烷烃
由碳和氢两种元素组成的化合物称为烃(hydrocarbon)，其中烷烃的通式为CnH2n+2。其他各类有机化合物可视为烃的衍生物(derivatives)，如甲醇CH3OH可视为CH4分子中的一个H原子被轻基-OH取代的衍生物。
一、结构
烷烃(alkane)分子的所有碳原子均为sp3杂化，原子之间以单键(σ键)相连。
甲烷是最简单的烷烃分子，其碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的s轨道沿键轴方向重叠，形成4个C-Hσ键，分子中的键角均为109°28'，在空间呈正四面体排布。
烷烃的碳原子均为饱和碳原子，按照与它直接连接的碳原子的数目不同，可分为伯、仲、叔、季碳原子，又称为一、二、三、四级碳原子，分别用1°、2°、3°和4°表示。
二、构造异构和命名
分子式相同的不同化合物彼此互为同分异构体，简称异构体(isomer)。分子中原子间相互连接的次序和方式称为构造。构造异构是指分子式相同，分子中原子间相互连接的次序和方式不同而形成不同化合物的现象。
（一）碳链异构
甲烷、乙烷和丙烷分子只存在一种碳原子连接方式，无异构体。随着碳原子数的增加，烷烃可以有多种碳原子连接方式。
具有相同的分子式，由于碳链结构不同而产生的同分异构现象称为碳链异构。碳链异构属于构造异构。
（二）命名
烷烃的命名原则是各类有机化合物命名的基础。烷烃的命名通常分为普通命名法(common nomenclature)和系统命名法(systematic nomenclature)。
1.普通命名法
烃分子中去掉一个氢原子，所剩下的基团叫做烃基，用R-表示。命名烷基时，把相应的烷烃命名中的“烷”字改为“基”字。烷基的英文命名只需将烷烃词尾的-ane改为-yl,常见的烷基结构和名称见表4-2。
2.系统命名法
主链上若连有不同的取代基（非官能团），应按以下的次序规则比较次序，要注意优先的取代基是后列出的。常见烷基的优先顺序是：
异丙基>异丁基>丁基>丙基>乙基>甲基
在英文命名中，取代基是按字首的字母排列顺序先后列出。
三、构象异构
由于碳碳单键可自由旋转，导致分子中原子或原子团在空间的不同排列方式称为构象(conformation)。由此产生的异构体称为构象异构体(conformational isomer)。构象异构体的分子构造相同，但其空间排列取向不同，因此构象异构是立体异构中的一种。
（一）乙烷的构象
乙烷是最简单的含有C-C单键的化合物，如果固定乙烷分子中的一个碳原子，另一个碳原子围绕C-Cσ键旋转时，则该碳原子上的三个氢原子相对另一个碳原子上的三个氢，可以有无数种空间排列，即有无数种构象异构体，其中重叠式(eclipsed)和交叉式(staggered)是两种典型的构象。
常用锯架式(sawhorse formula)和纽曼投影式(Newman projection formula)表示烷烃的构象。
锯架式是从分子模型的侧面观察分子立体结构的表达方式，能直接反映碳原子和氢原子在空间的排列情况。图4-3为乙烷的锯架式结构图。
纽曼投影式是沿着C一C键轴观察分子模型所得的平面的表达方式，用圆圈表示碳原子，从圆圈中心伸出的三条直线，表示离观察者近的碳原子上的价键，而从圆周向外伸出的三条短线，表示离观察者远的碳原子上的价键（图4-4）。
在化合物分子中非键合的原子之间存在着相互作用力，其作用力的大小与原子间的距离有关，当该距离等于或大于它们的范德华(van der Waals)半径之和时，就相互吸引；当该距离小于范德华半径之和，它们就彼此排斥，从而产生范德华张力，又称为空间张力。
补充：范德华相互作用指的是没有化学键直接相连的粒子之间的相互作用。考虑一个极端情况，如果是十来个碳的一条长链烷烃，其首尾之间没有化学键直接相连，中间隔了多个CH2。这时候这两端的两个甲基之间就会存在范德华相互吸引（但很微弱，范德华相互作用依距离的负六次方衰减）。表现为长链烷烃不会是真的舒展的一条长链，而是会类似耳机线一样弯曲。长链烷烃两端因此有靠近的趋势。当然这个弯曲也有一大部分来自于熵的贡献。细致来看，只要两个原子之间相隔三个或者三个以上化学键，就会由范德华相互作用感受到彼此的存在。表现为分子内的二面角不一定都能自由旋转。分子内的范德华相互作用非常微弱，但由于范德华相互作用随着粒子数目的增多而增大，生物大分子内部具有相当大的范德华相互作用。
当乙烷分子处于交叉式构象时，两个碳原子上的氢原子之间相距最远，相互间斥力最小，分子的能量最低；随着分子中C-C键相对旋转，碳上氢原子之间的距离越来越近，相互之间的斥力逐渐增大，分子的内能逐渐升高，当碳原子上的氢原子距离最近时，分子的内能达到最高，此时乙烷分子处于重叠式：随着C-C键的继续相对旋转，碳上氢原子之间的距离越来越远，相互之间的斥力逐渐增减小，分子的内能逐渐降低，最终乙烷分子的构象又回复到交叉式。
乙烷分子的各种构象中，能量最低的构象是最稳定构象，也称为优势构象。交叉式构象的能量最低，所以交叉式是乙烷稳定的优势构象。乙烷的交叉式构象比重叠式构象低12.6kJ·mol-1，分子间的这一能垒并不难以逾越，因为室温下分子间的碰撞即可产生83.8kJ·mol-1的能量，足以使C-C键“自由”旋转，致使各构象间迅速互变，因此乙烷分子体系成为无数个构象异构体的动态平衡混合物，无法分离出其中某一构象异构体，但大多数乙烷分子是以最稳定的交叉式构象状态存在。介于交叉式和重叠式两种构象之间，尚有无数种构象，其能量也介于两者之间。