烷烴烷烴 (Alkane )(一一) 烴的定義烴的定義(二二) 烴的分類烴的分類 分子中只含有分子中只含有C、H兩種元素的有機化合物叫兩種元素的有機化合物叫 碳氫化合

2、物，簡稱烴碳氫化合物，簡稱烴。 又叫又叫飽和烴飽和烴，由于石蠟是烷烴的混合物，由于石蠟是烷烴的混合物，故烷烴也稱，故烷烴也稱石蠟烴石蠟烴。如：如：甲烷，乙烷，丙烷，丁烷（正丁烷，異丁烷），甲烷，乙烷，丙烷，丁烷（正丁烷，異丁烷），戊烷戊烷 （正戊烷，異戊烷，新戊烷）等（正戊烷，異戊烷，新戊烷）等2.1 烷烴的通式，同系列和構造異構烷烴的通式，同系列和構造異構(1) 烷烴烷烴名稱名稱 分子式分子式 構造式構造式 構造式的簡寫式構造式的簡寫式CH4CH3CH3甲烷甲烷 CH4乙烷乙烷 C2H6名稱名稱 分子式分子式 構造式構造式 構造式的簡寫式構造式的簡寫式丙烷丙烷 C3H8丁烷丁烷 C4H10戊

3、烷戊烷 C5H12CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3NameCondensed StructureMethane（甲烷）甲烷）CH4Ethane（乙烷）乙烷）CH3CH3Propane（丙烷）丙烷）CH3CH2CH3Butane（丁烷）丁烷）CH3(CH2)2CH3PentaneCH3(CH2)3CH3HexaneCH3(CH2)4CH3HeptaneCH3(CH2)5CH3OctaneCH3(CH2)6CH3NonaneCH3(CH2)7CH3DecaneCH3(CH2)8CH3UndecaneCH3(CH2)9CH3DodecaneCH3(CH2)10CH3

4、甲基甲基: -Methyl 直鏈烷烴分子中，一個或幾個直鏈烷烴分子中，一個或幾個 -CH2-基團（亞甲基）連基團（亞甲基）連成碳鏈，碳鏈的兩端再連有兩個氫原子，因此直鏈烷烴的成碳鏈，碳鏈的兩端再連有兩個氫原子，因此直鏈烷烴的通式可寫為：通式可寫為：H-(-CH2-)n-H 或：或：CnH2n+2 (2) 烷烴的通式烷烴的通式 乙烷乙烷可看成甲烷的一個氫原子被甲基可看成甲烷的一個氫原子被甲基-CH3取代；取代； 丙烷丙烷可看成乙烷上的一個可看成乙烷上的一個H被甲基被甲基-CH3取代取代; 丁烷丁烷可看成丙烷的一個可看成丙烷的一個H被甲基被甲基 -CH3 取代：取代：分子式相同，但構造不同（分子中

5、各原子相連的方分子式相同，但構造不同（分子中各原子相連的方式和次序不同），又叫構造異構體。式和次序不同），又叫構造異構體。兩種不同的化合物兩種不同的化合物，物理性質有一定的差異。物理性質有一定的差異。 直鏈烴的沸點比帶有支鏈的構造異構體的高。直鏈烴的沸點比帶有支鏈的構造異構體的高。如：正丁烷的沸點：如：正丁烷的沸點：- 0.5，熔點：，熔點：- 138.3， 異異丁烷的沸點：丁烷的沸點：- 11.7，熔點：，熔點：- 159.4，同分異構體同分異構體隨著碳原子數(shù)增加，烷烴的構造異構體數(shù)目也越多。隨著碳原子數(shù)增加，烷烴的構造異構體數(shù)目也越多。庚烷庚烷C7H16有有9個構造異構體，辛烷個構造異構體

6、，辛烷C8H18有有18個。個。 烷烴的通式烷烴的通式 CnH2n+2, 直鏈烴直鏈烴的通式可寫為的通式可寫為: H-(-CH2-)n-H同系物同系物在組成上相差一個或多個在組成上相差一個或多個 CH2，且結構，且結構和性質相似的一系列化合物稱為同系列。同系列中的和性質相似的一系列化合物稱為同系列。同系列中的各化合物互稱同系物。各化合物互稱同系物。 （表表2-1中的化合物都是烷烴同系列中的同系物中的化合物都是烷烴同系列中的同系物）系差系差同系列中，相鄰的兩個分子式的差值同系列中，相鄰的兩個分子式的差值 CH2 稱為系差。稱為系差。(3) 同系物同系物 伯碳原子伯碳原子（第一碳原子），用（第一碳

7、原子），用“1”表示表示； 仲碳原子仲碳原子（第二碳原子），用（第二碳原子），用“2”表示表示； 叔碳原子叔碳原子（第三碳原子），用（第三碳原子），用“3”表示表示； 季碳原子季碳原子（第四碳原子），用（第四碳原子），用“4”表示表示。(4) 烷烴中碳原子的分類烷烴中碳原子的分類與伯、仲、叔碳原子相連的與伯、仲、叔碳原子相連的H原子，分別稱為伯、仲、叔原子，分別稱為伯、仲、叔H原子原子如：如：烷烴去掉一個氫原子后的原子團。烷烴去掉一個氫原子后的原子團。常用常用R-，或或(CnH2n+1- -)表示表示，烷烴可用通式，烷烴可用通式RH表示表示。 ：去掉一個直鏈烷烴末端氫原子所得的原：去掉一個直鏈

8、烷烴末端氫原子所得的原 子團，命名時子團，命名時“正正”字常用字常用n-代表。代表。正丙基正丙基CH3CH2CH2-: n-丙基丙基 ：去掉一個仲氫原子所得的烷基。：去掉一個仲氫原子所得的烷基。 ：用：用“sec-”表示。表示。 sec-丁基丁基(5) 烷基烷基正烷基正烷基仲仲烷基烷基仲仲丁基丁基 ：CH3CH(CH2) n- - (n 0) 的烷基叫異烷基的烷基叫異烷基 CH3 用用“iso-”表示表示 iso-異戊基異戊基 CH3CHCH2CH2- - CH3 ：去掉一個叔氫原子所得的烷基：去掉一個叔氫原子所得的烷基 用用“t-”或或“tert-”表示表示. CH3 CH3 叔丁基：叔丁基

9、： CH3-C- t-丁基丁基 CH3-C-CH2- CH3 CH3異異烷基烷基叔叔烷基烷基新戊基新戊基 烷基烷基（Alkyl）烷烴分子從形式上消除一個氫的烷烴分子從形式上消除一個氫的部分部分，通常用通常用 R- 表示，英文用表示，英文用 “ yl ” 替代替代 “ ane ”lMethane Methyl CH3- Mel Ethane Ethyl CH3CH2- Etl n-Propane n-Propyl CH3CH2CH2- n-Pro ln-Butane n-Butyl CH3CH2CH2CH2- n-Bu烷基的英文表示烷基的英文表示Pr丙基；丙基；i-Pr異丙基；異丙基；t-Bu叔

10、丁基；叔丁基；Ar芳基；芳基；Ph苯基；苯基；Ac乙?；?；乙?；?；R烷基烷基常用基團的英文簡寫常用基團的英文簡寫 最早根據(jù)碳原子數(shù)命名最早根據(jù)碳原子數(shù)命名：甲烷甲烷，乙烷乙烷，丙烷丙烷. 支鏈烷（異構體）支鏈烷（異構體）2.2 烷烴的命名烷烴的命名一、習慣命名法一、習慣命名法正戊烷正戊烷異戊烷異戊烷新戊烷新戊烷二、衍生物命名法二、衍生物命名法異丁烷異丁烷異戊烷異戊烷新戊烷新戊烷 三甲基三甲基甲烷甲烷 二甲基乙基二甲基乙基甲烷甲烷四甲基四甲基甲烷甲烷三、系統(tǒng)命名法（三、系統(tǒng)命名法（IUPAC）(1) 直鏈烷烴按碳原子數(shù)命名直鏈烷烴按碳原子數(shù)命名 10以內以內：依次用天干：甲乙丙丁戊己庚辛壬：依次

11、用天干：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸癸 10以上以上：用中文數(shù)字：十一：用中文數(shù)字：十一.烷烷(2) 帶有支鏈的烷烴帶有支鏈的烷烴 ：把構造式中：把構造式中連續(xù)連續(xù)的的最長碳鏈最長碳鏈作母體，稱為某作母體，稱為某烷。若最長碳鏈不止一條，選擇其中含烷。若最長碳鏈不止一條，選擇其中含較多支鏈較多支鏈的為主鏈。的為主鏈。 選擇主鏈選擇主鏈例例1CH3CHCH2CHCH2CH3CH2CH3CH2CH2CH3CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH3CH3CH2CH3最長連續(xù)碳鏈最長連續(xù)碳鏈有八個碳原子，該化合物母體的名稱為辛烷有八個碳原子，該化合物母體的名稱為辛烷六個碳的主鏈上有四個取代基六個碳的主鏈上有四

12、個取代基 六個碳的主鏈上有兩個取代基六個碳的主鏈上有兩個取代基例例2CH3CH2 CH CH CH2CH3CHCH3CH3CHCH3CH3CH3CH2 CH CH CH2CH3CHCH3CH3CHCH3CH3(I)(II)帶有支鏈的烷烴帶有支鏈的烷烴編號編號 ：從最接近取帶基的一端開始將主鏈：從最接近取帶基的一端開始將主鏈碳原子用阿拉伯數(shù)字碳原子用阿拉伯數(shù)字1,2,3.編號（使取代基的位次最?。＞幪枺ㄊ谷〈奈淮巫钚。H3CHCH2CHCH2CH3CH2CH3CH2CH2CH312345678CH3CHCH2CHCH2CH3CH2CH3CH2CH2CH312654378編號正確編號正確

13、 編號不正確編號不正確a：把它們在母鏈上的位次作為取代基的前綴，：把它們在母鏈上的位次作為取代基的前綴，2-甲基甲基.b：有不同取代基時，簡單的放在前面，復雜的放在后面：有不同取代基時，簡單的放在前面，復雜的放在后面;c：相同的取代基可以合并，但應在基團名稱之前寫明位次：相同的取代基可以合并，但應在基團名稱之前寫明位次和數(shù)目，數(shù)目用二，三，四和數(shù)目，數(shù)目用二，三，四.表示表示.d：位次數(shù)字之間須用逗號：位次數(shù)字之間須用逗號“,”隔開，位次與基名之間需用隔開，位次與基名之間需用短線短線“-”相隔。最后一個基名和母體名稱直接相連。相隔。最后一個基名和母體名稱直接相連。 命名取代基：命名取代基：CH

14、3CHCH2CHCH2CH3CH2CH3CH2CH2CH312345678取代基取代基: 3-甲基甲基 5-乙基乙基CH3CH2 CH CH CH2CH3CHCH3CH3CHCH3CH3取代基取代基: 2,5-二甲基二甲基 3,4-二乙基二乙基123456 CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH3 3-甲基甲基-5-乙基辛烷乙基辛烷 CH2CH2CH3 (注意編號注意編號) CH3CH2CH CHCH2CH3 CH3 CH CH CH3 2,5-二甲基二甲基-3,4-二乙基己烷二乙基己烷 CH3 CH3 (注意主鏈注意主鏈) 11例例1： 例例2：例例3：CH3CH CHCH2CHCH2C

15、H3CH3CH3CH2CHCH3CH3CH3CH CHCH2CHCH2CH3CH3CH3CH2CHCH3CH3 2,3,7-三甲基三甲基-5-乙基辛烷乙基辛烷 為了方便，只要寫出鋸齒形骨架，用鋸齒形線的為了方便，只要寫出鋸齒形骨架，用鋸齒形線的角角（120）及其）及其端點端點代表碳原子。不寫出每個碳上所連代表碳原子。不寫出每個碳上所連的氫原子，但其它原子必須寫出。的氫原子，但其它原子必須寫出。注意：注意：鍵線式鍵線式書寫烷烴的分子結構書寫烷烴的分子結構2.3 烷烴的結構烷烴的結構sp3雜化雜化用系統(tǒng)命名法命名下列化合物：用系統(tǒng)命名法命名下列化合物：CH3CH2CHCH2CH2CCH2CH3CH

16、3CHCH3CH3CH2CH3寫出下列化合物的構造式：寫出下列化合物的構造式：2,2,3,3-四甲基戊烷四甲基戊烷2-甲基甲基-3-乙基己烷乙基己烷123456782,6-二甲基二甲基-3,6-二乙基二乙基辛辛烷烷CH3 C C CH2CH3CH3CH3CH3CH3CH3 CH CH CH2CH2CH3CH3CH2CH32.3 烷烴的結構烷烴的結構2.3.1 甲烷的結構和甲烷的結構和 sp3雜化軌道雜化軌道甲烷的球棒模型甲烷的球棒模型正四面體結構正四面體結構Stuart模型模型sp3雜化軌道雜化軌道一個一個s軌道與三個軌道與三個p軌道形成四個軌道形成四個sp3雜化軌道雜化軌道 凡是成鍵電子云對

17、鍵軸呈圓柱形對稱的凡是成鍵電子云對鍵軸呈圓柱形對稱的鍵均稱為鍵均稱為 鍵鍵.以以 鍵相連的兩個原子可以相對旋轉鍵相連的兩個原子可以相對旋轉而不影響電子云的分布而不影響電子云的分布. 鍵鍵甲烷的四個甲烷的四個C-H 鍵鍵其他烷烴：據(jù)測定，除乙烷外，烷烴分子的碳鏈并不排其他烷烴：據(jù)測定，除乙烷外，烷烴分子的碳鏈并不排布在一條直線上，而是布在一條直線上，而是曲折曲折地排布在空間。這是烷烴碳地排布在空間。這是烷烴碳原子的四面體結溝所決定的。如原子的四面體結溝所決定的。如丁烷丁烷的結構：的結構：烷烴分子中各原子之間都以烷烴分子中各原子之間都以鍵鍵相連接的，所以兩個碳原子相連接的，所以兩個碳原子可以相對可

18、以相對旋轉旋轉，形成了不同的空間排布。實際上，在室溫下，形成了不同的空間排布。實際上，在室溫下烷烴（液態(tài)）的各種不同排布方式經常不斷地互相轉變著。烷烴（液態(tài)）的各種不同排布方式經常不斷地互相轉變著。 2.4 烷烴的構象烷烴的構象2.4.1 乙烷的構象乙烷的構象(1) 球棒模型球棒模型交叉式構象交叉式構象重疊式構象重疊式構象(3) 紐曼投影式紐曼投影式重疊式構象重疊式構象 交叉式構象交叉式構象 重疊式構象重疊式構象 交叉式構象交叉式構象(2) 透視式透視式為為主主2.4.2 丁烷的構象丁烷的構象直鏈烷烴直鏈烷烴 隨著烷烴相對分子量的增加，分子間隨著烷烴相對分子量的增加，分子間的作用力也增加，其沸

19、點也相應增高。的作用力也增加，其沸點也相應增高。2.5 烷烴的物理性質烷烴的物理性質(1) 沸點沸點（直鏈烷烴）（直鏈烷烴）同數(shù)碳原子同數(shù)碳原子的構造異構體中的構造異構體中支鏈增多，則分子支鏈增多，則分子趨向球形，使分子不能像正烷烴那樣接近，分子間趨向球形，使分子不能像正烷烴那樣接近，分子間作用力也就減弱，所以在較低的溫度下，就可以克作用力也就減弱，所以在較低的溫度下，就可以克服分子間引力而沸騰。服分子間引力而沸騰。 同數(shù)碳原子的構造異構體中，分子的支鏈越多，同數(shù)碳原子的構造異構體中，分子的支鏈越多，則沸點越低則沸點越低。 例如：例如： 正丁烷的沸點：正丁烷的沸點：- 0.5 異異丁烷的沸點：

20、丁烷的沸點：- 11.7(1-2) 沸點沸點（帶支鏈的烷烴）（帶支鏈的烷烴） 隨著相對分子量的增加而有所增加，最后接近隨著相對分子量的增加而有所增加，最后接近0.8左右。原因：作用力隨著分子質量的增加而增左右。原因：作用力隨著分子質量的增加而增加，使分子間的距離相對地減少的緣故。加，使分子間的距離相對地減少的緣故。(3) 相對密度相對密度(4) 溶解度溶解度烷烴不溶于水，而易溶于四氯化碳烷烴不溶于水，而易溶于四氯化碳“結構相似者相溶結構相似者相溶”(2) 熔點熔點基本上隨分子量的增加而增加基本上隨分子量的增加而增加。分子的分子的越對稱越對稱，在晶格中的排列越緊密，熔點越高。，在晶格中的排列越緊

21、密，熔點越高。例：正戊烷例：正戊烷-129.8 ，異戊烷異戊烷-159.9 ，新戊烷新戊烷-16.8 烷烴為不活潑有機物。烷烴為不活潑有機物。石油醚石油醚（C5C6的烷烴），汽油，的烷烴），汽油，煤油等作為溶劑；煤油等作為溶劑；凡士林凡士林（C18C34的烷烴）潤滑劑。的烷烴）潤滑劑。 燃燒：燃燒：CnH2n+2 + O2(過量過量) nCO2 + (n+1)H2O 高級脂肪酸：高級脂肪酸：RCH2CH2R + O2 RCOOH + RCOOH CH3CH2CH2CH3 CH3-CH-CH3AlBr3，HBr2.6 烷烴的化學性質烷烴的化學性質2.6.1 氧化反應氧化反應2.6.2 異構化反應

22、異構化反應CH32.6.3 裂化反應裂化反應CnH2n+2 H2 + 烯烴烯烴 + 較小烷烴較小烷烴 高溫高溫 CH4 + Cl2 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3 正丙基氯正丙基氯43% 異丙基氯異丙基氯57%Cl2 光光25,CCl4(1) 甲烷的氯代反應（自由基取代）甲烷的氯代反應（自由基取代）丙烷氯代反應：丙烷氯代反應：伯伯,仲仲,叔氫原子的反應活性叔氫原子的反應活性2.6.3 取代反應取代反應(2) 其他烷烴的氯代反應其他烷烴的氯代反應Cl室溫下，伯、仲、叔氫原子的反應活性：室溫下，伯、仲、叔氫原子的反應活性：1: 4: 5產物混合，復雜，一般不產物混合，復雜，一般不用氯代來制備鹵代烴用氯代來制備鹵代烴光光127 CH3 CH3 CH3CH3-CH-CH3 + Br2 CH3-C-Br + CH3-CHCH2Br CH3 99%伯、仲、叔氫原子的反應活性：伯、仲、叔氫原子的反應活性：1:82:1600；溴更有選擇性；溴更有選擇性產物單一，可用產物單一，可用溴代制備鹵代烴溴代制備鹵代烴烷烴與碘作用得不到碘代烷烷烴與碘作用得不到碘代烷與氟反應劇烈，不易控制，會引起爆炸與氟反應劇烈，不易控制，會引起爆炸痕量痕量(3) 烷烴與其他鹵素的取代反應烷烴與其他鹵