烷烃与环烷烃

烷烃与环烷烃第一页，共九十三页，编辑于2023年，星期日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（自学）主要内容2第二页，共九十三页，编辑于2023年，星期日2.1烷烃和环烷烃的构造异构烃

分子中只有C、H两种元素的有机化合物。3第三页，共九十三页，编辑于2023年，星期日CnH2n+2一、烷烃和环烷烃的通式1、烷烃的通式CnH2n2、环烷烃的通式4第四页，共九十三页，编辑于2023年，星期日3、同系列具有同一个通式，结构相似，化学性质相似，物理性质随着碳原子数的增加而有规律地变化的化合物，称为同系列。4、同系物同系列中的化合物互称为同系物。5、系差同系列中相邻两个化合物在组成上的差别。烷烃系差为CH2。5第五页，共九十三页，编辑于2023年，星期日二、烷烃和环烷烃的构造异构同分异构体：

分子式相同，结构不同。是不同的化合物。构造异构体：

分子式相同，分子内原子间相互连接的顺序不同，即分子的构造不同。碳架异构：

分子式相同，碳的骨架不同。6第六页，共九十三页，编辑于2023年，星期日烷烃和环烷烃同分异构体的推导（逐步缩短碳链）：①写出最长链；②写出少一个碳原子的直链，把一个碳当支链，找出可能的异构体；③写出少二个碳原子的直链，把二个碳当两个支链，或一个支链，找出可能的异构体。7第七页，共九十三页，编辑于2023年，星期日2.2烷烃和环烷烃的命名一、伯、仲、叔和季碳原子1、伯碳原子一级碳原子，1o，与一个碳原子（三个氢原子）相连的碳原子。2、仲碳原子二级碳原子，2o，与二个碳原子（二个氢原子）相连的碳原子。8第八页，共九十三页，编辑于2023年，星期日3、叔碳原子三级碳原子，3o，与三个碳原子（一个氢原子）相连的碳原子。4、季碳原子四级碳原子，4o，与四个碳原子相连的碳原子。分别与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称为伯、仲、叔氢原子。9第九页，共九十三页，编辑于2023年，星期日10第十页，共九十三页，编辑于2023年，星期日（1）某基：甲基CH3-Me-；乙基CH3CH2-Et-

；丙基CH3CH2CH2-n-Pr-

；丁基CH3CH2CH2CH2-n-Bu-（2）异某基:异丙基(CH3)2CH-i-Pr-；异丁基(CH3)2CHCH2-i-Bu-二、烷基和环烷基烷烃和环烷烃分子中，去掉一个氢原子后剩余的基团。用R-表示。1、烷基和环烷基11第十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期日烷烃分子中，去掉两个氢原子后剩余的基团。2、亚烷基（3）仲某基:CH3

仲丁基:CH3CH2CH-s-Bu-

CH3（4）叔某基:叔丁基:(CH3)3C-t-Bu-;叔戊基:CH3CH2CCH3CH3（5）新某基:新戊基:CH3—C—CH2—CH3

12第十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期日三、烷烃的命名（1）根据分子中碳原子数目称为“某烷”，（2）碳原子数十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，（3）十以上的用汉字数字十一、十二……表示碳原子数，（4）用正、异、新表示同分异构体。1、普通命名法（习惯命名法）13第十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期日系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字的特点而制定的（1960年制定，1980年进行了修定）。2、系统命名法14第十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期日系统命名法规则：（1）选择主连（定母体）

选择最长的碳链作为主链，根据主链碳原子数，定母体，称为“某烷”。15第十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

主碳链的选择——当有两个以上的等长碳链可供选择时，其选择顺序为：

例1：选择支链最多的碳链为主碳链。

16第十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

例2：选择支链位号较小的为主碳链。

17第十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

例3：两个等长碳链上的支链数目、位次均相同，选择支链碳原子多的为主碳链。

18第十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

例4：选择侧分支少的链为主碳链。

19第十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期日（2）主链编号

近取代基端开始编号，并遵守“最低系列编号规则”。①取代基编号最小214356563421编号正确编号错误20第二十页，共九十三页，编辑于2023年，星期日②小的取代基编号最小编号正确编号错误214357685634217821第二十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期日（3）烷烃名称的写出①将支链（取代基）写在母体名称的前面②取代基按“次序规则”小的基团优先列出

烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基<异丁基<异丙基。

③相同基团合并写出，位置用2，3……阿拉伯数字标出,取代基数目用二,三……中文数字标出。④阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；⑤阿拉伯数字之间必须用逗号分开。最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁。22第二十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期日第一条规则：将各种取代基的连接原子，按原子序数的大小排列，原子序数大的顺序在前。若为同位素，则质量数高的顺序在前。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23第二十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期日第二条规则若多原子基团的第一个连接原子相同，则比较与它相连的其它原子，先比较原子序数最大的原子，再比较第二大的，依次类推。若第二层次的原子仍相同，则沿取代链依次相比，直至比出大小为至。123424第二十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期日若支链中又带支链，用带撇的数字标明取代基在支链中的位次，或者把带有取代基的支链的全名放在括号中：3—甲基—5—1’，2’—二甲基丙基壬烷5634217981’2’3’3—甲基—5—(1，2—二甲基丙基)壬烷25第二十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期日563421789101’2’3’2—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26第二十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期日214356

例1：2，4-二甲基己烷27第二十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

例2：3-甲基-6-乙基辛烷2143576828第二十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

例3：2,8-二甲基-4-乙基壬烷29第二十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期日烷烃的衍生物命名法以甲烷为母体，其它部分则作为甲烷的取代基来命名。3、衍生物命名法二甲基乙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷甲基乙基异丁基叔丁基甲烷30第三十页，共九十三页，编辑于2023年，星期日四、环烷烃的命名1、脂环烃的分类31第三十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期日(单)环烷烃通式：CnH2n桥环烃（稠环）桥环烃螺环烃（与烯烃通式相同）联环烷烃两个环共用一个原子为螺环，共用一个以上原子为桥环。32第三十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期日2、单环烷烃的命名命名步骤（1）确定母体:没有取代基的环烷烃本身就是母体,命名时只须在相应的烷烃前加“环”(英文加cyclo),环上有取代基的环烷烃以环为母体还是以链为母体视情况而定.（2）编号要符合最低系列原则（3）按名称的基本格式要求写出全名33第三十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期日34第三十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期日乙基环己烷

ethylcyclohexane2-甲基-4-环己基己烷4-cyclohexyl-2-methylhexane侧链比较简单,以环为母体,链为取代基,

侧链比较复杂,以链为母体,环为取代基。35第三十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期日1,4-二甲基-2-乙基环己烷2-ethyl-1,4-dimethylcyclohexane36第三十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

但由于环没有端基，有时会出现有几种编号方式都符合最低系列原则的情况。例如：

上面列出了同一个化合物的三种编号方式，它们都符合最低系列原则。也即应用最低系列原则无法确定哪一种编号优先。在这种情况下，中文命名时，应让顺序规则中较小的基团位次尽可能小。所以应取（i）的编号，化合物的名称是1,3−二甲基−5−乙基环己烷。37第三十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期日3、桥环烷烃的命名桥头碳：几个环共用的碳原子，环的数目：断裂二根C-C键可成开链烷烃为二环；断裂三根C-C键可成开链烷烃为三环桥环碳原子数：不包括桥头C，由多到少列出，中间使用“.”分隔环的编号方法：从桥头开始，先长链后短链二环[4.3.0]壬烷环的数目桥头间的碳原子数桥环化合物碳原子数38第三十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期日二环[3.2.1]辛烷2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷39第三十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

螺原子：两个碳环共用的碳原子4、螺环烷烃的命名螺[4.5]癸烷spiro[4.5]decane螺环编号：从靠近螺原子开始，先小环后大环。除螺C外的碳原子数（用“.”隔开）取代基编号取最小6-甲基螺[4.5]癸烷40第四十页，共九十三页，编辑于2023年，星期日碳原子采取sp3杂化，s

轨道成分：1/4；

p轨道成分：3/4。2.3烷烃和环烷烃的结构一、σ键的形成及其特性41第四十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

烷烃分子形成时，碳原子的sp3轨道沿着对称轴的方向分别与碳的sp3轨道或氢的1s轨道相互重叠成σ键。42第四十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期日4个C-Hσ键，sp3-1sσ键甲烷的结构43第四十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期日σ键：

成键电子云沿键轴方向呈圆柱形对称重叠而形成的键。σ键的特点:

(1)电子云沿键轴呈圆柱形对称分布。

(2)可自由旋转而不影响电子云重叠的程度。

(3)结合的较牢固。碳原子都是sp3杂化，C-C键为sp3-sp3

σ键C-H键为sp3-1sσ键

烷烃分子中：44第四十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

甲烷分子为正四面体构型。甲烷分子中，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子在四面体的四个顶点上，四个C-H键长都为0.109nm，所有键角∠H-C-H都是109.5º，σ键可以绕轴旋转。球棒模型斯陶特模型

45第四十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

σ键呈圆柱形对称，键能较大，可极化性小，可沿键轴自由旋转。

由于σ键是沿成键轨道方向交盖而成，C-C-C的键角保持接近109.5°。因此直链烷烃的形状是曲折形，而不是直线形。正丁烷的球棒模型和比例模型正十五烷46第四十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期日二、环烷烃的结构与环的稳定性环烷烃通式为CnH2n,即(CH2)n，每个单元燃烧热应相同。摩尔燃烧热：1mol化合物在氧气中完全燃烧所放出的热量。659kJ•mol-147第四十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期日一些环烷烃的燃烧热名称环大小分子燃烧热/(kJ·mol-1)-CH2-的平均燃烧热/(kJ·mol-1)与开链烷烃燃烧热的差/(kJ·mol-1)环丙烷3209169738环丁烷4274468627环戊烷533206645环己烷639546590环庚烷746376623环辛烷853106645环壬烷959816656环癸烷1066366645环十五烷1598856601开链烷烃65948第四十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期日环烷烃的稳定性普通键角张力（anglestrain）：

环的角度与sp3轨道夹角差别引起的张力49第四十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期日2.4烷烃和环烷烃的构象构象一个已知构型的分子，仅由于单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。构象异构体单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体（或称旋转异构体）。50第五十页，共九十三页，编辑于2023年，星期日一、乙烷的构象旋转重叠式构象交叉式构象51第五十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期日重叠式构象交叉式构象Newman投影式锯架式52第五十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期日描述立体结构的几种方式伞形式锯架式Newman投影式53第五十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期日纽曼(Newman)投影式写法1、2、3、54第五十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期日两面角为0o时的构象为重叠式构象。两面角为60o时的构象为交叉式构象。两面角在0-60o之间的构象称为扭曲式构象。1、两面角单键旋转时，相邻碳上的其他键会交叉成一定的角度（），称为两面角。55第五十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期日当二个氢原子的间距少于240pm（即二个氢原子的半径和）时，氢原子之间会产生排斥力，从而使分子内能增高，所以重叠式比交叉式内能高。2、交叉式构象与重叠式构象的能量分析C-H键长C-C键长键角两面角两氢相距110.7pm154pm109.3o60o250pm110.7pm154pm109.3o0o229pm重叠式构象交叉式构象56第五十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期日3、乙烷构象势能关系图57第五十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期日稳定构象位于势能曲线谷底的构象非键连相互作用不直接相连的原子间的排斥力。转动能垒分子由一个稳定的交叉式构象转为一个不稳定的重叠式构象所必须的最低能量。（25°时转速达1011次/秒）扭转张力非稳定构象具有恢复成稳定构象的力量；58第五十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期日二、丁烷的构象59第五十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期日丁烷构象势能关系图60第六十页，共九十三页，编辑于2023年，星期日三、环己烷的构象环己烷的碳骨架不是平面结构，有两种典型构象：椅型构象船型构象61第六十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期日1、椅型构象（1）椅型构象62第六十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期日特点：相邻原子：交叉式非键合原子：交叉式相邻碳原子的键,都处于邻位交叉式的位置,没有碳氢键或碳碳键的重叠。既没有角张力，也没有扭转张力，因此，椅型构象稳定63第六十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期日

在椅式构象中C-H键分为两类。第一类六个C-H键与分子的对称轴平行，叫做直立键或a键（其中三个向环平面上方伸展，另外三个相反，向环平面下方伸展）；第二类六个C-H键与直立键形成接近109.5°的夹角，平伏着相环外伸展，叫做平伏键或e键。（2）平伏键（e键）与直立键（a键）64第六十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期日（3）两种椅型构象的转变65第六十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期日（4）椅型构象稳定的原因251pm249pm250pmC-C键的键长和夹角均与正常的C-C键键长和C的SP3杂化的键角相符。三组氢之间的距离均大于两个氢原子的半径和。无角张力，无键长变形引起的内能升高。氢原子之间无排斥力。66第六十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期日2、船型构象（1）船型构象67第六十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期日（2）特点相邻原子：重叠式非键合原子：重叠式相邻碳原子的键处于重叠式，斥力大，非键合原子张力也较大,故船型构象不稳定。68第六十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期日四、取代环己烷的构象1234561234561、一取代环己烷69第六十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期日在a键上的甲基氢原子与非键合氢原子的距离为0.23nm；在e键上的甲基氢原子与非键合氢原子的距离为0.26nm，斥力较小；因此，甲基在e键上的取代环己烷构象稳定。a键e键70第七十页，共九十三页，编辑于2023年，星期日取代基越大e键型构象为主的趋势越明显。71第七十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期日2、多取代环己烷Hassel规则

带有相同基团的多取代环己烷，如果没有其它因素的参与，那么在两个构象异构体之间，总是有较多取代基取e键向位的构象为优势构象。Barton规则带有不同基团的多取代环己烷，如果没有其它因素的参与，那么其优势构象总是趋向于使作用最强的和较强的基团尽可能多地取e键的向位。72第七十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期日外观：状态、颜色、气味物理常数：沸点、熔点、密度、折光率、旋光度、溶解度、偶极矩、光谱特征2.5烷烃和环烷烃的物理性质73第七十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期日一、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。（2）随相对分子质量增大而增大。（3）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。74第七十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期日二、熔点烷烃熔点的特点：（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。（3）相对分子质量相同的烷烃，叉链增多，熔点下降。取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。75第七十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期日三、相对密度烷烃的密度均小于1（0.424-0.780）。烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂。四、溶解度76第七十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期日2.6烷烃和环烷烃的化学性质原因：（1）C-C、C-H

σ键的键能大，不易破裂化学键C-CC-H键能/(kJ·mol-1)345.6415.3（2）C-C键矩为0，C-H偶极矩很小，电子云分布均匀，为非极性分子（3）键的断裂：均裂一、总体特点77第七十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期日二、自由基取代反应分子中的某个原子或基团被其他原子或基团所取代的反应。通过自由基取代分子中H原子的反应。1、基本概念（1）取代反应（2）自由基取代反应78第七十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期日带有孤电子的原子或原子团称为自由基。碳自由基：含有孤电子碳的体系称为碳自由基。2、自由基CH3•CH3CH2•H•Cl•79第七十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期日（1）热均裂产生（2）辐射均裂产生3