第二章 烷烃(Alkanes) 【烷wan】取完全之意，碳被氢完全饱和；【烃t-ing】指碳tan氢qing化合物。烷烃通式CnH2n+2。 Table of Contents 第一节 烷烃的同序列及同分异构现象 一、同序列 二、同分异构 三、碳、氢原子的类别 第二节 烷烃的命名 一、普通命名法 二、烷基 三、系统命名法 2019/4/23

第三节 烷烃的构型 一、碳原子的四面体概念及分子模型 二、碳原子的sp3杂化 三、烷烃分子的形成 第四节 烷烃的构象 一、乙烷的构象 第三节 烷烃的构型 一、碳原子的四面体概念及分子模型 二、碳原子的sp3杂化 三、烷烃分子的形成 第四节 烷烃的构象 一、乙烷的构象 二、正丁烷的构象 第五节 烷烃的物理性质 第六节 烷烃的化学性质 一、氧化 二、热裂 三、卤代 2019/4/23

第七节 烷烃卤代反应历程 一、甲烷的卤代 二、烷烃卤代的相对活性与自由基的稳定性 第八节 烷烃的制备 一、偶联 二、还原 2019/4/23

第一节 烷烃的同序列和 同分异构现象 一、同序列 烷烃构造式的表示： 2019/4/23

2-甲基-5-乙基庚烷 2019/4/23

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碳原子的类型： 2019/4/23

第二节 烷烃的命名 一、普通命名法、 甲乙丙丁戊己庚辛壬癸 正、异、新 二、烷基（R－） 烷烃分子去掉氢原子后剩下的部分： CnH2n＋1 第二节 烷烃的命名 一、普通命名法、 甲乙丙丁戊己庚辛壬癸 正、异、新 二、烷基（R－） 烷烃分子去掉氢原子后剩下的部分： CnH2n＋1 2019/4/23

The Alkyl Groups Alkyl groups are often represented as -R. The names of alkyl groups are always -yl. They have the general formula: -CnH2n+1 2019/4/23

Common Alkyl Groups (C1 through C4) 2019/4/23

Common Alkyl Groups (C5 and C6) 2019/4/23

Systematic Nomenclature International Union of Pure and Applied Chemistry IUPAC Committee on Organic Nomenclature 2019/4/23

The Alkanes 2019/4/23

Block Diagram for Nomenclature 2019/4/23

Nomenclature of the Alkanes Alkanes always have the ending -ane. Side chains (substituents) are named as alkyl groups. 2019/4/23

Organic Nomenclature 4 3 2 1 2-Methylbutane 2019/4/23

Find the Longest Continuous Carbon Chain 2019/4/23

You Must Choose the Longest Continuous Carbon Chain 4 3 2 1 5 6 7 4-Ethylheptane 2019/4/23

Number from the End Nearest the First Substituent 2019/4/23

Number from the End Nearest the First Substituent 8 7 6 5 4 3 2 1 3-Ethyl-5-methyloctane 2019/4/23

Use “di-” With Two Substituents 1 2 3 4 2,3-Dimethylbutane 2019/4/23

Every Substituent Must Get a Number 1 2 3 4 5 6 3,3-Dimethylhexane 2019/4/23

Number from the End Nearest First Substituent 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2,7,8-Trimethyldecane 2019/4/23

Number from the End Which Has the “First Difference” 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3,4,8-Trimethyldecane 2019/4/23

A More-Highly-Substituted Carbon Takes Precedence 5 4 3 2 1 2,2,4-Trimethylpentane 2019/4/23

Number from the End Nearest the “First Difference” 1 2 3 4 5 6 7 8 6-Ethyl-3,4-dimethyloctane 2019/4/23

Which end do we number from? 8 7 6 5 4 3 2 1 3-Ethyl-6-methyloctane 2019/4/23

If you can name this, you can name anything! 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4-Isopropyl-2,6,6-trimethylnonane 2019/4/23

Naming Complex Substituents 1-Methylethyl 2019/4/23

Naming Complex Substituents 1,3-Dimethylbutyl 2019/4/23

Naming Complex Substituents 2-Ethyl-1,1-dimethylbutyl 2019/4/23

5-(1-Ethyl-1-methylpropyl)-5-propylnonane This Should Be Fun 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5-(1-Ethyl-1-methylpropyl)-5-propylnonane 2019/4/23

7-(1,1-Dimethylbutyl)-3-ethyl-7-methyldodecane Good Luck! 7-(1,1-Dimethylbutyl)-3-ethyl-7-methyldodecane 2019/4/23

Degree of Substitution 2019/4/23

Degree of Substitution 1。 1° 1° 3° 2° 3° 2° 4° 1° 1° 3° 2° 1° 2° 1° 2019/4/23

第三节 烷烃的构型 一、碳原子的四面体概念及分子模型 构型（Constitution）：具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。 第三节 烷烃的构型 一、碳原子的四面体概念及分子模型 构型（Constitution）：具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。 Van’t Hoff and Le Bel 分别提出碳四面体概念。 2019/4/23

Tetrahedral Geometry Methane 的正四面体 Kekulé模型 甲烷比例模型 甲烷球棒模型 2019/4/23

丁烷的Kekulé模型（球棒模型） 丁烷的Kekule模型（球棒模型） 2019/4/23

丁烷的斯陶特模型 丁烷的斯陶特模型 2019/4/23

二、碳原子的sp3杂化 2019/4/23

sp3 Hybrid Orbital 2019/4/23

三、烷烃分子的形成 2019/4/23

第四节 烷烃的构象 构象（Conformation）：一定构型的分子通过单键旋转，形成各原子或原子团的空间排布。 第四节 烷烃的构象 构象（Conformation）：一定构型的分子通过单键旋转，形成各原子或原子团的空间排布。 Different arrangements of atoms within a molecule that can be converted into one another merely by rotation about single bonds. 一、乙烷的构象 2019/4/23

一、乙烷的构象 ( Ethane Staggered Conformation) Side View End View 乙烷的交叉式构象 2019/4/23

Ethane (eclipsed conformation) End View Side View 2019/4/23

构象异构体 交叉式 重叠式 2019/4/23

Conformations of Ethane 乙烷构象能量图 Conformations of Ethane 2019/4/23

扭转张力 Torsional Strain Extra potential energy that a molecule possess due to the presence of eclipsed bonds. Extra potential energy that a molecule possesses because groups are crowded together or are forced to approach each other to within the sum of their effective radii 2019/4/23

二、丁烷的构象 CH3CH2 CH2CH3 看成是1，2－二甲基乙烷，沿C2 C3旋转，产生各种构象，典型构象有四种： 2019/4/23

能量大小顺序(1)<(2)<(3)<(4) 2019/4/23

Butane (anti conformation) side view end view 2019/4/23

Butane (gauche conformation) side view end view 2019/4/23

Butane (syn conformation) end view side view 2019/4/23

Butane (anticlinal conformation or eclipsed-120 conformation) side view end view 2019/4/23

Conformations of Butane 丁烷构象能量图 Conformations of Butane 2019/4/23

Steric Strain in Butane (gauche conformation) close contact between methyl groups 2019/4/23

Steric Strain in Butane (syn conformation) really crowded! 2019/4/23

第五节 烷烃的物理性质 物质状态：C4以下gas，C5 C16liquid, C17 以上solid。 第五节 烷烃的物理性质 物质状态：C4以下gas，C5 C16liquid, C17 以上solid。 沸点：分子间范德华力越大，其沸点越高。正烷烃的沸点是随着分子量的增加而升高的。 范德华力包括静电引力、诱导力和色散力。 2019/4/23

2）正烷烃的沸点高于它的异构体（支链烷烃） 1）正烷烃的沸点随碳原子数的增多而升高 2）正烷烃的沸点高于它的异构体（支链烷烃） b.p. CH3(CH2)2CH3: -0.5 (CH3)2CHCH3: -10.2 CH3(CH2)3CH3: 36.1 (CH3)2CHCH2CH3: 27.9 C(CH3)4: 9.5 2019/4/23

溶解度：like dissolves like. 熔点：分子晶体的熔点不仅取决于分子间的作用力的大小，而且取决于晶体中碳链的空间排布(对称性）。同分异构体中，对称性越高的熔点越高。C4以上的正烷烃的熔点随着碳原子数增加而升高。偶数碳原子的烷烃的熔点升高多些。 m.p. (CH3)2CCH2CH3: -159.9 CH3(CH2)3CH3: -129.7 (CH3)4C: -16.6 溶解度：like dissolves like. 2019/4/23

第六节 烷烃的化学性质 C C, C H键能较大，极性小，故化学性质比较稳定。 一、氧化 烷烃部分氧化成各种含氧衍生物：醇、醛、羧酸。 第六节 烷烃的化学性质 C C, C H键能较大，极性小，故化学性质比较稳定。 一、氧化 烷烃部分氧化成各种含氧衍生物：醇、醛、羧酸。 2019/4/23

The Internal Combustion Engine 内燃机 The Internal Combustion Engine 2019/4/23

二、热裂 热裂：有机化合物在高温和无氧条件下发生键断裂的反应。 温度在450℃ 以上,为自由基反应。 催化热裂的温度可以低些。 2019/4/23

三、卤代 卤代反应：有机物分子中的氢原子被卤原子取代，生成卤代物，并放出卤化氢的反应。 2019/4/23

甲烷的氯代 2019/4/23

例：预测下面反应所生成的一溴代异构体的比例。 25℃ 时，氢原子一氯代的相对活性： 3。H：2。H：1。H=5：4：1; 溴代的选择性更高，相应为1600：82：1。 例：预测下面反应所生成的一溴代异构体的比例。 2019/4/23

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第七节 烷烃卤代反应历程 反应历程（Reaction mechanism）：化学反应所经历的途径或过程，有称反应机理或反应机制。 第七节 烷烃卤代反应历程 反应历程（Reaction mechanism）：化学反应所经历的途径或过程，有称反应机理或反应机制。 一、甲烷的卤代历程 Experimental: 1.黑暗下不加热，无反应 2.仅加热，能反应 3.仅光照，即使1个光子，也能产生许多分子的卤代产物 4.氧气的存在，能延缓反应的发生 2019/4/23

自由基取代历程（链的引发、链的传递、链的终止），属链锁反应 2019/4/23

自由基的产生条件：加热、光照、引发剂。 2019/4/23

二、卤素对烷烃的相对反应活性 氟>氯>溴>碘 F2 >Cl2>Br2>I2 2019/4/23

三、烷烃对卤代反应的相对反 应活性与烷基自由基的稳定性 三、烷烃对卤代反应的相对反 应活性与烷基自由基的稳定性 1、结构：CH3. Sp2 平面构型 甲基自由基的结构 烷基自由基的稳定性次序： 3。>2。>1。 >CH3. 2019/4/23

第八节 过渡状态理论 基元反应： 2019/4/23

决定反应速度的是活化能，而不是反应热。 2019/4/23

能线图 ENERGY PROFILE one step reaction transition state TS E N activation energy Ea heat of reaction DH starting material product 2019/4/23

甲烷氯代反应的决速步骤： 产生甲基自由基的一步 2019/4/23

中间体和过渡态的异同 相同点：能量高、寿命短、活性高； 不同点：中间体处能谷，能证实。过渡态处能峰，不能分离出来。 2019/4/23

能线图 ENERGY PROFILE two step reaction 二步反应 intermediate TS1 E N TS2 R G starting material step 1 step 2 DH product 2019/4/23

第九节 烷烃的制备 一、偶联反应 1. Wurtz合成法 仅适合对称烷烃的制备 2019/4/23

自由基氧化还原反应。只适合制备C6以下对称烷烃。 2. Corey-House合成法 3. Kolbe电解法 自由基氧化还原反应。只适合制备C6以下对称烷烃。 二、还原反应 2019/4/23