第二章烷烴

Alkanes,cycloalkanesandtheirconformations

第一節(jié)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)、結(jié)構(gòu)與命名一.同系列和同分異構(gòu)二.烷烴的命名三.物理性質(zhì)四.化學(xué)性質(zhì)一.同系列和同分異構(gòu)烴：只含有碳原子和氫原子的化合物。分為脂肪烴和脂環(huán)烴，又可分為飽和與不飽和烴。開鏈的稱為脂肪烴，閉合成環(huán)的稱為脂環(huán)烴。芳香烴——單環(huán)芳烴、多環(huán)芳烴烴開鏈烴飽和脂肪烴——烷烴不飽和脂肪烴烯烴炔烴環(huán)烴脂環(huán)烴單環(huán)——環(huán)烷烴、環(huán)烯烴、環(huán)炔烴多環(huán)螺環(huán)橋環(huán)飽和、不飽和脂環(huán)烴單環(huán)——環(huán)烷烴、環(huán)烯烴、環(huán)炔烴多環(huán)螺環(huán)橋環(huán)飽和、不飽和烷烴隨碳、氫原子數(shù)的增加，而出現(xiàn)不同的構(gòu)造狀態(tài)。碳數(shù)123456789101520異構(gòu)數(shù)11123591835754347366,319天然氣含75%甲烷、10%乙烷、5%丙烷。

石油的主要成分為：含5~50個(gè)碳原子的鏈狀烷烴及少量環(huán)烴和其他衍生物。天然氣C1~C620℃以下液體石油(石油醚)C5~C620~60℃汽油C4~C840~200℃煤油C10~C16175~275℃柴油C15~C20250~400℃潤滑油C18~C22300℃石蠟C20~C30350℃瀝青C30以上不揮發(fā)1.烷烴的結(jié)構(gòu)特征碳原子都是sp3雜化，呈四面體結(jié)構(gòu)鍵角約為109.5

C—C鍵的平均鍵長為154pm，C—H鍵的平均鍵長為107pm

基態(tài)時(shí)C：1s22s22px12py12pz0

烷烴分子立體形狀表示方法：實(shí)線-鍵在紙平面上;楔線-鍵在紙平面前;虛線-鍵在紙平面后。斯陶特模型書寫結(jié)構(gòu)簡式時(shí)，C-H和C-Cσ單鍵可省略。

HH

HHH

H-C-C-C-C-C-HCH3-CH2-CH2-CH2-CH3HH

HHH鍵聯(lián)式的書寫，H原子和C原子都可省略。以拐點(diǎn)表示C。CCCCCCHHHHHHHHHHHHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH3(CH3)2CHCH2CH2(CH3)CH2CH2CH3CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH3CH3CH3CH3CH2CHCHCH3OHCH3CH3CH2CHCH(CH3)2OHOHCH3CH=CHCH2CH2CH(CH3)2OH(CH3)3CCH2CH(CH2CH3)2CH3CCH2CHCH2CH3CH3CH3CH2CH3乙烷的構(gòu)象構(gòu)象式的表達(dá)方式：Newman投影式、鋸架式、傘式(楔形式)重疊式楔形式鋸架式紐曼式

交叉式

楔形式鋸架式紐曼式重疊式構(gòu)象與交叉式構(gòu)象能量差12.1KJ·mol-1HHHHHHHHHHHH60O重疊式構(gòu)象交叉式構(gòu)象重疊式與交叉式構(gòu)象的能量分析鍵長：C—H1.07,C—C1.54A鍵角：∠HCH109.5°重疊式兩個(gè)H之間距離：2.29A氫原子半徑：gH=1.2A排斥力最大排斥力最小內(nèi)能高內(nèi)能低乙烷不同構(gòu)象的能量曲線圖?轉(zhuǎn)動能：12.1kJ/mol，每對重疊氫H-C-C-H重疊張力(扭轉(zhuǎn)張力)：~4.0kJ/mol

?室溫下，構(gòu)象異構(gòu)體處于快速轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡中，某一構(gòu)象停留時(shí)間極短(<10-6秒)不能分離。

?乙烷交叉式構(gòu)象是優(yōu)勢構(gòu)象。丁烷的構(gòu)象CH3CH2-CH2CH3

丁烷不同構(gòu)象的能量曲線圖乙烷衍生物的構(gòu)象分布一般情況下是對位交叉式>鄰位交叉式但也有例外的情況發(fā)生

衍生物對位交叉的比例%ClCH2CH2Cl~70BrCH2CH2Br84~91PhCH2CH2Ph>90鄰位交叉為主的特殊情況二鏈烷烴的命名1.系統(tǒng)命名法2.習(xí)慣命名法（普通命名法）3.衍生物命名法4.俗名

1.碳原子和氫原子的分類及烷基的概念1）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子2）烷基

R-烷烴分子去掉一個(gè)氫原子后余下的基團(tuán)。與一個(gè)碳相連的碳稱為一級碳，伯碳，1C,上面的氫為1H;與兩個(gè)碳相連的碳稱為二級碳，仲碳，2C,上面的氫為2H;與三個(gè)碳相連的碳稱為三級碳，叔碳，3C,上面的氫為3H;與四個(gè)碳相連的碳稱為四級碳，季碳，4C。取代基相同的取代基合并，列出各取代基位號并用中文數(shù)字表示取代基數(shù)目取代基上帶支鏈的，給支鏈編號，命名方式有2種：英文命名Alkane“烷”詞尾-aneAlkyl“基”詞尾-ane變?yōu)?ylMethaneHeptaneEthaneOctanePropaneNonaneButaneDecanePentaneUndecaneHexaneTridecane詞頭mono,di,tri,tetra,penta,hexa代表取代基個(gè)數(shù)單、雙、叁等。n(正),iso(異),neo(新)代表取代基異構(gòu)。sec(二級,仲),tert(三級,叔)代表取代基異構(gòu)。表示取代基個(gè)數(shù)的詞頭不參與字順排序,iso,neo參與字順排序取代基IUPAC保留了8個(gè)烷基的俗名:Isopropyl異丙基，Isobutyl異丁基sec-Butyl仲丁基，tert-Butyl叔丁基Isopentyl異戊基，tert-Pentyl叔戊基Neopentyl新戊基，Isohexyl異己基縮寫:

Me—methyl甲基,Et—ethyl乙基,

Pr—propyl丙基,Bu—butyl丁基,

Ph—phenyl苯基IUPAC與CCS命名的差別2.習(xí)慣命名法（普通命名法）直鏈烷烴命名為正某烷帶支鏈的烷烴用“異”,“新”等區(qū)別CH3—C—CH2CH3CH3CH3新己烷衍生物命名法以甲烷為母體，其它為取代基命名

CHCH3CH—C—CH2CH2CH3CH3CH3二甲基丙基異丙基甲烷俗名根據(jù)其來源而命名，如甲烷又稱沼氣第二節(jié)烷烴的物理性質(zhì)物理性質(zhì)—不需要發(fā)生化學(xué)變化就表現(xiàn)出來的性質(zhì)外觀：狀態(tài)、顏色、氣味物理常數(shù)：m.p.,b.p.,n20D,[a]20D

,d,m,溶解度

物理性質(zhì)與化合物的結(jié)構(gòu)有關(guān)1.狀態(tài)2.沸點(diǎn)(bp)3.熔點(diǎn)(mp)4.相對密度5.溶解度烷烴分子同系物中，隨碳原子數(shù)的增加，其沸點(diǎn)也相應(yīng)升高。在分子式相同的構(gòu)造異構(gòu)體中，支鏈越多，分子間距越大，其沸點(diǎn)越低。m.p.-129.8oC

-159.9oC

-16.8oCb.p.36.1℃

28℃

9.5℃烷烴分子同系物中，隨碳原子數(shù)的增加，其熔點(diǎn)也曲線升高。偶數(shù)碳原子直鏈烷烴熔點(diǎn)大于相鄰的兩個(gè)奇數(shù)碳原子烷烴，在分子式相同的構(gòu)造異構(gòu)體中，對稱性越好，分子在晶格中的排列越緊密，其熔點(diǎn)越高。奇數(shù)碳偶數(shù)碳烷烴分子同系物中，隨碳原子數(shù)的增加，狀態(tài)趨于固態(tài)，相對密度趨于0.8，非極性，難溶于水，易溶于CCl4。第三節(jié)烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴分子中只有碳－碳，碳－氫s-鍵，故十分穩(wěn)定碳－氫鍵的極性小，不易發(fā)生異裂，一般發(fā)生均裂化學(xué)性質(zhì)取決于分子的結(jié)構(gòu)。C-C、C-Hσ鍵鍵能較大,極性較小，烷烴穩(wěn)定。高溫、光照等條件下烷烴具有反應(yīng)活性。1.異構(gòu)化反應(yīng)烷烴主要有以下化學(xué)性質(zhì)：1.異構(gòu)化反應(yīng)2.鹵代反應(yīng)

3.燃燒反應(yīng)4.熱裂化反應(yīng)5.硝化反應(yīng)和磺化反應(yīng)等2.烷烴的鹵化甲烷氯化反應(yīng)的產(chǎn)物甲烷的氯代反應(yīng)，如果適當(dāng)?shù)乜刂品磻?yīng)條件和加入的CH4和Cl2的比例，可以控制得到一氯甲烷(CH3Cl)和四氯甲烷(CCl4)的產(chǎn)量。甲烷氯化反應(yīng)的產(chǎn)物熱氯化方法控制溫度在400~450℃之間，如果甲烷：氯=10：1時(shí)，產(chǎn)物以CH3Cl為主。如果甲烷：氯=1：4時(shí)，產(chǎn)物以CCl4為主。縮短反應(yīng)時(shí)間有利于生成CH3Cl。反應(yīng)活性氯化和溴化是常用反應(yīng)氟化反應(yīng)大量放熱，難以控制碘化反應(yīng)吸熱，反應(yīng)很慢F2>Cl2>Br2>I2氫原子的反應(yīng)活性和碳自由基的穩(wěn)定性烷烴分子中處于不同狀態(tài)的氫原子(伯、仲、叔氫)，在發(fā)生鹵代反應(yīng)時(shí),其反應(yīng)活性并不一致。因其C-H鍵發(fā)生均裂所需能量(鍵的離解能)不同。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定不同氫原子的反應(yīng)活性如下：叔氫原子>仲氫原子>伯氫原子各氫原子的反應(yīng)活性與反應(yīng)的中間產(chǎn)物碳自由基穩(wěn)定性有關(guān)。自由基越穩(wěn)定則在反應(yīng)中越易形成，因此，反應(yīng)速度越快。碳自由基的穩(wěn)定性如下：CH3CH3CCH3>CH3CHCH3>CH3CH2CH3>Cl2,-HClCH3CH2CH3CH3CH2CH2Cl+CH3CHCH345%Cl55%250℃Cl2,-HClCH3CHCH3CH3CH2CH2Cl+CH3CCH364%Cl36%250℃CH3CH3CH3氯代Cl2,-HClCH3CH2CH2CH3CH3(CH2)3Cl+CH3CHCH2CH328%Cl72%250℃Br2,-HBrCH3CH2CH3CH3CH2CH2Br+CH3CHCH33%Br97%170℃Br2,-HBrCH3CH2CH2CH3CH3(CH2)3Br+CH3CHCH2CH32%Br98%170℃Br2,-HBrCH3CHCH3CH3CH2CH2Br+CH3CCH3痕量Br100%250℃CH3CH3CH3溴代反應(yīng)的選擇性溴化反應(yīng)的選擇性溴化反應(yīng)的選擇性更好3.烷烴的硝化和磺化4.裂化和裂解裂化—隔絕空氣加壓(P=5MPa)，加熱(500～700℃)，斷裂成小分子催化裂化—在催化劑存在下的裂化，溫度較低(400～500℃)，常壓。