2.1　烷烃的同系物及同分异构体

2.1.1　同系物

烷烃中最简单的是含有一个碳原子的化合物，叫作甲烷，分子式是CH4。碳原子的四个价键都与氢原子结合。其他烷烃分子中，碳原子的四个价键除以单键与其他碳原子互相成碳链，其余的价键也都和氢原子相连。两个碳原子的烷烃是乙烷，分子式是C2H6。随着碳原子数目逐渐增多，可以得到一系列烷烃化合物。可以看出，从甲烷开始，每增加一个碳原子，就相应地增加两个氢原子。因此，可以用CnH2n+2表示这一系列化合物的组成，叫作烷烃的通式。

这种结构相似、组成上相差n个CH2（n≥1）的许多化合物组成的一个系列，叫作同系列，同系列中的化合物叫作同系物。

2.1.2　同分异构体

乙烷可以看作甲烷的一个氢原子被—CH3基团取代而成，丙烷又可以看作乙烷的一个氢被—CH3基团取代而成。同理丙烷的一个氢被—CH3基团取代而形成丁烷。

甲烷、乙烷和丙烷都没有同分异构体。而丁烷有两种同分异构体，一种不含有支链（称为直链烃），叫作正丁烷；另一种含有支链，即在碳链上有支链，叫作异丁烷。这种由于碳原子的连接次序不同而产生的异构体叫作同分异构体。例如，戊烷同分异构体有以下几种：

由上述结构式可以看出，用a、b、c、d标出的碳原子是有区别的。以a标记的碳原子，只与另一个碳原子相连，其余三个键都与氢相连，叫作一级碳原子或者伯碳原子（以1°表示一级）。以b标记的碳原子，与两个碳原子相连，叫作二级碳原子或者仲碳原子（以2°表示二级）。以c标记的碳原子，与三个碳原子相连，叫作三级碳原子或者叔碳原子（以3°表示三级）。以d标记的碳原子叫四级碳原子或季碳原子（以4°表示），与四个碳原子相连，碳原子上无氢原子。

同分异构体的物理性质不同。一般地，直链烷烃比带有支链的异构体的沸点高，部分烷烃异构体的物理常数见表2-1。

表2-1　部分烷烃异构体的物理常数

为了便于命名以及说明有机化合物的结构，需要给一些基团一定的名称，如“烷基”，所谓烷基是指由烷烃分子中除去一个氢原子后余下的部分，用R—表示。对于具体的烷基，则按照相应的母体烷烃命名。例如，—CH3叫甲基，CH3CH2—叫乙基。表2-2为某些烷基的名称和结构。

表2-2　某些烷基的名称和结构