2.1　烷烃的同系列和异构

2.1.1　烷烃同系列

甲烷的分子式为CH4，乙烷、丙烷、丁烷和戊烷的分子式分别为C2H6、C3H8、C4H10和C5H12。两个烷烃分子式之差为CH2或其倍数，这些烷烃的性质也很相似，这样的一系列化合物称为同系列（homologous series）。同系列中各化合物互称同系物（homolog），CH2称为同系列的系差。烷烃同系列的通式为CnH2 n+2（n为正整数）。

2.1.2　烷烃的异构

同分异构现象（isomerism）是有机化合物中普遍存在的现象。具有相同的分子式而结构不同的化合物称为同分异构体（isomer）。烷烃分子中，甲烷、乙烷和丙烷都没有异构体。丁烷有两种异构体，一种含有不分支的碳链（通常称为直链），叫做正丁烷；另一种含有分支的碳链，即在长的碳链上还有支链，是正丁烷的异构体，叫做异丁烷（见图2-1）。

图2-1　正丁烷和异丁烷的结构式

正丁烷和异丁烷这种同分异构体之间的差别是分子中的碳链不同，是同分异构现象的一种。根据国际纯粹与应用化学联合会（International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC）的建议，把分子中原子相互连接的次序和方式称为构造（constitution）。分子式相同，分子构造不同的化合物称为构造异构体（constitutional isomers）。正丁烷和异丁烷属于构造异构体。这种构造异构（constitutional isomerism）是由于碳骨架不同引起的，故又称碳架异构（carbon skeleton isomerism）。烷烃的构造异构均属于碳架异构。随着烷烃碳原子数的增加，构造异构体的数目显著增多，见表2-1。异构现象是造成有机化合物数量庞大的原因之一。

表2-1　烷烃构造异构体的数目　　

分子的结构除了构造之外。还包括构型、构象等（构型和构象的含义将在以后介绍）。在书写构造式时，常先写碳原子，与其相连的氢或其他原子团写在碳的后面。烷烃的异构是由分子中碳链不同而产生的，常用折线来表示烷烃的构造，折线的转折点和两端的两点都代表一个碳原子。图2-2给出己烷的所有异构体碳骨架结构，根据碳是四价、氢是一价的成键规律能够写出所有碳、氢原子的成键形式。

图2-2　己烷的5种同分异构体及其缩略式（a）和碳架式（b）