烷烃

烷烃即饱和烃,是只有碳碳单键的链烃,是最简单的一类有机化合物,最简单的烷烃是甲烷。 烷烃- 介绍 烷烃即饱和烃,烷烃分子中,氢原子的数目达到最大值,它的通式为CnH2n+2。

烷烃

• 烷烃的构造
  • 烷烃的同系列
    • 分子式CnH2n+2
  • 同分异构现象
    • 实质是碳架异构产生的
• 烷烃的命名
  • 链最长
    • 一样长则取代基多
  • 最低系列
    • 简单烷烃就近编号
    • 有多条取代基则编号相加最少
  • 书写
    • 数字之间用，相隔，数字与汉字之间用-相隔
    • 简单基团写前面，较优基团写后面
      • 按原子序数大小排序，大者为较优基团，双键C=C可看成连有两个C
    • 若支链上还有取代基，支链取代基可以放在括号里命名。
• 烷烃的构型
  • 正四面体结构
    • 凯库勒模型（球棒模型）
      • 两个碳以上的烷烃σ键可以旋转而形成多种曲折形式，但在结晶状态时，烷烃的碳键排列整齐，且呈锯齿状。
    • 斯陶特模型（比例模型）
  • 碳原子的SP3杂化
    • 甲烷分子中碳原子为SP3杂化，4个C-H键为SP3-S
      • 杂化轨道较S轨道和P轨道有更强的方向性，有利于成键的轨道。
  • 分子立体结构表示方法
    • 楔形透视式
      • 实线表示纸面上的键
    • 锯架透视式
    • 纽曼投影式
• 烷烃的构象
  • 成因：有一定构造的分子通过单键的旋转，形成各原子或原子团的种种空间排布。
  • 交叉式构象：两组氢原子处于交错的位置相互距离最远，能量最低，位于势能最低点
  • 重叠式构象：氢原子处于重叠位置，相互距离最近，能量最高，处于势能最高点，最不稳定
  • 当围绕C2-C3单键旋转时：有对位交叉，邻位交叉，部分重叠，全重叠，四种极限异构。
• 物理性质
  • 室温0.1MPa下，1～4个碳原子是气体，5～16是液体，17以上是固体。
  • 沸点：正烷烃的沸点随着相对分子质量的增加而升高 升高速度随碳原子数增多逐渐减慢
    • 分子间引力越大，沸点越高，烷烃是非极性分子偶极矩为零，引力由色散力所产生
      • 色散力是原子核和核外电子在不断运动过程中，产生瞬间相对位移，使分子的正负电荷中心暂时不重合而产生瞬间偶极，两个非极性分子充分靠近时，由于瞬间偶极的取向，产生一种很弱的吸引力，即色散力。
  • 熔点：C4以上烷烃的熔点随碳原子数的增加而升高，偶数碳的升高比奇数碳升高快一些
    • 原因：偶数碳链的烷烃具有较高的对称性，对称性高的物体必然紧密排列，紧密排列必然导致分子间作用力增强
  • 熔融：晶格中的质点从高度有序的排列变成较混乱的排列。
  • 相对密度：正烷烃的相对密度随碳原子数目的增加逐渐有所增大，分子间引力增加，间距减小，相对密度就增大。
  • 溶解度：不溶于水，能溶于某些有机溶剂，尤其是烃类中。
• 化学性质
  • 烷烃分子C-C键和C-H键极化程度小，不易发生异裂反应而容易发生均裂即自由基反应。
  • 氧化反应（在空气中燃烧）自由基反应
    • 这是汽油和柴油作为燃料的基本变化和根据。
      • 烷烃在室温下，一般不与氧化剂反应，与空气中的氧气也不起反应，但在高温高压下或催化剂作用下可以部分氧化，生成各种含氧衍生物，如醇，醛，酸等。
  • 热裂解反应（高温无氧条件）
    • 裂解反应相当复杂
  • 卤化反应（取代反应，紫外光漫射或高温条件
    • 难以控制一卤代甲烷
      • 卤素与烷烃反应相对活性顺序：F2＞Cl2＞Br2＞I2，其中氟化放热太多难以控制，而碘化则是吸热反应。
      • 取代位：叔，仲，伯氢在室温时氯化的相对活性5：4：1。当升高温度时，比例逐渐接近1：1：1。（算比例时要乘以每个位上氢原子个数） 溴化反应中，相对活性差别很大，叔氢：仲：伯=1600：82：1。因此叔丁烷溴化时产物几乎只有一种。
        • 和自由基稳定性有关
          • 叔，仲，伯氢的活性顺序3＞2＞1*
          • 同一类型的键发生均裂，键的解离能越小，键断裂所需的能量越低，则自由基越容易生成，生成的自由基热力学能值越低，较温度
          • 有实验解离能数值得出自由基稳定次序：三级R3C＞二级R2CH＞一级RCH2＞CH3
      • 一卤化反应机理：自由基反应
        • 产生自由基这一步是反应速率的关键步骤。
• 过渡态理论
  • 过渡态势能很高，不稳定，要么变回原来的产物要么进一步接近形成一个新键，使得原来的键断裂
    • 过渡态认为活化能是发生化学反应所需要的最低限度的能量。复杂反应易生成中间体，中间体极不稳定，但其势能还是比过渡态低。

烷烃

• 烷烃的构造
  • 烷烃的同系列
    • 分子式CnH2n+2
  • 同分异构现象
    • 实质是碳架异构产生的
• 烷烃的命名
  • 链最长
    • 一样长则取代基多
  • 最低系列
    • 简单烷烃就近编号
    • 有多条取代基则编号相加最少
  • 书写
    • 数字之间用，相隔，数字与汉字之间用-相隔
    • 简单基团写前面，较优基团写后面
      • 按原子序数大小排序，大者为较优基团，双键C=C可看成连有两个C
    • 若支链上还有取代基，支链取代基可以放在括号里命名。
• 烷烃的构型
  • 正四面体结构
    • 凯库勒模型（球棒模型）
      • 两个碳以上的烷烃σ键可以旋转而形成多种曲折形式，但在结晶状态时，烷烃的碳键排列整齐，且呈锯齿状。
    • 斯陶特模型（比例模型）
  • 碳原子的SP3杂化
    • 甲烷分子中碳原子为SP3杂化，4个C-H键为SP3-S
      • 杂化轨道较S轨道和P轨道有更强的方向性，有利于成键的轨道。
  • 分子立体结构表示方法
    • 楔形透视式
      • 实线表示纸面上的键
    • 锯架透视式
    • 纽曼投影式
• 烷烃的构象
  • 成因：有一定构造的分子通过单键的旋转，形成各原子或原子团的种种空间排布。
  • 交叉式构象：两组氢原子处于交错的位置相互距离最远，能量最低，位于势能最低点
  • 重叠式构象：氢原子处于重叠位置，相互距离最近，能量最高，处于势能最高点，最不稳定
  • 当围绕C2-C3单键旋转时：有对位交叉，邻位交叉，部分重叠，全重叠，四种极限异构。
• 物理性质
  • 室温0.1MPa下，1～4个碳原子是气体，5～16是液体，17以上是固体。
  • 沸点：正烷烃的沸点随着相对分子质量的增加而升高 升高速度随碳原子数增多逐渐减慢
    • 分子间引力越大，沸点越高，烷烃是非极性分子偶极矩为零，引力由色散力所产生
      • 色散力是原子核和核外电子在不断运动过程中，产生瞬间相对位移，使分子的正负电荷中心暂时不重合而产生瞬间偶极，两个非极性分子充分靠近时，由于瞬间偶极的取向，产生一种很弱的吸引力，即色散力。
  • 熔点：C4以上烷烃的熔点随碳原子数的增加而升高，偶数碳的升高比奇数碳升高快一些
    • 原因：偶数碳链的烷烃具有较高的对称性，对称性高的物体必然紧密排列，紧密排列必然导致分子间作用力增强
  • 熔融：晶格中的质点从高度有序的排列变成较混乱的排列。
  • 相对密度：正烷烃的相对密度随碳原子数目的增加逐渐有所增大，分子间引力增加，间距减小，相对密度就增大。
  • 溶解度：不溶于水，能溶于某些有机溶剂，尤其是烃类中。
• 化学性质
  • 烷烃分子C-C键和C-H键极化程度小，不易发生异裂反应而容易发生均裂即自由基反应。
  • 氧化反应（在空气中燃烧）自由基反应
    • 这是汽油和柴油作为燃料的基本变化和根据。
      • 烷烃在室温下，一般不与氧化剂反应，与空气中的氧气也不起反应，但在高温高压下或催化剂作用下可以部分氧化，生成各种含氧衍生物，如醇，醛，酸等。
  • 热裂解反应（高温无氧条件）
    • 裂解反应相当复杂
  • 卤化反应（取代反应，紫外光漫射或高温条件
    • 难以控制一卤代甲烷
      • 卤素与烷烃反应相对活性顺序：F2＞Cl2＞Br2＞I2，其中氟化放热太多难以控制，而碘化则是吸热反应。
      • 取代位：叔，仲，伯氢在室温时氯化的相对活性5：4：1。当升高温度时，比例逐渐接近1：1：1。（算比例时要乘以每个位上氢原子个数） 溴化反应中，相对活性差别很大，叔氢：仲：伯=1600：82：1。因此叔丁烷溴化时产物几乎只有一种。
        • 和自由基稳定性有关
          • 叔，仲，伯氢的活性顺序3＞2＞1*
          • 同一类型的键发生均裂，键的解离能越小，键断裂所需的能量越低，则自由基越容易生成，生成的自由基热力学能值越低，较温度
          • 有实验解离能数值得出自由基稳定次序：三级R3C＞二级R2CH＞一级RCH2＞CH3
      • 一卤化反应机理：自由基反应
        • 产生自由基这一步是反应速率的关键步骤。
• 过渡态理论
  • 过渡态势能很高，不稳定，要么变回原来的产物要么进一步接近形成一个新键，使得原来的键断裂
    • 过渡态认为活化能是发生化学反应所需要的最低限度的能量。复杂反应易生成中间体，中间体极不稳定，但其势能还是比过渡态低。