第二章 烷烃和环烷烃

第二章 烷烃和环烷烃

一、 教学目的与要求：

1、掌握烷烃和环烷烃的结构特征和命名；烷烃和环烷烃的构象异构。

2、掌握烷烃和环烷烃的化学性质的异同点；烷烃和环烷烃的自由基取代及

机理；掌握小环的开环加成。

二、教学重点

1、烷烃的命名（包括六碳以下的英文命名）。伯、仲、叔碳原子和氢原子,

乙烷与正丁烷的构象；

2、烷烃的结构特征：σ键。卤代自由基反应机理，伯、仲、叔氢的反应活

性，伯、仲、叔碳自由基的相对稳定性；

3、脂环烃的命名（单环、螺环与桥环），三元、四元环的开环加成。

4、环己烷的椅式构象以及取代环己烷的优势构象规律。

三、教学难点：

1、烷烃的英文命名；

2、自由基卤代反应机理；

3、环己烷的椅式构象，以及取代环己烷的优势构象规律；

4、环丙烷的结构；

六、教学步骤及时间分配

导言：烃（Hydrocarbon ）：碳氢化合物。

简述烃的分类，介绍本章学习的重点要求，强调本章内容是学习后续各章的

基础。

1.1 烷烃

一、烷烃的结构

烷烃的结构特征：碳为sp 3杂化；C-H 、C-C 均为σ键。

σ键特点：键牢固，电子云沿键轴呈圆柱形对称，可自由旋转。

[示CH 4、CH 3CH 3的球棒模型]

简述同系列和同系物的概念和重要性：

二、烷烃的异构现象

(一) 碳链异构（carbon chain isomer ）：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。

如：丁烷（C 4H 10 ）： 正丁烷 异丁烷

戊烷（C 5H 12）： 正戊烷 异戊烷 新戊烷

从以上异构体引出：四种类型的碳,三种类型的氢。

分析：各级碳和氢的结构特征和代表的符号。

思考：①指出下列烷烃的各级碳和氢：

CH 3-C-CH 2-CH-CH 2-CH 3CH 3CH 33CH 32CH 3

CH 3

②写出含一个叔碳、一个仲碳的分子量最小的烷烃（ ）

指出：分类的目的在于同种功能基结合在不同类型的碳上，反应活性有差别。

（二）构象异构

定义：因碳碳单键的旋转引起分子中的原子（团）在空间产生不同的排列方

式称构象，各种不同的空间排列互称为构象异构体（conformational isomers ）．

1、乙烷的构象

[操作球棒模型：旋转Ｃ－Ｃσ键，产生无数种构象异构体]。

两种典型的构象：交叉式和重叠式

①两种表达方式：锯架式和Newman 投影式（讲解要点）

②稳定性比较：交叉式＞重叠式

（示能量曲线图，结合模型操作，分析原因）

强调：能垒低（12.6KJ/mol ），分子间的碰撞即可产生83.8kJ/mol,故σ键

可自由旋转．

指出：乙烷主要以交叉式构象存在。

2、正丁烷的构象（CH 3CH 2-CH 2CH 3）

（主要讨论Ｃ２－Ｃ３σ键的旋转。操作模型：引导学生注意每转60°所得

到的构象）

[示投影： 正丁烷的四种典型构象及C 2-C 3旋转时各种构象的能量曲]

分析：

稳定性：对位交叉式＞邻位交叉式＞部分重叠式＞完全重叠式

两个邻位交叉式互为镜影关系——构象对映体。

正丁烷主要以对位交叉式和邻位交叉式存在，但室温下不能分离。

推论：直链烷烃的碳链在空间的排列，大多是锯齿状，而不是一条直线。

强调：构象分析的意义——构象不但对分子的理化性质都有影响，而且涉及

蛋白质、酶、核酸等生物大分子的结构与功能，以及药物的构效关系。

三、烷烃的命名法

（一）普通命名法

1、直链烷烃：1-10个碳，分别用词头甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、

壬、癸；10个碳以上，用中文数字命名：十一烷、十二烷等。

介绍烷烃的英文名称：

[示投影——直链烷烃的英文名称（10碳以下）]，

注意正确读音，要求熟悉烷烃的后缀（ane ）和六碳以下的字头。

2、异、新字头的应用

侧链： 异（iso-） 异戊烷 （isopentane ）

新（neo-） 新己烷 （neohexane ） CH 3-CH-CH 3CH 3-CH-CH 3CH 2CH 3CH 3-C-CH 3CH 3

CH 2CH 3CH 3-C-CH 3CH 3

强调：不能再有其它侧链。

（二）系统命名法（IUPAC 法）

直链烷烃与普通法基本相同，只是省掉“正”字。

带有侧链的烷烃则看作直链烷烃的衍生物。

1、烷基的命名

烃分子中去掉一个氢原子，所剩下的部分叫做烷基。英文命名法中,去掉

ane ，加yl 即可.[示投影：重要烷基的结构和中英文名称]

要求：熟悉四个碳以下的各种烷基的结构和中英文名称]。

2、系统命名法的要点（因中学有好的基础，不必逐条详细讲）

[示投影：要点和实例]

①最长链，为主链；链等长，基多者为主，称某烷；

②主编号，侧作基，位最小；

③相同基团合并，不同基团按“优先顺序”由低到高表达。

（英文命名法是按基团第一个字母的优先顺序来表达。）

di 、tri 、tetra 分别表示二、三、四，这些字头不在基团的优先顺序中考虑。

简要介绍烷基的优先顺序规则：异丙基＞丙基＞乙基＞甲基

实例：

①

（着重引导同学选主链和表达。）

2,2,4,5-四甲基-4-丙基庚烷（2,2,4,5-tetramethyl-4-propylheptane ）

②

2,5-二甲基-3-乙基己烷（3-ethyl-2,5-dimethylhexane ）

(注意：第二取代基位较小)

思考题：写出下列名称的结构式：

③ 2,2,4,4-四甲基戊烷 (2,2,4,4-tetramethylpentne)

④ 2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷 (2,3,5-trimethyl-4-propylheptane)

四、烷烃的物理性质

一般指物态、沸点、熔点、密度、溶解度、折光率、旋光度和光谱性质等。

[复习分子间的作用力，简要分析烷烃物理性质的变化规律]。

强调：物理性质在分离和鉴定物质和实验室工作中的重要性。

五、烷烃的化学性质

（一）稳定性

分析：C-C 、C-H 均为σ键，牢固，很难极化，不易发生异裂而进行离子型反

应。室温下，烷烃与强酸、强碱、强氧化剂均不反应。

但在光照、加热、或催化剂作用下，可发生共价键均裂的自由基反应。

CH 3-CH 2-CH 2-CH CH-C-CH 3CH CH 3CH 3CH 3CH 3CH 2CH 3CH 3-CH-CH 3CH 3CH 2CH 3

CH-CH 2-CH-CH 3