烷烃

这是一篇关于烷烃的思维导图，包括烷烃的结构、物理性质、异辛烷、分类、环烷烃稳定性、化学性质等内容。

烷烃

• 碳自由基
  • 烷烃中碳氢键均裂时会产生一个氢自由基和一个烷基自由基（碳自由基）
  • 甲基自由基碳呈sp2杂化，三个sp2杂化轨道具有平面三角形的构型
  • 稳定性顺序：3°C·>2°C·>1°C·>H3C·
  • 断裂C-C键所需能量比C-H键小，C-C键较易断裂。大分子在中间断裂的机会是比较多的
• 结构
  • 正四面体，sp3，109°28'
  • 所有烷烃都是正四面体结构×
    • 乙烷中C-H键长比C-C键长短，不是正四面体
  • 所有烷烃中的碳都是四面体结构√
• 物理性质
  • 状态
    • 1-4个碳原子的烷烃为气体，5-16个碳原子的烷烃为液体（低沸点的烷烃为无色气体，有特殊气味，高沸点烷烃为粘稠状液体，无味），17个碳原子以上的正烷烃为固体。
  • 密度
    • 比水轻
  • 沸点
    • 本质：随分子间作用力的增大而增高，叉链的位阻作用导致分子不易接近，分子间作用力减少
    • 正烷烃的沸点随相对分子质量的增加而升高，低级烷烃中沸点增加的更明显更易分离
    • 同分异构体中直链烷烃的沸点通常比叉链烷烃高，叉链越多沸点越低
    • 环烷烃比相同碳原子数的链烷烃大
  • 熔点
    • 影响因素：①分子间作用力越大，熔点越高②晶体排列越紧密，熔点越高
    • 随相对分子质量的增加而增强
    • 分子对称性越高熔点越高（乙烷比甲烷和丙烷大）
    • 环烷烃比相同碳原子数的链烷烃大
• 异辛烷
  • 
• 同分异构体
  • 支链多的结构比较稳定
• 分类
  • 链烷烃CnH2n+2
  • 环烷烃（脂环化合物）
    • 同分异构
      • 单烯烃
      • 环烷烃
        • 环的大小及侧链长短与位置变化
    • 分类
      • 大小
        • 小环：三、四元环
        • 普通环：五、六、七元环
        • 中环：八至十一元环
        • 大环：十二元环及以上
      • 不饱和度
        • 环烷CnH2n
        • 环烯CnH2n-2
        • 环炔CnH2n-4
      • 环数目
        • 单环
        • 多环
          • 分类
            • 集合环烷烃：环上1个碳原子用单键直接相连而成的多环烷烃（联苯形式）
            • 桥环烷烃：2个环共用2个或多个碳原子的多环烷烃
              • 稠环
                • 2环之间共用1根共价键（共用2个直接相连的碳原子）
              • 桥环
                • 2环之间共用2个不直接相连的碳原子
            • 螺环烷烃：单环之间共用1个碳原子的多环烷烃
          • 数环数
            • 将桥（稠）环烃变为链状化合物时需要断裂的碳链数
• 环烷烃稳定性
  • 环己烷张力最小、最稳定，但是内酯中五元环张力最小、最稳定
• 化学性质
  • 通用反应
    • 卤化反应
      • 类型
        • 氟化
        • 氯化
          • 在紫外光或热（250-400℃）作用下反应
          • ①在室温暗处不发生反应②高于250℃发生反应③在室温有光作用下能发生反应④用光引发反应，吸收一个光子就能产生几千个氯甲烷分子⑤若有氧或有一些能捕捉自由基的杂质存在，反应有一个诱导期，诱导期时间长短与这些杂质的多少有关
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          • 氯化试剂活泼，过渡态来得早，过渡态的势能与反应物比较接近，故过渡态结构近似于反应物，受活性中间体稳定性的影响小
        • 溴化
          • 溴化试剂不活泼，过渡态来得晚，过渡态的势能与活性中间体接近，故过渡态的结构近似于活性中间体的结构。
        • 有实用意义
        • 碘化
      • 活性
        • 反应的难易程度
          • 烷烃
            • 3°H>2°H>1°H>CH4
          • 卤素
            • F2>>Cl2>>Br2>>I2
      • 选择性
        • 氯代：1°H：2°H：3°H=1:3.8:5
        • 溴代：1°H：2°H：3°H=1:82:1600
        • 反应部位的转移性Br>Cl
          • 因为氯代中进攻2°H的选择性比进攻1°H的选择性好，但是差别不是很大，从几率的角度看1°H要容易，因而氯代1°H的产物还是不少的。在溴代反应中选择性差别很大，几率的影响就显得不大。过渡态具有较多自由基的性质，自由基稳定性的差别体现出来了，活化能有明显差别。
          • 选择性差异只能溴代，选择性一样选择氯代因为氯气反应更快且价格更便宜
        • 氯化、溴化反应对氢的选择性，往往在温度不太高时有用；如果温度超过450℃，因为有足够高的能量，反应就没有选择性，反应结果往往是与氢离子的多少有关
    • 热裂反应
      • 无氧存在时，烷烃在高温（800℃左右）发生碳碳键断裂，大分子化合物变为小分子化合物
      • 制备短链烯烃的常用方法。无氧存在时，烷烃在高温（800℃左右）发生碳碳键断裂，大分子化合物变为小分子化合物。大分子烷烃热裂成分子更小的烷烃、烯烃。
      • 热作用下的自由基反应，所用的原料是混合物
      • 热裂后产生的自由基可以互相结合，热裂产生的自由基也可以通过碳氢键断裂产生烯烃。CH3·和H·均可与自由基发生链终止反应，也可与烷烃作用。
      • 用催化剂进行热裂反应，可降低反应温度，但反应机理就不是自由基反应而是离子型反应
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    • 氧化反应
      • 自动（部分）氧化
        • 烃基过氧化氢（ROOH）或其他过氧化物在适当温度下很易分解，产生自由基，自由基引发链反应，并放出大量的热，这就是过氧化物易产生爆炸的原因。
      • 燃烧（彻底氧化）
        • 所有的烷烃都能燃烧，燃烧时反应物全被破坏，生成二氧化碳和水，同时放出大量热。1mol纯烷烃完全燃烧成二氧化碳和水时放出的热称为燃烧热
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    • 硝化反应
      • 直接生成硝基化合物的反应。烷烃与硝酸或四氧化二氮进行气相（400-450℃）反应，生成硝基化合物
      • 气相硝化法制备硝基烷烃，常得到多种硝基化合物的混合物
      • 通过自由基进行反应。烷烃在气相中发生热裂解，生成自由基，再和硝酸进行链反应
      • 硝化反应和卤化反应不同之处：硝化反应会发生碳碳键的断裂生成小分子的硝基化合物
      • 实验室中使用较少，工业中使用较多
    • 磺化反应
      • 与硝化反应类似
    • 氯磺化
      • 高级烷烃与磺酰氯（或二氧化硫和氯气的混合物）在光的照射下，生成烷基磺酰氯的反应
    • 异构化
      • 从一个异构体转变为另一个异构体
        • 在催化剂的存在下，烷烃可异构化——直链烷烃异构化为支链烷烃
  • 特殊反应
    • 环烷烃的反应
      • 小环（三、四元环）烷烃的开环反应
        • 类型
          • 与氢反应
            • 条件：Pt/C，50℃或Ni，80℃
          • 与卤素反应
            • Br2，室温
            • Cl2，FeCl3
            • 注意：开环中与卤素反应的条件和卤化反应中的条件
          • 与氢碘酸反应
          • 与卤化氢反应
            • 在含氢最多和含氢最少的碳原子之间开环，氢加在含氢较多的碳上，存在例外，很复杂的结构不好说
        • 活性
          • 三元环>四元环>五、六、七元环
      • 桥环烷烃
        • 桥碳不形成双键，形成双键会破坏桥环的稳定性
        • 桥碳正离子很不稳定