2-烷烃

烷::构象

\(\cdots\)	构象
最稳定	锯齿形，C-H 都在交叉位置
气态和液态	C-C 可自由旋转
固态	C-C 自由旋转受到限制

构象的表示（以乙烷为例） #later #svg

• 楔形式：
• 纽曼投影式：
• 透视式：

重叠式构象、交叉式构象（以乙烷为例）

• 重叠式：\(\ce{_⋰\overset{|}{\underset{▲}{C}}-\underset{|}{\overset{⋮}{C}}^▲}\)
• 交叉式：\(\ce{_⋰\overset{|}{\underset{▲}{C}}-\underset{▲}{\overset{|}{C}}_⋱}\)，两碳原子上氢原子距离大，排斥力小，分子内能低，为优势构象
• 能量：全重叠 > 部分重叠 > 邻位交叉 > 对位交叉

构象和构型、构造的关系

• 构象（固定、变化不破坏化学键）：一定构型，单键旋转
• 构型（瞬间、变化破坏化学键）：一定构造，原子、基团在空间排布
• 构造：原子连接方式和次序

烷::物理性质

分子作用力为色散力

非极性分子，分子间作用力为色散力，随分子量的增大而增大，随分子间距离增大而迅速减少

• 范德华力
  1. 偶极力（偶极－偶极）：极性－极性分子间
  2. 诱导力：极性－极性、非极性分子间
  3. 色散力：所有分子间（由于电子运动产生瞬时偶极）
• 氢键力
  1. H原子与电负性很大的原子相连，形成裸露的质子
  2. 具有电负性较大、原子半径较小、含孤电子对的原子（F、O、N）

沸点影响因素

支链越少，沸点越高（原因：接触面积）

• 沸点：化合物的蒸气压与外界压力达到平衡时的温度
• 分子作用力：分子间作用力越大，化合物的蒸气压就越低，沸点高

熔点影响因素

分子量越大（正烷烃），支链越少，分子结构对称性越大，熔点越高

直链烷烃的相对密度

随分子量的增加而增大，最后趋向于最大值 0.78

不溶于水，溶于某些有机溶剂

烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有机溶剂，如苯、氯仿、四氯化碳、其他烷烃，“相似相溶”

烷::燃烧

• 完全燃烧生成二氧化碳和水，放出大量的热
• 支链越多，燃烧热越小，化合物越稳定

烷::热解

烷热解制烷基自由基

\(\ce{R_1-R_2 ->[隔绝空气][\Delta] R_1. + R_2.}\quad\Delta H^\Theta=\text{D}H^\Theta\)

• 选择性：\(\ce{C-H}\) 比 \(\ce{C-C}\) 键能大，故 \(\ce{C-C}\) 更容易断
• 键裂解能（\(\text{D}H^\theta\)）：键裂解的焓变

烷基自由基的性质

• 立体化学：碳是 sp2 杂化，单电子位于 p 轨道
• 活性：活性很高，寿命很短
• 稳定性次序：叔 > 仲 > 伯 > \(\ce{CH3.}\)

烷基自由基的反应

1. 结合生成稳定烷烃分子
   • \(\ce{.CH3 + .CH2CH3 -> CH3CH2CH3}\)
2. 一个从另一个夺取一个氢，生成烷烃和烯烃
   • \(\ce{.CH3 + .CH2CH2CH3 -> CH4 + H2C=CHCH3}\)

烷::自由基取代

烷卤化制卤代烷

\(\ce{-\overset{|}{\underset{|}{C}}-H ->[X2][光] -\overset{|}{\underset{|}{C}}-}\)

• 反应机理（以甲烷氯化为例）
  1. 链引发：\(\ce{Cl2->[h\nu]2Cl.}\)（或 \(\ce{->[250\ \sim\ 400\degree C]}\)）
  2. 链增长
     • \(\ce{CH4 + .Cl -> .CH3 + HCl}\quad\Delta H = \pu{+8.4 kJ/mol}\)（决定反应速率）
     • \(\ce{.CH3 + Cl2 -> CH3Cl + .Cl}\quad\Delta H = \pu{-111.8 kJ/mol}\)
     • \(\ce{.Cl + CH3Cl -> .CH2Cl + HCl}\)
     • \(\ce{.CH2Cl + Cl2 -> CH2Cl2 + .Cl}\)
  3. 链终止
     • \(\ce{.Cl + .Cl -> Cl2}\)
     • \(\ce{.CH3 + .CH3 -> H3CCH3}\)
     • \(\ce{.Cl + .CH3 -> H3CCl}\)
• 控制方法（以甲烷氯化为例）：控制甲烷和氯气的摩尔比和反应时间
• 氢的相对活性：叔氢 > 仲氢 > 伯氢