烃类化合物及其衍生物的结构、用途、来源

烃类化合物也就是烃，亦称碳氢化合物，是指只含碳氢两种元素的有机化合物，具体的物质例如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。德国化学家肖莱马发现了丁烷等烃类，被誉为烃类化学的奠基人。烃的重要用途是作燃料和化工原料，石油、天然气和煤是烃的主要来源。石油炼制可得汽油、煤油、柴油等各种烷烃混合物;石油裂解、重整后可得各种烯烃、脂环烃及芳香烃。烃也存在于植物中，如番茄和胡萝卜中的色素都是烃类。天然橡胶的主要成分聚异戊二烯也是烃。

常见的烃有甲烷(沼气)，丙烷和丁烷(打火机油)，异辛烷，石蜡。高级汽油常夸耀异辛烷值，此值与汽油在内燃机内燃烧时引起的震荡成反比。聚乙烯的名字要注意，乙烯聚合后生成的是高分子烷(末端可能有其他基团)。很多植物精油是烯类化合物所组成，如苎(limonene， 图二)是橙，柚等果皮挤出的油之主要成分，由松树压出的油含有两种异构蒎烯(pinene)与少量的他种单化合物，动物肝脏有制造鲨烯(squalene)的功能，它是胆固醇及一些性激素的中间体。天然橡胶是含有多个双键(作规律性分布)的烯类化合物。β胡萝卜素(β-carotene)内有一个很长的共轭多烯系统，在碳链上单键与双键互替，故能吸收部分的可见光波而显色。乙炔(图三)是我们Z熟悉又是Z简单的含三键碳氢化合物，它可由碳化钙的水解而制得。在电灯未普及之前，路旁小摊在夜间照明多用即生即燃的乙炔。现在它的Zda用途是焊接。

碳与氢各为四价及一价原子，烷类的分子式是CnH2n+2，烯类为CnH2n，炔类为CnH2n-2(n是自然数)。二烯与单炔的分子式相同，余可类推。有机化合物中除了链状结构，还有环型的。含一个环的烷(三个碳原子以上才可成环)，也具有与单烯相同的分子式，故每一环代表一不饱和度〔注一〕。然而环烷不会立即脱去溴或高锰酸钾的颜色，在定性检测饱和或不饱和有机化合物时，往往用此方法

我们知道烃类化合物是石油化工、天然气、有机合成行业常见产品，那么常见的烃类化合物有哪些，如何分类呢？

烃类化合物的种类繁多，结构已知的有2000多种，主要包含烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃。按碳键连接方式分为链烃和环烃两类，前者碳原子连成链状。按价键被氢原子饱和的程度又可分为饱和烃及不饱和烃两类。饱和烃即烷烃，如甲烷、乙烷等;不饱和烃有烯烃及炔烃，典型的代表物是乙烯及乙炔。环烃分子中碳键连成闭合的环，它包括脂环烃及芳香烃两种。脂环烃与链烃有许多相似之处，一般环烷烃像烷烃，环烯烃、环炔烃分别像烯烃和炔烃。芳香烃主要是指含有苯环结构的烃。

烷烃（wán tīng），是开链的饱和链烃（saturated group)，分子中的碳原子都以单键相连，其余的价键都与氢结合而成的化合物。通式为CnH2n+2，是Z简单的一种有机化合物。烷烃的主要来源是石油和天然气，是重要的化工原料和能源物资。

烷烃并非是结构式所画的平面结构，而是立体形状的，所有的碳原子都是sp3杂化，各原子之间都以σ键相连，键角接近109°28‘，C-C键的平均键长为154 pm，C-H键的平均键长为109 pm，由于σ键电子云沿键轴呈轴对称分布，两个成键原子可绕键轴“自由”转动。

从甲烷开始，每增加一个碳原子就相应地增加两个氢原子，因此烷烃的通式为CnH2n+2，n表示碳原子的数目(n=1,2,3,···)，理论上n可以很大，但已知的烷烃n大约在100以内。拥有相同分子通式和结构特征的一系列化合物称为同系列，烷烃同系差为CH2，C原子个数不同的烷烃互为同系物。同系列中的同系物的结构相似，化学性质相近，物理性质随着碳原子的增加而呈现规律性变化。

烷烃的密度(density)随相对分子质量增大而增大，这也是分子间相互作用力的结果。烷烃中的σ键极性很小，且其分子偶极矩为零，是非极性分子。根据相似相溶原则， 烷烃可溶

烃是有机物的一个大类，其分子中必须只有碳（C）和氢(H)元素。通常所说的烃类气体化合物指的是甲烷(CH4) 乙烷(C2H6) 丙烷（C3H8）乙烯（C2H4）丙烯（C3H6）乙炔（C2H2） 丙炔(C3H4)等。

甲烷，俗称瓦斯，是Z简单的有机物，是天然气，沼气，坑气等的主要成分。甲烷也是含碳量Z小，含氢量Zda的烃，它可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。通常情况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。但是在特定条件下，甲烷也会发生某些反应。甲烷是一种可燃性气体，而且可以人工制造，所以，在石油用完之后，甲烷将会成为重要的能源。

甲烷是一种很重要的燃料，是天然气的主要成分，约占87%。在标准压力的室温环境中，甲烷无色、无味；家用天然气的特殊味道，是为了安全而添加的人工气味，通常是使用甲硫醇或乙硫醇。在一大气压力的环境中，甲烷的沸点是−161 °C。空气中的瓦斯含量只要超过5%～15%就十分易燃。液化的甲烷不会燃烧，除非在高压的环境中（通常是4～5大气压力）。ZG国家标准规定，甲烷气瓶为棕色，白字。

乙烷为Z简单的含碳-碳单键的烃类气体化合物。分子式C2H6，结构式为CH3CH3。乙烷在某些天然气中的含量为5%～10%，仅次于甲烷；并以溶解状态存在于石油中。1834年迈克尔·法拉第首次使用电解乙酸钾的方法制造了乙烷，他错误地以为是甲烷而没有继续研究，直到1864年卡尔·肖莱马校正了这个错误，他证明所有这些反应的产物都是乙烷。

在化学工业里乙烷主要用来通过蒸汽裂解生产乙烯。与蒸汽混合被加到摄氏900度或以上的高温时重的碳氢化合物裂解成轻的碳氢化合物，烷烃成为烯烃。乙烷可以在冷冻设施中作为致冷剂使用。在科学研究中液态的乙烷在电子显微技术中被用来使得含水量高的样本透明化。

丙烷结构简式为CH3CH2CH3，通常为气态

液态烃泛指在常温常压下为液态的烃类。炼油行业有时专指液化石油气。具体指在常温常压下呈液态的含碳原子数5～16个(C5～C16)的烃类化合物。

液化烃类物质都属于甲类和甲A类火灾危险性介质，具有明显的火灾爆炸危险性。液化烃的成分一般包括；乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烯、丁烷以及其他碳氢化合物，还有微量的硫化合物，属多组分混合物。可以采取常压下降低温度或常温下增加压力两种方式储存。储存温度在-196~50℃之间。这种常温下为气体的混合气，沸点很低， 自燃点一般在250~480℃不等。常温、常压下极易在空气中形成爆炸性气体混合物。这种液化烃的爆炸性气体混合物密度一般比空气重(甲烷、乙烯除外)，泄漏后极易在低洼处积聚。

液化烃的点燃能量很低，一般都在0.25mJ左右(乙烷为0.25mJ，丙烷为0.26mJ，丁烷为0.25mJ)，乙烯的爆炸性气体混合物的点火能量仅为0.0096mJ，很容易被点燃爆炸。压力下储存的液化烃减压或升温都可以使其汽化，体积可在瞬间增大250~300倍，引起超压爆炸。

液化烃可用作石油化工基本原料，如裂解制乙烯、丙烯、丁烯，也可用作燃料。

液态烃气化后在空气中的爆炸极限范围较宽，一般在空气中含有2～10％（Ｖ）的浓度范围，一遇明火就会着火爆炸，液态烃的化学性爆炸速度为2000～3000米／秒，火焰温度达2000℃，1米＾3液态烃完全燃烧，其发热量高达2.5万千卡，发热值大，液态烃还具有冻伤危险性和使人窒息至死。

聚烯烃是烯烃的聚合物。由乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性树脂的总称

通常指乙烯、丙烯或高级烯烃的聚合物。英文缩写为PO。其中以聚乙烯和聚丙烯Z重要。聚烯烃的生产方法有高压聚合、低压聚合(包括溶液法、浆液法、本体法、气相法)。

聚烯烃具有相对密度小、耐化学

烃类衍生物是指烃分子中的一个或多个氢原子被其他原子或原子团取代而衍生出的较复杂化合物的总称。如被卤素取代而衍生的化合物叫卤代烃，被羟基取代的叫醇或酚，被羧基取代的叫羧酸。酯、酰卤、酸酐、酰胺、醛、酮、胺、腈等都可认为是由相应的原子团取代烃分子中氢原子而衍生的化合物。

19世纪初德国化学家肖莱马根据多年实验研究和理论探讨，首先将有机化学定义为烃及其衍生物的化学。此定义按原子结合理论的原理拟定，比以往所有定义都较合理、进步，为当时很多化学家所采纳。但它没有表示出有机物和无机物之间的区别。肖莱马的定义对有机化学结构理论的发展起了很大推动作用，他diyi个将有机化合物按上述定义进行科学的分类，建立了科学的体系。他首先将有机物分为脂肪烃和芳香烃，又将脂肪族化合物分为烃(饱和烃和不饱和烃)、卤烃、醇、醚、醛、酮、酸、酯等。

酯是指有机化学中醇与羧酸或无机含氧酸发生酯化反应生成的产物。酯广泛存在于自然界，例如乙酸乙酯存在于酒、食醋和某些水果中；乙酸异戊酯存在于香蕉、梨等水果中；苯甲酸甲酯存在于丁香油中；水杨酸甲酯存在于冬青油中。低级的酯是有香气的挥发性液体，高级的酯是蜡状固体或很稠的液体。高级和中级脂肪酸的甘油酯是动植物油脂的主要成分，高级脂肪酸和高级醇形成的酯是蜡的主要成分。

酰卤也被视为烃类衍生物，是羧酸中的羟基被卤素原子取代后形成的化合物，可以分为酰氟、酰氯、酰溴、酰碘（不稳定）。其中酰氯是Z常用的酰卤，也是Z常用的酰化剂。酰卤是非常活泼的化合物，不存在于自然界，只能通过化学合成制得。其中以酰氯Z为重要。低级的酰氯为具有刺鼻气味的无色液体，高级酰氯为无色固体。甲酰氯在常态下不存在，制备时总是得到一氧化碳和氯化氢，因此在某些反应中，常利用一氧化碳和氯化氢混合气体在氯化亚铜催化下代替甲酰氯。

有机酸的酸酐可以被认为是烃的衍生物，由两个一元酸分子或一个二元酸分子缩水而