烷烃与环烷烃
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
（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
烷烃和环烷烃
烷烃与环烷烃区别
一、结构不同
1、烷烃：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。
2、环烷烃：含有脂环结构的饱和烃。
有单环脂环和稠环脂环。
含有1个脂环且环上无取代烷基的环烷烃，分子通式为CnH₂n。
二、范围不同
烷烃包括环烷烃，环烷烃是烷烃的一种。
三、性质不同
1、烷烃：低沸点(boiling point)的烷烃为无色液体，有特殊气味；高沸点烷烃为黏稠油状液体，无味；烷烃的物理性质随分子中碳原子数的增加，呈现规律性的变化；烷烃中的氢原子被卤原子（即第七主族元素）取代的反应称为卤化反应(halogenation)。
2、环烷烃：环烷烃有很高的发热量，凝固点低，抗爆性介于正构烃和异构烃之间。
化学性质和烷烃相似。
其中以五碳脂环和六碳脂环的性质较稳定。
鉴别烷烃和环烷烃的方法
鉴别烷烃和环烷烃的方法一、前言烷烃和环烷烃是有机化合物中的两个重要类别，它们在实际应用中具有不同的特性和用途。
因此，正确鉴别烷烃和环烷烃对于化学工作者来说非常重要。
本文将介绍一些常见的鉴别方法。
二、外观1. 环状结构环状结构是环烷烃的一个显著特征。
环状结构使得环烷烃分子相对于线性分子更加紧密，因此其密度更大。
此外，在光学显微镜下观察样品时，环状结构会表现出圆形或椭圆形的形态。
2. 分子大小由于分子量不同，同样数量的分子量下，环状分子比线性分子更大。
因此，在实验中可以通过测量样品的密度或比表面积来区分两者。
三、物理性质1. 沸点由于环形结构使得其相互作用力增强，因此在相同条件下，环形化合物沸点通常较高。
2. 溶解度由于环形结构使得其相互作用力增强，在某些溶剂中（如水），环形化合物的溶解度可能会降低。
四、化学性质1. 氧化反应由于环状结构相对于线性结构更加稳定，因此在氧化反应中，环状分子通常比线性分子更难被氧化。
2. 反应活性由于环状结构使得其相互作用力增强，因此环状分子通常比线性分子具有更高的反应活性。
例如，环烷烃可以通过加氢反应转化为相应的烷基化合物。
五、色谱法色谱法是一种常用的鉴别方法。
在气相色谱中，可以通过样品在某些固定条件下从某个固定位置到达检测器的时间来区分两种不同类型的分子。
由于两者具有不同的物理和化学特征，因此它们在某些条件下会表现出不同的行为。
六、核磁共振法核磁共振是一种非常灵敏和精确的方法。
通过观察样品中不同原子核所发射出来的信号来确定样品中不同类型分子所占比例。
由于两种类型的分子具有不同的原子排列方式，因此它们会表现出不同的核磁共振信号。
七、总结鉴别烷烃和环烷烃的方法有很多种。
在实际应用中，我们可以根据不同的需要选择不同的方法。
总体来说，通过观察样品的外观、物理性质和化学性质，以及使用色谱法和核磁共振法等高级方法，我们可以准确地区分两种不同类型的分子。
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。
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
烷烃与环烷烃
象； 部分重叠式：甲基和氢互相重叠，能量较高，但比全重叠式的能量低。
构象稳定性 对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式
有机化学 （第9版）
第四章
烷烃和环烷烃
第一节 烷烃 第二节 环烷烃
重点难点
掌握 烷烃及环烷烃的命名，烷烃及环烷烃的构象异构， 烷烃的卤代反应，环烷烃的开环加成反应。
熟悉 烷烃的理化性质，自由基反应的机制。
了解 药物构效关系及自由基作用在医学中的应用。
第Байду номын сангаас节
烷烃
有机化学 （第9版）
一、结构
1. 烷烃中碳原子均采用sp3杂化。
顺-1,2-二甲基环己烷
反-1,2-二甲基环己烷 ee（优势构象）
1. 烷烃碳原子采取SP3杂化，分为伯、仲、叔、季四种类型。
2. 烷烃及环烷烃化合物的命名。 3. 烷烃在光照或加热条件下可进行自由基反应，反应活性与烷烃结构和卤素种类有关。 4. 环烷烃加热可发生氢化开环或亲电加成反应。 5. 烷烃存在构象异构，交叉式为稳定的优势构象，可以用锯架势和纽曼投影式表达。 6. 环烷烃存在椅式构象和船式构象，椅式构象为优势构象，较多取代基位于e键上的 取代为优势构象。
三、构象异构
（二）丁烷的构象
丁烷构象的能量变化及稳定性
正丁烷C2—C3旋转时各种构象的能量曲线
有机化学 （第9版）
三、构象异构
（三）药物构效关系
药物分子的构象与药物作用效果存在一定的关系，通常优势构象具有更好的作用效果。
多巴胺 （抗震颤麻痹药）
第二章 烷烃和环烷烃
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
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”。
第四章 烷烃和环烷烃
构造异构
(一)、碳链异构 (isomerism): 具有相同分子式，仅由于碳链结构不同而产
生的同分异构现象称为碳链异构。
由于碳链的连接次序不同而产生的 异构现象称为碳链异构
CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
CH3 CH CH2 CH3 CH3 CH3
2, 4, 5 2, 3, 5
1. 确定主链: 最长链为主链。 号: 第一行 取代基编号为2, 4, 5; 第二行 取代基编号为2, 3, 5; 根据最低系列原则, 用第二行编号。 3. 命 名: 中文名称：2,3,5-三甲基己烷 英文名称：2,3,5-trimethylhexane
8 例1 CH3-CH2
4 3
43
2 5
61
2,4-二甲基已烷
（最长碳链；编号方向，从先遇到取代基 的一端开始编号；相同的取代基合并） 命名书写中常见错误： 2-二甲基己烷、 2,4-甲基己烷、 2,4-2甲基己烷、 2,4二甲基己烷
实 例 一
2. 编
1 2 3 4 5 6 6 5 4 3 2 1 CH3CHCH2CHCHCH3 CH3 H3C CH3
在英文命名中，取代基按词首的字母排列顺序先后列出
3-ethyl-4-isopropyl-3-methyl-5-propyloctane
课堂练习:写出化合物的名称,并指出各碳原子的类型。
C2H5 CH3 CH3 CH3 (2) CH3 CH3 CH3CCH2CCH3 CH3 CH3
(1) H3C
四、烷烃的同分异构现象 （The phenomenon of isomerism）
支链
CH3CH2CH2CH3
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。
烷烃和环烷烃
6-甲基双环[3.2.2]壬烷
9 4 5 2 1 8 6 3
CH3
7
CH3
1,7-二甲基双环[3.2.2]壬烷
(B) 螺化合物的命名:
1) 组成环的碳原子总数命名为“某烷”，加上词头“螺”； 2) 连接螺原子的两个环的碳原子数(不含螺原子)，按由小到大的 次序写在“螺”和“某烷”之间的方括号里，数字用圆点分开 ； 3) 螺环上的编号，从连接螺原子(不含)上的一个碳开始,先编较 小的环，然后经过螺原子再编第二个环。编号的顺序要使取代 基位置加和数最小。 10 1
9
2
8 7 6
螺[4.5]癸烷
5 4 3
6 7
5 4 8
1 2 3
8 7 6 5 4
1 2 3
1,5-二甲基螺[3.4]辛烷
1,8-二甲基螺[3.4]-5-辛烯
2.3 烷烃和环烷烃的结构
2.3.1 σ键的形成及其特性 碳原子在基态时的电子构型： C: 基态 2p 2s 1s 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0 激发态 2p
第二章
烷烃和环烷烃
第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃
2.1 烷烃和环烷烃的构造异构 2.2 烷烃和环烷烃的命名 2.3 烷烃和环烷烃的结构 2.4 烷烃和环烷烃的构象 2.5 烷烃和环烷烃的物理性质 2.6 烷烃和环烷烃的化学性质 2.7 烷烃和环烷烃的主要来源
分子中只含有C、H两种元素的有机化合物叫碳氢化合 物，简称烃。
1,2-二甲基环戊烷
1-甲基-3-乙基环己烷 1,4-二甲基-2-乙基环己烷
4,13,14-三甲基-1,2-二乙基环十八烷 1,2-diethyl-4,13,14-trimethylcyclooctadecane
第4章 烷烃和环烷烃
烷烃和环烷烃
Alkanes and cycloalkanes
烃的类别
烃（Hydrocarbons) 仅由C、H构成的有机 化合物，有机化合物之母体。 饱和烃：烷烃 烯烃 不饱和烃 炔烃 脂环烃 苯型芳香烃 非苯型芳香烃
脂肪烃 烃 芳香烃
链烃
环烃
内容提要 一、烷烃的结构 二、烷烃的物理性质 三、烷烃的化学性质 四、环烷烃
三、烷烃的化学性质
烷烃和环烷烃分子中的C-C、C-H都是σ键 ， 极性小，键能大，因而烷烃的化学性质稳定。 室温下，烷烃不与强酸、强碱、强还原剂 (Zn+HCl、Na+C2H5OH)、强氧化剂(KMnO4、K2Cr2O7) 起反应或反应很慢。
但高温、高压、光照或有催化剂存在时，烷 烃可发生一些化学反应。这些反应在石油化工占 有重要的地位。
各种氢的取代活性对应着各种碳所生成的自 由基稳定性，次序为： 3°> 2° > 1° > · CH3
（2）卤代反应取向，烷基自由基的稳定性
自由基的构型和稳定性：
CH3
越稳定的自由基 越容易形成
CH3CHCH3 397
~ ~ ~ ~
H
kJ/mol
C H
H
435 CH CH 3 2 410
CH3CCH3 CH3 381
原因：烷烃在结晶状态时，碳原子排列很有规律， 碳链 为锯齿形：
分子间距离紧凑，分子间力大，晶格能高
分子间距离松散，分子间力小，晶格能低
直链烷烃的熔点：
直链烷烃的熔点与碳原子数的关系图
② 烷烃的熔点变化除与分子量有关，还与分子的
形状有关。
对于分子式相同的同分异构体：
对称性越高，晶格能越大，m.p越高；
有机化学第2章_烷烃和环烷烃
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 >
烷烃和环烷烃
(2)熔点
• 基本上随分子量 的增加而增加。 （奇数和偶数碳） • 烷烃的熔点变化： 是因为晶体分子 直链烷烃的熔点与分子中所含 间的作用力不仅 碳原子数目的关系 取决于分子的大 小，也取决于他们在晶格中的排列。 分子的对称性增加，它们在晶格中的排列越紧 密，熔点也越高。
例: (正戊烷-129.8 ℃ ,异戊烷-159.9 ℃,新戊烷-16.8 ℃)
2.3.2 其它烷烃的结构
•乙烷的C- C 键
Stuart模型
乙烷分子中C-C键(C-H键用直线表示)
其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排 布在一条直线上，而是曲折地排布在空间。这是烷烃碳 原子的四面体结沟所决定的。如丁烷的结构：
注意:键线式书写烷烃的分子结构:
•为了方便，只要写出锯齿形骨架 , 用锯齿形线的 角 (120º )及其端点代表碳原子.不写出每个碳上所连的氢 原子.但其它原子必须写出.
Cl2 光
57/43=2x/6
x=4
*异丁烷氯代反应:
CH3 CH3 CH3 CH3CH + Cl2 CH3-C-Cl + CH3-CH CH3 CH3 CH2Cl 叔丁基氯36% 异丁基氯64% •设y为叔氢原子的相对活泼性 则: 36/64 = y/9 y=5.06
产物混合，复杂，一 般不用氯代来制备卤 代烃
分子式 C3H8
构造式
构造式的简写式
CH3CH2CH3 CH3(CH2)2CH3
丁烷
C4H10
戊烷
C5H12
CH3(CH2)3CH3
(2)烷烃的通式 —— 直链烷烃分子中，一个或几
个 -CH 2 - 基团（亚甲基）连成碳链，碳链的两端再连 有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为:
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。
有机化学烷烃和环烷烃
2.2 烷烃和环烷烃的命名
练习: 1) 5-丙基-4-异丙基壬烷 4-isopropyl-5-propylnonane
8
6
4
9
7
5
2
3
1
CH3
2) CH3CH2CHCH2CHCH2CH3
CH3CHCH3
2,5-二甲基-3-乙基庚烷 3-Ethyl-2,5-dimethylheptane
思考：为什么不是3-甲基-5-异丙基庚烷？
再沿次长桥回到“桥头”碳，最短的桥最后编号。
9
8
4
5
H3C CH3
4 5
6 CH3
6
3
21
3
CH3 7 CH3
2
1
7
(稠环烷烃同二环命名)
1,7-二甲基二环 [3.2.2]壬烷
8, 8-二甲基二 环[3.2.1]辛烷
6-甲基二环[3.2.0]庚烷
2.2 烷烃和环烷烃的命名
（B）螺环烷烃——两个环共用一个碳原子的多环烷烃.
2.2 烷烃和环烷烃的命名
(D)支链上有取代基，从和主链相连的碳原子开始将支链碳原子 依次编号，并将取代基位号、名称连同支链名写在括号内。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3 CH3 CH3—C1—' C2'H2—C3'H3 CH3
2-甲基 -5-（1,1 – 二甲基丙基）癸烷 或 2-甲基 -5-1’,1’ – 二甲基丙基癸烷
2.3 烷烃和环烷烃的结构
2.3.1 烷烃的结构 (1)甲烷结构
正四面体，所有C—H键长和 H-C-H键角均相等。
sp3杂化
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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2烷烃2-1.用系统命名法命名下列化合物，并圈出结构中的异丙基、仲丁基和新戊基。
【解题思路】命名时，首先要确定主链。
命名烷烃时，确定主链的原则是：首先考虑链的长短，长的优先。
若有两条或多条等长的最长链时，则根据侧链的数目来确定主链，多的优先。
若仍无法分出那条链为主链，则依次考虑下面的原则，侧链位次小的优先，各侧链碳原子数多的优先，侧分支少的优先。
主链确定后，要根据最低系列原则对主链进行编号。
最低系列原则的内容是：使取代基的号码尽可能小，若有多个取代基，逐个比较，直至比出高低为止。
最后，根据有机化合物名称的基本格式写出全名。
2-2.写出下列化合物的结构式1. 2,6,6-三甲基-7-叔丁基十一烷2. 3,5-二乙基-4-仲丁基辛烷 【参考答案】2-3.选择题1.下列自由基最稳定的是 ，最不稳定的是 。
【解题思路】，由于 —p 超共轭效应的存在，自由基稳定性顺序是3°>2°> 1° A 属于1°自由基，B.属于3°自由基，C 属于 2°自由基，D.属于2°自由基， [参考答案]：最稳定的自由基是B ，最不稳定的自由基是A2.在光照条件下，2,3-二甲基戊烷进行一氯代反应，可能得到的产物有 种。
A.3 B.4 C.5 D.6【解题思路】2,3-二甲基戊烷分子中有六种不同的氢原子，如下图所示：故可以得到一氯代产物6种， [参考答案]：DCH 3CH(CH 2)4CHCHCH 2CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 2CH-CHCH 2CH 3CH(CH 3)2CH(CH 3)21. 2.3.(CH 3)3CCH 2CH 2CHCH 2CH3CH 2CH 3A.CH 3CHCH 2CH 2CH 2.CH 3B.CH 3CCH 2CH 2CH 3CH 3.C.CH 3CHCH 2CHCH 3.CH 3 D.CH 3CHCHCH 2CH 3.CH 3C HCC 3C HC H 3C H 3C H 31.C H 3C H (C H 2)3C C H CH 2C H 2C H 2C H 3C (C H 3)3H 3C3.下列化合物含有伯、仲、叔、季碳原子的是 。
A.2,2,3-三甲基丁烷B.2,2,3-三甲基戊烷C. 2,3,4-三甲基戊烷D. 3,3-二甲基戊烷 【参考答案】B4.下列化合物含有伯、仲、叔氢原子的是 。
A.2,2,4,4-四甲基戊烷B. 2,3,4-三甲基戊烷C. 2,2,4-三甲基戊烷D. 正庚烷 [参考答案]：B[相关知识点]：伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子的概念。
① 与一个碳相连的碳原子是一级碳原子，用1˚C 表示（或称伯碳），1˚C 上的氢称为一级氢，用1˚H 表示。
② 与两个碳相连的碳原子是二级碳原子，用2˚C 表示（或称仲碳），2˚C 上的氢称为二级氢，用2˚H 表示。
③ 与三个碳相连的碳原子是三级碳原子，用3˚C 表示（或称叔碳），3˚C 上的氢称为三级氢，用3˚H 表示。
④ 与四个碳相连的碳原子是四级碳原子，用4˚C 表示（或称季碳）5.下列化合物沸点最高的是 ，最低的是 。
A.2-甲基己烷B.3,3-二甲基戊烷C. 癸烷D. 3-甲基辛烷【解题思路】总的来说，影响化合物沸点的因素有以下四种：相对分子质量、碳链的结构——直链与支链问题、分子的极性以及分子中是否存在氢键。
本题各化合物均为烷烃，故影响沸点的因素主要考虑相对分子质量与碳链结构。
沸点高低取决于分子量的高低，同等分子量取决于支链情况，支链多的沸点低。
【参考答案】沸点最高的是C ，最低的是B 。
[相关知识点]有机物分子间的作用力及其对物理性质的影响6.2-甲基丁烷在室温下光照溴代，生成产物相对含量最高的是 。
【解题思路】根据自由基反应特点，各种氢原子的反应活性顺序是3°H >2°H > 1°H ， 相对含量高的生成产物对应的氢原子活性更高，为3°H 被取代的产物。
参考答案为：B[相关知识点]烷烃自由基取代反应中氢原子的反应活性 2-4.判断下列各组构象是否相同？A.BrCH 2CHCH 2CH 3CH 3B.C.D.CH 3CCH 2CH 3CH 3Br CH 3CHCHCH 3CH 3BrCH 3CHCH 2CH 2CH 3Br1.C 2H 5B C lC 2H 5rC 3和【解题思路】碳-碳单键旋转引起构象的变化，如果一种构象度变为另外一种构象不涉及碳-碳单键旋转，则两种构象为同一构象，反之，如果一种构象变为另外一种构象过程涉及碳-碳单键旋转到则为不同构象。
【参考答案】1相同（均为全交叉构象），2相同（均为全重叠构象），3不同，4相同 2-5.写出下列反应的机理【解题思路】烷烃的卤代反应是自由基反应，包括链引发、链转移、链终止三个阶段。
链引发阶段是产生自由基的阶段。
由于键的均裂需要能量，所以链引发阶段需要加热或光照。
链转移阶段是由一个自由基转变成另一个自由基的阶段，犹如接力赛一样，自由基不断地传递下去，像一环接一环的链，所以称之为链反应。
链终止阶段是消失自由基的阶段。
自由基两两结合成键。
所有的自由基都消失了，自由基反应也就终止了。
【参考答案】链引发、链转移、链终止三个阶段过程如下：链引发；Cl 2 → Cl • + Cl •链转移：CH 3CH 3 • + Cl • → CH 3CH 2•+ HClCH 3CH 2•+ Cl 2 → CH 3CH 2Cl + Cl •链终止：Cl • + Cl •→Cl 2CH 3CH 2•+Cl •→ CH 3CH 2ClCH 3CH 3 + Cl 2热或光CH 3CH 2Cl + HCl2.C O O HH O O C H H O H O H和C O O HC O O H O H O HH H 3.4.B C H 3H和B r B r H H 25HHO H O H H 3和C 2H 5O HO HCH 3CH 2•+CH 3CH 2•→ CH 3CH 2CH 2CH 3【相关知识点】烷烃的卤代反应，自由基反应历程 【相关题目】解释甲烷氯化反应中观察到的现象（1）甲烷和氯气的混合物可以在室温下和黑暗中可以长期保存而不起反应。
（2）将氯气先用光照，然后再迅速在黑暗中与甲烷混合，可以得到氯化产物。
（3）在黑暗中将甲烷和氯气的混合物加热到250度，可以得到氯化产物。
（4）将氯气光照后在黑暗中放置一段时间再与甲烷混合，不发生氯化反应。
（5）将甲烷光照后在黑暗中与氯气混合，不发生氯化反应。
2-6.某烷烃的相对分子质量为72。
氯化时：①只得到一种一氯代产物；②得到三种一氯代产物；③得到四种一氯代产物；④只得到两种二氯代产物。
分别写出这些烷烃的构造式。
【解题思路】 （1）根据相对分子质量计算分子式为C 5H 12，（2）根据给出的化学信息，确定突破口化合物的分子结构。
①只得到一种一氯代产物说明分子中只有一种氢原子，原分子高度对称，应为新戊烷；②得到三种一氯代产物说明分子中有三种氢原子，应为正戊烷； ③得到四种一氯代产物说明分子中有四种氢原子，应为异戊烷；④只得到两种二氯代产物显然只有新戊烷才符合要求。
【参考答案】各构造式如下： ① ② ③ ④【相关题目答案】 2-5（1)甲烷与氯气的反应属于自由基反应，室温和黑暗中，甲烷和氯气都不能产生自由基，故可以长期保存不起反应。
(2)氯气先用光照射产生自由基，迅速在黑暗中与甲烷混合，自由基还来不及自相结合，就与甲烷产生连锁反应得到氯化产物。
（3）加热也能产生自由基，自由基与甲烷产生连锁反应得到氯化产物。
（4）氯气先用光照射产生自由基，在黑暗中与放置一段时间后自相结合成氯气，再与甲烷混合，由于无自由基存在，得不到氯化产物。
（5)甲烷键能较大，光照射不会产生自由基，在黑暗中氯气也不能产生自由基，由于无自由基存在，得不到氯化产物。
5 脂环烃5-1.用系统命名法命名下列化合物（1） （2） （3）CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3 C C H 3C H 3C H 3C H 3C H 3C H 3C H 3C H C H 2C C H 3C H 3C H 3C H 3B r HB r HC H 3H H C H 3C lC l（4） （5） （6）【参考答案】（1）反-1，2-二溴环戊烷 （2）反-3，5-二甲基环己烯 （3）反-1，2-二氯环己烷（4）【解题思路】螺环烷烃是指单环之间共用一个碳原子的多环烃，共用的碳原子称为螺原子。
螺环的编号是从螺原子上的小环开始顺序编号，由第一个环顺序编到第二个环，命名时先写词头螺，再在方括弧内按编号顺序写出除螺原子外的环碳原子数，数字之间用圆点隔开，最后写出包括螺原子在内的碳原子数的烷烃名称，如有取代基，在编号时应使取代基位号最小，取代基位号及名称列在整个名称的最前面。
参考答案：6-氯-螺[4.5]癸烷【相关知识点】螺环烷烃的命名（5）【解题思路】桥环烷烃是指共用两个或两个以上碳原子的多环烷烃，共用的碳原子称为桥头碳，两个桥头碳之间可以是碳链，也可以是一个键，称为桥。
将桥环烃变为链形化合物时，要断裂碳链，如需断两次的桥环烃称为二环，断三次的称三环等等，然后将桥头碳之间的碳原子数（不包括桥头碳）由多到少顺序列在方括弧内，数字之间在右下角用圆点隔开，最后写上包括桥头碳在内的桥环烃碳原子总数的烷烃的名称。
如桥环烃上有取代基，则列在整个名称的前面，桥环烃的编号是从第一个桥头碳开始，从最长的桥编到第二个桥头碳，再沿次长的桥回到第一个桥头碳，再按桥渐短的次序将其余的桥编号，如编号可以选择，则使取代基的位号尽可能最小。
参考答案： 4-甲基-1-异丙基二环[3，1，0]己烷 （6）参考答案：2，2，7-三甲基-二环[2，2，1]庚烷 【相关知识点】桥环烷烃的命名5-2写出下列化合物的构型式（1）顺-1-甲基-2-溴环戊烷（2）顺-1，4-二甲基-环己烷（3）反-1，2-二甲基-环丙烷（4）反-1-甲基-3-叔丁基环己烷（优势构象）【参考答案】（1） （2） （3） （4）5-3.选择题C lC H 3H B r H C H 3C H 3HC H 3C H 3HC (C H 3)3C H 3（1）下列二甲基环己烷属于反式的是：A. B. C. D.【参考答案】D（2）下列化合物中最稳定的构象是A.B.C.D.【解题思路】大基团尽可能多在e-键的构象为取代环己烷的稳定构象，参考答案为D （3）下列化合物有顺反异构体的是A. 十氢萘B. 1，1—二甲基环戊烷C.乙基环戊烷D. 1，2—二甲基环戊烷 【解题思路】环状化合物顺反构型的确定，由于成环碳原子的单键不能自由旋转，因此当环上不同的碳原子带有两个或多个基团时，就会产生两个或多个立体异构体。