烷烃环烷烃性质
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
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。
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CnH2 n+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。
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”。
烷烃的结构与性质
烷烃的结构与性质烷烃是一类基本有机化合物，由碳和氢原子构成。
它们的分子由碳原子构成的链或环连接而成，具有特定的结构和性质。
本文将探讨烷烃的结构以及与其相关的性质。
一、直链烷烃直链烷烃是最简单的烷烃类别，分子由一条直线状的碳链构成。
举个例子，正丁烷(CH3-CH2-CH2-CH3)是一种直链烷烃，其分子中包含四个碳原子。
直链烷烃的化学式可用CnH2n+2表示，其中n代表烷烃分子中碳原子的数量。
直链烷烃的物理性质包括沸点、熔点和密度等。
随着碳原子数量的增加，直链烷烃的沸点和熔点逐渐增加。
这是因为随着分子量的增加，分子间的范德华力也增强，使得分子间相互作用加强，需要更高的温度来克服这种相互作用。
此外，随着分子量的增加，直链烷烃的密度也逐渐增加。
二、支链烷烃支链烷烃的分子由一条或多条侧链连接到主链上，与直链烷烃相比，支链烷烃具有更多的碳原子连接方式。
举个例子，2-甲基丁烷(CH3-CH(CH3)-CH2-CH3)是一种支链烷烃，其中有一个甲基基团连接在主链上。
支链烷烃与直链烷烃在物理性质上有所不同。
由于支链的存在，支链烷烃分子具有更大的隔离度，分子间相互作用减少，从而导致其沸点和熔点相对较低。
支链烷烃的密度也较低，因为支链的存在减少了分子的紧密排列。
三、环烷烃环烷烃是由碳原子构成的环连接而成的分子结构。
与直链烷烃和支链烷烃相比，环烷烃的分子形状呈环状，因此具有特殊的性质。
环烷烃的一个例子是环己烷(C6H12)，其中六个碳原子形成一个环状结构。
环烷烃的性质与其分子结构有密切关系。
由于环状结构的存在，环烷烃分子内部有较大的张力，导致其相对不稳定。
此外，由于环烷烃中碳原子的取向限制，它们往往比相应的直链烷烃熔点和沸点更高。
环烷烃还表现出一些特殊的化学反应，如环开裂和环化等。
总结起来，烷烃是一类碳和氢原子构成的有机化合物，根据其分子结构和性质，可以分为直链烷烃、支链烷烃和环烷烃。
直链烷烃由一条直线状的碳链构成，而支链烷烃则具有侧链连接到主链上的结构。
第二章饱和烃：烷烃和环烷烃
2
CH
8CH
CH2
3CH2
7
1
2
6CH2
CH
5
CH2
4
式中两环共用的叔碳原子（1，5）称为“桥头”
从一个桥头到另外一个桥头的链或键称为“桥”或―桥路‖
此例中有三个桥，即碳链2－3－4，碳链6－7和碳链8
29
命名原则
确定母体名称：按成环碳原子的总数称为“某烷”。 注明环数：以“二环”作词头，放在母体名称前面。 注明桥的结构：将各桥所含碳原子数按由多到少的次 序用数字表示，放在词头和母体之间的方括号中，在数 字之间的右下角用小圆点“.”隔开。 编号：从一个桥头开始循环最长的桥编到另一桥头， 然后再循余下的最长的桥编回到起始桥头。最短的桥最 后编号，且仍从起始桥头一端的碳原子开始编号。
18
例如
CH3 CH CH3 CH2 CH3
二甲基乙基甲烷
CH2CH3 CH3 C CH CH3
二甲基乙基异丙基甲烷
CH3 CH3
该命名法虽能清楚地表示分子的结构，但是不能 适用于结构较复杂的烷烃的命名。目前文献中已 很少使用。
19
(3)系统命名法（重点）
系统命名法是我国根据1892年日内瓦国际化学会议首次拟定
饱和脂肪烃（烷烃）：是指分子中的碳原子以单 键相连，其余的价键都与氢结合而成的化合物。
H H C H H H H C H H C H H H H C H H C H H C H H H H C H H C H H C H H C H H
甲烷（CH4） 乙烷（C2H6） 丙烷（C3H8） 丁烷（C4H10）
H H
H C
CH3 CH3 C H C CH3
C
烷烃和环烷烃的化学性质及制备
烷烃和环烷烃的化学性质及制备一、烷烃的主要化学性质总体：稳定，自由基型反应居多。
（一）燃烧和氧化一般条件下不与普通氧化剂反应，剧烈可燃烧，C →CO 2，H →H 2O ，（杂→氧化物）有机化学中：氧化=加氧or 去氢，还原=加氢or 去氧（二）卤代反应（实质：取代反应）取代反应（substitution reaction ）是指有机化合物受到某类试剂的进攻，致使分子中一个原子(或基团)被这个试剂所取代的反应。
分为亲电取代、亲核取代、自由基取代三类。
探讨一类有机反应主要从以下四个方面展开：反应产物、反应类型、反应历程、反应活性（反应活性又可从试剂和底物两个方面讨论）。
烷烃的取代属于自由基取代反应。
反应产物：一～多卤代烷反应类型：自由基型（反应条件：光照 or 高温） 反应历程：链引发、增长、终止 反应活性：试剂角度考虑：氟 〉〉氯 〉溴 〉〉碘底物角度考虑：叔氢 〉仲氢 〉伯氢二、烷烃的来源和制备1、烷烃是其他有机物的母体，一般不经人工合成，而是从天然气和石油中获得。
2、天然来源烷烃是相当复杂的混合物，难以分离。
若需纯粹烷烃，可人工合成来制备。
3、工业生产采用柯尔伯电解羧酸盐来制取4、实验室通过武兹、科瑞-郝思合成法以及还原反应来获得。
（1）武慈反应（制备对称烷烃）2RX （乙醚） + Na → R-R + 2NaX ( X = Br 、I )（2）科瑞-郝思反应R 2CuLi （二烷基铜锂） + R ’X → R-R ’ + RCu （烷基铜） + LiX（3）还原卤代烃、醇、醛、酮、酸等还原制得（见以后章节）三、环烷烃的主要化学性质总体：大环像烷，小环像烯。
（一）取代反应（卤代，自由基型）+ Br + HBrBr日光环己烷溴代环己烷（二）氧化反应1、可燃 → CO 2 ＋ H 2O2、特殊条件 → 开链二元羧酸+ O2Co HOOC(CH 2 )4 COOH 己二酸（合成尼龙66之主要原料）3、常温、常压、普通氧化剂 → 不反应应用：环烷烃常温下不能使酸性高锰酸钾褪色（开链烷烃也不能），可用于鉴别（见以后章节）。
第四章烷烃与环烷烃(新)
正丁烷C2—C3 s键旋转能量图如下：
从正丁烷的能量曲线图可见，4种构象的稳定性次序是：
随着正烷烃碳原子数的增加，它们的构象也随之而复杂，但 其优势构象都类似正丁烷，是能量最低的对位交叉式。因此， 直链烷烃碳链在空间的排列，绝大多数是锯齿形，而不是直 链，只是为了书写方便，才将其结构式写成直链。
思考题 预测2，3-二甲基丁烷在室温下进行氯代反应时，所得 各种一氯代产物的得率之比。
烷烃的溴代反应生成相应的溴代物。 溴代反应3°、2°、1°氢原子的相对反应活性比为 1600:82:1。
卤代反应所用的卤素不同或反应条件不同，各种异构体产物的 相对数量有着显著的差异。
丙烷1o、2o 氢氯代能
量图
受体：指对特定的生物活性物质（包括药物、激素等）具 有识别能力，并可选择性结合的生物大分子。
四．烷烃的物理性质 有机化合物的物理性质，一般是指物态、沸点、熔点、密度、 溶解度、折光率、旋光度和光谱性质等。烷烃同系物的物理 性质常随碳原子数的增加，而呈现规律性的变化。
烷烃的沸点、 熔点、密度 随碳数变化
☆链终止（chain-terminating step）：清除自由基
两个活泼的自由基相互结合，生成稳定的分子或加入少量能抑制自由基生成 或降低自由基活性的抑制剂，使反应速率减慢或终止反应。
★甲烷氯代反应的机制不仅适用于甲烷的溴代反应，而且也 适用于其他烷烃的卤代反应，甚至还适用于分子中含有类似 烷烃结构的许多非烷烃化合物。
卤代反应（halogenation reaction):烷烃分子中的氢原子被卤 素原子取代的反应。
1．甲烷的卤代
在紫外光照射或高温250～400℃ 的条件下，甲烷和氯气混合可剧烈地发 生氯代反应，得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷（氯仿）、四氯甲烷 （四氯化碳）和氯化氢的混合物。
有机化学2---烷烃和环烷烃
英文缩写 Me Et n-Pro i-Pro n-Bu i-Bu s-Bu t-Bu
CH2 CH2 CH3
CH CH3 CH3
CH2CH2CH2CH3
CH2CHCH3 CH3
C HC H 2 C H 3 C H3
CH3 C CH3 CH3
2.2 烷烃和环烷烃的命名
◇ 环烷基： 环丙基 环丁基 环戊基 环己基
CH4 CH3CH2CH3 C3H8 CH3CH2CH2CH3 C4H10
环烷烃的通式为CnH2n
2.1 烷烃和环烷烃的构造异构
同系列——通式相同，组成上相差CH2 及其整数倍的一系 列化合物。 同分异构体——分子式相同的不同化合物。 构造异构体——分子式相同，分子的构造不同的化合物。 例：通式为C5H12
思考：为什么不是3-甲基-5-异丙基庚烷？
2.2 烷烃和环烷烃的命名
2.2.4 环烷烃的命名 脂环烃是脂肪烃连接成环的化合物。 分子中只有单键的脂环烃是环烷烃 含有双键的脂环烃是环烯烃。 （1）单环环烷烃 以环作为主体，按环的碳原子数目称为环某烷； 单环 二环 多环
环丙烷
环丁烷
环戊烷
环己烷
2.2 烷烃和环烷烃的命名
CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 新戊烷
正戊烷
异戊烷
通式为C5H10的环烷烃
CH3
H3C CH3
CH2CH3
CH3
CH3
2.1 烷烃和环烷烃的构造异构
正丁烷
CH3 CH2 CH2 CH3
简式: CH3(CH2)2CH3
CH3
CH3 CH CH3
2 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和制法
有机化学-烷烃和环烷烃
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2.2 烷烃和环烷烃的命名 2.2.4 环烷烃的命名 （1）分类
单环脂环烃
2. 烷烃和环烷烃
二环脂环烃
多环脂环烃 当碳环为饱和碳环时则为环烷烃。
25/64
2.2 烷烃和环烷烃的命名 2.2.4 环烷烃的命名 （2）单环环烷烃
（a）碳链较短
2. 烷烃和环烷烃
根据成环碳原子总数，称为“环（cyclo）某烷” 环上有1个取代基时，取代基名称放在“环某烷”之前 环上有不止1个取代基时，与烷烃命名类似 1 2 3
CH3
1’
CH3
C CH2CH3 CH3
2’
3’
CH3CH2CH2CH2CH2CHCH2CH2CHCH3
2-甲基-5- 1’,1’-二甲基丙基癸烷 2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷
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2.2 烷烃和环烷烃的命名 练习
1. 给下列分子式命名
2. 烷烃和环烷烃
2,5,7-三甲基-7-乙基-3-氯壬烷 2. 写出“2,3,4,6-四甲基-6-乙基壬烷”的分子式。
烷烃和环烷烃分子从形式上去掉一个氢原子后余下的基
团称为烷基（R—）和环烷基。
（2）亚烷基
烷烃分子从形式上去掉两个氢原子后余下的基团称为亚 烷基。
14/64
2.2 烷烃和环烷烃的命名 2.2.2 烷基和环烷基
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
何谓“饱和”？ 烃分子中的碳原子之间都以单键（C-C）相连， 其余的价键都与氢原子相连。 烷烃（烷）： 饱和烃 【烷wan】取完全之意，碳被氢完全饱和
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。
烷烃环烷烃的物理化学性质
F2 ：反应过分剧烈、较难控制 Cl2 ：正常（常温下可发生反应） Br2 ：稍慢（加热下可发生反应） I2 ：不反应。即使反应, 其逆反应易进行
主要讨论的内容
甲烷的卤代反应机理（反应机制，反应历程） （Reaction Machanism）
什么是反应机理： 反应机理是对反应过程的详细描述，应解释以下问题：
自由基的稳定性与不同类型H的反应活性
考虑反应的决速步骤
自由基生成的相对速度决定反应的选择性
自由基稳定性：
自由基的相对稳定性决定反应的选择性
R-H的键离解能（DH）
01
2o 自由基
02
较易生成
03
3o 自由基
04
较易生成
05
自由基的相对稳定性：3o > 2o > 1o
06
1o 自由基
07
较难生成
08
1o 自由基
09
较难生成
10
键离解能（DH）
不同类型自由基的相对稳定性
溴代反应的选择性
选择性：2o H : 1o H = 82 : 1
选择性：3o H : 1o H = 1600 : 1
溴代选择性（127oC）： 3o H : 2o H : 1o H = 1600 : 82 : 1
由下列指定的化合物制备相应的卤代物，用Cl2还是Br2？为什么？
04
烷烃溶于有机溶剂中，不溶于水。
05
"相似者相溶"--普遍适用的经验规律。
06
是极性分子，烷烃是非极性分子，很难溶于水中。
07
折光率nD20 又称折光指数、折射率，是光在空气中速度与在液体中速度之比： nD20=C光空气/C光液体＞1 ，它反映了分子中电子对光传播干扰的程度，或者电子被光极化的程度。
烷烃和环烷烃
烃——分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物。 烷烃——碳原子完全被氢所饱和的烃。
烃是有机化合物的母体。
开 链 烃 (脂 肪 烃 )
饱和烃
烷烃 烯烃
不饱和烃 烃 脂环烃( 环状烃 芳香烃(
炔烃 二烯烃
` `
` `
... ... )
CH3
... ... )
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构
尾端含有
结构片段，其余为直链，为异某基
尾端含有
结构片段，其余为直链，为新某基
预备知识：烷基和环烷基
环烷烃环上失去1个氢原子，为环某基
烷烃和环烷烃的命名
环丙基
环丁基
环戊基
环己基
烷烃分子从形式上去掉两个氢原子所剩下的基团叫亚烷基。
如：
CH2 亚甲基 CHCH3 亚乙基 C(CH3)2 亚异丙基 -CH2CH21,2-亚乙基 -CH2CH2CH2CH2CH2CH21,6-亚己基
CH2 CH2
CH3
CH3 CH3
环戊烷
CH3
即
H CH3
CH3
即
H CH3
CH3 H
CH H3C
CH3
H
1-甲基-4-异丙基环己烷
反-1,4-二甲基环己烷
当环上碳原子数比碳链的原子数还少时，或者碳链连有多个 环时，将环作取代基
• P31, 习题2.6
烷烃和环烷烃的命名
(2) 二环环烷烃
• 分子中含有两个碳环的是双环化合物。
例如:
CH3 CH CH2CH3 CH3
二甲基乙基甲烷
CH3 CH3 C CH3
CH3
四直链烷烃：
烷烃和环烷烃的命名
烷烃与环烷烃的物理性质及反应
烷烃与环烷烃的物理性质及反应2023年了，烷烃和环烷烃作为有机化合物的两类重要代表，其物理性质和反应特点也得到广泛研究和应用。
下面我们就来了解一下关于烷烃和环烷烃的物理性质和反应特点。
一、烷烃和环烷烃的物理性质烷烃是指由碳和氢元素组成的链状无环分子，比如甲烷、乙烷、丙烷等。
而环烷烃则是由碳元素组成的环状分子，比如环已烷（环丁烷）、环己烷、环庚烷等。
烷烃和环烷烃的物理性质有以下几个方面：1. 相对密度相对密度是指物质的密度与水的密度比值。
烷烃和环烷烃的密度都比空气大，因此它们通常被称为“重油”。
其中，相对密度大于1的成分比较常见，比如烷烃中的正戊烷，相对密度为0.63；环烷烃中的环已烷，相对密度为0.68。
2. 熔点和沸点熔点和沸点是反映物质固体和液体状态转变的温度参数。
烷烃和环烷烃的熔点和沸点都较低，因此它们通常被称为“轻油”。
比如，正己烷（烷烃）的沸点为69℃，环己烷（环烷烃）的沸点为80℃。
3. 溶解度溶解度是指物质在某一温度下在一定量溶剂中溶解的最大量。
烷烃和环烷烃在水中一般难以溶解，但在烃溶剂中溶解度较高，且多数易溶于氯仿、甲醇、乙醇等有机溶剂中。
二、烷烃和环烷烃的反应特点烷烃和环烷烃的反应特点主要表现在以下几个方面：1. 燃烧反应烷烃和环烷烃可以在有效氧气和足够高温下燃烧产生水和二氧化碳。
烷烃燃烧时会产生更多的热量，而环烷烃在燃烧时则会产生更多的二氧化碳。
2. 卤素硝化反应烷烃和环烷烃可以通过卤素反应（如氯化、溴化）引入烷基或环基上的卤素原子。
此外，以烷烃为原料，经过硝化反应也可以得到硝基烷或硝基环烷。
3. 氧化反应烷烃和环烷烃可以在氧化剂存在下发生氧化反应，产生羰基化合物。
此类反应通常需要高温和高压反应条件。
此外，一些贵金属催化剂可以有效加速烷烃或环烷烃发生氧化反应。
4. 加成反应烷烃和环烷烃可以发生加成反应，即两个分子发生共价键的形成。
一些非常有代表性的方法包括烯烃加成、醇酸加成、醛酮加成等等。
烷烃与环烷烃的结构与性质
烷烃与环烷烃的结构与性质烷烃（Alkanes）是由碳（C）和氢（H）元素组成的最简单的有机化合物，由于不含双键或三键，因此其化学性质相对较为稳定。
而环烷烃（Cycloalkanes）则是烷烃中的一个特殊类别，其碳原子通过共享化学键形成环状结构。
本文将深入探讨烷烃和环烷烃的结构和性质。
一、烷烃的结构与性质烷烃的结构特点主要包括碳骨架的直线链状构型以及其化学键的特性。
烷烃中的碳原子都采用sp3杂化，形成四个σ键。
由于烷烃中只存在碳碳单键和碳氢键，因此分子间无极性键，电子云分布均匀，呈现出较小的极性。
这也是烷烃较为稳定且不易发生反应的原因。
烷烃的物理性质主要包括密度、沸点和熔点。
烷烃的密度较小，随着碳链长度的增加而增加。
由于烷烃之间的相互吸引作用较弱，分子间力为范德瓦尔斯力，因此密度较低。
沸点和熔点也随着碳链长度的增加而增加，但增幅逐渐减小。
烷烃的化学性质主要表现在其不活泼的化学反应中。
由于sp3杂化碳原子上的电子密度较小，碳原子与其他原子的相互作用较弱，因此烷烃不容易与其他物质发生反应。
但在适当条件下，烷烃可以通过氧化、还原、卤原子取代等反应来进行功能化。
此外，烷烃在氧气存在下会发生燃烧反应，生成二氧化碳和水。
二、环烷烃的结构与性质环烷烃是由碳原子通过共享化学键形成环状结构的一类化合物。
与烷烃相比，环烷烃具有更为复杂的分子结构和性质。
环烷烃的环状结构使得分子内部存在较大的张力，这种张力可以通过环的扭曲、马登环或突破环破坏而释放。
环烷烃的物理性质与烷烃相似，但由于分子内部的张力存在，环烷烃的沸点和熔点一般较烷烃高。
与烷烃相比，环烷烃的流动性较差，不易蒸发。
环烷烃的化学性质也相对复杂。
由于环状结构中的张力，环烷烃分子更容易发生裂环反应以释放内部的张力。
此外，环烷烃的稳定性也受到环的大小和分子的对称性等因素的影响。
较小的环烷烃由于较高的张力，更容易发生化学反应。
环烷烃中的环可以存在多个不同的构型，如环的位置、取代基的选择等，这些因素都会对环烷烃的性质产生影响。
烷烃与环烷烃的结构与性质
烷烃与环烷烃的结构与性质烷烃与环烷烃是有机化合物中的两类基本结构类型，它们在碳原子间的连接方式以及分子结构上存在着明显的差异，这也导致了它们在性质上的显著区别。
下面将就烷烃和环烷烃的结构与性质进行详细讨论。
1. 烷烃的结构与性质烷烃是一类碳氢化合物，其分子中只包含碳碳键和碳氢键，没有其他官能团。
烷烃根据碳原子之间的连接方式可以分为直链烷烃和支链烷烃两种。
直链烷烃的一般分子式为CnH2n+2，其中n为大于等于1的整数。
直链烷烃的碳原子按照链状排列，最简单的直链烷烃为甲烷，其分子式为CH4。
直链烷烃的性质主要取决于其分子量和分子结构，通常是无色、无味、无毒的气体或液体，具有较好的燃烧性能。
支链烷烃是指在碳原子链上存在支链或分支结构的烷烃，例如异构的正丁烷和2-甲基丁烷。
支链烷烃的性质通常比直链烷烃具有较强的空间立体结构，因此支链烷烃的沸点、密度、熔点等性质会与直链烷烃有所不同。
2. 环烷烃的结构与性质环烷烃是一类碳氢化合物，其分子结构中存在一个或多个碳原子环。
根据不同的碳环数目，环烷烃可以分为环丙烷、环戊烷等不同类型。
环烷烃的分子式通常为CnH2n，其中n为大于等于3的整数。
环烷烃由于分子结构上存在环状碳骨架，因此其性质与烷烃有较大差异。
环烷烃通常具有较高的沸点和熔点，且不易溶于一般有机溶剂。
环烷烃中的环状结构会影响其立体构型和空间结构，因此环烷烃也具有较强的立体异构性。
环烷烃的立体异构性在有机合成反应中具有重要的意义，常被用于合成一些特定结构的有机物。
综上所述，烷烃与环烷烃在结构与性质上存在着明显的差异，了解烷烃与环烷烃的结构与性质不仅有助于理解有机化合物的基本特征，还能为有机合成反应的设计与调控提供重要参考。
烷烃环烷烃的物理化学性质详解
过渡态(Transition State)理论
在化学反应中，反应物相互接近，总是先达到一势能最高点 （活化能，相应结构称为过渡态），然后再转变为产物。
例：机理步骤(2)
Cl + H CH3
势能增加
Cl
H CH3
过渡态
势能最高
Cl H + CH3
(3) CH3 + Br Br
CH3 Br + Br
第(2), (3)步反应重复进行
链引发 chain initiation
链转移 （链传递,链增长）
chain propagation
(4) Br + Br (5) Br + CH3 (6) CH3 + CH3
Br Br CH3 Br CH3 CH3
Cl H + CHCl2 CHCl3 + Cl
Cl H + CCl3 CCl4 + Cl
3. 其它烷烃的卤代反应（一卤代）
反应通式 机理通式
hv or R H + X2
hv or
(1) X X
2X
RX + HX 链引发
(2) X + H R
XH + R
(3) R + X X
R X+ X
第(2), (3)步重复进行
接上页
Cl2
Cl
CH3
HCl CH4
.
有效碰撞(产生CH3Cl和Cl ) 自由基消失，反应终止
净结果=0
Cl2
CH3
Cl HCl
CH4 CH3Cl
第3章 烷烃和环烷烃的性质与制备
1. 甲烷的氯代
CH4 + 2Cl2
漫射光
CH3Cl + HCl 一氯甲烷
反应生成的一氯甲烷可以继续发生氯代反应。
CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + Cl2 光 光 光 CH2Cl2 + HCl 二氯甲烷 CHCl3 + HCl 三氯甲烷（氯仿） + HCl CCl4 四氯化碳
过渡态I 过渡态II E1
Cl
I II
CH3CH2CH2
+ HCl
CH3CHCH3 + HCl
势 能
CH3CH2CH3 + Cl
E2
CH3CH3CH3 + Cl
△ H1 = 41.8 KJ.mol -1 E1 = 12.6 KJ.mol -1 △ H2 = 39.8 KJ.mol -1 E2 = 8.3 KJ.mol -1
3. 熔点 C4以上的正烷烃的熔点是随碳原子数目的增加而升高。偶数碳烷烃的熔点随着 碳数增加升高的幅度比奇数碳的大，见下图。 支链烷烃熔点比直链烷烃低。
50 0 -50
正戊烷 CH3CH2CH2CH2CH3
CH3 CHCH2CH3 CH3 CH3
129.7
ห้องสมุดไป่ตู้熔点（℃）
-100 -150 -200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
CH3 + Cl CH3 + CH3 Cl2 (4) CH3Cl (5) CH3CH3 (6)
甲烷的氯代反应是一个由氯自由基引发的取代反应，是一个典型的自由基取代 反应。自由基反应通常包括链引发，链传递（或链增长）和链终止三个阶段。
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:
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这是汽油、柴油等作为动力燃料的依据。当燃烧不完全时，则有
游离碳生成，在动力车尾气中有黑烟冒出。
⑵烷烃的部分氧化 高级烷烃，如石蜡烃在KMnO4 、MnO2或 Mn(Ac)2催化下，用空气或O2氧化，可得到的C12－ C18的脂肪酸。
RCH2CH2R' + O2 锰盐 RCOOH + R'COOH
其中C12－C18的脂肪酸可直接与NaOH反应，制成高级
+ Br2 + Br2 CCl4 CCl4 CH2BrCH2CH2Br CH2BrCH2CH2CH2Br
（3）与HX反应：环丙烷、环丁烷与HX加成，开环生成 卤代烃。
+ HBr + HI CH3CH2CH2Br CH3CH2CH2CH2I
环戊烷以上环烷烃一般不与HX加成。
CH3 + HBr CH3CH2CHBrCH3
HCl + CH3
(2) Cl + CH4
(3) CH3 + Cl2
链的终止
(4) Cl + Cl Cl2
CH3Cl + Cl
(5) CH3 + CH3
(6) CH3 + Cl
CH3－CH3
CH3Cl
（3）其它烷烃的氯代
碳链较长的烷烃氯代时，反应可以在分子中不同的碳原子上取 代不同的氢，得到各种氯代烃。
CH3 CH3－C－H CH3 Cl2，光 25℃ CH3 CH3 2－甲基－1 －氯丙烷 64% CH3 CH3 2－甲基－2 －氯丙烷 36% ClCH2－C－H + CH3－C－Cl
叔氢与伯氢的相对活性：叔氢/伯氢=（36.1/1）/（64/9） =（5.1/1）。 实验结果表明,叔、仲、伯氢在室温时的相对活性为5： 4：1，即每个伯、仲、叔氢被氯取代生成相应氯代烷的相 对比例。这说明 ，烷烃的氯代，在室温下有选择性。（选 择性就是产物有多有少）据此，可以预测某一烷烃在室温 一氯代产物中异构体的几率。
1.氯代 （1）甲烷的氯代反应：
CH4 + 2Cl2 强日光 C + 4HCl
此反应剧烈，甚至爆炸。实际意义不大。 但在漫射光作用下，可以发生较为缓和的反应，例：
CH4 + Cl2 350－400℃ CH3Cl + HCl 或漫射光 一氯甲烷
甲烷的氯代反应较难停留在一氯甲烷阶段，产物为四种氯化物的 混合物。
课堂小结
烷烃的性质
环烷烃的性质
CH3
CH ＝C
KMnO 4
H3C COOH + H3C
C＝O
CH3
②但在强热下，例如与强氧化剂共热或催化剂存在下，环烷烃也 可被氧化。
＋O2 催化剂
O＋ 环己酮 环己醇
OH
（空气）
60%HNO3
HOOC(CH2)4COOH 己二酸
己二酸是合成锦纶—66（尼龙）的原料。
2.环烷烃特殊的化学性质——开环加成反应 小环环烷烃（环丙烷、环丁烷等）可以开环加成，而 环戊烷、环己烷却不易或不能进行类似反应。 （1）催化氢化
（ 2）甲烷的氯代反应机理 甲烷的氯代反应，有下列诸事实： ①甲烷与氯在室温和暗处不起反应； ②就是在暗处，若温度高于250℃时，反应会立即发生；
③室温时，紫外光影响下，反应也会发生；
④当反应由光引发时，每吸收一个光子可以得到许多个
（几千个）氯甲烷分子；
甲烷的氯代反应机理：
链的引发 链的增长
(1) Cl2 光或热 2Cl
（符合马氏规则）
+ HI
CH3CH(CH3)CH(CH3)2I
说明：烃基取代的环丙烷与HX反应时，环的破裂发生 在取代基最多与取代基最少的两个成环碳原子之间，并遵 循马氏规则。 综上所述，环丙烷、环丁烷易发生加成反应；环戊烷 与环己烷易发生取代和氧化反应。它们的化学性质可概括 为“小环似烯，大环似烷”。
二、化学性质
1.环烷烃具有和开链烷烃相似的性质。 （1）取代反应：在光照或加热条件下，与卤素反应
光 Cl 300℃ Br
+ Cl2
＋ Br2
（2）氧化反应 ①常温下，环烷烃很稳定，一般不与氧化剂，空气中的氧反应， 即使性质最活泼的环丙烷，也不与KMnO4 反应。因此，可以利 用KMnO4 区别环烷烃和不饱和烃（与烷烃相似）。例如：
CH3CH2CH3
热裂化 裂化 催化裂化
裂解：指深度裂化。 目的：为了得到更多的低级烯烃。
烷烃的来源与用途
烷烃的主要来源为石油和天然气。 从油田开采出来未经加工的石油称为原油。石油 为复杂的混合物，其主要成分为烷烃和环烷烃。 天然气的主要成分为甲烷，有的含有少量的乙烷 和丙烷。
环烷烃的性质 Properties of Cyclanes 一 、物理性质
CH3CH2CH3 Cl2，光 25℃ CH3CH2CH2Cl + CH3CHClCH 3 1－氯丙烷 43％ 2－氯丙烷 57％
在丙烷分子中伯氢有六个，仲氢有两个，如果只考虑碰撞频率 和推测概率因子，我们预计丙烷的氯代将按3：1生成。每个氢原 子的相对活性为：仲氢/伯氢=（57/2）/（43/6）=4,这就是说仲氢 和伯氢的相对活性为4：1。
常温常压下环丙烷、环丁烷为气体；环戊烷、环己烷 为液体。环烷烃的熔点、沸点、和密度都较含同数碳原
子的开链烷烃高。
可以看到结构对它们所起的作用。链状化合物可以比 较自由的摇动，分子间“拉”得不紧，容易挥发，所以 沸点低一些。由于这种摇动，它比较难以在晶格内作有 次序的排列，所以它的熔点也低一些。环烷烃排列得紧 密一些，所以密度高一些。
CH3Cl + Cl2 350－400℃ 或漫射光 350－400℃ 或漫射光 CH2Cl2 + HCl 二氯甲烷 CHCl3 + HCl 三氯甲烷
CH2Cl2 + Cl2
CHCl3 + Cl2源自350－400℃ 或漫射光
CCl4 + HCl 四氯化碳
如果想使某一产物为主，可以通过控制反应条件达到 目的。 例：在400－500℃，CH4:Cl2=10:1（体积比）时，主要产 物为 CH3Cl ； CH4:Cl2=0.26:1时，主要产物为CCl4 。
烷烃分子中，由于C-C键和C-H键的极性很小，而 键的离解能又很高，因此，一般情况下，烷烃的化学性 质很不活泼。常温下与强酸、强碱、强的氧化剂、强的 还原剂都不反应。但是，如果改变反应条件，如高温或 光照下也能发生某些化学反应。主要发生取代反应。
一、卤代反应
烷烃的氢原子可被卤素取代，生成卤代烃，这种取代反应称 为卤代反应。以氯代反应最为常见。
二、氧化
在无机化学中，是用电子的得失，也就是氧化数的升降，来描
述、判断氧化还原反应。而在有机化学中，加氧去氢为氧化，加氢
去氧为还原。 烷烃在空气中燃烧，当空气（氧气）充足时，生成二氧化碳和 水，并放出大量热。例如： ⑴在空气中燃烧：
CnH2n+2 + [(3n+1)/2]O2 nCO2 + (n+1)H2O + Q
三、 熔点
固体分子的熔点也随相对分子质量的增加而增大。
四、 相对密度
烷烃的相对密度都小于1，随分子相对支链的增加 而升高，最后接近于0.8（20℃）。
五、 溶解度
由于烷烃没有极性或极性很小，所以不溶于水及 强极性溶剂中，可溶于氯仿、乙醚、四氯化碳等溶剂 中（“相似相溶”原理）。
2－6 烷烃的化学性质 Chemistry of Alkanes
复习
透视式 环己烷的构象 一取代环己烷的构象 二取代环己烷的构象 纽曼投影式
2－5 烷烃的物理性质
Physical Properties of Alkanes 一、 状态
C1~C4的烷烃为气态，C5~C16的烷烃为液态，C16以上的烷烃为 固态。
二、 沸点
1． 随着相对分子质量的增加，直链烷烃的沸点逐渐升高。 2． 碳原子数相同的烷烃，支链越多，沸点越低。
脂肪酸的钠盐－肥皂。这种制皂方法可节约大量的食用油。
三、裂化、裂解和脱氢
常温下烷烃很稳定，但隔绝空气加热到一定温度就开始分解。 温度越高，分解越厉害。烷烃这种在高温下的热分解称为裂化。
460℃ CH3CH=CH2 + H2 CH2=CH2 + CH4
CH3CH2CH＝ CH 2 + H2 CH3CH2CH2CH3 500℃ CH3CH=CH2 + CH4 CH2=CH2 + CH3CH3
+ H2 + H2 + H2 Ni 80℃ Ni 200℃ Pt 300℃ CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH3
（2） 与卤素反应：环丙烷常温下使Br2－CCl4 褪色，利用 此反应可以鉴别环丙烷和烷烃。 环戊烷与环己烷比较稳定，即使加热也不与X2进行开 环反应，发生的却是取代反应。
RH + X2
高温或光照
R—X
+
HX
氟、氯、溴、碘与烷烃反应生成一卤和多卤代烷，其反应活 性为：F2 > Cl2 > Br2 。甲烷和氯在常温或黑暗中混合并不发生 反应，但在紫外光照射或高温下，两者就能发生反应。有时甚至 剧烈到爆炸的程度。 甲烷与氟反应时，反应剧烈并有大量热放出，会破坏生成的 氟甲烷，因此没有实用价值。 碘不能与甲烷发生取代反应生成碘甲烷，碘甲烷必须用其他 方法制备。