1、由碳和氫兩種元素組成的有機化合物稱為碳氫化合物，簡稱為烴(hydrocarbon)。“烴”字是取“碳”字中的“火”和“氫”字中的“ ”合并而成的。烴是最簡單的有機化合物，也是各種有機物的母體，它們都可以看作是烴的衍生物。烴的種類很多，根據(jù)烴分子中碳原子連接的方式，烴可以分為三類：(1) 脂肪烴脂肪烴又稱為開鏈烴。1凡分子中與碳結(jié)合的氫原于數(shù)已達到飽和程度的烴稱為飽和烴，開鏈的飽和烴也稱為烷烴(alkane)。在鏈狀分子中所含的氫原子數(shù)比相應的烷烴少的稱為不飽和烴，如烯烴(alkene)、炔烴(alkyne)等。(2) 脂環(huán)烴脂肪烴分子中碳原子聯(lián)結(jié)成閉合的碳環(huán)，有飽和和不飽和脂肪烴之分。(3)

2、芳香烴一類具有特殊結(jié)構(gòu)的烴，該類分子大多含有六個碳原子組成的苯環(huán)，可以看作一類“特殊”的不飽和環(huán)烯烴。 22.1 烷烴的同系列、通式和同分異構(gòu)現(xiàn)象 同系列：任何兩個相鄰的烷烴在組成上都相差CH2，這樣的一系列化合物稱為同系列(homologous series)。同系物：同系列中的化合物互稱為同系物(homologs)。系差：相鄰的同系物在組成上相差的CH2稱為同系差。烷烴的通式：在同系列中每個烷烴分子中的氫原于數(shù)是碳原子數(shù)的兩倍加2，所以烷烴的通式是CnH2n+2。丁烷有兩個同分異構(gòu)體，它們的構(gòu)造式如下：3CCCCHHHHHHHHHHCCCHHHHCHHHHHH正丁烷異丁烷構(gòu)造異構(gòu)體：分子式

3、相同而構(gòu)造式不同的異構(gòu)體稱為構(gòu)造異構(gòu)體(constrtitutional isomers)。烷烴的構(gòu)造異構(gòu)體實質(zhì)上是因為分子中碳架不同而產(chǎn)生的。所以往往又稱為碳架異構(gòu)體。戊烷有3個同分異構(gòu)體，它們的構(gòu)造式如下： 4CCCCHHHHHHHHHCCCCHCHHCHHHHHH正戊烷 (b.p.=36.1)異戊烷 (b.p.=28)HHHHHHCCCHHCCHHHHHHHHHH新戊烷 (b.p.=9.5)烷烴異構(gòu)體的書寫基本步驟是：(1) 寫出這個烷烴的最長直鏈式。例如：己烷C6H14的最長直鏈式為： 5(i)CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3v(2) 寫出少一個碳原子的直鏈式，把余下的一

4、個碳原子（即甲基）當作支鏈加在主鏈上，并依次改變支鏈的位置。v例如：C6H14最長鏈為5個碳的同分異構(gòu)體有兩種：CH3-CH-CH2-CH2-CH3(ii)(iii)CH3CH3-CH2-CH-CH2-CH3CH3和2-甲基戊烷 3-甲基戊烷(3) 寫少兩個碳原于的直鏈式，把剩余的兩個碳原子當作一個支鏈（即乙基）或兩個支鏈（即兩個甲基）連在主鏈上。例如，C6H14最長鏈為4個碳的同分異構(gòu)體有兩種： 6CH3-CH-CH-CH3CH3(iv)H3CCCH2-CH3(v)CH3CH3CH32,3-二甲基丁烷2,2-二甲基丁烷 分析下面烷烴分子鏈上碳原子和氫原子的連接情況，可以將碳原子分為幾種不同的

5、類型：7CH3CCH3CH3CHCH2CH3CH31o1o3o4o2o1o1o1ov一級碳原子（伯），用1o表示：碳原子與一個碳原子相連的。v二級碳原子（仲），用2o表示：碳原子與二個碳原子相連的。v三級碳原子（叔），用3o表示：碳原子與三個碳原子相連的。v四級碳原子（季），用4o表示：碳原子與四個碳原子相連的。v氫原子則按其與一級、二級和三級碳原子結(jié)合而分別稱為：伯、仲、叔氫原子。不同類型的氫原子的活潑性不同。2.2 烷烴的結(jié)構(gòu)2.2.1 碳原子的正四面體構(gòu)型和sp3雜化有機化合物中與碳原子相連的四個原子或原子團在四面體的四個頂點上。由中心碳原子向四個頂點所作的連線就是碳的四個價鍵的分布方向

6、。例如：甲烷分子的構(gòu)型是正四面體，四個C-H鍵完全相同，鍵長是109 pm，鍵角為109o28。 8CHHHH109.50正四面體構(gòu)型球棍模型斯陶特模型圖2.1 甲烷的分子模型 碳原子在基態(tài)的電子構(gòu)型是：1s2,2s2,2px1,2py12pz0。碳原子的“雜化”，就是碳原子激發(fā)態(tài)的四個軌道(1個s軌道和3個p軌道)“混雜在一起”重新組合成能量相等的四個新軌道的過程。形成的新軌道稱為sp3雜化軌道，這種雜化方式稱為sp3雜化。 91s2,2s2,2px1,2py12pz0電子激發(fā)1s2,2s1,2px1,2py12pz1軌道重新組合 雜化 1s2,四個sp3雜化軌道呈四面體構(gòu)型雜化結(jié)果：每一個

7、sp3軌道在軸向上集中，即軌道的方向性更強，這樣可以更有效地與別的原子軌道重疊，形成更穩(wěn)定的化學鍵。圖2.4是表示一個sp3軌道與另一個s軌道重疊以及兩個sp3軌道重疊的情況 。10+-+-+-+-+-+-+-ssp3sp3sp3-sp3sp3sp3-sp3s-sp3sp3-s圖2.4 原子軌道的交疊 由一個2s和三個2p軌道雜化形成的每一個sp3軌道含有1/4 s成分和3/4p成分，它們的空間取向是指向正四面體的頂點，sp3軌道的對稱軸之間互成l09o28，如圖2.5所示。11+109o28+1s109o28HC四個sp3CHHHH圖2.5 碳原子四個sp3雜化軌道示意圖 圖2.6 甲烷分子

8、形成示意圖 甲烷分子很穩(wěn)定2.2.2 烷烴的構(gòu)象烷烴分子中的碳原子可以繞C-C鍵進行自由旋轉(zhuǎn)，這就使得一個碳原子上的三個氫原子與另一個碳上的氫原子在空間的相對位置發(fā)生變化，產(chǎn)生不同構(gòu)象的分子。12v1、乙烷的構(gòu)象v由于原子或原子團繞單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中各原子或原子團的不同的空間排布，稱為構(gòu)象（conformation）。v乙烷分子最典型的兩種構(gòu)象是交叉式（staggered）和重疊式（eclipsed）。可用三種最常使用的投影式表示如圖2.9。 圖2.9 乙烷不同構(gòu)象的不同表示方法紐曼（Newman）投影式：把乙烷分子平放，把眼睛對準C-C鍵軸的延長線，圓圈表示遠離眼睛的碳原子，其上連接的三

9、個氫原子畫在圓外，而圓圈上的三個氫原子表示離眼睛較遠的甲基。 13圖 2.10 乙烷的旋轉(zhuǎn)勢能圖360o300o240o180o120o60o0o12.5能 量（kJmol-1）扭轉(zhuǎn)張力 2、正丁烷的構(gòu)象丁烷分子可以看做是乙烷的二甲基衍生物。當繞 C2-C3鍵軸旋轉(zhuǎn)時，情況較乙烷要復雜，有四個典型構(gòu)象，用Newman 投影式表示如下：14CH3HHHHCH3CH3HHCH3HHCH3HHHH3CHCH3HHHHH3C對交叉式鄰位交叉式部分重疊式全重疊式圖2.11 丁烷的構(gòu)象152.3烷烴的物理性質(zhì)物理性質(zhì)通常是指：熔點（m.p.）、沸點（b.p.）、比重、溶解度、折光率等。2.3.1 物質(zhì)的狀

10、態(tài)在室溫和一個大氣壓下，C1C4的烷烴為氣體，C5C16是液體，C17以上是固體。2.3.2 熔點和沸點一般說來，烷烴的m.p.和b.p.都很低。例如：甲烷的m.p.為-185，b.p.為-161.5。 （1）對同數(shù)碳的烴來說，結(jié)構(gòu)對稱的分子熔點高。例如： 16CCCH3CH3CH3CH3CH3H3C(辛烷)(2,2,3,3-四甲基丁烷)m.p.為-56.8m.p.為100.6CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3(2) 含偶數(shù)碳原子的正烷烴比奇數(shù)碳原子的高。如圖2.14所示。17從沸點來看，上升比較有規(guī)則，每增加個CH2基，上升2030，越到高級系列上升越慢。如圖2.

11、15所示。 182.3.3 比重、溶解度和折光率烷烴的比重也是隨分子量的增大而增高，最后接近于0.79。比重的大小也與分子間的引力有關(guān)，分子量越大，分子間引力也越大，故比重隨分子量增高而又微量增加。烷烴不溶于水，能溶于有機溶劑，這是因為烷烴是非極性分子，所以它和有機溶劑分子間的引力也相似，故能很好溶解。 折光現(xiàn)象是由于光照射物質(zhì)時使分子中的電子發(fā)生振動而阻礙光波的前進，因而減低光波在物質(zhì)中進行的速度而產(chǎn)生的。 19式中：v0為光在真空中傳播的速度； v為光在物質(zhì)中傳播的速度。2.4 烷烴的化學性質(zhì)烷烴的化學性質(zhì)不活潑。在常溫常壓下，烷烴與強酸、強堿、強氧化劑、強還原劑等都不易起反應，所以烷烴在

12、有機反應中常用來做溶劑。 2.4.1 鹵代反應（halogenation）烷烴在紫外光、熱或催化劑（碘、鐵粉等）的作用下，它的氫原子容易被鹵素取代，這種反應稱為鹵代反應。20CH4+ Cl2CH3Cl+HClH=-103.2KJ mol-1或 光v甲烷的氯代反應是工業(yè)上制備氯甲烷的重要反應。CH3ClCH2Cl2CHCl3+ Cl2CH2Cl2+HCl+ Cl2+ Cl2CHCl3CCl4+HCl+HCl乙烷的鹵代反應和 CH4一樣，只能生成一種一氯乙烷，而丙烷氯代由于取代位置不同，卻能生成兩種一氯代產(chǎn)物。如： 21CH3CH2CH3Cl2光，25奪取1H奪取2HCH3CH2CH2ClCH3C

13、HCH3Cl45% 1-氯丙烷55% 2-氯丙烷v如果進行溴代，也生成相應的溴化物，但產(chǎn)物的比例不同：CH3CH2CH3Br2光，127奪取1H奪取2HCH3CH2CH2BrCH3CHCH3Br3% 1-溴丙烷97% 2-溴丙烷2.4.2 烷烴的燃燒氧化原子或離子失去電子稱為氧化（oxidation）。氧化一般是指在分子中加入氧或從分子中去掉氫的反應。烷烴的燃燒就是它和空氣中的氧所發(fā)生的劇烈氧化反應，生成CO2和H2O，同時放出大量的熱。22CnH2n+23n+12O2nCO2(n+1)H2O熱能v甲烷和氧氣的比例接近下面反應式中的比例時，遇火花即爆炸而且極為劇烈：2O2889.8kJCH4C

14、O2mol-12H2O2.4.3 熱解反應把烷烴在沒有氧氣的條件下加熱到400 以上，使C-C鍵和C-H鍵斷裂，生成較小分子的過程稱為熱解（pyrolysis）。當烷烴裂解時，便產(chǎn)生較小的游離基。例如： 23CH3CHCH2HHCH3+CH3CH2CH3CH3+CH3CH3CH3+CH2CH2HCH4+CH2CH2(箭頭 表示單電子轉(zhuǎn)移)2.5 烷烴的來源和用途烷烴的天然來源主要是天然氣、石油和煤。(1) 天然氣天然氣是蘊藏在地層內(nèi)的可燃氣體，它是多種氣體的混合物，主要是甲烷，還有少量的乙烷、丙烷、丁烷和戊烷。甲烷是動植物在沒有空氣的條件下腐爛分解的最終產(chǎn)物，即一些有生命的有機體的非常復雜的分

15、子斷裂的最終產(chǎn)物。 (2) 石油石油是烷烴最主要的來源，它的組成主要是烴類（烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴）。石油主要用作燃料，是最重要的能源，又是有機化工的基本原料。所以，石油是工業(yè)的命脈。煤在高溫、高壓和催化劑存在下，加氫可以得到烴類的復雜混合物，又稱為人造石油 煤炭的液化。242.6 環(huán)烷烴組成烴分子的碳原子相互連接成環(huán)狀的，叫環(huán)烴，在環(huán)烴分子中，碳原子之間全是單鍵相互結(jié)合的叫環(huán)烷烴，也叫飽和脂環(huán)烴。環(huán)烷烴的通式為CnH2n，它們與相應的烯烴屬同分異構(gòu)體。 25環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)戊烷環(huán)己烷環(huán)庚烷環(huán)辛烷v2.6.1環(huán)烷烴的物理性質(zhì)v在常溫下，小環(huán)環(huán)烷烴是氣體，常見環(huán)環(huán)烷烴是液體，大環(huán)環(huán)烷烴呈固態(tài)。環(huán)烷烴

16、不溶于水，環(huán)烷烴的沸點、熔點和比重都比同碳數(shù)烷烴高。 2.6.2環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)1、環(huán)的張力拜爾張力學說1885年拜爾提出了張力學說：環(huán)烷烴中碳原子（sp3雜化），與其他原子結(jié)合時，任何兩鍵角都是109o28，。環(huán)丙烷呈三角形，其夾角是60o，環(huán)丁烷是四方形，夾角是90o，這樣環(huán)中的C與C鍵角不能是109o28，必須壓縮到60o，90o以適應環(huán)的幾何形狀。這種由于與正常鍵角的偏差，引起分子的張力，稱角張力。這樣的環(huán)稱張力環(huán)。張力環(huán)為減小張力，有生成更穩(wěn)定的開鏈化合物的傾向。與正常鍵角偏差越大，環(huán)張力越大，越易開環(huán)。 262.6.3 環(huán)烷烴的化學性質(zhì) 由于環(huán)張力的影響，環(huán)丙烷和環(huán)丁烷不穩(wěn)定，除可以發(fā)生自由基取代反應外，還易開環(huán)發(fā)生加成反應。 1、加氫 27H2/Ni, 40H2/Ni, 100CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3v 2、加溴 Br2, r.t.BrCH2CH2CH2BrBr2, r.t.BrBr3、加鹵化氫CH3CH2CH2OH+H2OH2SO428CH3CH2CH2Br+HBr+HBrCH3CH2CH2CH2BrCH3CH2CHCH3+HBrBrv4、加水v開環(huán)規(guī)則：鹵原子加在含氫最少的碳原子上，氫原子加在含氫最多的碳原子上。 29v 2.6.4 環(huán)己烷的構(gòu)象v1、環(huán)己烷的構(gòu)象：椅式構(gòu)象和船式構(gòu)象 HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH