14烷烃及环烷烃课件
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有机化学-烷烃和环烷烃
环戊烷及其以上的环烷烃，分子中碳碳之间的键角保持 或接近109°28′。都是稳定的。
成键的电子云并不沿轴向重叠，而是形成一种弯曲键。 造成重叠程度小, 键能下降,产生角张力。
开链或较大脂环化合物 中轨道可达到最大重叠
Banana bond
环丙烷分子中 轨道部分重叠
H
H
C
105.5°
H
60°
H
C
C
CH2
亚甲基
CH
次甲基
系统命名法
关键是如何确定主链和处理取代基的位置
分三步：一选主链、二编号、三写全称。 1.选主链(母体)：选取代基最多的最长碳链 2.编号： 从靠近取代基一端开始 3.写全称：按先小后大,把取代基的位次、数
目及名称列在母体前。
在英文命名中，取代基按词首的字母排列顺序先后列出
烷烃系统命名法的要点：
张力学说：
1885年，Baeyer AV 假定，环烷烃具有平面正多边形的结构 ：
60° 90° 108° 120°
128.6 135°
• 环上C－C之间的键角偏离正常键角109°28′，
•环丙烷每个键必须向内偏转24.75°,就会产生角张力。
•环丁烷、环己烷分别向内偏转9.75°, 0.75°。
•环己烷每个键向外偏转5.25°。
第二节、烷烃的命名
（一）普通命名法 （二）系统命名法（IUPAC法）
（一）普通命名法
• 1~10以内的碳原子数用天干字表示：
甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、 壬、癸。从十一个碳原子开始用中文数
字表示。
• 直链的烷烃称“正某烷”，“正”（n-）一般 略去。如：
CH3CH2CH3
丙烷
CH3(CH2)10CH3 十二烷
成键的电子云并不沿轴向重叠，而是形成一种弯曲键。 造成重叠程度小, 键能下降,产生角张力。
开链或较大脂环化合物 中轨道可达到最大重叠
Banana bond
环丙烷分子中 轨道部分重叠
H
H
C
105.5°
H
60°
H
C
C
CH2
亚甲基
CH
次甲基
系统命名法
关键是如何确定主链和处理取代基的位置
分三步：一选主链、二编号、三写全称。 1.选主链(母体)：选取代基最多的最长碳链 2.编号： 从靠近取代基一端开始 3.写全称：按先小后大,把取代基的位次、数
目及名称列在母体前。
在英文命名中，取代基按词首的字母排列顺序先后列出
烷烃系统命名法的要点：
张力学说：
1885年，Baeyer AV 假定，环烷烃具有平面正多边形的结构 ：
60° 90° 108° 120°
128.6 135°
• 环上C－C之间的键角偏离正常键角109°28′，
•环丙烷每个键必须向内偏转24.75°,就会产生角张力。
•环丁烷、环己烷分别向内偏转9.75°, 0.75°。
•环己烷每个键向外偏转5.25°。
第二节、烷烃的命名
（一）普通命名法 （二）系统命名法（IUPAC法）
（一）普通命名法
• 1~10以内的碳原子数用天干字表示：
甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、 壬、癸。从十一个碳原子开始用中文数
字表示。
• 直链的烷烃称“正某烷”，“正”（n-）一般 略去。如：
CH3CH2CH3
丙烷
CH3(CH2)10CH3 十二烷
有机化学第章烷烃和环烷烃
脂环烃：碳原子之间相互连成环，其性质类似链烃 的碳氢化合物。
脂环烃
饱和脂环烃，又称环烷烃，通式：CnH2n
不饱和脂环烃
环烯烃 环炔烃
单环脂环烃：分子中只有1个碳环。 环丙烷
环丁烷
分子中含有两个或两个以上碳环结构的脂环烃称为双环或 多环脂环烃。
两个碳环共用一个碳原子的脂环烃，称为螺环烃(spiro hydrocarbon)。“螺”字表示两个碳环只共用一个碳原子，此 碳原子称为螺原子。
Alkyl group names are obtained by removing the –ane from the alkane name , and replacing it with -yl
中文名 英文名 中文名 英文名 甲烷 methane 甲基 methyl 乙烷 ethane 乙基 ethyl 丙烷 propane 丙基 propyl 丁烷 butane 丁基 butyl
2. 编号：从第一桥头（共用碳原子）开始，沿最长桥路到第二桥 头，再沿次长桥路回到第二桥头，然后编最短的桥路。（先编大 桥，再编小桥)。取代基的位置最小。
3.命名: 某基二环[n.m.p]某烷。 n.m.p---指各桥路上碳原子数。
2 1
3
7
4
6
5
8 6
4 5
7 1
2
3
1-甲基二环[4.1.0]庚烷
Homolog
同系物： 同系列中各化合物互称同系物。
同系列差：相邻两个同系物在组成上的不变差数 CH2。
烷烃中的伯、仲、叔、季碳原子。
伯碳原子：只与1个碳原子直接相连的碳原子。 (primary) 也称一级碳原子，以1° 表示。 仲碳原子：只与2 个碳原子直接相连的碳原子。 (secondary) 也称二级碳原子，以2 ° 表示。 叔碳原子：只与3 个碳原子直接相连的碳原子。 (tertiary) 也称三级碳原子，以3 ° 表示。 季碳原子：与4个 碳原子直接相连的碳原子。 (quaternary) 是四级碳原子，以4 ° 表示。
有机化学课件第-二-章烷烃和环烷烃_图文
熔点高低取决于分子间的作用力 和晶格堆积的密集度。
烷烃熔点的特点 （1） 随相对分子质量增大
而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳
烷烃的熔点升高值 大 （如右图）。 （3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点 下降。
偶数碳 奇数碳
（二） 沸点
沸点大小取决于分子间的作用力
烷烃沸点的特点
（1）沸点一般很低。 （非极性，只有色散力）
H2O2 + Fe2+
RCOO-
-e-
电解
HO• + HO- + Fe3+ RCOO •
自由基的稳定性
均裂 H=359.8kJ/mol (88kcal/mol) 共价键均裂时所需的能量称为键解离能。 键解离能越小，形成的自由基越稳定。
苯甲基自由基
稀丙基自由基 三级丁基自由基 异丙基自由基
乙基自由基 甲基自由基 苯基自由基
Hammond假设：过渡态总是与能量相近 的分子的结构相近似。
甲烷氯代反应势能图
甲烷氯代反应势能图的分析
1、第一步反应的活化能比较大，是速控步骤。 2、第二步反应利于平衡的移动。 3、反应 1 吸热，反应 2 放热，总反应放热，所以反应 只需开始时供热。 4、过渡态的结构与中间体（中间体是自由基）相似， 所以过渡态的稳定性顺序与自由基稳定性顺序一致。 推论：3oH最易被取代，2oH次之，1oH最难被取代。
甲烷氯代反应的适用范围
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。 3、无取代基的环烷烃的一氯代反应也可以用相应方法 制备，C(CH3)4的一氯代反应也能用此方法制备。
（2） 甲烷卤代反应活性的比较
烷烃熔点的特点 （1） 随相对分子质量增大
而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳
烷烃的熔点升高值 大 （如右图）。 （3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点 下降。
偶数碳 奇数碳
（二） 沸点
沸点大小取决于分子间的作用力
烷烃沸点的特点
（1）沸点一般很低。 （非极性，只有色散力）
H2O2 + Fe2+
RCOO-
-e-
电解
HO• + HO- + Fe3+ RCOO •
自由基的稳定性
均裂 H=359.8kJ/mol (88kcal/mol) 共价键均裂时所需的能量称为键解离能。 键解离能越小，形成的自由基越稳定。
苯甲基自由基
稀丙基自由基 三级丁基自由基 异丙基自由基
乙基自由基 甲基自由基 苯基自由基
Hammond假设：过渡态总是与能量相近 的分子的结构相近似。
甲烷氯代反应势能图
甲烷氯代反应势能图的分析
1、第一步反应的活化能比较大，是速控步骤。 2、第二步反应利于平衡的移动。 3、反应 1 吸热，反应 2 放热，总反应放热，所以反应 只需开始时供热。 4、过渡态的结构与中间体（中间体是自由基）相似， 所以过渡态的稳定性顺序与自由基稳定性顺序一致。 推论：3oH最易被取代，2oH次之，1oH最难被取代。
甲烷氯代反应的适用范围
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。 3、无取代基的环烷烃的一氯代反应也可以用相应方法 制备，C(CH3)4的一氯代反应也能用此方法制备。
（2） 甲烷卤代反应活性的比较
第二章 烷烃和环烷烃
CH3 甲基 Me (正)丙基 Pr C H3C H2 乙基 Et i -Pr C H3C HC H 异丙基 3
C H3C H2C H2 C H3C H2C H2C H2 C H3C HC H 2 C H3
(正)丁基 Bu 异丁基 i -Bu
C H3C HC H C H3 仲丁基 2 s-Bu C H3 C H3 C C H3 叔丁基 t-Bu
在生理状况下，机体自由基一方面不断产 生，另一方面又不断清除，活性氧处于产生与清 除平衡状态。一旦活性氧的产生和清除失去平衡 ，过多的自由基就会造成对机体的损害，从而引 起多种疾病，并可诱发癌症和导致衰老。 天然抗氧化酶系统：超氧化物歧化酶(SOD) 、 过 氧 化 氢 酶 ( CAT)、 谷 胱 甘 肽 过 氧 化 物 酶 (GSH-Px)
构象异构
(一) 烷烃的构造异构(constitutional isomerism)
戊烷有3种碳链异构体
CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3
正戊烷 异戊烷
CH3 CH3-C-CH3 CH3
新戊烷
碳原子数 异构体数 4 5 6 7 2 3 5 9
碳原子数 8 9 10 20
异构体数 18 35 75 366 319
天然抗氧剂(自由基清除剂)：VE、 Vc、 2巯基乙胺、谷胱甘肽、辅酶Qn(泛醌)、-硫辛酸 等
第二节 环 烷 烃
一、脂环烃的分类和命名
(一) 分类 C3-C4
根 据 环 数 多 少 分
小环 普通环
单脂环烃
C5-C6
C7-C12
中环
C13以上 大环 多脂环烃 桥环 螺环
(二) 命名
1. 单脂环烃: 在相应的烃名前加“环”字;英文名加词头cyclo
C H3C H2C H2 C H3C H2C H2C H2 C H3C HC H 2 C H3
(正)丁基 Bu 异丁基 i -Bu
C H3C HC H C H3 仲丁基 2 s-Bu C H3 C H3 C C H3 叔丁基 t-Bu
在生理状况下，机体自由基一方面不断产 生，另一方面又不断清除，活性氧处于产生与清 除平衡状态。一旦活性氧的产生和清除失去平衡 ，过多的自由基就会造成对机体的损害，从而引 起多种疾病，并可诱发癌症和导致衰老。 天然抗氧化酶系统：超氧化物歧化酶(SOD) 、 过 氧 化 氢 酶 ( CAT)、 谷 胱 甘 肽 过 氧 化 物 酶 (GSH-Px)
构象异构
(一) 烷烃的构造异构(constitutional isomerism)
戊烷有3种碳链异构体
CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3
正戊烷 异戊烷
CH3 CH3-C-CH3 CH3
新戊烷
碳原子数 异构体数 4 5 6 7 2 3 5 9
碳原子数 8 9 10 20
异构体数 18 35 75 366 319
天然抗氧剂(自由基清除剂)：VE、 Vc、 2巯基乙胺、谷胱甘肽、辅酶Qn(泛醌)、-硫辛酸 等
第二节 环 烷 烃
一、脂环烃的分类和命名
(一) 分类 C3-C4
根 据 环 数 多 少 分
小环 普通环
单脂环烃
C5-C6
C7-C12
中环
C13以上 大环 多脂环烃 桥环 螺环
(二) 命名
1. 单脂环烃: 在相应的烃名前加“环”字;英文名加词头cyclo
《烷烃和环烷烃》课件
第二章 烷烃和环烷烃
8
例1 CH3-CH2 5
32 1
CH2-CH-CH2 -CH-CH2-CH3
CH2
CH3
CH3
3-甲基-5-乙基辛烷
取读 代作 基： 位位 次
连基 母
字名 体
符
名
例2 CH3-CH2-CH—CH-CH2-CH3 CH3-CH CH-CH3 CH3 CH3
2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷 2,5-甲基-3,4二乙基己烷 2,5-2甲基 3,4-2乙基己烷
8 7 65 43 2 1
CH3
2024/8/14
22
第二章 烷烃和环烷烃
2、确定取代基小结
（给主链编号）
（1）近取代基端编号；
CH3
CH2CH3
（2）若两个不同取代 基位于相同位次时， 按次序规则使小取代
CH3CH2CHCH 2CHCHCH 2CH2CH3 CH2CH2CH3
CH3 CH3
基编号较小（不考虑 下一个取代基）；
12
456
例3 6CH3-5CCHH-3CH2—3CCHH—2CCHH—3 1CH3
CH3 CH3
2,5-二甲基-3-异丙基己烷 2,5-二甲基-4-异丙基己烷
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第二章 烷烃和环烷烃
①
CH3 CH3
C7 H3C6 H25CH4CH3CHC2 HC1H 3 CH2 CH3
③
CH2 CH3
正戊烷
(CH3)2CHCH2CH3 (CH3)2C(CH3)2
异戊烷 新戊烷
第二章 烷烃和环烷烃
碳链异构的特点：
随着分子中碳原子数目增加，异构 体数目急剧增加。
例： C6H14 异构体数目 5个
第二章 烷烃和环烷烃
CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 CH3CH2CH2CH2
甲基
CH3CHCH3
乙基
正丙基
CH3CHCH2 CH3
正丁基 CH3
CH3C CH3
CH3 CH3C CH2 CH3
CH3CH2CHCH3
异丙基
仲丁) 主链的选择：选择一个最长的连续碳链为主链(stem chain)，按 其所含碳原子数称为某烷，并以此作为母体。当分子中有几个等长 碳链可选择时，应选择含取代基较多的碳链为主链。
H H C H H H H C H H C H H H H C H H C H H C H H
烷烃的来源
•石油(petroleum) •煤(coal)
甲烷
乙烷
丙烷
•天然气(natural gas):甲烷(90%~95%)+乙烷(5%~10%)+其它低沸点烷烃
boling point (oC) < 30 30-200 200-300 300-400 >400 carbon atoms C1-C4 C4-C12 C12-C15 C15-C25 >C25 products Natural gas, methane, propane, butane, liquefied petroleum gas Petroleum ether, ligroin, naphtha, straight-run gasoline Kerosene, heater oil Gas oil, diesel fuel, lubricating oil, waxes, asphalt Residual oil, paraffin waxes, tar
CH3CH2CH2CH3
隔绝空气 CH4 + CH3CH3 + CH3CH2CH3 600oC + CH2 CHCH3 + CH2 CH2 等
甲基
CH3CHCH3
乙基
正丙基
CH3CHCH2 CH3
正丁基 CH3
CH3C CH3
CH3 CH3C CH2 CH3
CH3CH2CHCH3
异丙基
仲丁) 主链的选择：选择一个最长的连续碳链为主链(stem chain)，按 其所含碳原子数称为某烷，并以此作为母体。当分子中有几个等长 碳链可选择时，应选择含取代基较多的碳链为主链。
H H C H H H H C H H C H H H H C H H C H H C H H
烷烃的来源
•石油(petroleum) •煤(coal)
甲烷
乙烷
丙烷
•天然气(natural gas):甲烷(90%~95%)+乙烷(5%~10%)+其它低沸点烷烃
boling point (oC) < 30 30-200 200-300 300-400 >400 carbon atoms C1-C4 C4-C12 C12-C15 C15-C25 >C25 products Natural gas, methane, propane, butane, liquefied petroleum gas Petroleum ether, ligroin, naphtha, straight-run gasoline Kerosene, heater oil Gas oil, diesel fuel, lubricating oil, waxes, asphalt Residual oil, paraffin waxes, tar
CH3CH2CH2CH3
隔绝空气 CH4 + CH3CH3 + CH3CH2CH3 600oC + CH2 CHCH3 + CH2 CH2 等
2.烷烃和环烷烃
③ 写出少二个碳原子的直链式为主链
CH3 H3C C CH3
CH3
新戊烷
第一节 分类、构造异构和碳原子的级
烃：仅由C、H两种元素组成的化合物。
烷烃 脂肪烃 烯烃 烃 脂环烃 炔烃
芳香烃
（2）单环烷烃的构造异构 环的大小和环上取代基的不同而引起的异构； 与单烯烃互为异构。
C4H8
H2C C CH3 CH3
e
四、环己烷的构象
1、椅式、船式和扭船式构象 角偏差(α) = (109.5o-120o) / 2=-5.25o 较大。
通过环内C-Cσ键旋转，调整其内角接近109.5o， 使完全无角张力——椅式和船式构象。
（1）椅式构象
H
H
H
5
H
6
H
1
H
4
3H
H
H
2
H
H
① 无角张力。
② C1、C3、C5上或C2、C4、C6上处于竖直向上或 向下的三个氢原子间距离为2.3Å，约等于氢原子范 德华半径之和(2.5Å)——无范德华排斥力(跨环张力)。
把支链作为取代基。
1、常见的烷基： 相应的烷烃去掉一个氢原子后留下的原子团。
通式：CnH2n+1
常以 R- 表示
甲基(Me)—— CH3乙基(Et) —— C2H5-
异丙基(i-Pr)—— H3C CH
CH3
正丁基(n-Bu)—— CH3CH2CH2CH2-
异丁基(i-Bu)—— H3C CH CH2
一、烷烃的结构
结构
C：sp3 Csp3-Hs Csp3-Csp3 σ键
1、σ键：轴向重叠形成的共价键(头碰头)， 呈圆柱形轴对称。
2、σ键特性 ① 原子轨道轴向重叠(重叠程度大，键较牢固)。 ② 成键轨道呈轴对称，可“自由旋转”。
烷烃和环烷烃
1o
10 只与一个碳原子相连 20 与两个碳原子相连 30 与三个碳原子相连 40 与四个碳原子相连
2o 1o
CH3 CH3 3o 2o 2o 1o H3C C4o CH2CHCH2CH2CH3 H3C C3o CH3 CH3 CH3
CH3CH2CH CH3
CH3CH2CH2CH2
叔丁基 tert-butyl
第四章 烷烃和环烷烃
重点讲解内容 一、烷烃的结构 二、烷烃的命名 三、烷烃的物理性质 四、烷烃的化学性质 五、烷烃的构象异构
烃（hydrocarbon）：仅由碳和氢两种元素组
成的有机化合物。
烷烃（alkane）：烃分子中的碳原子彼此以C-C
单键连接，碳的其余键都与氢原子相连。
最简单的烷烃为甲烷：Molecular formula CH4
CH3
CH3CH2CH CHCH CHCH3 2,3,5- 三甲基-4-丙基庚烷 CH3 CH2 CH3 CH2CH3
(B)主链的编号（最近、最小、小小）
原则：从最靠近支链的一端开始编号，用 1 ， 2 ， 3……表示，即取代基位次最小。有几个取代基 时，取代基位次的和最小。和相同时，小的取 代基位次小为宜。
另外，若要画出三维结构，可用下述方法表示：
F Cl C Br H
表示该键指向纸面的背后 表示该键指向纸面的前面
二、构造异构和命名 （一）碳链异构
烷烃同系列中，甲、乙、丙无同分异构，丁烷有： CH3CH2CH2CH3 C4H10 b.p. -0.5℃ CH3CHCH3 C4H10 b.p. -10.2℃
重叠式的能量比交叉式高12.6kJ/mol（单键旋转的能垒 一般在12.6～41.8kJ/mol），这种能垒非常低，室温下的 分子热运动即可达到，因此常温下分离不出纯的烷烃的分 子构象）。
10 只与一个碳原子相连 20 与两个碳原子相连 30 与三个碳原子相连 40 与四个碳原子相连
2o 1o
CH3 CH3 3o 2o 2o 1o H3C C4o CH2CHCH2CH2CH3 H3C C3o CH3 CH3 CH3
CH3CH2CH CH3
CH3CH2CH2CH2
叔丁基 tert-butyl
第四章 烷烃和环烷烃
重点讲解内容 一、烷烃的结构 二、烷烃的命名 三、烷烃的物理性质 四、烷烃的化学性质 五、烷烃的构象异构
烃（hydrocarbon）：仅由碳和氢两种元素组
成的有机化合物。
烷烃（alkane）：烃分子中的碳原子彼此以C-C
单键连接，碳的其余键都与氢原子相连。
最简单的烷烃为甲烷：Molecular formula CH4
CH3
CH3CH2CH CHCH CHCH3 2,3,5- 三甲基-4-丙基庚烷 CH3 CH2 CH3 CH2CH3
(B)主链的编号（最近、最小、小小）
原则：从最靠近支链的一端开始编号，用 1 ， 2 ， 3……表示，即取代基位次最小。有几个取代基 时，取代基位次的和最小。和相同时，小的取 代基位次小为宜。
另外，若要画出三维结构，可用下述方法表示：
F Cl C Br H
表示该键指向纸面的背后 表示该键指向纸面的前面
二、构造异构和命名 （一）碳链异构
烷烃同系列中，甲、乙、丙无同分异构，丁烷有： CH3CH2CH2CH3 C4H10 b.p. -0.5℃ CH3CHCH3 C4H10 b.p. -10.2℃
重叠式的能量比交叉式高12.6kJ/mol（单键旋转的能垒 一般在12.6～41.8kJ/mol），这种能垒非常低，室温下的 分子热运动即可达到，因此常温下分离不出纯的烷烃的分 子构象）。
第二章烷烃和环烷烃
只与另外二个碳原子相连，其他二个键与氢结合的碳原 子称为二级碳原子，也称仲碳原子。用2O表示。
与另外三个碳原子相连，剩余一个键与氢结合的碳原子 称为三级碳原子，也称叔碳原子。用3O表示。
与另外四个碳原子相连，不与氢结合的碳原子称为四级 碳原子，也称季碳原子。用4O表示。
C6 H3 C7 H3
H3C1
⑶ 含有双键或叁键的基团。可以认为连有两个或三个相同 的原子。
第一节 烷烃 一 烷烃的结构
在烷烃中，C均以sp3杂化轨道成键，价键分呈四面体形， 且又由于σ键可以自由旋转，所以烷烃的结构不象我们所写的 那样一成不变，而是运动的，一般以锯齿形存在。 甲烷中的碳为sp3杂化，四个杂化轨道完全一样，分别与氢形 成σ键，故呈四面体。这种σ键，电子云重叠是沿键轴方向， 键的旋转不影响电子云的重叠，故可以自由旋转。
序数大小排列，原子序数大（次序大）的基团为较优基团， 原子序数小（次序小）的基团为较小基团，同位素中质量高 的为较优基团。例如：
I＞Br＞Cl＞S＞……＞C＞D＞H ⑵ 若取代基为多原子基团，则比较与碳原子相连的原子的
次序大小，若取代基为多原子基团，且与碳直接相连的原子 B均相同时，则比较与B相连的原子的次序大小，比较时，按 原子序数排列，先比较原子序数大的，若相同，再向下依次 比较。
B Staggered
乙烷分子构象转化能量示意图
HAHA
HCHA
HH BA
HAH A
CHH C
HHB B
BHHC
HHAB
AH H
C
H HB
C
CH H
C
HHB B
E
0
HC HC
60
120
180
240
与另外三个碳原子相连，剩余一个键与氢结合的碳原子 称为三级碳原子，也称叔碳原子。用3O表示。
与另外四个碳原子相连，不与氢结合的碳原子称为四级 碳原子，也称季碳原子。用4O表示。
C6 H3 C7 H3
H3C1
⑶ 含有双键或叁键的基团。可以认为连有两个或三个相同 的原子。
第一节 烷烃 一 烷烃的结构
在烷烃中，C均以sp3杂化轨道成键，价键分呈四面体形， 且又由于σ键可以自由旋转，所以烷烃的结构不象我们所写的 那样一成不变，而是运动的，一般以锯齿形存在。 甲烷中的碳为sp3杂化，四个杂化轨道完全一样，分别与氢形 成σ键，故呈四面体。这种σ键，电子云重叠是沿键轴方向， 键的旋转不影响电子云的重叠，故可以自由旋转。
序数大小排列，原子序数大（次序大）的基团为较优基团， 原子序数小（次序小）的基团为较小基团，同位素中质量高 的为较优基团。例如：
I＞Br＞Cl＞S＞……＞C＞D＞H ⑵ 若取代基为多原子基团，则比较与碳原子相连的原子的
次序大小，若取代基为多原子基团，且与碳直接相连的原子 B均相同时，则比较与B相连的原子的次序大小，比较时，按 原子序数排列，先比较原子序数大的，若相同，再向下依次 比较。
B Staggered
乙烷分子构象转化能量示意图
HAHA
HCHA
HH BA
HAH A
CHH C
HHB B
BHHC
HHAB
AH H
C
H HB
C
CH H
C
HHB B
E
0
HC HC
60
120
180
240
有机化学第四章烷烃和环烷烃
1. 乙烷的构象
小于两个H 的 von der waals 半 径（1.2Å）之和， 有排斥力
<60o
2 H
H C H H
2.3 Å
H C H H
60o
H H H H 1 1 2 H H H
C1旋转
H H
1 1 H
C1旋转
H H
2H 11 H H H
H
交叉式构象 staggered conformer 原子间距离最远 内能较低 （最稳定）
奇数碳
沸点
沸点大小取决于分子间的作用力
烷烃沸点的特点
（1）沸点一般很低（非极性，只有色散力）。 （2）随相对分子质量增大而增大（运动能量增大，范德华引力增大）。 （3）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。（叉链多，分子不易接近）
密度
烷烃的密度均小于1（0.424-0.780) 偶极矩均为0。
饱和烃的偶极矩 溶解度
自由基型链反应（chain reaction）
甲烷的溴代反应机理
(1) (2) (3)
Br Br Br +
hv or
Br
+ Br Br H + CH3
链引发 chain initiation
H
CH3
CH3 + Br
Br
CH3 Br + Br
第(2), (3)步反应重复进行 (4) (5) (6) Br Br CH3 + + + Br CH3 CH3 Br Br
扭曲式构象 skewed conformer （有无数个）
重叠式构象 eclipsed conformer 键电子云排斥， von der waals排斥力，内能较高 （最不稳定）
烷烃和环烷烃
烷烃分子中只有σ键，化学性质比较稳定， 不易发生化学反应。可以燃烧，也可以发生 卤代反应。
1、 燃烧
CnH2n＋2
＋
3n 1
(
2
) O2
n CO2 ＋ （n＋1）H2O
陈明
2、 卤代反应
（1） 甲烷的氯代
H
H
D or hv
H C H + Cl2
HC
H
H
H
D or hv
D or hv
H C Cl
H
根据碳原子数称某烷，前面不加“正”。
CH3CH2CH2CH3 丁烷 CH3(CH2)13CH3 十五烷
2） 支链烷烃 （1）把其看作直链烷烃的衍生物，把支链 作为取代基。在整个名称中包括母体和取代 基两部分，取代基部分在前，母体部分在后。
陈明
CH3CHCH2CH2CH3
CH3
2-甲基戊烷
（2）主链的选择: a、最长碳链为主链
陈明
Step 1 链的引发
D or hv
Cl Cl
Cl ＋ Cl
Step 2 链的增长
H
H
H C H ＋ Cl
H C ＋ HCl
H
H
H
H
H C ＋ Cl Cl
H C Cl＋ Cl
H
H
陈明
Step 1 链的中止
H
HC
H H
＋ Cl H
HC H
＋ CH H
Cl ＋ Cl
H H C Cl
H HH H CC H HH
陈明
二、命名（ Nomenclature）
1、烷基 (alkyl) 的名称
烷基是烷烃去掉一个或几个 H 后剩下的 原子基团，用 R－表示，通式：CnH2n+1； 甲基常表示为 Me、乙基表示为 Et 。
烷烃和环烷烃课件
环烷烃
2
常见用途。
医药、香料、化妆品、橡胶等广泛应 用于生产和制造工业。
烷烃和环烷烃的合成方法
烷烃合成
催化裂化、加氢裂化和加氢法等多种方法可用于 烷烃的合成。
环烷烃合成
金属催化、酶法和化学合成等多种方法可用于环 烷烃的合成。
总结和要点
1 重要性
烷烃和环烷烃是有机化 合物中重要的类别。
2 特性
烷烃具有直链和支链结 构，而环烷烃具有环状 结构。
环烷烃的结构和构，具有稳定 性和不反应性。
由多个环状结构组成，具有药理活性和生 物学功能。
烷烃和环烷烃之间的区别和相似之处
相似之处
都是有机化合物，由碳和氢原子组成。
区别之处
烷烃是直链或支链，环烷烃是环状结构。
烷烃和环烷烃的应用领域
1
烷烃
汽车燃料、热水剂、溶剂、润滑剂等
烷烃和环烷烃ppt课件
烷烃和环烷烃是有机化合物的重要类别，它们在化学和生物学领域中有广泛 应用。
烷烃和环烷烃的定义
烷烃是由碳和氢组成的一类无环脂肪烃化合物，而环烷烃是由碳原子组成的 环状结构。
烷烃的结构和特性
直链烷烃
由一根直链上的碳原子组成，具有高熔点和 沸点。
支链烷烃
含有一个或多个支链，对流动性和燃烧性能 有影响。
3 应用
烷烃和环烷烃在化学和 生物学领域中有广泛的 应用。
烷烃、环烷烃
烷烃、环烷烃烷烃烷烃即饱和烃（saturated group)，是只有碳碳单键的链烃，是最简单的⼀类有机化合物。
烷烃分⼦⾥的碳原⼦之间以单键结合成链状(直链或含⽀链)外，其余化合价全部为氢原⼦所饱和。
烷烃分⼦中，氢原⼦的数⽬达到最⼤值，它的通式为CnH2n+2。
分⼦中每个碳原⼦都是sp3杂化。
最简单的烷烃是甲烷。
烷烃中，每个碳原⼦都是四价的，采⽤sp3杂化轨道，与周围的4个碳或氢原⼦形成牢固的σ键。
连接了1、2、3、4个碳的碳原⼦分别叫做伯、仲、叔、季碳；伯、仲、叔碳上的氢原⼦分别叫做伯、仲、叔氢。
为了使键的排斥⼒最⼩，连接在同⼀个碳上的四个原⼦形成四⾯体(tetrahedro n)。
甲烷是标准的正四⾯体形态，其键⾓为109°28′（准确值：arccos(-1/3)）。
理论上说，由于烷烃的稳定结构，所有的烷烃都能稳定存在。
但⾃然界中存在的烷烃最多不超过50个碳，最丰富的烷烃还是甲烷。
由于烷烃中的碳原⼦可以按规律随意排列，所以烷烃的结构可以写出⽆数种。
直链烷烃是最基本的结构，理论上这个链可以⽆限延长。
在直链上有可能⽣出⽀链，这⽆疑增加了烷烃的种类。
所以，从4个碳的烷烃开始，同⼀种烷烃的分⼦式能代表多种结构，这种现象叫同分异构现象。
随着碳数的增多，异构体的数⽬会迅速增长烷烃还可能发⽣光学异构现象。
当⼀个碳原⼦连接的四个原⼦团各不相同时，这个碳就叫做⼿性碳，这种物质就具有光学活性。
烷烃失去⼀个氢原⼦剩下的部分叫烷基[1]，⼀般⽤R-表⽰。
因此烷烃也可以⽤通式RH来表⽰。
烷烃最早是使⽤习惯命名法来命名的。
但是这种命名法对于碳数多，异构体多的烷烃很难使⽤。
于是有⼈提出衍⽣命名法，将所有的烷烃看作是甲烷的衍⽣物，例如异丁烷叫做2-⼀甲基丙烷。
现在的命名法使⽤IUPAC命名法，烷烃的系统命名规则如下：找出最长的碳链当主链，依碳数命名主链，前⼗个以天⼲(甲、⼄、丙、丁、戊、⼰、庚、⾟、壬、癸)代表碳数，碳数多于⼗个时，以中⽂数字命名，如：⼗⼀烷。
第2章烷烃和环烷烃
英文名
n-butane isobutane
正丁烷 异丁烷
C4
CH3 CH3CHCH3 CH3(CH2)3CH3 CH3 CH3CHCH2CH3
正戊烷
n-pentane
异戊烷
isopentane
C5
CH3 CH3CCH3 CH3
新戊烷
neopentane
异构词头用词头“正”、“异”和“新”等区分 相应的英文词头为 n- (normal)、iso和neo（注意不加“-”） 缺点：C原子数较少时可以采用，若C数较多、支链较多，则无法命名。
各种原子或取代基按先后次序排列的规则称为顺序规则。
规则1：先比较取代基中与主链直接相连的原子按原 子序数由大到小排列，原子序数大的为优先基团。 若为同位素，则质量数高的顺序在前。
I > Br > Cl > F > O > N > C > D > H
不同原子按原子序数排列
同位素按质量 数由高到低的 顺序排列
【学习要求】
1. 了解C原子和H原子的类型以及烷基的概念。 2. 掌握普通命名法和系统命名法的基本原则，并能熟练 命名烷烃和环烷烃。 3. 了解同系物沸点、熔点变化规律。 4. 掌握烷烃和环烷烃的化学性质及影响因素。 5. 掌握构象异构和顺反异构产生的原因、特 点、命名及书写。
第一节
一、 烷烃的命名
烃
环状烃
脂环烃 芳香烃
饱和脂环烃（如环烷烃） 不饱和脂环烃（如环烯烃、环炔烃） 含苯芳烃（如萘、蒽、菲） 非苯芳烃
第一节 烷
一 二 三 四 五
烃
烷烃的命名 烷烃的结构 烷烃的物理性质 烷烃的化学性质 烷烃卤代反应的历程
14烷烃及环烷烃
n=8，9，10，11 中环化合物 n≧12 大环化合物
B. 命名
有机化合物命名
a.单环烃 A. 单环烃
按照链状烃命名，前面加“ 环” 字
已经讲过的 单环烃 IUPAC命名 桥环烃 规则(普遍 螺环烃 规则)
环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷
芳香组化合物 命名规则
环己烯 1,3-环戊二烯 环辛炔 (最小环状炔烃)
3
* 三个环都是六元环，无大小之分。此时选取代基多的为主环。
*若环上有取代基，则取代基的编号，名称放在母体前。若有 多个取代基：中文命名时，取代基的位次按顺序规则由小到 大排列；英文命名时，取代基的位次按英文字母排列； *编号的方式若有各种选择时， 要使取代基的号码尽可能小。
c. 螺环烃 （1） 确定母体烃的名称：根据成环碳原子的数目确 定母体烃的名称。 （ 2 ）从螺碳原子旁边的碳原子开始编号：从小环到 大环, 并使特征官能团及取代基位号最小； （3）书写顺序： 取代基-螺数(环)[小，大]母体
H
CH3 H
实 例 五
H3C
(1S,2S)-1,2-二甲基环丙烷 (1S,2S)-1,2-dimethylcyclopropane
H3C H H CH3
带有二个或二 个以上取代基 时，分子有对 称性，构型用 顺反表示。分 子没有对称性 ，构型用R, S 表示。
(1R,2R)-1,2-二甲基环丙烷 (1R,2R)-1,2-dimethylcyclopropane
用最低系列原 则无法确定选 哪一种编号时, 则用下面方法 确定编号。中 文, 让顺序规 则中顺序较小 的基团位次尽 可能小。英文, 按英文字母顺 序, 让字母排 在前面的基团 位次尽可能小。
实 例 四
H3C H
高中化学《环烷烃》课件
H2O
CH3 CH3 H3C C CH CH3
OH
四元环及四元环以上的环烷烃与HX，H2SO4 不易发生反应
相当 于烷对氧化剂稳定，不 被高锰酸钾、臭氧、氧气 等氧化剂氧化
O
O
CO2H
O O
可用高锰酸钾溶液来区 别烯烃与环丙烷衍生物
性质小结
▪小环烷烃(3，4元环)易加成，难氧 化，似烷似烯。
L-(-)-乳酸 mp: 53°
构象异构：
H
CH3 H
H CH3CH3
H
HH
H
CH3
H
对位交叉 邻位交叉
3.1.3 环烷烃的命名
(1) 根据分子中成环碳原子数目，称为环某烷。 (2) 单取代的环烷烃，将取代基的名称写在环烷烃的名称前面。 (3) 多取代的环烷烃则须加以编号。编号时，由小基团所在碳
原子编起，沿着距第2个取代基最近的环边依次编号。当环 上有不饱和键时，从不饱和键处开始编号。 (4) 取代基位次按“最低系列”原则列出，基团顺序按“次序 规则”小的优先列出。 (5) 有顺反异构时，须标明。
+ HBr CH3
+ HBr
+ H2SO4
CH3CH2CHCH3 Br
CH3 CH3
H3C C CH CH2
Br
H
CH3 CH3 H3C C CH CH2
OSO3H H
不对称取代环丙烷与不 对称试剂进行加成开环 反应时，环从取代基最 多和最少的环边打开， 氢加在氢多的碳上，卤 素或试剂的负电荷部分 加在氢少的碳上
多的构象。 4°环上有不同取代基时，大的取代基在e键上构
象最稳定。
§3.4 多环烃
3.4.1 多环烷烃的命名
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烷烃是非极性分子，分子中的碳碳键或碳氢键是 非极性或弱极性的σ键，因此在常温下烷烃是不活泼的， 它们与强酸.强碱.强氧化剂.强还原剂及活泼金属都不 发生反应。
A. 氧化反应：烷烃很容易燃烧，燃烧时发出光并放 出大量的热，生成CO2和 H2O。自由基链锁反应 点燃 CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 热量
B.裂化：烷烃在隔绝空气的条件下加强热，分子中 的碳碳键或碳氢键发生断裂，生成较小的分子，这 种反应叫做热裂化。如： CH3CH2CH2CH3
500℃
CH4 + CH2=CHCH3 CH3CH3 + CH2=CH2
CH2=CHCH2CH3 + H2
C.取代反应：卤代反应是烷烃分子中的氢原子 被卤素原子取代。
⑶物理性质 A．状态：在常温常压下，1至4个碳原子的直链烷烃是 气体，5至16个碳原子的是液体，17个以上的是固体。
B．沸点：直链烷烃的沸点随分子量的增加而有规律地 升高。(低级烷烃的沸点相差较大，随着碳原子的增加，沸点升 高的幅度逐渐变小。)支链烷烃的沸点比直链烷烃要低。支 链越多，沸点越低。色散力
C．熔点：直链烷烃的熔点，其本上也是随分子量的增 加而逐渐升高。 色散力、晶体中的排列 D．溶解度：烷烃是非极性分子，又不具备形成氢键的结 构条件，所以不溶于水，而易溶于非极性的或弱极性的 有机溶剂中。
E．密度：烷烃是在所有有机化合物中密度最小的一 类化合物。无论是液体还是固体，烷烃的密度均比水 小。随着分子量的增大，烷烃的密度也逐渐增大。 ⑷化学性质
(20)
(10)
★ 超共轭效应——
C-H键的共轭效应
由于氢原子半径非常小，导致 C-H 键的电子 云近似桶型；其键角为109.5，与90较为接近，CH键的电子云与双键的部分重叠形成的类似共轭的 效应。 只存在于C-H键，并且只是推电子的。
超共轭效应实例：CH3CH=CH2
H
H C C C
CH4:1H: 2H: 3H=(1/270)/1.0/3.5/5.0
B. 溴代反应
CH3CH2CH3 Br2 hv Br CH3CH2CH2Br 3% CH3 CH3CHCH3 Br2 hv CH3 CH3CHCH2Br <1% + CH3CHCH3 97% Br + CH3CCH3 CH3 >99%
CH3• + CH3•
Cl2
CH3CH3
CH3• + Cl•
CH3Cl
★自由基的结构与稳定顺序
A. 自由基的构型
H H H C H sp3转化为sp2 H C
自由基的单电子 H
H
B. 自由基的稳定顺序
CH2 R3C CH2=CHCH2
> R CH > RCH >
2 2
CH3
> CH=CH
2
(30)
反应的选择性是指反应部位的专一程度。 结论：溴代反应选择性比氯代反应好。 对于同一烷烃,大量的实 验证明叔氢原子最容易被 取代，伯氢原子最难被取代。
卤代反应机理： 1）链引发: 在光照或加热至250—400度时，反应引发。 Cl2
hυ
2Cl• HCl + CH3•
2）链增长： 氯原子游离基能量高，反应性能活泼 Cl• + CH4
CH3 CH3CHCH3
CH3CH2CH3
Cl2
Cl CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3 75% 46%
CH3 CH3CHCH2Cl 90% 36%
25% 54%
Cl + CH3CCH3 CH3 10% 64%
Cl2 hv
按照不同种类氢原子的比例，产率应为 实际反应的产率为
反应活性
反应的难易程度
CH3• + Cl2 CH3Cl + Cl•
CH2Cl• + Cl2
CH3Cl + Cl• CH2Cl• + HCl3
CH2Cl2 + Cl•
反应一步又一步地传递下去，所以称为链反应。
3）链终止： 随着反应的进行，甲烷迅速消耗，游离 基的浓度不断增加，游离基与游离基之间发生碰撞结 合生成分子的机会就会增加。 Cl• + Cl•
H H
H H
电子效应的影响
共轭效应>超共轭效应>诱导效应
• 解释自由基稳定性顺序
烯丙基自由基
CH2=CHCH2
H H
H C C C
H H
共轭效应Leabharlann 苄基自由基H C H
CH2
共轭效应
3自由基
H H
CH3
H
CH3 - C CH3
sp2 杂化
H
C C C H
超共轭效应
C H H
⑸ 烷烃的制法
2、环烷烃
室温
CH4 + Cl2
不反应
CH4 + Cl2
or hv
CH3Cl + HCl
Cl2
or hv
CH2Cl2 + HCl
Cl2
or hv
CHCl3 + HCl
Cl2
or hv
CCl4 + HCl
卤素反应的活性次序为：F2 >Cl2 > Br2 > I2
★ 卤代反应的活性与选择性
A. 氯代反应
hv 按照不同种类氢原子的比例，产率应为 实际反应的产率为
相应产物的产率除以相应氢原子的个数为该级别氢 原子的反应活性，
1H: 2H=(46/6)/(54/2)=1/3.5 1H: 3H=(64/9)/(36/1)=1/5.0
反应活性还可以通过反应速率的比值得到， 甲烷与乙烷氯代时的反应速率之比为： CH4/CH3CH3=1/270。 • 反应活性比例为：
⑴ 命名与分类
A.分类 单环烃 多环烃 桥环烃：公用两个以上碳原子
O
螺环烃：公用一个碳原子
O O
集合环烷烃：以一个碳原子用单键或双键直接相连
2 3 1 1' 2' 3'
单环烷烃的通式：CnH2n 单 环 烷 烃 的 分 类
n=3，4 n=5，6，7 小环化合物 不稳定，性质活泼
普通环化合物 稳定，易形成 稳定 稳定
n=8，9，10，11 中环化合物 n≧12 大环化合物
B. 命名
有机化合物命名
a.单环烃 A. 单环烃
按照链状烃命名，前面加“ 环” 字
已经讲过的 单环烃 IUPAC命名 桥环烃 规则(普遍 螺环烃 规则)
环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷
二、烃
1、烷烃
⑴定义、通式和同系列 定义：由碳和氢两种元素组成的饱和烃称为烷烃。 通式： CnH2n+2 同系列： 相邻的两种烷烃分子组成相差一个碳原 子和两个氢原子，像这样结构相似，而在组成上相 差一个或几个CH2的一系列化合物称为同系列。
⑵烷烃的结构 SP3杂化 a.重叠程度大，不容易断裂，性质不活泼。 b.能围绕其对称轴进行自由旋转。