烷烃知识总结

大学有机化学第二章烷烃思维导图，下图内容包括：烷烃概念、命题、结构、构象、物理性质、化学性质。

烷烃

• 概念
  • 通式：CnH（2n+2）
  • 同系列：通式相同，组成差n个CH2
  • 同系物：同系列中各个化合物，结构相似，化学性质相似
  • 构造：原子在分子中彼此结合的顺序和方式
  • 构造异构：构造不同而产生的同分异构
    • 碳架异构是构造异构的一种
  • 碳氢化合物：只含有C,H两种元素的化合物
• 命名
  • 选择含有最多支链的最长碳链为主链
  • 主链编号使取代基位次最小，如还有选择，使基团顺次小的基团位次更小
  • 从基团顺序最小的取代基开始，从小到大依次写出各取代基位次、个数、名称，最后写烷烃母体名称
• 结构
  • 碳原子均为sp3杂化
  • 分子中只有C-C和C-H两种共价键
  • 碳碳单键和碳氢键均为σ键，键能大，稳定
  • 长链烷烃分子为折线型
• 构象
  • 构象：由于单键旋转导致分子中各原子的相对位置不同，这种特定的排列形式称为构象
  • 构象的表示方法
    • 锯架式
    • Newman投影式
  • 优势构象：能量最低的构象
  • 乙烷的构象
    • 交叉式（能量低、稳定）
    • 重叠式（能量高、不稳定）
    • 解释
      • 基团之间相互距离最远
      • 超共轭效应：轨道电子从一个已占据轨道移到邻近的空轨道而产生的电荷离域作用
    • 构象异构体既是不同物质又是相同物质——常温下可相互转换，一般无法分离
  • 丁烷的构象
    • 交叉式
    • 部分交叉式
    • 部分重叠式
    • 重叠式
  • 判断优势构象的方法
    • 交叉式构象比重叠式构象能量低
    • 大基团距离越远的构象能量更低
• 物理性质
  • 沸点
    • 碳原子越多的烷烃，沸点越大
    • 碳原子数相同时，支链越多的烷烃沸点越小
    • 原因：分子间作用力大小
  • 熔点
    • 碳原子越多的烷烃熔点越高
    • 碳原子数相同时，对称性高的烷烃熔点越高
    • 原因：分子间作用力，晶格能
  • 密度：比水小
  • 溶解性：难溶于水和极性溶剂，易溶于非极性溶剂（相似相溶）
• 化学性质
  • 氧化反应
    • 自动氧化
    • 燃烧
      • 可通过燃烧热判断烷烃同分异构体之间的稳定性
      • 支链越多的烷烃能量越低，越稳定
  • 热裂反应
    • 在高温无氧条件下，通过加热直接使碳碳键断裂，生成乙烯和短链烷烃的反应
    • 机制：热作用下的自由基反应
  • 异构化反应
    • 有机化合物从一个异构体转变为另一个异构体的反应
    • 烷烃在催化作用下可发生异构化反应，从支链较少的烷烃生成支链较多的烷烃
  • 自由基取代反应——卤代反应
    • 烷烃分子中的H原子被卤素原子取代的反应
    • 描述反应过程的几个概念
      • 过渡态：反应物体系转变成产物体系过程中,经过的能量最高状态（或称活化络合物）。
      • 活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。
      • 反应热：体系在等温、等压过程中发生化学的变化时所放出或吸收的热量。
    • 反应机理：自由基取代历程
      • 链引发
      • 链增长
        • CH4 + Cl• ——> CH3• +HCl
          • 活化能更高，决速步
        • CH3• + Cl2 ——> CH3Cl + Cl•
      • 链终止
    • 氢原子反应活性：叔氢＞仲氢＞伯氢
      • 叔氢C-H键键能较低
      • 自由基稳定型：叔丁基＞伯丁基＞伯丁基
        • 超共轭效应
    • 卤素反应活性
      • 氟：活性太高，反应易失控
      • 氯：活性高，选择性低
      • 溴：活性低，选择性高
      • 碘：活性太低，难以反应