烷烃

有机化学之烷烃知识梳理，包括烷烃的构型、烷烃的构象、烷烃的物理性质等等，需要的可以收藏下。

烷烃

• 2.4 烷烃的结构
  • 烷烃的构型
    • 分子的构型：指具有一定构造的分子中各种基团在空间的分布
    • 构造：分子中原子互相联结的方式和次序
    • 甲烷的构型
      • 碳原子的sp3杂化轨道
        • 在有机化合物中碳是四价的，都是sp3杂化
          • 
        • 每一个sp3轨道都含有1/4的s成份和3/4的p成份
          • 
        • 为了使成键电子之间的斥力最小且最稳定，四个sp3杂化轨道在空间的取向是以碳原子为中心，指向正四面体的四个顶点，每个轨道对称轴之间的夹角为109°28'
          • 
        • 轨道杂化的结果: 轨道杂化比s轨道或p轨道有更强的方向性，更有利于成键; 4个sp3轨道是完全等价的; 正四面体的排列方式，使4个键尽可能远离，成键电子对的互斥最小，分子最稳定
    • 甲烷的形成
      • 碳原子以sp3杂化轨道成键，分别沿对称轴方向与4个氢原子的1S轨道相互交盖。形成四个相等的C-H键 由成键原子轨道沿键轴相互交盖，形成对键轴呈圆形对称的轨道，称为σ轨道，由o轨道构成的共价键称为σ键，o轨道上的电子称为σ电子
        • 
    • 乙烷的形成
      • C-H:sp3-s σ键 C-C:sp3-sp3 σ键
        • 
    • 甲烷的分子模型
      • 楔形透视式
        • 
      • 分子模型
        • 
    • 其他烷烃的构型
      • 碳原子都是sp³杂化，碳氢键和碳碳键都是σ键 C-C:sp3-sp³σ键，C-H:sp3-1sσ键
        • 
      • 碳链一般是曲折地排布在空间，在晶体时碳链排列整齐，呈锯齿状，在气、液态时呈多种曲折排列形式(因σ键能自由旋转所致)
  • 烷烃的构象
    • 构象：是具有一定构造的分子，因单键旋转改变其原子或原子团在空间的相对位置而呈现的不同立体形象
    • 乙烷的构象
      • 两面角
        • 单键旋转时，相邻碳上的其他键会交叉成一定的角度（Φ），称为两面角
          • 
        • 两面角为0° 时的构象为重叠式构象 两面角为60°时的构象为交叉式构象 两面角在0-60°之间的构象称为扭曲式构象
      • 乙烷交叉式构象与重叠式构象的表示方法
        • 伞形式：眼睛垂直于C-C键轴方向看，实线表示健在纸面上，虚线表示键伸向纸面后面，楔形线表示键伸向纸面前方。
          • 
        • 锯架式：从C-C键轴斜45°方向看
          • 
        • 纽曼投影式：从C-C键的轴线上看
          • 
      • 乙烷构象的稳定性：交叉式＞重叠式
        • 原因：原子间斥力小，能量最低
          • 
        • 构象的稳定性与内能有关。内能低，稳定
      • 乙烷构象势能关系图
        • 重叠式比交叉式的能垒(扭转能)高12.5KJ/mol。 单键旋转的能垒一般为12-42kJ/mol，在室温时，乙烷分子中的 C-C键能迅速的旋转，构象异构体处于迅速转化的动态平衡中。因此不能分离出乙烷的某一构象。在低温时，交叉式增加。如乙烷在-172C时，基本上是交叉式
          • 
    • 丁烷的构象
      • 
      • 稳定性次序：对位交叉式(ap)>邻位交叉式(sc)>部分重叠式(ac)>全重叠式(sp)
        • 
      • 分子总是倾向于以稳定的构象形式存在
        • 
      • 室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，不能分离。最稳定的对位交叉构象是优势构象
• 2.5 烷烃的物理性质
  • 烷烃是无色物质，具有一定的气味。直链烷烃的物理性质，例如熔点、沸点、相对密度等，随着分子中碳原子数(或相对分子质量)的增大，而呈规律性的变化
  • 物质状态
    • 烷烃在室温常压下:1C~4C(g)，5C~16C(l)，17C~(s)
  • 沸点
    • 液体的沸点取决于分子间引力的大小，分子间引力越大，沸点就越高
    • 分子间作用力主要是范德华力
      •  原子核和电子在不断运动时，产生一瞬间的相对位移，使正负电荷重心暂时不重合产生瞬时偶极
    • 烷烃沸点的特点
      • 沸点一般很低（非极性，只有色散力）
      • 烷烃的沸点随分子量的增加而逐渐升高 原因：分子量增加 色散力增大
        • 
      • 相同分子量的烷烃，支链越多，沸点越低 原因：支链多，分子不易接近，色散力是近距离较大
        • 
  • 熔点
    • 直链烷烃的熔点随分子量的增加而升高
    • 直链烷烃的熔点随分子量的增加而升高
      • 形成了“偶上奇下”两条曲线
      • 原因：在晶体中，分子之间的作用力不仅取决于分子的大小，还于晶体中晶格排列的对称性有关 含偶数碳原子的碳链具有较好的对称性，晶格排列紧密。故熔点越高
        • 
    • 分子量相同的烷烃异构体中，对称性大的熔点高些 即新>正>异
      • 
  • 相对密度d
    • 相对密度，是有机物的质量与同体积水的质量比，是无单位的量
      • d＝m/mH2O
    • 直链烷烃的相对密度随着分子量的增加而增大，最后趋近于最大值0.78(20℃)
    • 相对密度与分子引力有关，分子间引力增大，分子间的距离相应减少，故相对密度就增大
  • 溶解度
    • 烷烃不溶解于水，易溶解于有机溶剂
    • 结构相似或极性大小相近的化合物可以彼此互溶，这就是“相似相溶”的经验溶解规律
  • 总结
    • 
      • 
    • 
      •