【正文】 帶負電荷的碳原子稱為負碳離子。都只能在瞬間存在。分子軌道是原子軌道的線性組合。兩個原子軌道組合成兩個分子軌道；一個是成鍵軌道，比組成它的原子軌道6 能量低，穩(wěn)定。在一般情況下，分子的反鍵軌道 烷烴（Alkane )僅由碳和氫兩種元素組成的化合物稱為碳氫化合物，簡稱為烴（hydrocarbon）。）甲烷是烷烴中最簡單的分子，其成鍵方式如下: 碳原子sp3雜化, 4個sp雜化軌道分別與4個氫原子的S軌道重疊，形成4個C—Hσ鍵，4個C—Hσ鍵間的鍵角109176。乙烷是含有兩個碳的烷烴，其結構如下： 37 圖2－2乙烷的結構兩個碳原子各以sp3 雜化軌道重疊形成C—Cσ鍵，余下的雜化軌道分別和6個氫原子的s軌道重疊形成六個C—Hσ鍵。★其他烷烴的成鍵方式同乙烷相似。具有相同分子通式和結構特征的一系列化合物稱為同系列（homologous series）。如：乙烷較甲烷多CH2，丙烷較乙烷多CH2 ?；同系物的結構相似，化學性質也相似，物理性質則隨著碳原子數的增加而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，同系列中的第一個化合物常具有特殊的性質。伯碳原子又稱一級碳原子（primary carbon），以1176。仲碳原子又稱二級碳原子（secondary carbon），以2176。叔碳原子又稱三級碳原子（tertiary carbon），以3176。季碳原子又稱四級碳原子（quaternary carbon），以4176。例如： 該化合物有五個1176。碳、一個3176。碳。氫原子）、仲氫原子（2176。氫原子）。 小結：烷烴分子中的碳原子均為sp3雜化，各原子之間都以單鍵相連。28′，C—H鍵和C—C鍵的鍵長分別為110pm和154pm或與此相近。問題21 寫出只有伯氫原子，分子式為C8H18 烷烴的結構式問題22 寫出分子式為C9H20，含有8個2176。氫原子的烷烴結構式二．烷烴的構造異構和命名（一）烷烴的碳鏈異構分子式相同，碳原子連接方式不同而產生的同分異構現(xiàn)象，稱為碳鏈異構，其異構體稱為碳鏈異構體，它是構造異構的一種。 丁烷（C4H10）有兩種不同的異構體；戊烷（C5H12）有三種異構體。如：己烷C6H14有5個異構體，庚烷C7H16有9個異構體，十二烷C12H26 有355個異構體?。烷烴的命名采用兩種命名法：普通命名法、系統(tǒng)命名法。如CH4 （甲烷）、C2H6 （乙烷）、C3H8（丙烷）、C10H22（癸烷）。如C11H24 （十一烷）、C12H26（十二烷）、 C20H42（二十烷）。 部分烷烴的英文名稱烷烴異構體可用詞頭“正（normal或n）、異（iso或i）、新（neo）”來區(qū)分。“異”表示末端為“新”表示末端為 ，此外別無支鏈的烷烴。 9 ★普通命名法只適用于一些直鏈或含碳原子數較少的烷烴異構體的命名。系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）1892年，日內瓦國際化學會議首次擬定了有機化合物系統(tǒng)命名原則，此后經IUPAC（International Union of Pure and Apllied Chemisty）多次修訂，所以也稱為IUPAC 命名法。烷烴系統(tǒng)命名法是將帶有側鏈的烷烴看作是直鏈烷烴的烷基取代衍生物，所以在學習系統(tǒng)命名法之前先學習取代基的命名。烷基的中文命名是把相應的烷烴命名中的“烷”字改為“基”字。 ★烷烴系統(tǒng)命名法規(guī)則⑴.選主鏈：選擇含有取代基最多的、連續(xù)的最長碳鏈為主鏈，根據主鏈所含碳原子數命名為“某烷”。當兩個相同取代基位于相同位次時，應使第三個取代基的位次最小，依次類推；當兩個不同取代基位于相同位次時，應使小的取代基編號較小。并在最前面標明取代基的編號,各編號間用“，”隔開。主要烷基的優(yōu)先順序是：異丙基amp。丙基amp。乙基amp。甲基；在英文命名中，取代基是按字首的字母排列順序先后列出。并以此總結出系統(tǒng)命名法的命名規(guī)則。 小結：烷烴的命名是其他有機化合物命名的基礎，有機化合物即可以用普通命名法命名、也可以用系統(tǒng)命名法命名，只是適用的范圍不同，普通命名法只適用于部分較簡單的化合物，系統(tǒng)命名法適用于絕大部分的有機化合物，另外有些化合物還具有俗名。由于C—Cσ鍵可以旋轉任意角度，所以烷烴有無數構象異構體。（一） 乙烷的構象（conformation）乙烷沒有碳鏈異構，但乙烷分子中的兩個碳原子可以圍繞 C—Cσ鍵旋轉，乙烷有無數構象異構體，其中有兩種典型的構象：重疊式（eclipsed）和交叉式（staggered）。鋸架式是從分子的側面觀察分子，較直觀地反映了碳原子和氫原子在空間的排列情況。 圖2－4 乙烷球棍模型C－C鍵的旋轉（動畫）重疊式兩個碳原子上的氫原子相距最近，相互間的排斥力最大，分子的能量最高，是最不穩(wěn)定的構象；交叉式兩個碳原子上的氫原子相距最遠，相互間斥力最小，分子的能量最低，是最穩(wěn)定的構象。mol1，交叉式是乙烷穩(wěn)定的優(yōu)勢構象。mol1的能量，足以使C—C 鍵“自由”旋轉，各構象間迅速轉換，無法分離出其中某一構象異構體，但大多數乙烷分子是以最穩(wěn)定的交叉式構象存在。見下圖： 圖2－6 正丁烷繞C2－C3σ鍵旋轉的構象對位交叉式：兩個體積較大的甲基處于對位，相距最遠，此種構象的能量最低。全重疊式：兩個甲基及氫原子都各處于重疊位置，相互間斥力最大，分子的能量最高，是最不穩(wěn)定的構象。正丁烷C2—C3 s鍵旋轉能量圖如下：12 圖2－7 正丁烷C2—C3 鍵旋轉時的能量曲線圖從正丁烷C2—C3 鍵旋轉時的能量曲線圖可見，4種構象的穩(wěn)定性次序是： 正丁烷各種構象之間的能量差別不太大。隨著正烷烴碳原子數的增加，它們的構象也隨之而復雜，但其優(yōu)勢構象都類似正丁烷，是能量最低的對位交叉式。 圖2－8 正己烷分子的球棍模型分子的構象，不僅影響化合物的物理和化學性質，而且影響蛋白質、酶、核酸等生物大分子的結構與功能以及藥物的構效關系。藥物受體一般只與藥物多種構象中的一種結合，這種構象稱為藥效構象。例如，抗震顫麻痹藥物多巴胺作用于受體的藥效構象是對位交叉式。問題26 畫出己烷圍繞C3—C4化學鍵旋轉時的最穩(wěn)定構象和最不穩(wěn)定的構象。四．烷烴的物理性質有機化合物的物理性質，一般是指物態(tài)、沸點、熔點、密度、溶解度、折光率、旋光度和光譜性質等。在室溫和常壓下，C1～C4的正烷烴（甲烷至丁烷）是氣體，C5～C17 的正烷烴（戊烷至十13 七烷）是液體，C18和更高級的正烷烴是固體。根據“極性相似者相溶”的經驗規(guī)律，烷烴易溶于非極性或極性較小的苯、氯仿、四氯化碳、乙醚等有機溶劑，而難溶于水和其他強極性溶劑。烷烴的沸點、熔點、密度的變化規(guī)律見下圖沸點密度熔點 圖2－9 烷烴沸點、熔點、密度隨碳數變化規(guī)律(鼠標移至圖上有答案出現(xiàn)）沸點：正烷烴的沸點隨著碳原子的增多而有規(guī)律的升高。同分異構體，取代基越多，沸點越低。熔點：正烷烴的熔點隨著碳原子數的增多而升高，含偶數碳原子正烷烴的熔點高于相鄰的兩個含奇數碳原子正烷烴的熔點。 密度：正烷烴的密度隨著碳原子數的增多而增大，178。所有烷烴的密度都小于1g178。五．烷烴的化學性質烷烴是飽和烴，分子中只有牢固的C—C σ鍵 和C—H σ鍵,所以烷烴具有高度的化學穩(wěn)定性。但在適宜的反應條件下，如光照、高溫或在催化劑的作用下，烷烴也能發(fā)生共價鍵均裂的自由基（ free radical ）反應。 甲烷與氯氣作用，產生一氯甲烷；隨著反應的進行，過量的氯氣繼續(xù)與一氯甲烷作用，生成二氯甲烷；二氯甲烷進一步與氯氣作用，生成三氯甲烷；三氯甲烷繼續(xù)反應生成四氯甲烷，所以反應的產物是4種氯代甲烷的混合物?？捎么朔椒ㄖ苽湟畸u代烴。gt。gt。gt。氟代反應十分劇烈，難以控制，強烈的放熱反應所產生的熱量可破壞大多數的化學鍵，以致發(fā)生爆炸。因此，鹵代反應一般是指氯代反應和溴代反應?！铈溡l(fā)（chaininitiating step）：形成自由基 氯分子從光或熱中獲得能量，Cl—Cl鍵均裂，生成高能量的氯自由基Cl178。自由基的反應活性很高，一旦形成就有獲取一個電子的傾向，以形成穩(wěn)定的八偶體結構。 。此反應是放熱反應，所放出的能量足以補償反應②所需吸收的能量，因而可以不斷地進行反應，將甲烷轉變?yōu)橐宦燃淄?。CH2Cl自由基，它再與氯分子作用生成二氯甲烷CH2Cl2和新的Cl178。反應就這樣繼續(xù)下去，直至生成三氯甲烷和四氯甲烷。☆鏈終止（chainterminating step）：清除自由基 兩個活潑的自由基相互結合，生成穩(wěn)定的分子或加入少量能抑制自由基生成或降低自由基活性的抑制劑，使反應速率減慢或終止反應。問題2－7用圖示的方式說明活化能、過渡態(tài)的概念，并說明甲烷氯代反應是吸熱反應還是放熱反應？ 答案 ：15 活化能 ：反應發(fā)生所必須的最低限度的能量，用Ea 表示，它是從反應物轉化為產物過程中，必須達到的一個能量高峰。此反應為放熱反應。例如： 丙烷分子中有6個1176。氫原子，理論上兩種氫原子被鹵代的幾率之比為3:1，但在室溫條件下，這兩種產物得率之比為43:57 ，說明2176。氫原子的反應活性高