碳氫化合物：僅由碳和氫組成的化合物，簡稱烴.第一節烷烴第一頁，共八十頁，2022年，8月28日

一、通式和同系物

烷烴分子組成通式:

CnH2n+2同系列：具有相同分子通式和結構特征的一系列化合物。同系物：同系列中的各化合物互稱為同系物。同系差：相鄰兩個同系物在組成上的不變差數CH2稱為同系差

。

同系物的結構相似，化學性質也相近，但反應速率往往有較大的差異。物理性質則隨著碳原子數的增加而呈現規律性的變化。第二頁，共八十頁，2022年，8月28日二．構造異構構造異構體：分子式相同，而結構式不同的化合物，互稱~

C4H10CH3CH2CH2CH3

正丁烷異丁烷構造：分子中原子間相互連接的次序和方式。構造異構：分子式相同，分子中原子之間相互連接的次序和方式不同。第三頁，共八十頁，2022年，8月28日

C5H12：CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷異戊烷新戊烷第四頁，共八十頁，2022年，8月28日三、飽和碳原子和氫原子的分類烷烴中的碳原子按照與它直接連接的其他碳原子的個數不同，可分為伯、仲、叔、季碳原子。伯碳原子（一級碳原子）：以1°表示，是只與1個其他碳原子直接相連的碳原子。仲碳原子（二級碳原子）：以2°表示，是與2個其他碳原子直接相連的碳原子。叔碳原子（三級碳原子）：以3°表示，是與3個其他碳原子直接相連的碳原子。季碳原子（四級碳原子）：以4°表示，是與4個其他碳原子直接相連的碳原子。第五頁，共八十頁，2022年，8月28日

如：除季碳原子外，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）。第六頁，共八十頁，2022年，8月28日四、命名

（一）、普通命名法1～10個碳原子的直鏈烷烴，分別用詞頭甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳原子的個數，再加上詞尾“烷”。如：C3H8（丙烷）10個碳原子以上的烷烴用中文數字命名。如：C12H26（十二烷）“正”（ｎ-）表示直鏈；“異”（i-）表示在碳鏈的一段具有異丙基(CH3)2CH-；“新”（neo-）表示在碳鏈的一端有叔丁基(CH3)3CH-第七頁，共八十頁，2022年，8月28日如：

CH3CH2CH3

丙烷

CH3(CH2)10CH3

十二烷異丁烷

異戊烷

新戊烷新己烷第八頁，共八十頁，2022年，8月28日（二）系統命名法(IUPAC法)直鏈烷烴的系統命名法同普通命名法，只是不寫“正”；含支鏈的烷烴則可看作直鏈烷烴的烷基取代的衍生物。

１、烴基的命名烴基：烴分子中去掉一個氫原子所剩下的原子團稱為烴基。

脂肪烴基：用“R-”表示。芳香烴基：用“Ar-”表示。第九頁，共八十頁，2022年，8月28日甲基(Me)

異丙基(iso-pr)丁基(n-Bu)仲丁基(sec-Bu)異丁基(iso-Bu)叔丁基(tert-Bu)

第十頁，共八十頁，2022年，8月28日２、系統命名法要點：（1）選主鏈：選擇含取代基最多的碳鏈為主鏈（2）編號：從靠近取代基一端開始，盡量使小的基團具有最低位次。（3）命名：用二、三、四等大寫數字表示相同的取代基的個數；各取代基的位次都應標出，且各位次的數字之間用“,”隔開；取代基的位次與名之間用“—”連接起來，寫在母體化合物的名稱前面。第十一頁，共八十頁，2022年，8月28日3-乙基己烷

2,3,3,5-四甲基己烷

3，3-二甲基-5-乙基庚烷

第十二頁，共八十頁，2022年，8月28日主鏈上連有不同的取代基，應按按“次序規則”將取代基先后列出，較優基團應后列出。

主要烷基的優先次序是：叔丁基>異丙基>異丁基>丁基>丙基>乙基>甲基。

2,5-二甲基-3-乙基己烷（3-ethyl-2,5-dimethylhexane）第十三頁，共八十頁，2022年，8月28日含復雜支鏈的烷烴第十四頁，共八十頁，2022年，8月28日五、結構（一）烷烴中碳碳單鍵和碳氫單鍵的形成甲烷分子：碳sp3雜化，四個C-Hσ鍵。正四面體構型，鍵角109°28’。C-H鍵長110nm。第十五頁，共八十頁，2022年，8月28日甲烷分子的形成過程

第十六頁，共八十頁，2022年，8月28日第十七頁，共八十頁，2022年，8月28日σ鍵性質的特點：成鍵原子可沿鍵軸“自由”轉動；鍵的穩定性高。鍵的極化度小。第十八頁，共八十頁，2022年，8月28日乙烷的結構乙烷（CH3-CH3）分子中的兩碳原子各出一個sp3雜化軌道而重疊形成C-Cσ鍵，鍵長154pm；各碳余下的sp3雜化軌道與氫的1s軌道相重疊形成C-Hσ鍵。

第十九頁，共八十頁，2022年，8月28日

甲烷分子為正四面體的構型，隨著碳鏈的增長，高級烷烴固態是呈鋸齒狀。第二十頁，共八十頁，2022年，8月28日（二）構象構象：由于碳碳單鍵的旋轉，導致分子中原子或原子團在空間的不同排列方式。

構象異構體：因單鍵的旋轉而產生的異構體。構象異構體的分子構造相同，但其空間排列不同，故構象異構是立體異構中的一種。第二十一頁，共八十頁，2022年，8月28日乙烷的兩種典型的構象——交叉式和重疊式，常用兩種三維式表示，即鋸架式和Newman投影式。（1）交叉式構象

鋸架式

Newman投影式1、乙烷的構象傘形式第二十二頁，共八十頁，2022年，8月28日（2）重疊式構象傘形式鋸架式

Newman投影式交叉式和重疊式是乙烷的兩種極端構象，其它構象介于這兩種構象之間，稱為扭曲式。第二十三頁，共八十頁，2022年，8月28日

重疊式旋轉角度圖2-3乙烷分子構象的能量曲線

交叉式（優勢構象）能量扭曲式第二十四頁，共八十頁，2022年，8月28日（二）正丁烷的構象

對位交叉式

鄰位交叉式

部分重疊式

全重疊式四種典型構象第二十五頁，共八十頁，2022年，8月28日穩定性次序：對位交叉式>鄰位交叉式>部分重式>全重疊式第二十六頁，共八十頁，2022年，8月28日在化學反應中，分子不一定以優勢構象參與反應。影響構象穩定性的因素除了扭轉張力和范德華斥力外，有時還有偶極-偶極相互作用以及氫鍵的影響，在這些情況下，分子優勢構象不一定都是對位交叉式。IUPAC規定的表示構象的方法中，對位交叉稱反疊式，鄰位交叉稱順錯式，部分重疊稱反錯式，全重疊稱順疊式。第二十七頁，共八十頁，2022年，8月28日六、物理性質

取決于它們的結構和分子間的作用力（一）分子間作用力偶極-偶極相互作用的吸引力（如圖ABC）在極性分子間產生（a）偶極-偶極相互作用第二十八頁，共八十頁，2022年，8月28日范德華引力（倫敦力、色散力）相反偶極之間的微小作用力，在極性與非極性分子中均存在有加和性只能在近距離內有效作用范德華吸引力的影響隨分子復雜性增加而增強AA

B(b)分子A中的瞬時偶極（c）在A誘導下，B產生瞬時偶極第二十九頁，共八十頁，2022年，8月28日氫鍵氫原子和電負性較大而原子半徑較小的原子X形成共價鍵時，電子云偏向于該原子，導致氫核幾近裸露。裸氫核受到另一分子中帶有部分負電荷Y的強烈吸引形成氫鍵。具有飽和性和方向性弱于共價鍵，鍵能約20KJ/mlFHFH第三十頁，共八十頁，2022年，8月28日

（1）物態

常溫常壓下，甲烷至丁烷是氣體，戊烷至十七烷是液體，十八烷以上是固體。（2）沸點正烷烴的沸點隨碳數增多而規律性的升高。在同碳數的碗烴異構體中，支鏈越多，沸點就降低越多。主要決定因素：分子間引力的大小。(二)物理性質第三十一頁，共八十頁，2022年，8月28日正烷烴的熔點隨碳數增多而升高，而變化不如沸點有規則。取代基對稱性較好的烷烴比直鏈烷烴高。含偶數碳原子的正烷烴熔點比含奇數碳的正烷烴高。原因：對稱性較好，晶格排列越緊密，分子間作用力增大。

（3）熔點：

正戊烷異戊烷新戊烷沸點/℃36289.5熔點/℃-130-160-17第三十二頁，共八十頁，2022年，8月28日第三十三頁，共八十頁，2022年，8月28日（4）密度

烷烴是有機化合物中密度最小的一類化合物，都小于1g.cm-3。（5）溶解度烷烴易溶于非極性、或極性較小的有機溶劑。而難溶于水和其它強極性溶劑。相似相溶。

第三十四頁，共八十頁，2022年，8月28日七、烷烴的化學反應分子中只存在C—Cσ鍵和C—Hσ鍵,故烷烴具有高度的化學穩定性。

（一）鹵代反應1、甲烷的鹵代甲烷一氯甲烷二氯甲烷三氯甲烷四氯化碳bp–161.5℃–24.2℃40℃61.7℃76.8℃利用4種鹵代烷的沸點差距，采用精餾的方法將它們分開。第三十五頁，共八十頁，2022年，8月28日

取代反應：有機化合物分子中的氫原子（或其他原子）或基團被另一原子或基團取代的化學反應。鹵代反應：烷烴分子中的氫原子被鹵素原子取代的反應。鹵素與甲烷的反應活性順序為：F2>Cl2>Br2>I2

第三十六頁，共八十頁，2022年，8月28日2、鹵代反應的機理

（1）自由基鏈鎖反應

可分為鏈引發、鏈增長和鏈終止3個階段

鏈引發：形成自由基

+243kJ·mol-1

反應機理：對某個化學反應逐步變化過程的詳細描述。第三十七頁，共八十頁，2022年，8月28日鏈增長：延續自由基、形成產物+4kJ·mol-1

-108kJ·mol-1

第三十八頁，共八十頁，2022年，8月28日CH3Cl+Cl··CH2Cl+HCl·CH2Cl+Cl2CH2Cl2+Cl·CH2Cl2+Cl··CHCl2+HCl·CHCl2+Cl2CHCl3+Cl·CHCl3+Cl··CCl3+HCl·CCl3+Cl2CCl4+Cl·

鏈終止：消除自由基Cl·+Cl·Cl2CH3·+CH3·CH3CH3

第三十九頁，共八十頁，2022年，8月28日對一些實驗事實的解釋（1）甲烷一氯代反應得到的是混合物（2）容易分解并產生自由基的物質對反應有催化作用。

如：四乙基鉛（易產生乙基自由基）可催化氯氣和乙烷反應（3）能夠結合自由基的化合物，對反應有阻止作用。這種能使自由基反應減慢或停止的物質稱自由基反應抑制劑。第四十頁，共八十頁，2022年，8月28日3、烷基自由基的結構

甲基自由基中的C為sp2雜化，3個sp2雜化軌道與3個H原子的1S軌道重疊，形成的3條C—Hσ鍵處于同一平面，未成對單電子處于未雜化的p軌道中，且垂直于該平面。

甲基自由基的結構第四十一頁，共八十頁，2022年，8月28日4、反應熱在標準狀態下，反應物和產物的熱焓差（ΔH）就是反應熱。反應ΔH（kJ/mol）F2Cl2Br2I2X-X2X·CH3-H+X·CH3·+HXCH3·+X-XCH3-X+X·總CH4+X2CH3X+HX+159-130-293-423+243+4-105-104+192+67-101-34+151+140-83+55負號–表示放熱，正號+表示吸熱第四十二頁，共八十頁，2022年，8月28日5、活化能、過渡態和決定反應速度的步驟過渡態理論認為：反應是從反應物到產物逐漸過渡的一個過程，要經過一個過渡態，才能轉變成產物。過渡態符號≠反應物與過渡態之間的能量差，就是反應的活化能，用Ea表示。第四十三頁，共八十頁，2022年，8月28日第四十四頁，共八十頁，2022年，8月28日[CH3····H····Cl]≠[CH3····Cl····Cl]≠第四十五頁，共八十頁，2022年，8月28日對于一個多步反應，活化能最高的一步反應速度最慢，是決定反應速度的步驟。故在甲烷氯代反應中，鏈增長的第一步是決速步驟。活化能Ea和反應熱ΔH之間沒有直接的聯系，不能從ΔH預測形成過渡態的Ea的大小。6、鹵素的相對反應活性甲烷的氟代、氯代、溴代、碘代的鏈增長的第一步的活化能，分別為4.0、16.7、77.7、140.0kJ/mol故鹵素的相對反應活性次序如下：F2＞Cl2＞Br2＞I2第四十六頁，共八十頁，2022年，8月28日7、其它烷烴的鹵代反應和烷基自由基的相對穩定性

2-氯丙烷(55%)1-氯丙烷（45%）

氯代反應的實驗結果表明：室溫下3o、2o、1°氫原子的相對活性之比為5：3.8：1，并與烷烴的結構基本無關。

氯代反應第四十七頁，共八十頁，2022年，8月28日溴代反應1-溴丙烷(3%)2-溴丙烷(97%)2-甲基-1-溴丙烷(痕量)2-甲基-2-溴丙烷(>99%)

溴代反應中，3°、2°、1°氫原子的相對反應活性比為1600:82:1。結論：三種類型氫原子的相對反應活性次序為：

30H＞20H＞10H第四十八頁，共八十頁，2022年，8月28日3、根據離解能大小比較，自由基相對穩定性的次序為:(CH3)3C·

>

(CH3)2CH

·

>

CH3CH2·

>

CH3·

叔(3°)仲(2°)伯(1°)甲基自由基

三種氫的活性次序的解釋：1、烷烴鹵代反應中決速步驟是鏈增長的第一步，即生成烷基自由基的那一步；2、生成自由基的離解能越大，自由基越不穩定；4、R·越穩定，相應氫的活性越大。第四十九頁，共八十頁，2022年，8月28日氯原子與丙烷反應生成1O、

2O自由基的能量變化對于同類反應來說，烷基自由基的穩定性和過渡態的穩定性是一致的，可以直接從自由基的相對穩定性來判斷氫的活性。第五十頁，共八十頁，2022年，8月28日溴原子與丙烷反應生成1O、

2O自由基的能量變化第五十一頁，共八十頁，2022年，8月28日8、鹵素對氫的反應選擇性溴代活性較低；選擇性較高1-溴丙烷（3%）2-溴丙烷（97%）

叔丁基溴（＞99%）異丁基溴（痕量）第五十二頁，共八十頁，2022年，8月28日（二）氧化與燃燒有機化學中的氧化指加氧或去氫。烷烴的燃燒就是一種劇烈的氧化反應。大多數證據表明燃燒屬于自由基鏈鎖反應。1mol烷烴完全燃燒所放出的熱量稱為燃燒熱。直鏈烷烴每增加一個系差CH2,燃燒熱平均增加658.6kJ/mol;同分異構體中，帶支鏈的烷烴比直鏈烷烴的燃燒熱小。烷烴在適當條件下可與氧發生部分氧化反應。第五十三頁，共八十頁，2022年，8月28日（三）熱裂反應烷烴在沒有氧的條件下加熱到400℃以上，則C-C鍵和C-H鍵發生斷裂，生成較小分子的反應稱為熱裂反應。石油工業上的這些反應從本質上來看，無非是C-C鍵和C-H鍵的斷裂分解后再重新結合的過程。八、生物自由基（自學）第五十四頁，共八十頁，2022年，8月28日第二節環烷烴

一．環烷烴的分類、同分異構和命名（一）環烷烴的分類

環烷烴：鏈狀烷烴碳鏈的首尾兩個碳原子以單鍵相連，所形成的具有環狀結構的烷烴。根據環烷烴分子中所含的碳環數目，可分為單環、雙環和多環環烷烴。分子中只有一個碳環結構的烷烴，稱為單環環烷烴，其分子通式為CnH2n

。單環環烷烴分類：小環（三元環、四元環）普通環（五元環、六元環）中環（七元環～十二元環）大環（十二元環以上）環烷烴第五十五頁，共八十頁，2022年，8月28日雙環或多環環烷烴中，兩環共用１個碳原子稱螺環烷烴，共用碳原子稱螺原子。含一個螺原子的稱單螺環烷烴。兩環間共用２個或２個以上的碳原子稱橋環烷烴，共用碳原子稱橋頭碳原子（簡稱橋原子）螺原子橋原子第五十六頁，共八十頁，2022年，8月28日（二）同分異構

構造異構：

如：

順-1，2-二甲基環丙烷反-1，2-二甲基環丙烷

順反異構：分子中原子或原子團在空間的排列方式稱為構型，順反異構是一種構型異構第五十七頁，共八十頁，2022年，8月28日（三）命名

１、單環環烷烴的命名

與烷烴相似，只是在同數碳原子的鏈狀烷烴的名稱前加“環”字。環碳原子的編號，應使環上取代基的位次最小。環丙烷環丁烷環戊烷環己烷環庚烷環辛烷第五十八頁，共八十頁，2022年，8月28日甲基環戊烷1，3-二乙基環己烷

當環上有復雜取代基時，可將環看為取代基1，4-二環丙基丁烷1-環丁基戊烷第五十九頁，共八十頁，2022年，8月28日Ａ、螺環烴在成環碳原子總數的烷烴名稱前加上“螺”字。編號：從螺原子的鄰位碳開始，由小環經螺原子至大環，并使環上取代基的位次最小。２、螺環烴和橋環烴的命名第六十頁，共八十頁，2022年，8月28日命名：將連接在螺原子上的兩個環的碳原子數，按由少到多的次序寫在方括號中，數字之間用下角圓點隔開，標在“螺”字與烷烴名之間。螺[3.4]辛烷第六十一頁，共八十頁，2022年，8月28日Ｂ、橋環烴

1、環數的確定環數是使一個環狀化合物轉變成開鏈化合物所需斷開的最少的碳碳σ鍵的數目。2、母體名稱確定橋環的全體碳原子數所相當的某烷，作為橋環的母體名稱3、橋頭碳原子一般為分支最多的碳原子

4、編號順序從一個橋頭開始，沿最長橋路到第二橋頭，再沿次長橋路回到第一橋頭，最后給最短橋路編號，并使取代基位次最小。沒有通過橋頭的碳鏈（又稱副橋），用數字標明它的位置，數字之間用逗號分開。第六十二頁，共八十頁，2022年，8月28日1-甲基二環[4.1.0]庚烷二環[2.2.2]辛烷2,4]辛烷第六十三頁，共八十頁，2022年，8月28日(一)穩定性(通過比較燃燒熱)三元環、四元環內能高，不穩定；六元環最穩定；其余環較穩定。二．單環烷烴的結構第六十四頁，共八十頁，2022年，8月28日環十七烷664.4環壬烷659.0環十五烷664.2環辛烷657.9環十四烷662.3環庚烷659.6環十三烷658.6環己烷658.8環十二烷664.0環戊烷662.3環十一烷686.2環丁烷663.6環癸烷697.0環丙烷每個CH2的燃燒熱名稱每個CH2的燃燒熱名稱657.1

環烷烴的燃燒熱（kJ·mol-1）

第六十五頁，共八十頁，2022年，8月28日（二）拜爾（A.vonBaeyer）張力學說

張力學說要點：適用于具有平面的分子結構，并根據正四面體的模型，假設成環后鍵角為109°28`的環狀化合物不僅穩定，且容易形成。環丙烷分子軌道的重疊第六十六頁，共八十頁，2022年，8月28日角張力：由于鍵角的偏轉使分子內部產生的張力.鍵的偏轉角度越大，張力也越大，環就越不穩定而易發生開環反應，以解除張力，生成較穩定的開鏈化合物。現代理論認為：環烷烴分子中的碳原子都以sp3雜化軌道成鍵，當鍵角為109°28‘時，碳原子的sp3雜化軌道才能達到最大重疊。環丙烷分子中，兩條C—C鍵的夾角為60°，所以sp3雜化軌道彼此不能沿鍵軸方向達到最大程度的重疊，從而減弱了鍵的強度和穩定性。第六十七頁，共八十頁，2022年，8月28日（一）環丙烷、環丁烷和環戊烷的構象三、單環烷烴的構象

環丙烷中的鍵第六十八頁，共八十頁，2022年，8月28日環丁烷的構象蝶式平面式信封式

環戊烷的構象第六十九頁，共八十頁，2022年，8月28日（二）環己烷的構象

1、椅式構象和船式構象椅式構象

船式構象

環己烷的椅式構象和船式構象

第七十頁，共八十頁，2022年，8月28日2．直立鍵（a鍵）和平伏鍵（e鍵）圖2-12椅式環己烷a鍵和e鍵的互變椅式環己烷的畫法第七十一頁，共八