有机化学-第六版-第02章-烷烃和环烷烃

1MagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章烷烃和环烷烃第2章AlkaneandCycloalkaneMagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章烷烃和环烷烃第2章AlkaneandCycloalkaneMagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章MagneticforceChapter7磁力第7章烷烃和环烷烃第2章AlkaneandCycloalkane2[掌握]烷烃和环烷烃的结构、命名、性质、构象异构。[熟悉]自由基反应历程及自由基的稳定性[重点]

系统命名法（烷烃、环烷烃）、取代环己烷的构象3烃——仅由碳和氢组成的化合物。其他各类有机化合物可视为烃的衍生物。烃脂肪烃饱和烃——烷烃芳香烃苯型芳香烃非苯型芳香烃不饱和烃——烯烃、炔烃脂环烃环烃链烃4第一节烷烃(alkane)C—C键一、烷烃的结构

分子中的碳原子均为sp3杂化，各原子之间都以单键σ键相连，键角接近109028’，两个成键原子可绕键轴“自由”旋转。C—H键51.甲烷的分子结构：

分子中的碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的s轨道重叠，形成4个C—H

键，在空间呈四面体排布，相互间距离最远，排斥力最小，能量最低，体系最稳定。62.乙烷的分子结构乙烷的C-C

键7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构所决定的。如丁烷的结构：丁烷的球棒模型8烷烃的分子组成可用通式CnH2n+2表示。

具有相同分子通式和结构特征的一系列化合物称为同系列。同系列中的各化合物互称为同系物。相邻两个同系物在组成上的不变差数CH2称为同系列差。3.同系列和同系物9CH4CH3CH3甲烷

CH4乙烷

C2H6MethaneEthane

名称分子式构造式的简写式丙烷

C3H8丁烷

C4H10CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3PropaneButanemiθeɪn

['iːθeɪn]

['prəʊpeɪn]

['bjuːteɪn]

10二、烷烃的构造异构和命名同分异构体——分子式相同而结构式不同。同分异构现象构造异构—碳原子连接方式不同立体异构—构象异构构型异构11（一）烷烃的碳链异构碳链异构——分子式相同，仅由于碳链结构不同。碳链异构是构造异构中的一种构造异构:指分子式相同,分子中原子间相互连接的次序和方式不同而形成不同化合物的现象。12C4H10有两个异构体CH4、C2H6、C3H8无异构体C5H12有三个异构体1314（二）烷烃的命名CH3CH2CH2CH3（正）丁烷n-butaneCH4

甲烷methaneC2H6

乙烷ethaneC3H8

丙烷propane1~10个碳原子：甲，乙，丙，丁，戊，己，庚，辛，壬，癸1.普通命名法CH3(CH2)10CH3（正）十二烷n-dodecane10个碳原子以上：15新戊烷neo-戊烷neopentane（正）戊烷

n-戊烷n-pentane异戊烷iso-戊烷isopentane烷烃异构体的命名16己烷异己烷isohexane新己烷neohexane?命名随堂小议17(1)一些常见烷基的名称：将词尾-ane改为-yl烃基-烃分子中去掉一个H后所剩下的基团一CH3甲基methyl(Me)一CH2CH3

乙基ethyl(Et)一CH2CH2CH3（正）丙基n-propyl(n-Pr)一CH(CH3)2异丙基iso-propyl

(iso-Pr)18仲丁基sec-butyl(sec-Bu)

异丁基iso-butyl(iso-Bu)

叔丁基tert-butyl

(tert-Bu)-CH2CH2CH2CH3

(正)丁基n-butyl

(n-Bu)新戊基neopentyl19常用基团的英文简写R-烷基Et-乙基Pr-丙基i-Pr-异丙基n-Bu-正丁基t-Bu-叔丁基（三级丁基）Me-甲基Ar-芳基Ph-苯基Ac-乙酰基20

两价烷基叫亚基。三价的烷基叫次基，命名中的使用的次基只限于三个价集中在同一个碳原子上的结构。

亚甲基亚氨基NH(1)(2)次甲基21碳原子分类：伯碳原子10CRCH3

仲碳原子20CR2CH2

叔碳原子30CR3CH

季碳原子40CR4C伯仲叔季伯不同类型H(伯仲叔)，反应活性不同。22下列碳原子属哪一类型碳原子?1o3o2o4o1o1o1o1o23系统命名法(IUPAC)

确定主链（母体化合物）及取代基的位数、个数和名称。

将取代基的位数、个数和名称写在母体化合物的名称前面。

不同的取代基按“秩序规则”先后列出，较优基团后列出。24烷烃系统命名法要点：（三步法）1.找主链2.编号3.记下取代基位置25（1）选主链：选择含有取代基最多的、连续的最长碳链为主链，以此作为“母链”。实例：主链母体（己烷，含2个甲基，1个乙基）26（2）编号：从靠近取代基的一端开始，给主链上的碳原子依次用1、2、3……标出其位次。使取代及编号依次最小。76543211234565432127（3）命名：主链为母体化合物，合并相同的取代基，总个数用二、三、四……表示。每个取代基的位次都应标出，表示各位次的数字间用“,”隔开。取代基的位次与名称之间用半字线“-”连接，写在母体化合物的名称前面。己烷二甲基乙基2，4--3-3-ethyl-2,4-dimethylhexane28主要烷基的优先顺序：

较优基团后列出

为什么

29命名：主链2，3，5-三甲基-4-正丙基庚烷2,3,5–trimethyl–4–n-propylheptane较优基团后列出301.命名下列物质2,2,4,4-四甲基戊烷2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷随堂小议312.写出结构式：5-甲基-3,3-二乙基-6-异丙基壬烷C—C—C——C——C——C——C—C—CCH3CH2CH3CH2CH3CH(CH3)2伯仲季叔32三、烷烃的构象异构：构象conformation：由于碳碳单键的旋转，导致分子中的原子或原子团在空间的不同排列方式。构象异构体conformationalisomer：因单键的旋转而产生的异构体。构象异构体的分子构造相同，但其空间排列不同，构象异构是立体异构中的一种。33

(一)乙烷的构象12.6kJ/mol稳定性：交叉式>重叠式重叠式交叉式典型构像34HHHHHHHHHHHH重叠式交叉式锯架式重叠式交叉式Newman投影式构象的表示法35稳定性：交叉式>重叠式

交叉式是乙烷稳定的优势构象重叠式重叠式交叉式交叉式交叉式36（二）正丁烷的构象

CH3-CH2-CH2-CH3

正丁烷也有无数种构象，环绕C2-C3键旋转时，有4种典型的构象：简化处理：C2-C3间σ键“自由”旋转所产生得构象，可以将其看作是乙烷分子中两个碳原子上各有一个氢被甲基取代。37对位交叉式全重叠式邻位交叉式部分重叠式正丁烷构象正丁烷构象的锯架投影式：38正丁烷构象的纽曼投影式：全重叠式邻位交叉式部分重叠式对位交叉式39稳定性：对位交叉式>邻位交叉式>部分重叠式>全重叠式能量曲线40直链烷烃的碳链在空间的排列，绝大多数是锯齿型，因为最稳定的优势构象是能量最低的对位交叉式。正戊烷的空间结构411.画出己烷围绕C3-C4化学键旋转时的最稳定构象和最不稳定构象随堂小议最稳定构像最不稳定构像422.关于乙烷的构象，错误的说法是

A.乙烷只有重叠式和交叉式两种构象

B.乙烷在常温下大多数以交叉式构象存在

C.常温下乙烷的各种构象间可相互转变

D.交叉式能量低于重叠式3.将正丁烷的构象按稳定性大小排列

(1)全重叠式(2)部分重叠式

(3)邻位交叉式(4)对位交叉式答案：（4）>（3）>（2）>（1）43五、烷烃的化学性质：(一)稳定性：

烷烃是饱和烃，分子中只存在牢固的C-C

键和C-H

键，所以烷烃具有高度的化学稳定性。在室温下，烷烃一般情况下都不反应。

在一定条件下(温度、压力、催化剂),烷烃也能发生氧化、卤代、裂化等反应。44卤素与烷烃的反应活性顺序：

F2>Cl2>Br2>I2卤代反应：烷烃分子中的氢被卤素原子取代的反应。(二)卤代反应(halogenationreaction)-----自由基反应451.甲烷的卤代反应：462.烷烃卤代反应机制：

反应机制（reactionmechanism）又称反应历程，它是研究反应从发生到完成所经历的全部过程。47链引发（chain-initiatingstep）形成自由基

自由基的链反应（freeradicalchainreaction）可分为链引发、链增长和链终止3个阶段。48...链增长（chain–propagatingstep）:延续自由基、形成产物49链终止（chain–terminationstep

）消除自由基50

氯原子和甲烷分子相互接近，形成一个高能级的过渡态，最后形成平面形的甲基自由基和一分子的氯化氢。这一过程的能线图参见后图甲烷氯化反应的能线图51

甲基自由基与氯分子反应，生成一分子氯甲烷和一个氯原子523.烷烃卤代反应的取向:CH3-CH2-CH3+Cl2CH3-CH2-CH2-Cl+CH3-CH-CH3

Clhv氢原子活泼性的大小是：43%57%53CH3-CH-CH3CH3+Cl2hvCH3-C-CH3CH3ClCH3-CH-CH2ClCH3+37%63%氢原子活泼性的大小是：54

可见，各类氢原子的卤代活性：叔氢(30)>仲氢(20)>伯氢(10)>甲烷氢原子554.烷基自由基的构型与稳定性叔(3°)仲(2°)伯(1°)甲基自由基稳定性增强（由离解能数据出）56

2.指出下列自由基稳定性的大小顺序答：D>B>C>A随堂小议1.根据共价键的断裂方式，烷烃在光照下的卤代反应属于

反应，其反应历程分为

、

、和

三个阶段。57主要成分：一氧化碳、氢煤气液化石油气煤气、液化石油气、天然气主要成分：乙烯、乙烷、丙烷等主要成分：甲烷天然气是石油在提炼汽油、煤油、柴油、重油等油品过程中剩下的一种石油尾气用煤固体原料，经干馏或汽化制得的通常指贮存于地层较深部的一种富含碳氢化合物的可燃气体。58第二节环烷烃单环环烷烃通式：CnH2n（一）环烷烃的分类一、环烷烃的分类和命名1.根据环的多少单环多环（桥环，螺环）双环2.根据环的大小小环（３～４元环）常见环（５～6元环）中环（7～12元环）

大环（１２元环以上）59(二）单环环烷烃的命名环己烷cyclohexane1,3-二甲基环戊烷1,3-dimethylcyclopentane2-甲基-3-环丙基丁烷2-methyl-3-cyclopropylbutane60

环烷烃的顺反异构顺反异构是立体异构中的一种

由于键不能自由转动（环上的碳原子不能自由旋转）导致分子中的原子或原子团在空间的排列方式不同，产生顺式异构体（cis-isomer）和反式异构体（trans-isomer）两种构型不同的异构体。产生顺反异构的原因：61例：顺-1,2-二甲基环丙烷（沸点37oC)反-1,2-二甲基环丙烷（沸点29oC)621.拜尔（Baeyer）的张力学说109.5°49.5°压缩角度环丙烷角张力二、环烷烃的结构与稳定性63

具有张力的环不稳定，易开环。稳定性：<<<无张力环张力环64弯曲

键角张力轨道对称轴环丙烷分子轨道的重叠2.现代价键理论（“弯曲键”理论）65弯曲

键重叠程度愈小，键愈产生的张力愈弱大66三、环烷烃的化学性质自由基取代反应

五元环和六元环有与链烃类似的自由基取代反应

环烷烃的化学性质与链状烷烃相似，但由于环烷烃具有环状结构，所以又具有与链状烷烃不同的特殊化学性质。+Br23000C+HBr67加成反应Ni120oC+

H2CH3CH2CH2CH3（1）加氢反应小环不稳定，容易开环发生加成反应(与烯烃相似)，五元环和六元环则较稳定。68+Br2CH2Br-CH2-CH2Br+HBrCH3-CH2-CH2Br（2）加卤素、氢卤酸反应+H-Br含H较多与含H较少C原子之间键的断裂，H加在含H较多的C原子上－－马氏规则。69（3）环烷烃不被高锰酸钾氧化鉴别（1）环丙烷、丙烷（2）环戊烯、环戊烷随堂小议--70（一）环戊烷的构象四、环烷烃的构象四个碳原子共平面71

环己烷经过键的旋转可形成各种构象，其中椅式构象(chairconformation)和船式构象(boatconformation)是环己烷各种构象中的典型构象：（二）环己烷的构象1.椅式构象和船式构象椅式构象船式构象72椅式构象1414船式构象1414交叉式重叠式椅式构象是最稳定的优势构象7374

环己烷的椅式构象比船式构象稳定，椅式构象是最稳定的优势构象。故环己烷在常温下以稳定的椅式构象存在。椅式构象与船式构象可相互转变。椅式构象船式构象752.竖键和横键--椅式构象的书