第二章第二节环烷烃

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第二章烷烃和环烷烃

支链烷烃： (CH3)2CH
(CH3)3C
称异（iso ）某烷称新（neo ）某烷
6
CH3CH2CH2CH2CH3 CH3(CH2)10CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3 CH3 CH3CCH2CH3 CH3
正戊烷（n-pentane）正十二烷（n-dodecane）异己烷（i-hexane）
CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CHCH3 (CH3)2CHCH2 (CH3)3C
异戊基（iso-pentyl）: (CH3)2CHCH2CH2
9
2.系统命名法命名原则
(1)选主链：选择最长碳链作为主链称某烷 (2)编号：从靠近支链一端进行编号 (3) 在母体名称前写明取代基的名称、位次及数目 ①相同取代基合并 ②不同取代基按次序规则:优先基团后列出甲基 <乙基 <丙基 <丁基 < 戊基 <己基 < 异戊基 < 异丁基 <异丙基 <叔丁基
燃烧热：在标准状态下，一摩尔烷烃完全燃烧所放出的热量。单位：kJ/mol 燃烧热的差别反映了化合物内能的高低和稳定性的大小。
32
内能越高，燃烧热越大；内能越低，燃烧热越小。
直链烷烃比支链烷烃的燃烧热大，例如：
H
（kJ/mol）
正丁烷 2878.2
异丁烷 2869.8
33
环烷烃中，因它们的分子组成不同，但可比较它们环中一个CH2的燃烧热环烷烃分子内能大小和相对稳定性。
CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 CH3
正丁烷 n-butane bp -0.5℃ C5H12: C6H14: 三种五种
异丁烷 i-butane bp -11.7℃

第二章烷烃和环烷烃

致分子中原子或基团在空间的排列方式不同而产生的立体异构现象——构象异构。这种空间排列方式——构象 conformation
（1）乙烷的构象
H3C CH 3
当C-C键旋转时，可产生无数个构象
有两种典型conformation：
乙烷的两种典型构象的表示方法
优势构象
交叉式 staggered
H
重叠式 eclipsed
作业：P130 /1, 6, 7 ,8; P105 / 8(3) (4) *C2-C3键旋转阅读Section 1. Alkanes and Cycloalkanes 全文
翻译 1.1第一段，1.2.2第一段，1.2.3 第四段
CH3 CH3 CH C Br
CH3 CH3
四、环烷烃的异构现象
1. 顺反异构 cis-trans isomer (P84) 环烷烃环中C-C单键受环约束不能自由旋转,导致产生顺反异构
HH
H
CH 3
CH 3 CH 3
顺-1,2-二甲基环丙烷
CH 3 H
反-1,2-二甲基环丙烷
练习：写答出案： 1-甲基-3-乙H基环己烷的顺反异构体CH 3
伯碳(1°)：一级碳原子,只与1个其他碳原子直接相连
仲碳(2°)：二级碳原子,只与2个其他碳原子直接相连
叔碳(3°)：三级碳原子,只与3个其他碳原子直接相连
季碳(4°)：四级碳原子,只与4个其他碳原子直接相连
CH3
CH3
H3C
C CH2
3° 2°
H
伯氢(1°H)：伯碳上的H
仲氢(2°H)：仲碳上的H
练习：预测2-甲基丁烷在室温下进行氯代反应所得的一氯代物
Cl
答案： C3 C H H C2C H H 3 +C 2l 光 C3 C H C2 C H H 3

第二节_环烷烃

环烷烃2．1环烷烃的定义和命名分子中具有碳环结构的烷烃称为环烷烃，单环烷烃的通式为C n H2n，与单烯烃互为同分异构体。

环烷烃可按分子中碳环的数目大致分为单环烷烃和多环烷烃两大类型。

1．单环烷烃最简单的环烷烃是环丙烷，从含四个碳的环烷烃开始，除具有相应的烯烃同分异构体外，还有碳环异构体，如分子式为C5H10的环烷烃具有五种碳环异构体。

为了书写方便，上述结构式可分别简化为：当环上有两个以上取代基时，还有立体异构。

单环烷烃的命名与烷烃基本相同，只是在“某烷”前加一“环”字，环烷烃若有取代基时，它所在位置的编号仍遵循最低系列原则。

只有一个取代基时“1”字可省略。

当简单的环上连有较长的碳链时，可将环当作取代基。

如：2．多环烷烃含有两个或多个碳环的环烷烃属于多环烷烃。

多环烷烃又按环的结构、位置分为桥环、螺环等。

（1）桥环两个或两个以上碳环共用两个以上碳原子的称为桥环烃，两个或两个以上环共用的叔碳原子称为“桥头碳原子”，从一个桥头到另一个桥头的碳链称为“桥”。

桥环化合物命名时，从一个桥头开始，沿最长的桥编到另一个桥头，再沿次长的桥编回到起始桥头，最短的桥最后编号。

命名时以二环、三环作词头，然后根据母体烃中碳原子总数称为某烷。

在词头“环”字后面的方括号中，由多到少写出各桥所含碳原子数(桥头碳原子不计入)，同时各数字间用下角圆点隔开，有取代基时，应使取代基编号较小。

例如：1，2，7-三甲基-双环[2.2.1]庚烷双环[4.4.0]癸烷双环[2.2.1]庚烷（2）螺环脂环烃分子中两个碳环共用一个碳原子的称为螺环烃，共用的碳原子为螺原子。

命名时根据成环的碳原子总数称为螺某烷，编号从小环开始，经过螺原子编至大环，在“螺”字之后的方括号中，注明各螺环所含的碳原子数(螺原子除外)，先小环再大环，数字间用下角圆点隔开。

有取代基的要使其编号较小。

例如：5-甲基螺[3.4]辛烷 1，6-二甲基螺[3.5]壬烷2．2环烷烃的物理性质在常温常压下，环丙烷与环丁烷为气体，环戊烷、环己烷为液体。

第二章烷烃和环烷烃

第二节同系列和同分异构现象
一、同系列和同系物 • 烷烃的分子通式为 CnH2n+2 ，环烷烃的分子通式为 CnH2n。 • 凡是具有同一分子通式和相同结构特征的一系列化合物称为同系列（homologous series）。 • 同系列中的化合物互称同系物（homolog）。 • 同系物具有相似的化学性质，物理性质也随着碳链的增长而表现出有规律的变化。
第二章烷烃环烷烃
exit
烃(hydrocarbons)：
只含有C、H 两种元素的化合物 —— 碳氢化合物
碳原子之间均以C－C单键相连，其余的价键均为H原子所饱和。 (saturated 烷烃 (alkanes) ：甲烷、乙烷等； hydrocarbons) 环烷烃(cycloalkanes):
三级戊基（Tert or t ）
三级丁基叔丁基
新戊基（neo）
*3 有机化合物系统命名的基本格式
构型 +
R, S; D, L; Z, E; 顺,反
取代基
+
母体
官能团位置号 +名称
取代基位置号 + 个数 + 名称
(有多个取代基时，中文按顺 (没有官能团时序规则确定次序，较优的在后。不涉及位置号) 英文按英文字母顺序排列)
(1) 直链烷烃的命名: 含10个碳原子以内的直链烷烃, 从1-10依次用天干名称甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸加上烷来命名; 而含碳原子10个以上的直链烷烃, 用数目加上烷来命名（P27）。
(2) 支链烷烃的命名 *1 碳原子的级
CH3 H3C C CH3 CH2 CH3 CH
1oH 2oH 3oH

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

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

有机化学-第二章-烷烃和环烷烃(二)

英文简写 Me Et n-Pr i-Pr n-Bu s-Bu i-Bu t-Bu
neo-Pentyl
有机化学第二章
13
烷烃的命名
有机化学第二章
14
普通命名法
有机化学第二章
15
普通命名法
局限：复杂的烷烃无法命名。
有机化学第二章
16
衍生命名法
以甲烷为母体，把其它的烷烃都看作是甲烷的烷基衍生物。
有机化学第二章
65
CH3
1
H 2H
H
CH3 H 1 2 CH2
H
CH2
H
H
1
2 HCH3 H
H
H 1 2 CH2
CH3
CH2
H
取代基处在e 键上稳定。
有机化学第二章
66
有机化学第二章
12
一些烷基（alkyl）结构及名称
烷基 CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 CH3CHCH3 CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CHCH3
(CH3)2CHCH2 (CH3)3C (CH3)3CCH2
烷基名称甲基乙基正丙基异丙基正丁基仲丁基异丁基叔丁基新戊基
有机化学第二章
62
环己烷可以由一种椅型构象翻转成另一种椅型构象，原来的a键变为e键，原来的e键变为a键：
翻转
一种椅型构象经半椅型、纽船型、船型翻转成另一种椅型构象。在能量上：
椅型构象 < 纽船型构象 < 船型构象 < 半椅型构象
有机化学第二章
63
环己烷的有构机化象学第翻二章转
64
2.4.4 取代环己烷的构象
稳定性：

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”。

第2章烷烃、环烷烃

第二章烷烃、环烷烃
2.2.2 烷烃、环烷烃的同分异构现象二、环烷烃的异构现象 2.顺反异构 1,2-二甲基环丁烷、1,4-二甲基环己烷的顺反异构如下：
顺-1,2-二甲基环丁烷
反-1,2-二甲基环丁烷
顺- 1,4-二甲基环己烷
反-1,4-二甲基环己烷
当环上的取代基增多时，顺反异构体的数目也相应增加。
CH2 CH3
CH2
CH3
正丁烷 ( b.p. -0.5℃）
CH3 CH CH3
异丁烷 (b.p. –10.2℃)
CH3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
正戊烷（b.p. 36.1℃）
CH3 CH3 C CH3 CH3
CH3 CH CH2 CH3
新戊烷（b.p. 9.5℃）
异戊烷（b.p. 28℃）
（a）交叉式构象
（b）重叠式构象
透视式好像锯木架，故也叫锯架式。纽曼式投影式是从C—Cσ键的延长线上观察，两个碳原子在投影式中处于重叠位置，用近的碳原子及其三个键，用表示距离观察者较
表示距离观察者较远的碳原子及其上的
三个键。每一个碳原子上的三个键，在投影式中互呈120°角。
第二章烷烃、环烷烃
第二章烷烃、环烷烃
2.2 烷烃、环烷烃同分异构现象和命名
2.2.1 烷烃、环烷烃的通式
甲烷分子式 CH4 H 结构式 H C H 碳数氢数 H H 乙烷 C2H6 H C H H C H H H H C H 丙烷 C3H8 H H C C H H H C H 丁烷 C4H10 H H C C H C H H
` `
` `
... ... )
CH3
... ... )

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

有机化学教学课件：第二章饱和烃-2环烷烃(2014)

沙风52014/10/10（五）结构环烷烃的C也为sp3杂化，但为了成环，碳原子间键角很难维持109.5°。

键角因环不同而异。

1 角张力（angle strain）角张力：环烷烃碳原子间的键角必偏离正常键角。

这种由于键角偏离正常键角而引起的张力称之。

有机化学上沙风2 环丙烷弯曲键, 重叠少 HH HH HH 三个碳原子共平面环丙烷三个原子共平面，相邻的两个C 上C-H键处于重叠式，能量高。

环丙烷分子中由于角张力和扭转张力均存在，分子能量高，不稳定。

扭转张力：由于构象是重叠式而引起的张力。

有机化学上沙风112014/10/103 环己烷的结构及构象*环己烷不是平面型分子如果环己烷的 6 个碳原子在同一平面上: ¾ 将有角张力 ; 将有扭转张力120oHH H H H HH H H H H H偏离109.5oC-H 重叠有机化学上沙风环己烷碳架是折叠的H1H3H 2HH HH 4 H3H2 5H 1 H H H6HH H45 H6HH HC2, C3, C5, C6 共平面H HHH椅式构象 (chair form) 两者互为构象异构体有机化学上沙风船式构象 (boat form)122014/10/10１）船式构象和椅式构象0.25nm 0.183nm椅式船式占99%以上有机化学上沙风椅式构象椅式构象中所有的键角都接近正常的四面体角,非键原子间的距离都大于范氏半径之和,故分子中无角张力及扭转张力。

H3H 25H6H1H H H 3 H5 4H1 6 2H 4 H C4-C3 HHH HH HHHH交叉式C6-C12.50ÅH H H H H H H H HHH~H之间距离均大于H的Van H H der Waal’s半径 2.49Å 之和（2.40Å ）2.49Å椅式构象有一个三重对称轴C3，若以与碳原子1、3、5或2、4、6所在的平面有机化学上沙风相垂直的直线为轴，则旋转 120º或其倍数得到的构象和原来的完全一样。

有机化学第2章烷烃和环烷烃

CH3 H3C CH
3 H（叔氢）
CH3 H3C C CH3 CH3
CH3
3 （叔碳，三级碳）
4 （季碳，四级碳）
tertiary carbon
quaternary carbon
CH 1。 3
3。 CH CH3 1。
2。 CH2 C CH3 4。 1。 CH3 1。
1。 CH3
二、烷烃的构造异构和命名（ Constitutional
碳链异构—由于碳链结构的不同而产生的异
构现象称为碳链异构现象，简称碳链异构。异构
体互称为碳链异构体。如：C4H10
H H C H H C H H C H H C H H H H C H H H C C H H C H H H
正丁烷
异丁烷
mp bp
-138℃ -0.5℃
－160℃ -12℃
随着分子中碳原子数目的增加，异构体的数
第二章烷烃和环烷烃
(Alkanes and Cycloalkanes)
学习要求：
1.掌握烷烃和环烷烃的基础理论和基本知识。
2.掌握构象异构的基本概念。烃的概念：烃—指分子中只含C、H两种元素的化合物，又称碳氢化合物。
烃碳氢化合物（hydrocarbons）
烃的分类：
饱和烃——烷烃链烃烯烃不饱和烃脂肪烃炔烃环烷烃脂环烃环烯烃环炔烃苯型芳香烃芳香烃非苯型芳香烃
较稳定。
C C H
（一）稳定性(Stability) 一般情况下烷烃化学性质不活泼、耐酸碱、不与强氧化剂和还原剂作用。（常用作低极性溶剂，如正己烷、正戊烷、石油醚等）（二）卤代反应(Halogenation reation)
和含碳原子数较少的烷烃。

大学有机化学课件第二节环烷烃

2023/10/6
十氢萘
二、环烷烃得理化性质
(一)物理性质
状态:环丙烷、环丁烷为气态;常见环为
(二)化学性质
液态;中环和大环为固态。
沸点、熔点、密度:比开链烷烃高。
1、卤代反应
H2CCHC2溶H解2 性+ C:不l2 溶h于水H,可2CC溶H于C2 H有C机l溶+剂H。Cl 稳定性:六元环＞五元环＞四元环＞三
H
0.252nm
H
行得C—H键得C－H键
H
H
H HH
H H
H
H
H
2023/10/6
椅式构象中有六个直立键,六个平伏键。直立键和周围
其她键之间得距离较近,原子间得斥力大,所以不稳定。
平伏键和周围其她原子间得距离远,原子间斥力小,所以
较稳定。
平伏键
H
H
直立键
H
2023/10/6
H H
H H
H
H H
H H
2023/10/6
螺原子
3、桥环脂环烃得命名
(1)注明词头 (2)确定母体 (3)注明环得结构 (4)编号 (5)名称书写:同烷烃
2023/10/6
以桥环中含环得数目为词头。如双环、三环等。
算出所有环所含碳原子得总数,并将与这一数字相应得链烃得名称写在词头得后面。如:双环某烷、三环某烷等。
3、环烷烃得氧化燃烧
2023/10/6
从燃烧热值也可看出环得稳定性次序为: 六元环＞五元环＞四元环＞三元环
环丙烷 697.1
每个“CH2”单位得平均燃烧热值越大,说明分子得内能越高,稳定性越差。
环丁烷
环戊烷
环己烷

环烷烃

H
H
H
2.49Å
H
2.49Å
H~H之间距离均大于 H的Van der Waal’s 半径之和（2.40Å ）

船式构象
H
2 5
重叠式（有扭转张力）
H 1 H
6
H 4 C3-C2 H
3
H H
H H
4 3 2
1 5
6
HH
H C5-C6
H H
H H
1.84Å
H H
H H
旗杆键
H H H H H
H H H H
优势构象
2 CH3 1
结论：
（1）环己烷多元取代物的最稳定的构象是e-取代最多的构象。
（2）环上有不同取代基时，大的取代
基在e-键的构象最稳定。
顺或反十氢萘的构象
H H
H
H
trans 较稳定
cis
H

反式十氢萘的构象
H
H
6 5 8 9 1 2 10 4 3
H H H H
C2-C3
H
8 10 1 9 5 4
直立键（a键）
平伏键（e键）
翻环
H
3
H
5
H
2 6
H
1
翻转
H H
H
4
H
3 5
H H
6 2
H

4
H
H
H H
H
H
H H 1 H
H H
H
翻转后,原来的a键转变为e键,而e键转变为a键
3、取代环己烷的优势构象
一取代环己烷平伏键与直立键构象间的位能差（范德华斥力 strain ）基团位能差基团位能差 .1 .0 7 1 CH3 F .1 .5 Cl 2 C2H5 7 .1 .8 2 Br （CH3）CH 8 2 .2 HO 4 （CH3）C 21 3 CN 0.8 C6H5 13 .3 .9 6 H2N COOH 5

有机化学ppt-烷烃

五、烷烃的化学性质
（一）卤代反应
烷烃分子中的氢原子被卤素原子取代的反应称为卤代反应。甲烷与氯在紫外光作用下或加热到250℃以上时发生反应，甲烷中的4个氢可逐步被氯取代，生成4种氯甲烷的混合物。卤素与烷烃的反应活性顺序为：
F2 >Cl2 >Br2 >I2。
（二）氧化反应
通常把在有机化合物分子中加氧或脱氢的反应称为氧化反应。反之，脱氧或加氢的反应称为还原反应。烷烃燃烧是激烈氧化反应，被氧化剂所氧化属于缓慢氧化反应。
石蜡（含20～40个碳原子的高级烷烃的混合物）在特定条件下得到高级脂肪酸。
RCH2CH2R' + O2
MnO2 107～110℃
RCOOH + R'COOH
六、烷烃的来源和重要的烷烃
烷烃在自然界主要来源于天然气和石油中。
（一）石油醚
由石油分馏而得到，属低级烷烃的混合物。为无色透明液体，因具有类似乙醚的气味，故称石油醚。
3
2
1
CH3－CH2－CH－CH2－CH3
4CH2－5CH2－C6 H3
4
CH3－CH2－CH2－C
7CH3－C6 H2－C5
（2）编号从距离支链最近的一端开始，将主链碳原子用阿
拉伯数字依次编号。使支链（取代基）编号的位次最小。若有选
择，应使小的取代基位次以及多个取代基位次和尽可能小。
1 2 34 5 6
环烷烃可按分子中碳环的数目大致分为单环烷烃和多环烷烃两大类型。
（一）单环烷烃及其命名
单环烷烃的分子通式为CnH2n(n≥3)，比同碳原子数的饱和链烃少两个氢原子，与单烯烃互为同分异构体。常见的环烷烃有：
环丙烷环丁烷

人卫有机化学5-2第二章--烷烃和环烷烃

⼈卫有机化学5-2第⼆章--烷烃和环烷烃第⼆章烷烃和环烷烃有机化合物（简称有机物）中有⼀类数量众多，组成上只含碳、氢两种元素的化合物，称为碳氢化合物，简称烃（hydrocarbon ）。

烃分⼦中的氢原⼦被其他种类原⼦或原⼦团替代后，衍⽣出许多其他类别的有机物。

因此，烃可看成是有机物的母体，是最简单的⼀类有机物。

根据结构的不同，烃可分为如下若⼲种类。

烃在⾃然界中主要存在于天然⽓、⽯油和煤炭中，是古⽼⽣物埋藏于地下经历特殊地质作⽤形成的，是不可再⽣的宝贵资源，是社会经济发展的主要能源物质，也是合成各类⽣活⽤品和临床药物的基础原料。

本章讨论两类饱和烃——烷烃和环烷烃。

第⼀节烷烃分⼦中碳原⼦彼此连接成开放的链状结构的烃称为开链烃，因其结构与⼈不饱和开链烃烃饱和开链烃—烷烃脂环烃（环烷烃、环烯烃等）闭链烃(环烃) 开链烃(脂肪烃) 芳⾹烃烯烃炔烃体脂肪酸链状结构相似⼜称脂肪烃，具有这种结构特点的有机物统称脂肪族化合物。

分⼦中原⼦间均以单键连接的开链烃称为饱和开链烃，简称烷烃（alkane）。

⼀、烷烃的结构、分类和命名（⼀）烷烃的结构1.甲烷分⼦结构甲烷是家⽤天然⽓的主要成分，也是农村沼⽓和煤矿⽡斯的主要成分，⼴泛存在于⾃然界中，是最简单的烷烃。

甲烷分⼦式是CH，由⼀个碳原⼦与四个氢原⼦分别共⽤⼀对电⼦，以四个4共价单键结合⽽成。

如下图2-1（a）所⽰。

图2-1 甲烷分⼦结构⽰意图结构式并不能反映甲烷分⼦中的五个原⼦在空间的位置关系。

原⼦的空间位置关系属于分⼦结构的⼀部分，因⽽也是决定该物质性质的重要因素。

化学学科常借助球棍模型来形象地表⽰有机物分⼦的空间结构（不同颜⾊和⼤⼩的球表⽰不同原⼦，⼩棍表⽰共价键）。

根据现代物理⽅法研究结果表明，甲烷分⼦空间结构如图2-1（b）所⽰。

但是球棍模型这种表⽰书写起来极不⽅便，要将甲烷的⽴体结构在纸平⾯上表⽰出来，常通过实线和虚线来实现。

如图2-1（c）所⽰，虚线表⽰在纸平⾯后⽅，远离观察者，粗实线（楔形）表⽰在纸平⾯前⽅，靠近观察者，实线表⽰在纸平⾯上，这种表⽰⽅式称透视式。

2第二章烷烃和环烷烃2

(二) 构象异构的能量分析
船式(模型) 空间张力
183pm H H H H
5 6 H 3
H
重叠式的H
1 6
H
H H
1
H 4 H H
H H
HH
2 3
H
2
H
4 5
H
H 透视式
H
H
H
H
Newman 投影式
重叠式 (扭转张力)
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第二章烷烃和环烷烃
第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)
H H H H H H
H
H
HH
H H H H
H H H H
H
H H H
H H
交叉式
重叠式
交叉式
重叠式
锯架式
Newman投影式
乙烷其它构象
的内能介于交叉式
12.6kJ/mol
与重叠式之间。随着乙烷分子中两个碳原子绕单键的相
对旋转，能量不断
变化。
图2-5 乙烷分子构象的能量曲线
乙烷分子是处于交叉、重叠以及介于两者之间的无数构象的动态平衡混合体系, 但各种构象体存在的比率不同。
CH2Cl2 + Cl·
· CHCl2 + HCl CHCl3 · 3 CCl CCl4 Cl2 CH3CH3 + Cl· + HCl + Cl·
链终止：消除自由基
Cl· Cl· + CH3· CH3· +
3、烷烃卤代反应的取向
CH 3CH 2 CH 3
+
Cl2
光照 25℃
CH 3CH 2CH 2 Cl

有机化学第2章_烷烃和环烷烃

烷烃的卤代反应机理是自由基取代机理。
以甲烷的氯代反应为例，有如下反应事实：（1）在室温、黑暗中不反应；加热或光照下进行，一经开始便可自动进行；（2）产物中有少量乙烷；（3）如有氧或有一些能捕捉自由基的杂质存在，会推迟反应的进行。
以上实验事实，说明该反应是为自由基反应! 自由基反应大多可被光照、高温、过氧化物所催化，一般在气相或非极性溶剂中进行。
H 一氯甲烷
生成的一氯甲烷还会继续被氯代，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳四种产物的混合物。
CH2Cl2
二氯甲烷
CHCl3
三氯甲烷
CCl4
四氯甲烷
（二）卤代反应 2、卤代反应的反应机制
反应机制（反应历程）：化学反应所经历的途径或过程，是根据实验事实，对反应做出的详细描述和理论解释。
研究反应机理的目的是认清反应本质，掌握反应规律，从而达到控制和利用反应的目的。
σ(s-sp3)
键角为109.5°
σ(s-sp3)
（2）乙烷（CH3CH3）分子的结构
除了H原子的s轨道电子与C原子的sp3轨道电子以“头碰头”方式重叠形成s-sp3共价键外，也存在两个C原子的sp3轨道电子之间的配对
。σ(s-spσσ3) 键键可：沿旋键转轴不“影自响由轨道”重转叠动程；度重叠，程即
自由基
概念：带有孤电子的原子或原子团称为自由基
结构特点：三种可能结构（1）刚性角锥体，（2）迅速翻转的角锥体，（3）平面型。
C
C
C
自由基非常活泼，具有很强的反应活性。
CH2 > CH2 CHCH2 > (CH3)3C > (CH3)2CH
> CH3CH2 > CH3 >

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

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纽曼投影式
透视式
环己烷的椅型构象
(2) 船型构象
• 所有键角也接近所有键角也接近109.5°,故也没有角 ° 故也没有角张力.但相邻但相邻C-H键却并非全是交叉张力但相邻键却并非全是交叉以及C-5和的.C-2和C-3上的 C-H 键,以及和上的以及和 C-6上的 C-H键都是重叠式的键都是重叠式的. 上的键都是重叠式的 • C-1和 C-4上两个向内伸的由于距上两个向内伸的H由于距和上两个向内伸的离较近而相互排斥,也使分子的能量离较近而相互排斥也使分子的能量有所升高. 有所升高
取代基在e键上的构象较稳定取代基在键上的构象较稳定. 键上的构象较稳定 • 若有多个取代基往往是 e 键取代基最多的构象最稳若有多个取代基,往往是取代基最多的构象最稳定. • 若环上有不同取代基则体积大的取代基连在 e键上若环上有不同取代基,则体积大的取代基连在键的构象最稳定. 的构象最稳定二甲基环己烷，例1: 1,2-二甲基环己烷，顺式如下：二甲基环己烷顺式如下： •同一平面上的比较同一平面上的比较. 同一平面上的比较 •在同侧为顺, a,e 在同侧为顺在同侧为 •在异侧为反.a,a;e,e. 在异侧为反在异侧为 •反式反式(e,e)比顺式的稳定（a,a）实际上不存在（能量太高）比顺式的稳定. 反式比顺式的稳定）实际上不存在（能量太高）
5 2 3 4
1,2-二甲基环戊烷二甲基环戊烷
• 例2:
例3:
1-甲基乙基环己烷甲基-3-乙基环己烷甲基
1,1,4-三甲基环己烷三甲基环己烷
**小取代基为位. 小取代基为1位小取代基为
环烷的顺反异构: 环烷的顺反异构由于碳原子连接成环,环上单键不能自由旋转. 由于碳原子连接成环环上C-C单键不能自由旋转环上单键不能自由旋转只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团, 只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团就有构型不同的顺反异构体. 就有构型不同的顺反异构体例: 1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷
交盖较差
•这样的键与一般的 σ 键不这样的键与一般的σ 这样的键与一般的一样,它的电子云没有轨道一样它的电子云没有轨道轴对称,而是分布在一条曲轴对称而是分布在一条曲线上,故常称弯曲键. 故常称弯曲键线上故常称弯曲键
内角60° 内角 °
•弯曲键比一般的 σ 键弱并且具有较高的能量弯曲键比一般的键弱,并且具有较高的能量并且具有较高的能量. •这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力. •由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力. 由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力
为 a键键
为e键键
椅型构象的翻转 •两种椅型构象是等同的分子. 两种椅型构象是等同的分子两种椅型构象是等同的分子
(6) 甲基环己烷椅型构象的翻转甲基环己烷椅型构象的翻转
•同一平面同一平面上的比较
•两种椅型构象是两种不同结构的分子两种椅型构象是两种不同结构的分子. 两种椅型构象是两种不同结构的分子 •甲基连在键上的构象具有较高的能量比较不稳定甲基连在a键上的构象具有较高的能量甲基连在键上的构象具有较高的能量,比较不稳定 •平衡体系中键甲基环己烷占平衡体系中e键甲基环己烷占键的占5% 平衡体系中键甲基环己烷占95%,a键的占键的占
2.9.1 环烷烃的环张力和稳定性 (1) 烷烃每增加一个烷烃每增加一个CH2,燃烧热增值基本一定平均为燃烧热增值基本一定,平均为燃烧热增值基本一定 658.6 kJ/mol. (2) 环烷烃的通式为每增加一个 CH2,燃烧热增加平均环烷烃的通式为:每增加一个燃烧热增加,平均燃烧热增加的燃烧热为∆ 每个 CH2 的燃烧热为∆Hc/n.
•命名与烷烃相似命名(与烷烃相似命名与烷烃相似): (A) 以碳环作为母体环上侧链作为取代基命名以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名环上侧链作为取代基命名; (B) 环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前加一“ 加一“环”字. (C) 取代基较多时命名时应把取代基的位置标出取代基较多时,命名时应把取代基的位置标出命名时应把取代基的位置标出. (D) 环上碳原子编号以取代基所在位置的号码最环上碳原子编号,以取代基所在位置的号码最小为原则. 小为原则 CH3 例1: 1 CH3
每个 CH2高38.5 kJ/mol.这个差值就是环丙烷分子中这个差值就是环丙烷分子中张力能. 每个 CH2的张力能环丙烷的总张力能38.5×3=115.5 kJ/mol 环丙烷的总张力能 × 总张力能 --环丙烷的总张力能
张力能 --环丙烷的 ∆Hc/n 为697.1 kJ/mol,比烷烃的环丙烷的比
•顺式异构体不稳定顺式异构体--不稳定顺式异构体不稳定. • --环下方几个 a 键上的氢原子比较靠拢有些拥环下方几个键上的氢原子比较靠拢,有些拥故分子能量较高,比较不稳定挤,故分子能量较高比较不稳定故分子能量较高比较不稳定.
2.11 脂环烃的性质 (一) 物理性质一 • 环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃要高一些环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃要高一些. • 相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻相对密度也比相应的烷烃高但比水轻. 但比水轻 (二) 化学性质二 • 脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似. • 具有环状结构的特性
环烷烃的反应 (1) 取代反应 --在光或热的引发下发生卤代反应在光或热的引发下发生卤代反应. 在光或热的引发下发生卤代反应
Cl + Cl2
光
+
Cl
HCl
+ Cl2
光
+
Br
HCl
+ Br2
热
+
HBr
• 由下列指定化合物合成相应的卤化物，由下列指定化合物合成相应的卤化物，还是Br 为什么？用Cl2还是 2？为什么？
透视式
纽曼投影式环己烷的船型构象
(3) 环己烷椅型构象中碳原子的空间分布 A •A线为构象的线为构象的对称轴
(4) 椅型构象中的两种 C-H 键
•与对称轴与对称轴成 109.5° °
a键 (直立键键直立键直立键)
e键 (平伏键键平伏键平伏键)
(5) 构象的翻转 • 通过通过C-C键的不断扭动一种椅型翻转为另一种椅型键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型键的不断扭动
环戊烯
环辛炔
1,3-环己二烯环己二烯
带有侧链的环烯烃命名: 带有侧链的环烯烃命名 (A) 若只有一个不饱和碳上有侧链该不饱和碳编号为若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为该不饱和碳编号为1; (B) 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链则碳原子编若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位号顺序除双键所在位置号码最小外还要同时以侧链位置号码的加和数为最小. 置号码的加和数为最小
环丙烷的总张力能38.5 × 3 = 115.5 kJ/mol 环丙烷的总张力能丁烷的总张力能27.6 × 4 = 110.4 kJ/mol 环丁烷的总张力能的扩戊烷的总张力能5.4 环戊烷的总张力能 × 5 = 27.0 kJ/mol C+的扩
环己烷的总张力能 0
环重排！环重排！
环庚烷的总张力能环庚烷的总张力能3.7 × 7 = 25.9 kJ/mol 烷的总张力能辛烷的总张力能5.0 环辛烷的总张力能 × 8 = 40.0 kJ/mol ...................
•环烷烃的张力能越大,能量越高分子越不稳定环烷烃的张力能越大能量越高分子越不稳定. 能量越高,分子越不稳定
环丁烷不稳定,容易开环 (环丙烷环丁烷不稳定容易开环环丙烷,环丁烷不稳定容易开环) • 环己烷和以上的大环化合物的张力能很小或等于零,它们都是稳定的化合物它们都是稳定的化合物. 于零它们都是稳定的化合物
例2: 顺-4-叔丁基环己醇的两种构象叔丁基环己醇的两种构象
• 叔丁基在 e 键上的构象比在 a 键上的另一种构象要稳定的多. 要稳定的多
十氢化萘的结构 • 是双环是双环[4.4.0]癸烷的习惯名称癸烷的习惯名称. 癸烷的习惯名称
(1) 平面结构式顺十氢化萘 (2) 构象反十氢化萘
(1)
CH3 CH3 X
(2)
X
用溴化,因溴化反应有选择性因溴化反应有选择性,3ºH > 2ºH > 1ºH；解: (1) 用溴化因溴化反应有选择性； (2) 用氯化、溴化均可。用氯化、溴化均可。
(2) 开环反应也叫加成反应开环反应--也叫加成反应也叫加成反应. (A) 催化加氢
C+的扩的扩环重排！环重排！
2.9.2 环烷烃的结构 • 烷烃是 3杂化键角烷烃是sp 杂化,键角键角109.5°,环烷烃的碳也是 3杂环烷烃的碳也是sp ° 环烷烃的碳也是但键角不一定一样. 化,但键角不一定一样但键角不一定一样环丙烷的结构 • C-Cσ键的形成 σ
交盖较好 σ 键轨道的交盖
CH3
1 6 5 4
1-甲基环己烯甲基-1-环己烯甲基
2 3Leabharlann H3C 342 1 6 5
3-甲基环己烯甲基-1-环己烯甲基
带有侧链的环烯烃命名: 带有侧链的环烯烃命名 CH3 CH3
6 5 4 3 1 2 3 5
CH3
4
1 2
1,6-二甲基环己烯二甲基-1-环己烯二甲基
5-甲基甲基-1,3-环戊二烯甲基环戊二烯

第二章 第二节环烷烃

第二章 烷烃和环烷烃

第二章烷烃和环烷烃

第二节_环烷烃

第二章 烷烃和环烷烃

有机化学课件第-二-章烷烃和环烷烃_图文

第二章 烷烃和环烷烃

有机化学-第二章-烷烃和环烷烃(二)

2.烷烃和环烷烃

第2章 烷烃、环烷烃

第二章烷烃和环烷烃

有机化学教学课件：第二章 饱和烃-2环烷烃(2014)

有机化学 第2章烷烃和环烷烃

大学有机化学课件第二节环烷烃

环烷烃

有机化学ppt-烷烃

人卫有机化学5-2第二章--烷烃和环烷烃

2第二章 烷烃和环烷烃2

有机化学第2章_烷烃和环烷烃

第2章烷烃和环烷烃

第二章第二节环烷烃

第二章烷烃和环烷烃

第二章烷烃和环烷烃

第二章烷烃和环烷烃

第2章烷烃、环烷烃

有机化学教学课件：第二章饱和烃-2环烷烃(2014)

有机化学第2章烷烃和环烷烃

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