有机化学学习笔记——烷烃详细版

一开始的时候烷烃部分只列了一个大纲，这里补全一下。

202胆汁性肝硬化1年1月31日修改

增加邢大本思维导图

（如果内容出现错误，欢迎大家在评论中航工业集团区或者私信指出哦，后续有内容补充会持续更新）

因为内容比较多，也分为两个部分，烷烃和环烷烃分开来说。

内容比自己之前想象得多，主要是自己太久没看这个部分的内容，被问到一些问题自己也回答不出来了，算是自己复习过程的一个整理吧。

相比于其他的章节，烷烃部分记忆的化学反应知识点比较少，但有很多概念，定义等等知识点比较琐碎。

尤其是环烷烃这个部分——多环烷烃的命名，环己烷的构象这个部分，曾经也困扰着我。

内容主要参考的书籍是李艳梅老师版本的有机化学教材。可能部分内容在其他版本的教材中没有出现过。

还是那句话，一切以课本为主，看不懂就多看几遍，其他一切方法方案都是辅助，千万不能本末倒置。

大纲部分发链接

专栏目录

饱和烃

首先是烃类的概念和分类

烃 ：由C、H 两种元素组成的化合物 叫碳氢化合物，简称烃。根据碳架的形状及碳原子间连接的方式分类如下：

烷烃

定义：分子中只含 C、H 两种元素

烃分子中碳原子之间以单键连接，碳原子的其余化合价完全为氢原子所饱和。

烃分子中所有化学键均为σ键。

通式C n H 2n + 2

同系列：具有同一个分子通式，在组成上相差一个或几个—CH2—的一系列化合物。

同系物：同系列中的化合物彼此互为同系物。

烷烃的结构

烷烃的同分异构现象——分子式相同而结构不同的现象。

C原子和H原子的种类

与一个碳相连：一级碳原子，或伯碳（primary），用1°C表示，一级碳上的氢称一级氢，用10H表示。

与两个碳相连：二级碳原子，或仲碳（secondary），用2°C表示，二级碳上的氢称二级氢或仲氢，用20H表示。

与三个碳相连：三级碳原子，或叔碳（tertiary），用3°C表示，三级碳上的氢称三级氢或叔氢，用30H表示。

与四个碳相连：四级碳原子，或季碳（quaternary），用4°C表示。

碳原子的类型

碳原子种类的扩展

烷烃的命名

命名的整体规则建议大家看一下这个视频，这里放一些需要记忆的东西。

一些常见的烷基

注意一些常见基团的缩写

次序规则

取代基中与主链直接相连的原子按原子序数由大到小排列，原子序数大的为优先基团。

H＜D＜C＜N＜O＜F＜P＜S＜Cl＜Br＜I

若取代基中与主链直接相连的第一个原子相同，则把与第一个原子直接相连的其他原子进行比较，若仍相同，则继续比较，直到有差别为止。

含有双键和三键的基团，可以看作是用单键连有两个或三个相同的原子或基团。

普通命名法

根据分子中碳原子的总数称为#烷，碳原子数为1-10的用甲、乙、丙、丁、…………表示。10个以上的用中文数字表示。如：十二烷。

直链烷烃，名字前加“正”。

链端第二个碳原子上有一个甲基而无其他支链的，名字前加 “异”

（CH3）2CH— 。

链端第二个碳原子上有二个甲基而无其他支链的，名字前加“新”。

（ CH3）3CCH—

系统命名法

（1）选主链，碳链最长，支链最多。

（2）定基位，有多个排序时遵循“最低系列原则”(最先遇到位次较低的取代基为最低系列），有多个最低系列时，按“次序规则”使较优基团位次较大。

(3)书写时，标明取代基的位次，名称，且按先简后繁。

构象

C—C单键是可以旋转的

单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列（构象）

不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构同志社区现象）

构象(conformation)

原因： 由于σ键绕键轴菩提子佛珠“自由”转动，非键合原子或基团在空间产生不同的排列

由于单键旋转所形成的异构体称构象异构体

构象异构体的数量：无数

典型构象：出门靠朋友根据能量的高低具有代表性的构象

构象异构体的特点：A：构象异构体之间不可能完全分开；B：构象异构体之间的转换不需断键

描述立体结构的几种方式

乙烷的构象

各种情况

乙烷构象转换与势能关系图

旋转中须克服能垒——扭转张力

电子云排斥 相邻两H间的von der waals排斥力

一般情况下( T>-250oC):

单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。

一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。

丁烷的构象

丁烷构象转换与势能关系图

其它烷烃的构象

规律: 大基团总是占据对位交叉

立体异构体、构型异构体与构象异构体

立体异构体：由原子或基团在空间的排南怀瑾易经列（或连接）方式不同所产生的异构体（包括构型异构体和构象异构体）

烷烃的物理性质物质状态

一般情况

C灵异小故事1~C4的烷烃为气态（gas）C5~C16的烷烃为液态（liquid）C17以上的烷烃为固态（solid）

沸点

沸点（bp）（boiling　p淘宝购物优惠oint）

一个化合物的沸点就是该化合物的蒸汽压与外界压力达到平衡时的温度。

要素：随着碳原子数的递增，沸点依次升高。

要素：原子数相同时，支链越多，沸点越低。

沸点

熔点指的是固液两新泻态在大气压力下达到平衡时的温度。通常指当结晶物质加热从固态转变为液态时温度。

随着碳原子数目增加，熔点升高

分子的对称性越好，熔点越高

溶解性

1、烷烃不溶于水，易溶解于有机溶剂；

2、熔点本身也是一种很好的溶剂，石油醚是常用 的实验室溶剂。 （石油醚低级烷烃的混合物）

烷烃的化学反应

一般情况下烷烃化学性质不活泼、耐酸碱（常用作低极性溶剂，如正己烷、正戊烷、石油醚等）

烷烃可与卤素发生自由基取代反应（烷烃的重要反应）还有一些其他的反应。

第一部分：氧化，热解和异构化。

无机化学中所讨论的氧化还原反应是指涉及电天才音乐家子得失的反应；而有机化学中的定义：引入氧或者脱氢为氧化；引入氢或者脱氧为还原。

氧化反应

烷烃在高温和空气中燃烧，生成二氧化碳和水，并放出大量的热。

注: 烷烃与空气以一定比例混合后会发生爆炸，这就是煤矿常见的瓦斯爆炸。

在催化剂存在下，烷烃在其着火点以下可以被氧气部分氧化。氧化的结果是碳链在任何部位都可能发生断裂，生成碳原子数少于原来烷烃的含氧有机物（如醇，酮，酸等）

例子

由于原料便宜，这类反应在工业上极其重要，如工业上常用高级烷烃制备高级醇和高级脂肪酸。

烷烃的热解

烷烃在没有氧气存在下热分解反应称为裂解

裂解反应是一个复杂的过程。烷烃分子的碳原子数越多，裂解的产物越多；反应条件不同，产物也不同。

但是不外上海连锁酒店乎是由烷烃分子的C-C键和C-H键的断裂而生成的产物，σ键断裂时，两个碎片各取得共价键的一个翟男电子（均裂），生成自由基

自由基不稳定，易通过碳氢键断裂生成烯烃

或者自由基相互结合，生成稳定化合物

可见，烷烃通过热解反应可以生成相对分子质量较小的烷烃和烯烃的复杂混合物。

裂解反应对化学工业十分重要。

异构化反应

由化合物的一种异构体转变为另一种异构体的反应，称为异构化反应。在适现代企业管理制度当条件下，直链烷烃可以发生异构化反应转变为支链烷烃。例如

利用烷烃的异构化反应，可以提高汽油的质量。

第二部分取代反应

烷烃分子中的C-Hσ键在统称情况下比较稳定，不易发生断裂。但在适当条件下，烷烃分子的氢原子也能被其他原子和原子团取代，该反应称为取代反应。

以甲烷的卤代反应为例

甲烷的氯代反应

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反应特点:

反应需光照或加热。光照时吸收一个光子可产生几千个氯甲烷（反应有引发过程）甲烷与其它卤素的反应

反应速率: F2 > Cl2 > Br2 > I2 （不反应）

不同卤素对于烷烃分子中氢原子的选择性不同。

其中溴代反应的选择性比氯代高修道。反应中，溴原子对烷烃分子中活性较大的叔氢原子有较高的选择性。

烷烃的卤代反应历程

有机反应的类型

离子型反应：由共价键异裂成离子dcom而引起的反应。

自由基反应：由自由基而引起的反应。

自由基的稳定性顺序：叔自由基〉仲自由基〉飞跃情海伯自由基〉甲基自由基

烷烃上H原子的活性顺序：叔H 〉仲 H 〉伯H 〉甲基H

根据离国航航班查询解能解释自由基的稳定性及H的活性

自由基的能量越高越不稳定，C-H断键所需能量越低，该H越活泼

实验事实

CH4、Cl2混合物在黑暗中长期保存，不反应。

国家最高科学技术奖CH4经光照后与Cl2混合，也不反应。

Cl2经光照后，迅速在黑暗中与CH4混合，反应立即发生。

实验事实告诉我们：烷烃的卤代反应是从Cl2的光照开始的。

光提供的能量：330kJ/mol，Cl-Cl 断键能量：242.4kJ/mol ，C-H断神州5号键能量: 435 kJ/mol

甲烷的氯代反应机理的表达

过渡态(Transition State)理论

在化学反应中，反应物相互接近，总是先达到一势能最高点（活化能，相应结构称为过渡态），然后再转变为产物。

例：机理步骤(2)

甲烷氯代的势能变化图

机理的决速步骤（以氯代为例）

卤代反应中X2的相对活性：

从反应热来解释，放出的热越多越易进行

从活化能来解释，活化能越小越易进行