1、第二章 烷烴和環烷烴第1頁/共78頁學習要點學習要點1.1.烷烴和環烷烴的定義、結構、命名、理化性質及烷烴和環烷烴的定義、結構、命名、理化性質及同分異構現象同分異構現象 2.2.烷烴和環烷烴的構象異構現象；環烷烴的順反異烷烴和環烷烴的構象異構現象；環烷烴的順反異構現象構現象第二章 烷烴和環烷烴第2頁/共78頁由由碳和氫碳和氫兩種元素組成的化合物叫做兩種元素組成的化合物叫做碳氫化碳氫化合物，合物，簡稱為簡稱為烴烴 第一節 烷烴第二節 環烷烴第3頁/共78頁烴的分類： 烴 （脂肪烴） 飽和烴烷烴不飽和烴烯烴 炔烴 環烴 脂環烴 芳香烴 鏈烴 第4頁/共78頁第一節 烷烴一、烷烴的定義、通式和同系列

2、 1.烷烴又叫飽和烴，是指碳原子和碳原子之間以單鍵相連，碳原子的其它共價鍵均與氫原子相連的化合物 例如：甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，戊烷 .名稱 分子式 構造式 構造式的簡寫式甲烷 CH4CHHHHCH4第5頁/共78頁名稱 分子式 構造式 構造式的簡寫式丙烷 C3H8丁烷 C4H10戊烷 C5H12CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3第6頁/共78頁 直鏈烷烴分子中，一個或幾個-CH2-基團（亞甲基）連成碳鏈，碳鏈的兩端再連有兩個氫原子，因此直鏈烷烴的通式可寫為： H-（-CH2-）n-H 或： CnH2n+2 2.烷烴的通式乙烷可看成甲烷上的一個氫原子被甲基-CH

3、3取代丙烷可看成乙烷上的一個氫原子被甲基-CH3取代丁烷可看成丙烷上的一個氫原子被甲基-CH3取代第7頁/共78頁同系列：在組成上相差一個或多個 CH2，且結構和性質相似的一系列化合物稱為同系列同系物：同系列中的各化合物互稱同系物系列差：同系列相鄰的兩個分子式的差值 CH2 稱為系列差3.同系物同系物的結構相似，性質也相近同系物的結構相似，性質也相近。除了烷烴同系列之外，。除了烷烴同系列之外，還有其他同系列，同系列是有機化學中的還有其他同系列，同系列是有機化學中的普遍現象普遍現象 第8頁/共78頁二、烷烴的結構二、烷烴的結構（一）甲烷的立體構型 甲烷分子式為甲烷分子式為CHCH4 4，呈，呈四

4、面體構型四面體構型碳原子位于正碳原子位于正四面體的中心，四面體的中心，4 4個氫原子位于正四面體的個氫原子位于正四面體的4 4個頂點個頂點上。鍵角為上。鍵角為1091092828 甲烷的球棍模型 甲烷的四面體構型 第9頁/共78頁甲烷的球棍模型甲烷的比例模型第10頁/共78頁（二）烷烴碳原子的sp3雜化一個s軌道與三個p軌道形成四個sp3雜化軌道第11頁/共78頁 鍵鍵凡是成鍵電子云對鍵軸呈圓柱形對稱凡是成鍵電子云對鍵軸呈圓柱形對稱的鍵均稱為的鍵均稱為 鍵鍵。以。以 鍵鍵相連的兩個原子可以相對相連的兩個原子可以相對旋轉而不影響電子云的分布旋轉而不影響電子云的分布甲烷的四個C-H 鍵第12頁/共

5、78頁除乙烷外，烷烴分子的碳鏈并不排布在一條直除乙烷外，烷烴分子的碳鏈并不排布在一條直線上，而是曲折地排布在空間。這是烷烴碳原子的線上，而是曲折地排布在空間。這是烷烴碳原子的四面體結構四面體結構所決定的所決定的烷烴分子中各原子之間都以烷烴分子中各原子之間都以 鍵鍵相連接的，兩個相連接的，兩個碳原子可以相對旋轉，形成了不同的空間排布碳原子可以相對旋轉，形成了不同的空間排布第13頁/共78頁乙烷分子中C-C鍵（C-H鍵用直線表示）（三）烷烴的分子結構第14頁/共78頁（四）烷烴中的碳鏈異構和原子的類型CH3CH2CH2CH2CH3 戊烷 CH3CHCH2CH3 CH3 2甲基丁烷 CH3CH3CC

6、H3 2，2二甲基丙烷 CH3 碳鏈異構：碳鏈異構：具有相同分子式，僅由于碳鏈結構不同而產具有相同分子式，僅由于碳鏈結構不同而產生的同分異構現象生的同分異構現象 1.烷烴的碳鏈異構 C5H12第15頁/共78頁2.碳原子和氫原子的類型伯碳原子（ 1）：與另一個碳原子相連的碳原子碳原子分類：按與其直接相連的碳原子個數不同分為碳原子分類：按與其直接相連的碳原子個數不同分為伯、伯、仲、叔、季碳原子仲、叔、季碳原子仲碳原子（ 2）：與另兩個碳原子相連的碳原子叔碳原子（ 3）：與另三個碳原子相連的碳原子季碳原子（ 4）：與另四個碳原子相連的碳原子CH3CCCH2CCCCCCHC第16頁/共78頁伯碳原子

7、為：C1、C5、C6、C7、C8仲碳原子為：C4叔碳原子為：C3 季碳原子為：C2伯、仲、叔碳原子上的氫原子，分別稱為：伯氫原子（1氫原子）；仲氫原子（2氫原子）；叔氫原子（3氫原子）如：CH3CH2CHCCH365CH2CH3CH3CH31234789第17頁/共78頁由于由于碳碳單鍵的旋轉碳碳單鍵的旋轉導致分子中原子或原子團在空間導致分子中原子或原子團在空間的不同排列方式稱為構象的不同排列方式稱為構象由單鍵的旋轉而產生的異構體稱為由單鍵的旋轉而產生的異構體稱為構象異構體構象異構體特點：特點：C-CC-C鍵旋轉產生；數目無數；異構體不能分離。鍵旋轉產生；數目無數；異構體不能分離。構象異構屬于

8、構象異構屬于立體異構立體異構 三、烷烴的構象異構第18頁/共78頁HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH（一）乙烷的構象 透視式 交叉式重疊式 “叉前園后”紐曼投影式（優勢構象）（劣勢構象）CH3CH3第19頁/共78頁乙烷的重疊式構象乙烷的交叉式構象第20頁/共78頁制作：趙旭東12.6 k J m o l-1 0 60 120 旋轉角度 位能重疊式交叉式交叉式乙烷分子構象的能量曲線重疊式、交叉式構象比較第21頁/共78頁（二） 正丁烷的構象CH3CH2CH2CH3 主要構象有：C H3HHHHC H3CH3HHHHCH3C H3HHHH C H3C H3HHHHC H3對位交叉式

9、部分重疊式全重疊式（劣勢構象）鄰位交叉式（優勢構象） 穩定性：對位交叉式鄰位交叉式部分重疊式全重疊式第22頁/共78頁正丁烷C2-C3旋轉時各種構象的能量曲線第23頁/共78頁四、烷烴的命名 命名法（nomenclature） 普通命名法（common nomenclature） 系統命名法（systematic nomenclature）第24頁/共78頁（一） 普通命名法碳原子數為十以內時，分別用天干碳原子數為十以內時，分別用天干“甲、乙、丙、丁、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸戊、己、庚、辛、壬、癸”命名。在十一個碳以上的用命名。在十一個碳以上的用中文中文數字十一、十二數字十一、十

10、二表示表示如：如：CHCH4 4 甲烷甲烷 CHCH3 3CHCH3 3 乙乙烷烷 CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3 丁烷丁烷 CHCH3 3(CH(CH2 2) )4 4CHCH3 3 己己烷烷 CHCH3 3(CH(CH2 2) )6 6CHCH3 3 辛烷辛烷 CHCH3 3(CH(CH2 2) )9 9CHCH3 3 十十一烷一烷 1.直鏈烷烴的命名 凡是直鏈烷烴，都在名稱前加“正”，以區別于有支鏈的異構體，但是“正”字通常可以省略第25頁/共78頁具有 端鏈的在名稱前加“新”字 如： CH3CH2CH2CH2CH3 正戊烷 CH3 CHCH2CH3 異戊烷 C

11、H3CH3 CCH3 新戊烷 CH3CH3 2.帶有支鏈烷烴的命名具有 端鏈的在名稱前加“異”字CH3 CH CH3CH3 CCH3CH3第26頁/共78頁（二）系統命名法烷基：烷基：烷烴分子中失去一個氫原子的剩余部分，其通式烷烴分子中失去一個氫原子的剩余部分，其通式為為C Cn nH H2n+12n+1 ，常用，常用R-R-表示表示C H3C H2C H3C H2C H3C H2CH3C HC H3CC H3C H3甲 基乙 基丙 基叔 丁 基異 丙 基常見的烷基有：CH3第27頁/共78頁 選主鏈 編號 命名系統命名法適用于結構較為復雜的烷烴命名原則：“三最一簡”即最長碳鏈，最小位次，最多

12、取代，先簡后繁第28頁/共78頁CH3CHCHCHCH2CH3CH3CH2CH3CH3選主鏈 含有取代基最多的連續的最長碳鏈為主鏈，按C數命名為“某烷”若最長碳鏈不止一條，選擇其中含較多支鏈的為主鏈最長碳鏈，最多取代基第29頁/共78頁最長連續碳鏈有八個碳原子，該化合物母體的最長連續碳鏈有八個碳原子，該化合物母體的名稱為辛烷名稱為辛烷例1：CH3CHCH2CHCH2CH3CH2CH3CH2CH2CH3CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH3CH3CH2CH3第30頁/共78頁例2：六個碳的主鏈上有六個碳的主鏈上有四個取代基，四個取代基，六個碳的主鏈上六個碳的主鏈上有有兩個取代基兩個取代基(

13、2)H3CH2CCHCHH3CCH3CHCHCH3CH2CH3CH3(1)H3CH2CCH2CH3CH3H3CCHCHCH3CHCH3CH第31頁/共78頁編號 從靠近取代基的一端開始，將主鏈上的碳原子依次編號為1，2，3標出其位次123456最小位次第32頁/共78頁命名 主鏈為母體化合物，取代基的位次與數目及名稱之間用“-”短半字線連接，寫于母體化合物之前CH3CHCHCHCH2CH3CH3CH2CH3CH3123456CH3CH2CH2CH CH3 CH3 2 甲基戊烷 5 4 3 2 1多個取代基如何命名？第33頁/共78頁（1 1）當有多個）當有多個相同取代基相同取代基時，位次不能合

14、并，名稱合并，用時，位次不能合并，名稱合并，用中文大寫數字表明取代基的數目中文大寫數字表明取代基的數目 CH3 CH CH2 CH CH2CH3 CH3 CH3 1 2 3 4 5 6 2 , 4 二甲基己烷 CH3 CH2 CH CH2 CH CH2 CH3 CH2CH3 CH3 7 6 5 4 3 2 1 3 甲基5 乙基庚烷（2 2）當有多個）當有多個不同取代基不同取代基時，將小基團的位次、名稱寫在前面，時，將小基團的位次、名稱寫在前面，大的基團的名稱、位次寫在后面，最后是大的基團的名稱、位次寫在后面，最后是母體母體名稱名稱“某烷某烷”第34頁/共78頁CH3CHCHCHCH2CH3CH

15、3CH2CH3CH3123456 2 , 4 二甲基3 乙基己烷例1：第35頁/共78頁 CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH3 3-甲基-5-乙基辛烷 CH2CH2CH3 （注意編號） CH3CH2CH -CHCH2CH3 CH3-CH CHCH3 2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷 CH3 CH3 （注意主鏈） 11例2:例3: 第36頁/共78頁 命名下列化合物或根據名稱寫出結構式命名下列化合物或根據名稱寫出結構式CH3CHCH3CHC2H5CHCH3CH3(1)（2） 2，2，5三甲基己烷 課堂互動第37頁/共78頁在室溫下，C1C4的正烷烴為氣體 C5C6的正烷烴為液體 C17

16、以上的正烷烴則為固體 狀態：原因：烷烴是非極性分子，分子間只有微弱的色散力相互吸引。從甲烷到丁烷，分子間的吸引力還不足以將它們凝聚成液態，因此都呈氣態五、 烷烴的物理性質第38頁/共78頁2.同分異構體中，支鏈越多，沸點越低（一）沸點bp1.一般規律：原因：隨著烷烴分子量的增加，分子間作用力也增加，分子就不容易脫離液面，沸點也增高鏈上每增加1個碳原子，沸點升高20 30正烷烴 ：碳原子數目的增加，沸點相應增高原因：受支鏈的影響，分子不能緊密靠在一起，接觸面小，色散力比直鏈烷烴小第39頁/共78頁原因：熔點不僅與分子間的作用力有關，還與分子在晶原因：熔點不僅與分子間的作用力有關，還與分子在晶格中

17、排列的緊密度有關。分子越對稱，分子在晶格中的排列格中排列的緊密度有關。分子越對稱，分子在晶格中的排列越緊密，熔點就越高越緊密，熔點就越高（二）熔點mp直鏈烷烴： C數，mp 但含偶數碳的直鏈烷烴的熔點升高幅度比含奇數碳的大一些2.同分異構體：對稱性較好的異構體熔點較高1.一般規律：第40頁/共78頁（三）密度 隨著相對分子量的增加而有所增加,最后接近0.8左右。作用力隨著分子質量的增加而增加，使分子間的距離相對地減少的緣故第41頁/共78頁烷烴不溶于水，而易溶于四氯化碳烷烴不溶于水，而易溶于四氯化碳“結構相結構相似者相溶似者相溶”（四）溶解度當溶劑分子之間的吸引力和溶質分子之間，以及溶劑分子與

18、溶質分子之間的相互吸引力相近時，溶解容易進行第42頁/共78頁 燃燒： CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O =-881kJ/mol CH3CH3 + 7O2 4CO2 + 6H2O =-1538kJ/mol 高級脂肪酸： RCH2CH2R + O2 RCOOH + RCOOH （一）氧化反應六、烷烴的化學性質烷烴分子中只有烷烴分子中只有CC CC 單鍵和單鍵和CH CH 鍵，表現出鍵，表現出高度穩高度穩定性。定性。與強酸、強堿、強氧化劑等不發生反應與強酸、強堿、強氧化劑等不發生反應 第43頁/共78頁如CH4與Cl2在紫外光照射或 260 400下CH4甲烷Cl2紫外光Cl2紫外光Cl2

19、紫外光Cl2紫外光CH3Cl一氯甲烷CH2Cl2二氯甲烷CHCl3三氯甲烷（氯仿）（二）鹵代反應烷烴在光照、高溫或在催化劑作用下，可發生共價鍵均裂烷烴在光照、高溫或在催化劑作用下，可發生共價鍵均裂的的自由基（游離基）反應自由基（游離基）反應鹵代反應：烷烴分子中的氫原子被鹵素取代的反應CCl4四氯化碳第44頁/共78頁烷烴的鹵代反應機理可分為：鏈引發、鏈增長、鏈終止三個階段 1.鏈引發：形成自由基Cl Cl2 Cl氯自由基氯游離基（三）鹵代反應的機理（三）鹵代反應的機理第45頁/共78頁2.鏈增長：反應階段，延續自由基，形成產物Cl + HCH3HCl+CH3CH3+ Cl ClCH3Cl +

20、Cl+ClH CH2ClCH2Cl + HClCH2Cl +Cl ClCH2Cl2+ Cl第46頁/共78頁CHCl2H+ClCHCl2+ HCl+ Cl ClCHCl3CHCl2+ClC Cl3H+ClCCl3+ HCl CCl3+Cl ClCCl4 + Cl第47頁/共78頁3.鏈終止：消除自由基Cl +ClCl2+CH3CH3CH3CH3CH3+ClCH3Cl第48頁/共78頁七、重要的烷烴七、重要的烷烴（一）甲烷CH4 + O2 C + 2H2O不完全燃燒CO + 3H2CH4 + H2ONi725 2CH4CH CH + 3H21600甲烷大量存在于自然界，是甲烷大量存在于自然界，是

21、天然氣、沼氣天然氣、沼氣的主要成分。甲的主要成分。甲烷是無色、無臭、無味的氣體，燃燒時產生烷是無色、無臭、無味的氣體，燃燒時產生淡藍色淡藍色的火焰，生的火焰，生成成二氧化碳二氧化碳和和水，水，放出大量的熱放出大量的熱第49頁/共78頁凡士林主要是1822個碳原子烷烴的混合物，呈軟膏狀半固體，不溶于水，溶于醚和石油醚。在醫藥上常用作軟膏基質石蠟為白色蠟狀固體。醫藥上用于蠟療、調節軟膏的硬度、中成藥的密封材料，是制造蠟燭的原料（二）石油醚石油醚是石油產品的一種，是戊烷和己烷等低分子量烴類的混合物。常溫下為無色澄清的液體，有類似乙醚的氣味，故稱石油醚。用作有機溶劑（三）凡士林（四）石蠟第50頁/共7

22、8頁現今世界人口過快增長，人類過度依賴石油、現今世界人口過快增長，人類過度依賴石油、天然氣、煤等化石能源，加速了這些資源的枯竭。天然氣、煤等化石能源，加速了這些資源的枯竭。你能說說有什么新能源替代嗎？你能說說有什么新能源替代嗎？課堂互動第51頁/共78頁第二節 環烷烴環烷烴環烷烴是指碳原子間以是指碳原子間以碳碳單鍵碳碳單鍵連接成具有連接成具有環環狀狀結構的結構的飽和烴飽和烴，環烷烴的，環烷烴的性質性質與飽和脂肪烴相似，與飽和脂肪烴相似，所以又叫所以又叫飽和脂環烴飽和脂環烴 環烷烴及其衍生物廣泛存在于自然界中，許多環烷烴及其衍生物廣泛存在于自然界中，許多藥物中也有飽和脂環烴的結構藥物中也有飽和脂

23、環烴的結構 第52頁/共78頁一、環烷烴的分類和命名一、環烷烴的分類和命名（一）環烷烴的分類 大 環 中 環 普 通 環 小 環單 環 脂 烴 螺 環 橋 環 稠 環多 環 脂 烴根 據 環 數 的 多 少 分 為12碳以上7125634第53頁/共78頁單環烷烴的分子組成通式為CnH2n（n3）環丙烷 環丁烷 環戊烷 環己烷螺4.5癸烷 二環4.3.0壬烷 多環烷烴又有螺環烷烴和橋環烷烴之分橋頭碳原子螺原子第54頁/共78頁（二）環烷烴的命名（二）環烷烴的命名1.單環烷烴的命名單環烷烴的命名只是在相應的烷烴之前加“環”字，稱環某烷 環丙烷環己烷當有取代基時，編號應使環上取代基的當有取代基時，

24、編號應使環上取代基的位次較小，位次較小，有多有多個取代基時，以取代基碳數少為第一位個取代基時，以取代基碳數少為第一位第55頁/共78頁CH3CH2CH31-甲基-2-乙基環戊烷 甲基環戊烷 1,3-二乙基環己烷 環上取代基復雜可將環作為取代基命名 1,4-二環丙基丁烷 CH2CH2CH2CH2CH3CH2-CH2-CH2-CH21-環丁基戊烷 第56頁/共78頁2.螺環烷烴的命名CH2CH2CH2CH2CCH2CH2螺3.4辛烷 兩個環共用一個碳原子的二環化合物叫螺環化合物根據螺環中所有碳原子的總和稱為螺某烴，然后把各環的碳數（不包括螺原子）用括號標出，先小后大，阿拉伯數之間用圓點隔開螺原子第

25、57頁/共78頁CH312344甲基螺2.4庚烷123456789C H31甲基螺3.5壬烷環上有取代基時要環上有取代基時要編號，編號，編號編號從小環從小環開始。與螺開始。與螺原子相鄰的碳原子為每一順號，同時使取代基的位次原子相鄰的碳原子為每一順號，同時使取代基的位次最小最小第58頁/共78頁3.橋環烷烴的命名按成環的碳數稱為環某烷；然后按先大后小原則（不包括橋頭碳原子）用方括號標出各橋的碳原子數目（在連接兩個叔碳原子的三個橋鏈中，每一個橋鏈上的碳原子數）二環4.4.0癸烷二環2.2.1庚烷 7123456第59頁/共78頁編號從一個橋頭碳開始，先循最長的路徑編到第二個橋頭碳原子，然后編次長的

26、，回到原來的起點橋碳原子，最后編最短的橋1-甲基二環4.1.0庚烷 二環2.2.2辛烷 12346751234567823415678二環3.2.1 辛烷第60頁/共78頁二、環烷烴的性質環烷烴的熔點、沸點、密度比同數碳原子的開鏈烷烴高，且隨成環碳原子數增加，環烷烴的熔點、沸點也逐漸升高（一）環烷烴的物理性質（二）環烷烴的化學性質1.加氫 H2Ni CH3CH2CH380第61頁/共78頁2.加鹵素環丙烷和環丁烷與溴或溴化氫易發生加成Br2BrCH2CH2CH2BrBr2 BrCH2CH2CH2Br Br2BrCH2CH2CH2CH2Br H2Ni CH3CH2CH2CH3200第62頁/共7

27、8頁CHCH2CH2CH3+HBrCH3CHCH2CH3BrCHCH2CCH3CH3CH3+HBrCH3CHCH3CCH3CH3Br3.加鹵化氫當環丙烷的烷基取代物與鹵化氫作用時開環加當環丙烷的烷基取代物與鹵化氫作用時開環加合符馬氏規則。環的合符馬氏規則。環的斷裂斷裂總是總是在在最多氫和最少氫碳最多氫和最少氫碳原子之間原子之間第63頁/共78頁三、環烷烴的結構和立體異構（一）環烷烴的結構和穩定性現代價鍵理論認為：在所有的環烷烴分子，碳采取現代價鍵理論認為：在所有的環烷烴分子，碳采取spsp3 3雜化，鍵角都接近雜化，鍵角都接近1091092828。正常鍵角的任何偏差就會正常鍵角的任何偏差就會產

28、生產生角張力角張力在環丙烷分子中。由于幾何形狀的限制，成鍵的電子云在環丙烷分子中。由于幾何形狀的限制，成鍵的電子云并不沿軸鄉向重疊，而是形成了一種彎曲鍵，稱并不沿軸鄉向重疊，而是形成了一種彎曲鍵，稱香蕉鍵香蕉鍵第64頁/共78頁環的穩定性可歸納如下： 三元環最不穩定，四元環次之 在10環以內，6元環最穩定 七環以上的環也是穩定的105.5o第65頁/共78頁（二）環烷烴的順反異構環烷烴分子中由于成環的鍵不能自由旋轉，故當環上兩個碳原子連有兩個不同的基團時，就會產生順反異構順-,-二甲基環丙烷CH3HHH3CCH3HHH3C反- ,-二甲基環丙烷 第66頁/共78頁（三）環已烷的構象 環已烷分子中典型的構象有兩種 一種是椅式構象（c