04-烯烃和环烷烃
第四章 烯烃 环烷烃
LIYING
2020/5/20
1
H3C 2
H
3 CH2CH2CH3
4 56 7
CH2CCH2CH3
CH3 H
（ 5R ,2E）-5-甲基-3-丙基-2-庚烯 (5R,2E)-5-methyl-3-propyl-2-heptene
LIYING
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LIYING
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H2 2 CC
LIYING
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R
R
R
.
H
.
H
..
H
.
H
..
H
R
.
.H
.H.
HH
ALKENE PICKS UP TWO HYDROGENS
MECHANISM OF HYDROGENATION
R R
..
H
R R
.
H
ALKANE IS FORMED
LIYING
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.
.
H
.
H
. .H H .H.
LIYING
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(3)重排
+
(CH3)3CCHCH3
+
(CH3)2C-CH(CH3)2
(CH3)3CCH=CH2 HCl (CH3)3CCHClCH3 + (CH3)2CCl-CH(CH3)2
17%
83%
+
(CH3)2CHCHCH3
+
(CH3)2C-CH2CH3
HBr
(CH3)2CHCH=CH2
LIYING
2020/5/20
4 烯烃和环烷烃 4.1 烯烃的结构 4.2 烯烃的同分异构 4.3 烯烃的命名(IUPAC) 4.4 烯烃的物理性质 4.5 烯烃的化学性质 4.5.1 催化氢化 4.5.2 亲电加成 4.5.3 自由基加成 4.5.4 与乙硼烷加成 4.5.5 溶剂汞化-脱汞反应 4.5.6 氧化反应 4.5.7 －H 的反应 4.5.8 聚合反应 4.6 烯烃的制备 4.7 烯烃的亲电加成反应历程 4.8 环烷烃（脂环烃） 4.8.1 脂环烃的分类和命名 4.8.2 脂环烃的性质 LIY4IN.8G.4 环烷烃的构象
烷烃烯烃环烷烃芳香烃的鉴别
烷烃烯烃环烷烃芳香烃的鉴别1.引言1.1 概述烷烃、烯烃、环烷烃和芳香烃是有机化合物中常见的四类化合物。
它们在化学性质、物理性质和化学反应等方面有着很大的差异，因此，对它们进行准确的鉴别至关重要。
烷烃是一类由碳和氢组成的直链或支链链状化合物。
它们具有饱和的碳-碳单键，因此相对稳定。
在室温下，大多数烷烃是无色、无味、无毒的液体或气体，不溶于水，但溶于有机溶剂。
烷烃的物理性质主要取决于它们的分子量和分子结构。
烯烃是一类含有一个或多个碳-碳双键的化合物。
由于双键的存在，烯烃具有一定的不饱和性，对于化学反应来说更加活泼。
烯烃的物理性质与烷烃类似，但由于不饱和性的存在，烯烃容易发生加成反应。
环烷烃是一类由碳组成的环状化合物。
环烷烃分子内的碳原子通过碳-碳单键相连接，这种结构使得环烷烃更加稳定。
环烷烃的物理性质通常与烷烃相似，但由于环结构的存在，环烷烃在一些化学反应中表现出特殊性质。
芳香烃是一类含有苯环结构的化合物。
苯环由六个碳原子构成，每个碳原子通过一个碳-碳单键和一个碳-氢单键相互连接。
芳香烃通常具有特殊的香气，因此得名。
芳香烃的物理性质与烷烃有所不同，化学反应也更具特异性。
本篇文章旨在介绍烷烃、烯烃、环烷烃和芳香烃的主要特征和鉴别方法，以帮助读者准确判断和区分这些有机化合物。
通过了解它们的物理性质和化学反应，我们可以更好地理解它们在实验室和工业中的应用，为相关领域的研究和应用提供指导。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以描述文章的整体框架和各个部分的内容安排，以及每个部分的主题和目标。
文章结构部分的内容示例：1.2 文章结构本文共分为三个主要部分，具体结构如下：第一部分为引言部分，旨在介绍本文的背景和主题，并说明文章的目的和意义。
第一小节对烷烃、烯烃、环烷烃和芳香烃进行简要概述，以帮助读者对这些化合物有一个整体的了解。
第二小节是文章的主要部分，介绍了烷烃、烯烃、环烷烃和芳香烃的鉴别方法。
第三小节是结论部分，对文章的主要内容进行总结和归纳，并就烷烃、烯烃、环烷烃和芳香烃的鉴别提出一些结论和建议。
第三章 烯烃和环烷烃
异构现象
例1:丁烯的三个同分异构体
(1) CH3-CH2-CH=CH2 1-丁烯) (2) CH3-CH=CH-CH3 2-丁烯
(3) CH3-C=CH2 CH3
2-甲基丙烯(异丁烯)
•例2:戊烯的五个构造异构体
(1) CH3-CH2 -CH2 -CH=CH2 1-戊烯 (2) CH3 -CH2 -CH=CH-CH3 2-戊烯 (3) CH2=C-CH2-CH3 2-甲基-1-丁烯,
2.顺反异构体的构型命名（有顺反异构时）
a.命名时如两个相同的基团在同侧或在异侧，则在1. （命名法）前分别加一顺(cis-)或反(trans-)字表示 .
b.若顺反异构体的双键碳原子上没有相同基团,顺反的 命名发生困难.
IUPAC规定:则在1.（命名法）前分别加E或Z字表示 E - Entgegen-表示“相反”两个双键碳上的优先基团（
激发
杂化
2S2 2P2
3个SP2杂化轨道
2. 乙烯的键
• C: 2s12px12py12pz1
• 碳原子上未参加杂化的p轨道,它们的对称轴垂直
于乙烯分子所在的平面,它们相互平行以侧面相互 交盖而形成键. •键没有轴对称,不能自由旋转.
3. 碳碳单键和双键电子云分布的比较
•键电子云集中在两核之间,不易与外界试剂接近; •双键是由四个电子组成,相对单键来说,电子云密度更大; 且构成键的电子云暴露在乙烯分子所在的平面的上方和 下方,易受亲电试剂(E+)攻击
同碳上下比较
a
b
C=C
a’
b’
(a>a’,b>b’; a<a’ ,b<b’)
第 4 章 烯烃
烯烃也能和氟作用，但是这个反应非常剧烈，得 到的大部分是分解产物。 相反的，碘和烯烃的作用非常慢，同时产物邻二 碘化合物不很稳定，极易脱碘成烯烃，所以通常碘不 与烯烃起加成反应。 X2与烯烃的加成反应活性大小顺序： F2＞Cl2＞Br2＞I2
使用的是： Cl2＞Br2
37
烯烃与卤素亲电加成反应机理
11
产生顺反异构必备两个条件： ①分子中必须有限制旋转的因素，如C=C。 ②在不能自由旋转的两端原子上，必须和两个不同的 原子或基团相连。
H3C Br
Br C C CH3
H3C Br
CH3 C C Br
B A B A
12
三、烯烃的命名
1. 2. 3. 4. 烯基 衍生命名法 系统命名法 顺反异构体的命名
CH2 C
HC
CH3
H3C CH2 C
CH CH3
CH2 CH3
H2C CH2 CH3
3-甲基-2-乙基-1-丁烯
H3C CH CH CH2 HC CH3 CH3
3-乙基-2-己烯
H3C CH2 CH C CH3 HC CH3 CH3
5-甲基-2-己烯
CH2 C CH3 CH2
2,3-二甲基-3-己烯
39
极化了的乙烯和溴分子又是怎样进行反应的？ 实验证明，若将乙烯通入溴水及氯化钠溶液中时， 所得产物是1,2-二溴乙烷和1-氯-2-溴乙烷二者的混合物 ，没有1,2-二氯乙烷。
H2C CH2 + Br2
NaCl
H2C Br
CH2 Br
+
H2C Br
CH2 Cl
如果溶液中有其它阴离子存在，就有它参加的副产物。
(2) CH3 CH C
第三章 单烯烃和环烷烃(1)
CH3 H
H3C C H C
H
CH3
顺或（ ） 顺或（Z）
反或（ ） 反或（E）
• 顺、反法和Z、E法的关系： 反法和Z 法的关系： • ①顺、反命名法范围较窄，Z、E命名法可以命名 反命名法范围较窄， 所有的顺反异构体。 所有的顺反异构体。 • ②两者之间没有必然的联系，顺与Z、反与E没有 两者之间没有必然的联系，顺与Z 反与E 对等关系。例如， 对等关系。例如，
相同的基团排在双键的同侧，为顺。 相同的基团排在双键的异侧，为反。
H3C C H C H H CH3 H3C C C CH3
H
顺式构型
反式构型
练习
H C H3C C CH2CH3 CH3
Cl C CH3CH2 C
H CH3
反式构型
?构型
• ②Z、E构型：比较优先次序。 构型：比较优先次序。
2个优先的 (大 的 ) 原子或基团在双键同侧,为Z。 2个优先的 (大 的 ) 原子或基团在双键异侧,为E。
优先
H3C C H C CH2CH3 H3C H H C C CH2CH3 CH3
优先
优先
优先
反或（ ） 反或（E）
反 或（Z） ）
• • • •
（3）顺、反异构的性质 化学性质基本相同。 ①化学性质基本相同。 物理性质（ 沸点等）不同，是不同的物质。 ②物理性质（熔、沸点等）不同，是不同的物质。 生理活性亦有很大差异。例如， ③生理活性亦有很大差异。例如，反己烯雌酚生理活性 较强，是供药用的雌激素，而顺式异构体生理活性较弱。 较强，是供药用的雌激素，而顺式异构体生理活性较弱。
Cl （优先） C H
• B、原子团：比较第一个原子，若相同，则第 原子团：比较第一个原子，若相同， 二个，以此类推。到比较出为止。 二个，以此类推。到比较出为止。 • 例如： 例如：
环烷烃
H H H H H H H H H H H H
偏离109.5o
C-H 重叠
环己烷碳架是折叠的
H H
3
H
2
H
1
H H
H H
3
4 2
H H
1
H H
6
H H
4
5 H
6
H H
5
H
H H
H
C2, C3, C5, C6 共平面
H
H
椅式构象 (chair form)
船式构象 (boat form)
（打开一根 C-C 键）
H 2 / Pt, 50 o C
3 1
CH 3
3
CH 2 CH 3
or N i, 80 o C
C H 3 C HC H 2 C H 3
1
支链多 较稳定
主要产物
H 2 / Pt, 120 o C or N i, 200 C
o
CH 3 CH 2 CH 2 C H 3
小环化合物与卤素的反应
3-甲基-4-环丁基庚烷 4-cyclobutyl-3-methylheptane
2 1 1'
2'
环可作为取代基
3'
（称环基） 相同环连结时，可
3
联环丙烷 bicyclopropane
用词头“联”开头。
桥环烃（Bridged hydrocarbon）的命名
桥头间的碳原子数
2 1 3 4 5
小 环
C3 C4 C5 C7
环丙烷 环丁烷
697.1 686.1
中 环 大 环
C8 C11 C12
有机化学 第二章 烷烃与环烷烃
CH3 CH2 C CH3
新戊基
叔戊基
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一些烷基（alkyl）结构及名称(P33)
烷 基 CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 CH3CHCH3 CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CHCH3 (CH3)2CHCH2 (CH3)3C (CH3)3CCH2
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2018/11/7
23
正丁基 H H
去掉一个伯H
H C H H C
H C H H C H 仲丁基 H
或
H
C
C
H或
H H H C C H H
H C H
H C H
去掉一个仲 H C C H H
正丁烷
CH3CH2CH CH3
H
仲烷基：去掉一个仲氢原子所得的烷基 .用“仲（sec-）表示 .
（CONSTITUTIONAL ISOMERS， STRUCTURAL ISOMERS）
同分异构体
具有相同的分子式，但结构不同的分子
C1~C3烷烃无异构现象 CH4 C 2H 6 C 3H 8
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无异构体
C4 以上烷烃出现同分异构现象
C4H10
同分异构体数
2
C5H12
3
C6H14
5
20 42 2018/11/7
C H
366,319 16
化合物含有的碳原子数和原子种类越多, 同分异构体越多。
构造异构体的含义 同分异构体中，如果它们结构的不同是由分子中各原子 连接次序不同（构造不同）而引取的，又叫构造异构体。
正丁烷
异丁烷
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17
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有机化学第二章烷烃和环烯烃
氯代反应和溴化反应都有选择性，但溴代反应的选择性 比氯代反应高得多。
[X H R]=
过渡态 1
过渡态2 [R X X]=
Ea
R
RH X
RX X
烷烃卤代反 应时，并不是直 接生成中间体自 由基，而是先经 过一个过渡态。
过渡态与起 始态的能量差称 为活化能Ea。
卤代反应是否容易进行，取决于活化能的大小。不
甲烷氯代反应的适用范围
CH4
Cl2 300-400o
CH3Cl +
Cl2 hv
or hv HCl
CH2Cl2
Cl2 hv
+
HCl
CHCl3 +
Cl2 hv
HCl
CCl4 +
HCl
1、 该反应只适宜工业生产而不适宜实验室制备。 2 、该反应可以用来制备一氯甲烷或四氯化碳，不适 宜制备二氯甲烷和三氯甲烷。
CH2 CH2 CH3 CH2 CH3
CH2 CH2 CH3 CH2 CH3
分子间接触面积大 作用力强
bp：36℃
分子间接触面积小 作用力弱
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
bp：9.5℃
（三） 密度
烷烃的密度均小于1（0.424-0.780）。
（四） 饱和烃的偶极矩
偶极矩均为0。
同的卤代反应以及在同一烷烃的不同部位的反应的活化 能都是不同的。
２、自由基反应
自由基的定义
带有孤电子的原子或原子团称为自由基。 含有孤电子碳的体系称为碳自由基。
CH3CH2 一级碳自由基
CH3CHCH3 二级碳自由基
CH3CCH3
烷烃与环烷烃的鉴别
烷烃与环烷烃的鉴别
烷烃和环烷烃是有机化合物中最简单的两种结构类型，但在实验
室中常常需要通过一系列的方法来鉴别它们。
首先，我们可以通过它们的化学式来区分。
烷烃的化学式为
CnH2n+2，而环烷烃的化学式为CnH2n。
也就是说，环烷烃相对于烷烃
来说少了两个氢原子。
其次，我们可以通过它们的物理性质来鉴别。
例如，烷烃的沸点
随碳数上升而增加，而环烷烃的沸点与其分子中的环数及分子量有关。
此外，环烷烃的密度比烷烃的密度更高，因为环状分子形成更紧密的
排列，分子间的吸引力更强。
另外，我们还可以通过光谱分析来鉴别烷烃和环烷烃。
一般来说，环烷烃的红外光谱中会出现环张缩模式、-CH2-吸收峰和骨架伸缩模式
等特征性吸收峰。
而烷烃的红外光谱中则没有这些峰。
此外，环烷烃
的质谱图中也会出现环张缩子离子的分子峰。
最后，我们还可以通过化学反应来鉴别烷烃和环烷烃。
例如，环
烷烃和烯烃经过裂解反应后会生成相应的烷烃。
此外，环烷烃和烷基
锂反应时，通常会发生开环反应，生成亚烷基锂和烷基锂等中间体。
总之，烷烃和环烷烃的鉴别需要综合运用多种方法，进行分析对比，才能得出准确的结论。
因此，在实验操作中需要谨慎认真，以确
保实验结果的准确性。
有机化学 第四章 环烃
苯结构的表达
1. Kekulé苯
Kekulé苯结构式能解释
(a) 苯的一取代物只有一种
Br
Br
Br
(b) 苯可以加氢还原为环己烷
催化剂
+ H2
Kekulé苯结构式却不能解释
(a) 苯容易发生取代反应，却难于发生加成和氧化反应
(b) 按照Kekulé结构式，邻位二取代苯应该有两个异构体， 但实际上只有一个
5
2
2'
1 1'
6 6'
3' 4'
CH3
5'
4,4'-二 甲 基 联苯
23
1
4
6
5
1,4- 联三 苯
65
1
4
2
3
1,3- 联三 苯
（2）多苯代脂肪烃：可看作脂肪烃分子中氢原子被苯取代：
CH2
CH
CH CH
二苯 甲 烷
三苯 甲 烷
二苯 乙 烯
（3）稠环芳烃：并联：两个或两个以上苯环共用两个相邻碳原子。
CH3
1
6
2
5
3
4
CH3
1,4-二甲基环己烷
CH3
3
4
2
5
6 1 CH3
1,3-二甲基环己烷
CH3
1
6
2
5
3
4
CH
CH3 CH3
1-甲基-4-异丙基环己烷
3. 当环上连有取代基及不饱和键时，即为环烯(炔)烃时， 不饱和键以最小的号数表示。
4-甲基环已烯
CH3
4
5
3
6
2
1
4. 某些情况下，如当简单的环上连有较长的碳链时，也 可将环当作取代基，如：
环烷烃和烯烃烯烃
3.4 烯烃的理化性质
一、物理性质
与烷烃类似：
C2-C4的烯烃为气体，C5-C16的为液体，C17以上为固体。 沸点、熔点、比重都随分子量的增加而上升。 溶于有机溶剂，不溶于水。
沸点℃ 3.5 熔点℃ -139 偶极矩C.m 1.1 10-30
0.9 -106 0
烯烃沸点比烷烃略高。顺反异构体中，一般反式沸点低于顺式。
(1) 加卤化氢
对称烯烃： 反应活性顺序：HI > HBr >HCl
二者不能相互转换，是可以分离的两个不同的化合物。
顺反异构体不仅理化性质有差别，有时生物活性亦有差别。
当两个双键碳原子上各连有不同取代基时，可能有顺反异构体。
7
3.3 烯烃的命名
烯烃很少采用普通命名：
乙烯 ethylene
丙烯 propylene
异丁烯 isobutylene
常见烯基的名称：
9
系统命名法
4
3.2 烯烃的通式和同分异构
1. 通式
单烯烃的通式：CnH2n ，有一个不饱和度。
不饱和度：可加氢的程度，又称缺氢指数，用希腊字母Ω表示。
Ω = nC +
n N _ nH
2
+ 1
卤素原子取代基，可视作氢原子计算 氧、硫等其他二价离子不计 练习： C4H4NOCl
5
2. 同分异构
12
次序规则(P29)：
(1) 原子序数大者优先，同位素质量大者优先。
I > Br > Cl > S > F > O > N > C > D > H
(2) 第一个原子相同时，比较与其相连的下一个原子（选最大的）。 如仍相同，继续外推，直到比较出 “较优” 基团为止。
4.烯烃和环烷烃
+ Hg(OAc)2 CH3OH
OCH3
NaBH4
HgOAc
OCH3
醚
+ Hg(OAc)2 CH3COOH
OCOCH3
NaBH4
HgOAc
OCOCH3
乙酸酯
硼氢化-氧化反应
R
+ BH3
R
BH2 2 R
H BH2
R
R B
R
烷基硼
R
H2O2 OH-
3R
OH + H3BO3
反马氏规则产物 完全顺式加成
R H2O
H3O+
OH OH
R
R O
+ HO O
4. 聚合反应
n RCH=CH2
单体
H H2
CC
R
n
聚合物
ClCH=CH2
H H2
CC
Cl
n
聚氯乙烯 (PVC)
游离基型聚合
Rad + R2C CR2
RadR2C CR2 R2C CR2
R2 R2 RadR2C C C CR2
Rad
R2 R2 R2
C
CC n
3. 对于含有双键或三键的取代基，则看作以2个 或3个单键相同的原子相连接。
HO
Z-
烯烃的顺反异构
烯烃的顺反异构体属于不同的化合物。一般来 讲，在常温常压下不会发生互变。
异构体的理化性质不同，往往还具有不同的生 理活性。
OH
维生素A
1.3、烯烃的物理性质
1. 物理状态 常温下，C2~C4为气体 C5~C18为液体 C19以上为固体
RS
RS
RL RL
Z-
04-烯烃和环烷烃
μ=0.33D
2
μ=0
3
电负性：s > sp > sp >sp
bp. 3.7oC 0.9oC mp. -139oC -105oC 因几何形状(结构)不同，物理性质不同。
② 化学性质：因为官能团相同，化学性质 基本相同，但是与空间排列有关的化学性 质则有差异。如丁烯二酸的脱水反应：
H C C H COOH COOH -H2O H H C C C=O C=O
头碰头重叠形成C—Cσ键
肩并肩重叠形成π键. π键重叠程度较小, 键较不牢固 不能自由旋转.
烯键的三个特性
1. 共平面性 2. 双键的不等性 σ键、π键 3. 不可旋转性
π键和σ键的比较：
1.重迭程度与键能：π 键重迭程度比σ键小。 π 键易打开，易发生加成反应。 2.C=C 键 的 键 长 ： 0.134nm ， 比 C—C 单 键 (0.154nm)短。 3.π电子云的分布：对称分布在分子平面的上、 下方，不能沿C—Cσ键轴旋转.。 4.极化性： π电子云分散，流动性大，易受外电 场影响而变形，致使π键极化度较大。这就是烯烃分 子中的双键易发生反应的缘故。
亚基
有两个自由价的基称为亚基。 CH3CH= 亚乙基 ethylidene －CH2CH2－ 1,2- 亚乙基 ethylene (dimethylene) (CH3)2C= 亚异丙基 isopropylidene －CH2CH2CH2－ 1,3- 亚丙基 trimethylene
亚甲基 Methylidene －CH2－ 亚甲基 Methylene
③ 生物学活性：常常存在很大的差异。 可以根据顺反异构体不同的物理、化学 和生物活性差异来区分异构体。
吴凯群 2008.8.30
烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃
烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃一、烷烃1、烷烃的命名和异构普通命名法、习惯命名法C1－C10：甲、乙、丙……壬、癸C11以上用中文数字：如十一烷正、异、新的含义俗名系统命名法一长、二多、三小的原则（最低系列）书写原则：a、在母体前标出取代基及位次b、相同取代基合并，小的在前(按次序规则)c、数字与数字间用逗号、数字与文字间用短横隔开IUPAC命名法与系统命名法的区别：取代基书写次序按英文字母序烷基的命名及英文缩写－CH3甲基Me. －CH2CH3乙基Et.－CH2CH2CH3丙基n-Pr. －CH（CH3）2异丙基i-Pr.－(CH2)3CH3 丁基n-Bu. －CH2CH（CH3）2异丁基i-Bu.－CH（CH3）CH2CH3 仲丁基s-Bu.－C（CH3）3叔丁基t-Bu.SP3杂化、正四面体结构伯、仲、叔、季碳原子(1°、2°、3°、4°碳原子)构造式、结构简式、键线式锯架式、投影式、纽曼式等同分异构构造异构碳架异构、位置异构、官能团异构构型异构对映异构、顺反异构（烯烃、脂环化合物）构象异构1、烷烃的物理性质及变化规律颜色、气味熔点、沸点密度、溶解性、极性变化规律沸点(直链、支链)熔点(直、支链，奇、偶数)2、烷烃的反应A、氧化反应燃烧生成CO2和H2O 注意碳氢比与产物的关系催化氧化生成含氧衍生物如醇、醛、酸等【例题】三种等摩尔气态脂肪烷烃在室温（25℃）和常压下的体积为2升，完全燃烧需氧气11升；若将该气态脂肪烃混合物冷至5℃，体积减少到原体积的0.933倍。
试写出这三种脂肪烃的结构式，给出推理过程。
注：已知该混合物没有环烃，又已知含5个或更多碳原子的烷烃在5℃时为液态。
(12分)【评析】（1）解题的第一步是写出用烷烃通式来表示的完全燃烧的化学方程式：C n H2n+2＋(1.5n＋0.5)O2＝nCO2＋(n+1)H2O写出通式的依据自然是试题告诉我们——这三种气态烷烃中没有环烷。