我們在前一個單元介紹過 只含有碳原子與氫原子的有機化合物 稱為烴類 包含其分類 從這一個單元開始 課程就會更完整的介紹每一個類別 這單元先介紹以碳碳單鍵結合的烴類 稱為烷 包含鏈烷與環烷 有機物中所有碳原子間的鍵結 均為單鍵的烴類 稱為烷烴 是一種飽和烴 以結構分類 可分為碳原子以鏈狀排列的鏈烷 例如有三個碳的烷類稱為丙烷 化學式為C₃H₈ 及碳原子以環狀排列的環烷 例如三個碳可以圍成一個環 化學式為C₃H₆ 這裡也可以發現相同碳數的化合物 如果形成一個環狀 會比鏈狀結構少了兩個氫原子 我們可以這樣去理解 丙烷的三個碳原子 如果兩端的碳原子沒有接上氫原子 而是這兩個碳原子彼此連接 就可以形成一個環狀結構 所以可以下一個結論 就是碳數相同時 結構中如果出現一個環狀 則會比鏈狀少兩個氫原子 再舉一個例子 如果是八個碳的烷類 中文稱為辛烷 化學式為C₈H₁₈ 如果碳數不變 結構中出現一個環狀 也是少2個氫原子 化學式為C₈H₁₆ 介紹完了出現環狀結構 影響了氫原子的數目後 同學們有沒有發現 三個碳的丙烷很容易表示 八個碳的辛烷 結構式畫好了 可能沒有把握又要重新數一次 或是原子總數太多 如果成分中又有非碳原子 畫面就會很複雜或是很亂 所以在這裡 要先介紹兩種有機物的表示法 第一種要介紹的是 縮合結構式 它的英文是 Condensed Structure Formula Condensed 中文翻譯是「濃縮的」 所以由表面的文字來看 縮合就是會變得比較小比較集中 現在就用剛剛的丙烷 來介紹縮合結構式的表示法 先畫出丙烷的路易斯結構 再把每一個碳 與其所接的外圍的氫原子先圈起來 再按照碳的排列 將外圍的氫原子縮起來 最左邊為CH₃ 中間為CH₂ 最右邊為CH₃ 中間可以畫上單鍵 代表單鍵的短線符號 也可以省略不需要表示 但是雙鍵或是參鍵 就必須要畫出來 現在以戊烯為例 化學式是C₅H₁₀ 畫出路易斯結構後 將每一個碳 與其直接鍵結的氫原子圈起來 再依碳的順序表達出來 此時雙鍵不可省略 第二種是 線角結構式 英文是 skeletal structure formula 或是 line-angle formula skeletal 中文翻譯是骨架的意思 所以 就是把主要碳骨架畫出來 利用短線代表碳碳單鍵 線的端點 及兩線交會處代表碳原子 省略碳與氫原子 以丙烷為例 畫出路易斯結構後 可以先省略碳原子上面的氫 最後碳原子也省略 但用折線的方式表達 這也是英文的另一個名稱 line-angle formula的意思 有線也有角度 這種表示法 丙烷結構上的碳原子 與氫原子都省略了 但是 如果分子含有其他種類原子 則其他種原子 與其上面的鍵結的氫原子不能省略 以乙醇為例 畫出路易斯結構後 將每一個碳上的氫原子省略 以短線表示碳碳原子間的單鍵 但這裡的氧原子 與氧原子上的氫原子不可省略 熟悉了表示法後 現在開始介紹鏈烷 烷類是單鍵鍵結 上一個單元已經介紹過 每一個碳原子可以有四個鍵結 所以 此四個共價鍵 可以排成四個單鍵 一個雙鍵加上兩個單鍵 兩個雙鍵 或是一個參鍵加上一個單鍵 但是鏈烷是單鍵結合 所以只能有四個單鍵的鍵結方式 所以 若這四個鍵結都是接四個氫原子 就成為最簡單的鏈烷 稱為甲烷 化學式為CH₄ 兩個碳 可以接六個氫稱為乙烷 化學式為C₂H₆ 三個碳可以接八個氫 稱為丙烷 化學式為C₃H₈ 通式為CₙH₂ₙ₊₂ 這個通式怎麼來的呢 可以這麼理解 一個碳原子有四個鍵結量 都是單鍵 所以可以接四個氫原子 先將左右兩邊的氫原子固定 那碳原子 就還接上上面 與下面的氫原子兩顆 可以先理解為 C₁H₂₊₂ 如果有兩個碳 那左端與右端 還是兩個氫原子 那多了一個碳原子就多了2個氫 所以氫原子數目 就會是碳原子數目的2倍 加上左右的兩個氫原子 丙烷有三個碳 也是可以用上面的方式 去理解烷類的組成原子的數量關係 所以鏈狀烷類的通式 就是CₙH₂ₙ₊₂ 在這裡 要介紹一個有機化合物中 會出現的專有名詞 稱為同系物 剛剛介紹的鏈烷 有一些共通的特質 都是單鍵官能基類別相同 分子式相差CH₂ 或是CH₂的整數倍 科學家把有這樣特質的一群有機物 就稱為同系物 接下來介紹環烷 碳原子之間排列成環狀 並且都是單鍵連結 稱為環烷 由前面烷類的介紹知道 鏈烷少兩個氫原子 可以形成一個環狀 鏈烷的通式為CₙH₂ₙ₊₂ 所以少兩個氫原子的環烷 通式為CₙH₂ₙ 兩個碳原子只能形成一個鍵結 所以要能夠繞成一個環 碳數最小值為3 所以 最簡單的環烷 化學式為C₃H₆ 稱為環丙烷 四個碳稱為環丁烷 化學式為C₄H₈ 五個碳稱為環戊烷 化學式為C₅H₁₀ 六個碳稱為環己烷 化學式為C₆H₁₂ 這些有機物 都是碳碳單鍵結合 具有一個環 分子式相差CH₂ 或CH₂的整數倍 所以彼此之間也是同系物 在這裡可以看到 以線角結構式來描述有機物 相對的簡單明瞭 下列哪一種分子可能為鏈烷 請寫出C₃H₈的同系物至少二個 接下來介紹烷類的物理性質 烷類是有機物 所以很難溶於水 但可以溶於其他極性小的有機溶劑 例如苯、醚 外觀無色無臭無味 另外 因為分子量會隨碳數增加而增加 所以在常溫常壓下 沸點會隨碳數增加而上升 以碳原子排成一直鏈的正烷類來說明 碳數1～4的正烷類為氣體 碳數5～17的正烷類為液體 碳數18個以上的正烷類為固體 俗稱石蠟 熔點也是隨著碳數增加而上升 但是丙烷是例外 正烷類的比重隨碳數增加而增加 並且所有烷類的比重皆小於1 所以與水混合時 不只分層而且會浮於水面上 下列有關烷烴的敘述何者錯誤 讓我們來複習今天學到的重點吧 同學們經過這一個單元的學習 你是否能分辨烷與環烷的結構 也清楚它們的物理性質呢 歡迎與我們分享你的心得 下次見