有机 烷烃

有机烷烃是一类有机化合物，其分子主要由碳（C）和氢（H）原子组成，它们的特点是碳原子之间通过单键连接，形成饱和的碳链或碳环结构。介绍了有机烷烃的结构、性质以及命名方法，帮助理解其复杂多样的化学特性。

有机 烷烃

• 一、烷烃的同分异构及命名
  • 1.烷烃的同系列
    • 1️⃣烃是什么？
      • 碳氢化合物
    • 2️⃣根据烃分子中碳原子间连接 方式可以把烃分为哪几类？
      • 烃
        • 开链烃（脂肪烃）
          • 饱和烃
            • 烷烃
          • 不饱和烃
            • 烯烃
            • 炔烃
        • 环状烃
          • 脂环烃
          • 芳香烃
    • 3️⃣烷烃的通式
      • CnH2n＋2
    • 4️⃣同系列
      • 概念
        • 同一个通式，结构相似，化学性质也相似。物理性质随 碳原子数的增加呈现有规律的变化的化合物系列。
      • 特点
        • 同系列中的第1个化合物往往具有明显的特性。
    • 5️⃣同系物
      • 定义
        • 同系列中的各化合物互称同系物
      • 性质特点
        • 同系物具有相似的化学性质，但反应速率往往有较大的差异。
        • 物理性质一般随着碳原子数的增加而呈现规律性变化。
    • 6️⃣系列差的符号表示
      • CH₂
  • 2.烷烃的同分异构现象
    • 1️⃣同分异构体
      • ①构造
        • 定义
          • 指分子中原子互相连接的方式和次序。
      • ②构造异构体
        • 定义
          • 分子式相同而构造不同的异构体。
      • ③烷烃同分异构的原因
        • 由于碳链构造不同而产生的，所以又称作碳链异构。
      • ④烷烃同分异构体构造式的书写方法
        • 1.写出此烷烃的最长直链式
        • 2.再写少一个碳原子的直链，把那个碳作为支链， 以此取代直链上各个碳原子的氢。
        • 3.再少写两个碳原子的直链，把这两个碳作为 两个支链或当做一个支链分别取代氢原子。
  • 3.碳原子和氢原子的类型
    • 1️⃣C碳原子类别
      • ①伯碳原子（一级碳原子）
        • 仅仅和一个碳原子相连的
      • ②仲碳原子（二级碳原子）
        • 和两个碳原子相连的。
      • ③叔碳原子（三级碳原子）
        • 和三个碳原子相连的。
      • ④季碳原子（四级碳原子）
        • 和4个碳原子相连的。
    • 2️⃣H氢原子类别
      • ①伯氢
        • 与伯碳直接相连的氢
      • ②仲氢
        • 与仲碳直接相连的氢
      • ③叔氢
        • 与叔碳直接相连的氢
  • 4.烷烃的命名法
    • 1️⃣烷基
      • 定义
        • 烷烃从形式上消除一个氢原子，而余下的基团。
      • 几个易错的烷基
        • 异丙基，仲丁基，异丁基， 叔丁基，新戊基，叔戊基
          • 图片
    • 2️⃣不同的命名法
      • ①习惯命名法（普通命名法）
        • 内容
          • 1.直链的烷烃（没有支链）叫做正某烷。
          • 2.含支链的烷烃
            • 为了区别异构体，用“正（直链）”，“异（一末端有两个甲基）”，“新（一末端有三个甲基，即有季碳）”表示
        • 适用条件
          • 适用于简单的链烃
      • ②衍生物命名法
        • 内容
          • 1.以甲烷为母体命名。其他环境都当做甲基的烷基衍生物。
          • 2.选择连接烷基数目最多的碳C为母体。
          • 3.烷基按由小到大的顺序排列。（这里面的大小指的是取代基优先级。）
          • 4.相同的取代基合并起来,用二，三，四等表示。
        • 适用条件
          • 简单的烷烃
      • ③系统命名法
        • 内容
          • 1.选主链
            • 选最长的，取代基最多的碳链作主链。
          • 2.编号
            • 1️⃣从离取代基最近的一段编号，并满足最低系列原则（即让各个取代基编号相加最小）。
            • 2️⃣如果支链上还有取代基，则由与主链相连的碳原子开始再编号，注明位置和名称。 把支链上的取代基连同支链作为一个整体写在括号内，括号外写上支链的名称
              • 图片
            • 3️⃣当主链上存在有几种取代基时，按照次序规则，较优基团后列出
          • 3.书写
            • 取代基位次（阿拉伯数字）-取代基数量（中文数字）取代基名称母体名称，各个取代基之间用-分开 位次之间的手机用，隔开
        • 适用条件
          • 所有的烷烃
• 二、烷烃的构象
  • 引例
    • 1️⃣σ键
      • 1.性质
        • 沿着键轴旋转，它的形状和位相符号不变
      • 2.特点
        • ①电子云沿着键轴近似于圆柱形对称分布
        • ②成键的两个原子可以围绕键轴旋转， 而不影响电子云分布
    • 2️⃣分子立体结构的表示方法
      • 1.楔形透视式
        • 实线
          • 在纸平面上的键
        • 虚线
          • 伸向纸平面后方的键
        • 楔形键
          • 伸向纸平面前方的键
      • 2.锯架透视式
        • 所有键均用实线表示：
      • 3.纽曼投影式
        • 图片
  • 1.乙烷的构象
    • 1️⃣构象
      • 定义
        • 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。
    • 2️⃣纽曼投影式的分类
      • 类别
        • 1.交叉式
        • 2.重叠式
      • 特点
        • 能量：重叠式＞交叉式
        • 稳定性
          • 交叉式＞重叠式
    • 3️⃣两面角（扭转角）φ
      • 定义
        • 扭转角φ就是从前方碳原子的视角出发，观察后方碳原子上基团 相对于前方碳原子上基团旋转的角度。
          • 图片
  • 2.丙烷的构象
  • 3.正丁烷绕C₂-C₃键旋转的构象
    • 构象的所有类别
      • 对位交叉式
      • 邻位交叉式
      • 部分重叠式
      • 完全重叠式
    • 这些构象的稳定性顺序
      • 对位交叉式＞邻位交叉式＞部分重叠式＞完全重叠式
    • 构象分布
      • 1.特点
        • 分子总是倾向于以稳定的构象形式存在。
      • 2.定义
        • 在达到平衡状态时，各种构象在整个构象中 所占的比例称为构象分布。
      • 3.优势构象
      • 4.直列烷烃绝大多数是锯齿型的原因
        • 对位交叉式的构象是最稳定的，而完全重叠式的构想是最不稳定的， 正烷烃以最稳定的状态存在，所以大多数以对位交叉式的构想而呈 现出来的，那就是锯齿形。
• 三、烷烃的物理性质（熔点， 沸点，密度，溶解度等）
  • 1.不同碳原子数烷烃的存在形态
    • 碳原子数从1~4的时候为气态。
    • 碳原子数从5~16为液态。
    • 碳原子数≥17的时候是固态。
  • 2.影响烷烃沸点的因素
    • 在同分异构体中，分支程度越高，沸点越低
      • 因为烷烃分子中支链的存在会影响分子间的相互靠近， 减弱分子间的引力（主要是色散力），使沸点降低
  • 3.影响烷烃熔点的因素
    • 1️⃣支链烷烃的熔点比相应的直链烷烃低。
    • 2️⃣高度对称的质量问题熔点异乎寻常的高
      • 因为分子的对称性越高，在晶体中排列越紧密， 晶格能越大。
    • 3️⃣为什么丁烷比丙烷熔点高？
      • 丁烷对称性比较好，固态可以形成形状比较规则的晶格，熔点上升。
• 四、烷烃的化学性质
  • 1.稳定性
    • 烷烃分子中只有牢固的C-C σ键和C-H σ键。
      • 所以烷烃具有高度的化学稳定性。 室温下与强酸，强碱，强氧化剂或 强还原剂一般都不发生反应。
  • 2.卤代反应
    • 引例
      • 取代反应
        • 定义
          • 有机化合物分子中的氢原子（或者其他原子，基团）被另一原子或基团取代的反应称为取代反应。
      • 卤代
        • 定义
          • 被卤原子取代叫卤代。
    • 1️⃣甲烷的氯代反应
      • 甲烷的卤代反应一般指什么？
        • 指的是氯代和溴代
          • 氟与甲烷反应非常激烈，会产生爆炸性的反应。 碘与甲烷反应很难直接进行。即使反应，也是它的逆反应容易进行。
      • 甲烷氯代反应的反应条件
        • 高温或者光照
    • 2️⃣甲烷的氯代反应机理
      • ①反应机理
        • 定义
          • 是对某个化学反应逐步变化过程的详细描述。
      • ②烷烃卤代反应的本质
        • 一种自由基的链反应
      • ③自由基链反应的历程
        • 1.链引发
          • 形成自由基。
        • 2.链增长
          • 延续自由基，形成产物。
            • 生成甲基或烷基自由基是决定反应速率的决速步（限速步）
        • 3.链终止
          • 消除自由基。
      • ④自由基反应中，减慢反应速度或终止反应的措施。
        • 加入少量能抑制自由基生成或降低自由基活性的抑制剂。
          • 甲烷的溴代及其他烷烃的卤代反应机理和氯代相似。
    • 3️⃣烷烃卤代反应的取向
      • 影响因素
        • 含有不同类型的氢H原子的烷烃氯代的时候， 可以得到不同的氯代烃
          • 卤代反应活性
            • 叔氢H＞仲氢＞伯氢H＞甲基氢H
        • 不同的卤素单质
          • 卤代反应活性
            • F₂＞Cl₂＞Br₂＞I₂
    • 4️⃣烷烃自由基的构型与稳定性
      • 烷烃自由基的稳定性
        • R₃C·＞R₂CH·＞RCH₂·＞CH₃·
          • 这里面的R一般指的是饱和烷基。
      • 相应碳氢键离解能力大小
        • C-H键：R₃C-H＜R₂CH-H＜RCH₂-H＜CH₃-H
      • 反应活性
        • 定义
          • 反应活性是指一个物质在某个具体反应或某类反应中容易反应的程度
        • 特点
          • 产物（生成的自由基）越稳定，反应越容易（愿意）进行，反应物的反应活性越高。
      • 总结
        • C-H键离解能越小，生成的自由基稳定性越大。 （离解能越小，说明越愿意发生这个反应。）
          • 反应物键的解离能越小，反应物反应活性越高，说明反应物越愿意发生这个反应，所生成的产物越稳定，但是反应物本身由于反应活性高，所以并不稳定。
        • 越稳定的自由基越容易生成， 相应的反应速率也就越快
    • 5️⃣活化能与过渡态
      • ①活化能
        • 定义
          • 提供一部分能量作为生成不稳定的过渡态所需要的能量，这个能量就是活化能。 通俗点讲，反应物与过渡态的能量差即为活化能
        • 特点
          • 活化能越低，反应速度越快。
      • ②反应的选择性
        • 溴代和氯代反应的区别
          • 溴代比氯代困难，但是选择性更强。
            • 溴代反应生成过渡态所需要的活化能高于氯代。氯代反应能量低，多种自由基都比较容易生成，所以生成主要产物的优势不明显，即选择性不高。
            • 溴代反应能量高，只有比较稳定的自由基才能够比较迅速的形成，所以主要产物的优势明显，即选择性更强。
    • 6️⃣烷烃的氧化
      • 规律
        • 烷烃的异构体中，直链烷烃燃烧热最大。 支链越多，燃烧热的越小，焓值越小，越稳定。