第二章烷烃
一、教学目的及要求
1.使学生理解“构象”概念，能够认识和书写简单烃类的构象的透视式和纽曼式、能够比较简单构象式的能量差别。
2.使学生了解饱和碳原子上的游离基取代反应、反应历程的概念和游离基稳定规律。
二、教学重点与难点
重点：1.烷烃和环烷烃构象
2.卤代反应及历程；
难点：1.构象式的书写及稳定性判断
三、教学方法
启发式
烃：分子中只有C、H两种元素的有机化合物叫做烃
烷烃：分子中的碳除以碳碳单键相连外，碳的其他价键都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫饱和烃。烃的分类：
第一节烷烃的同系列及同分异构现象
一、烷烃的同系列
最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等，它们的分子式、构造式为：
分子式
构造式
构造简式甲烷
CH 4
CH 4
乙烷C 2H 6CH 3CH 3
丙烷C 3H 8
CH 3CH 2CH 3
丁烷C 4H 10
CH 3CH 2CH 2CH 3
从上述结构式可以看出，链烷烃的组成都是相差一个或几个CH 2（亚甲基）而连成碳链，碳链的两端各连一个氢原字。烷烃的通式为C n H 2n+2。
同系列(homologous series):具有一个通式，结构、化学性质相似、物理性质随碳原子的增加而有规律的变化。
系列差：相邻的同系物在组成上的差(例如烷烃的系列差为CH2)同系列中的化合物互称为同系物。
由于同系列中同系物的结构和性质相似，其物理性质也随着分子中碳原子数目的增加而呈规律性变化。
二、烷烃的同分异构现象1．异构现象
甲、乙、丙烷只有一种结合方式，无异构现象，从丁烷开始有同分异构现象，可由下面方式导出，
正丁烷（沸点-0.5℃）
异丁烷（沸点-10.2）
H C H H C H H
H H C H H C H H C H H
H H C H H C H H C H H C H H
H H C H H C C H H
H H H -C-H H
加到中间碳 C-H 间
加到链端C-H 间
H C C C C H H H H
H H
H H H
H C C C H H
H C H H H H
H H H C H H
H
同分异构体(isomer)：分子式相同，结构不同的化合物互称同分异构体同分异构现象：分子式相同，而结构不同。
构造异构现象是有机化学中普遍存在的异构现象的一种，这种异构是由于碳链的构造不同而形成的，故又称为碳链异构。
烷烃的同分异构体主要是构造异构体(constructional isomerism),即碳干异构。同分异构体结构不同，性质也不同(物、化)
CH 3CH 2
CH 2CH 3
正丁烷 b.p=-0.5℃
CH 3
CH
CH 3
CH 3
异丁烷 b.p=-10.2℃
2．构体的书写步骤：1）先写出烷烃的最长直链式
C C C C C C (1)
2)取出一个碳原子，其余部分作为主链，以这个碳原子（甲基）作为支链，依次取代新主链上各个碳原子的氢
C
C C
C
C
C
C
C
C C
C
C C
C
C C C
C
(2)(3)
(4)
(2) (4)Two isomers
3)再写出少两个碳原子的支链式，把这两个碳原子作为两个甲基或一个乙基，依次进行取代
C
C C C C
C C C C
C
C C
C
C
C C
C
C (5)
(6)
(7)
(6)
Two methyl group substitutions
Two isomers
(7)
C
C
C C
C C C C
C
C
C C C
C C
C
C C C
C
C
C C C (8)
(9)
(10)
(9)(10)
(11)(1)(8)A ethyl group substitution One isomer
(11)
4）再写出少三个、四个……碳原子，直至完全写出。
对于上例，最终的异构体数目为5个。三、伯、仲、叔、季碳原子
C H 3
C H 2
C H C H 3C C H 3
C H 3
C H 3
在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子（或一级碳原子，用1°表示）
与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子（或二级碳原子，用2°表示）与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子（或三级碳原子，用3°表示）与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子（或四级碳原子，用4°表示）
与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子(1°H,2°H,3°H)。不同类型的氢原子的反应性能有一定的差别。
第二节烷烃的命名
烷烃常用的命名法有普通命名法、衍生物命名法和系统命名法三种。一、普通命名法
根据分子中碳原子的数目称为“某烷”，碳原子数十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊……癸表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、新表示同分异构体。例如：
CH 3-CH 2-CH 2-CH 2-CH 3
CH 3 CH CH 2-CH 3
CH 3
CH 3 C CH 3
CH 3
CH 3
正戊烷异戊烷
新戊烷
CH 3
CH CH 2
CH 3
C CH 3
CH 3
CH 3
异辛烷
普通命名法简单方便，但只能适用于构造比较简单的烷烃。对于比较复杂的烷烃必须使用系统命名法。
二、衍生物命名法：把烷烃看成是甲烷的衍生物而命名的方法。
CH 2
CH
二苯甲烷三苯甲烷
CH CH 2CH 3
CH 3
H 3C
CH 2
C C CH 3
CH 3
CH 3
H 3C
CH 3CH 3
二甲基乙基甲烷二叔丁基甲烷
二、烷基
为了学习系统命名法，应先认识烷基
烷基——烷烃分子中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。烷基的通式为C n H 2n+1，常用R 表
示。三、系统
命名法（IUPAC 命名法）
1892年由欧洲9国的34位化学家组成的国际化学联合会IUC (International Union of Chemistry)在日内瓦制定了一个命名法称为日内瓦命名法。
1947年国际纯粹与应用化学联合会IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)在日内瓦命名法的基础上加以修订形成了IUPAC 命名法。
我国现有命名：IUPAC+CCS (Chinese Chemical Society ，其基本原则为：(1)选取主链(2)编号
(3)前小后大，同基相加(4)基的命名(5)支链的命名1．选择主链（母体）
（1）选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。（2）分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。
烷
基
名
称
英文名称通常符号CH 3—甲基Methyl Me CH 3CH 2—乙基Ethyl Et CH 3CH 2CH 2—
（正）丙基n-Propyl n-Pr CH 3
CH CH 3
异丙基
Iso-Propyl
i-Pr
CH 3CH 2CH 2CH 2—(正)丁基n-Butyl n-Bu CH 3
CH CH 2
CH 3
异丁基
Iso-Butyl
i-Bu
CH 3CH 2
CH CH 3
仲丁基Sec-butyl s-Bu
CH 3
C CH 3
CH 3
叔丁基Tert-Butyl t-Bu
2．碳原子的编号
(1)从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3……编号，注意编号时应该使所有主链取代基位次的代数和为最小。
（2）从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简单的一端开始编号。例如：
3．烷烃名称的写出
A将支链（取代基）写在主链名称的前面
B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。
C相同基团合并写出，位置用2，3……标出,取代基数目用二,三……标出。
D表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基名称之间要用“半字线”隔开。
例如：
C H3C H 2C H
CH3
C H
CH3
C H C H C H3
CH3
CH2
CH3
1
2
3
4
5
6
7
2,4,5-三甲基-3-乙基庚烷
逗号隔位次
相同基团数目
位次汉字短线分
相同基团置一起
小者优先
汉字直接相连
可将烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁。
4.基中基的命名：如果支链上还有取代基，这个取代了的支链的名称可放在括号中（常用）或用带撇的数字表示。例如：
“顺序规则”1
命名时“较优”基团写在后面，简单基团写在前面：
甲基<乙基<丙基<定基<戊基<己基<异戊基<异定基<异丙基
比较时，先比较第一个原子，如相同，再比较第二个原子，如依旧相同，则依次比较取代基中所有的原子，直到分出原子序数大的原子，则该基团“较优”，在顺序规则中则更靠后。
第三节烷烃的构型
构型(configuration)：是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。
一、碳原子的四面体概念及分子模型（以甲烷为例）
烷烃分子中碳原子为正四面体构型。碳原子位于四面体的中心，四个原子或原子团在四面体的顶点上。由碳原子向四个顶点所做连线就是碳的四个价键的分布。
甲烷分子中，碳原子位于正四面体构的中心，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，所有建角∠H-C-H都是109.5o（或109o28）
分子模型：凯库勒模型（或球棒模型）和陶斯特模型（或比例模型）
二、碳原子的sp3杂化
碳原子的基态电子排布是(1s2、2s2、2px1、2py1、2pz)，按未成键电子的数目，碳原子应是二价的:
但在烷烃分子中碳原子确是四价的，且四个价键是完全相同的。为什么烷烃分子中碳原子为四价，且四个价键是完全相同的呢？
原因：
在有机物分子中碳原子都是以杂化轨道参与成键的，在烷烃分子中碳原子是以SP3杂化轨道成键的。
HYBRIDIZATION,the only selection！
杂化后形成四个能量相等的新轨道称为sp3轨道，这种杂化方式称为sp3杂化，每一个sp3杂化轨道都含有1/4s成分和3/4p成分。
四个sp3轨道对称的分布在碳原子的四周，对称轴之间的夹角为109.5o，这样可使价电子尽可能彼此离得最远，相互间的斥力最小，有利于成键。
sp3
轨道有方向性，图形为一头大，一头小，示意图如下：
2s2p四个的空间分布
sp3sp
3
三、烷烃分子的形成
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“头对头”相互重叠成σ
键。
甲烷的形成示意图
甲烷分子中的σ键：
sp3
C
s
H
+
sp3-s σ键
H
C
H
H
H
sp3-s σ
s p
3
-s
σ
s p3-
sσ
s p
3-
s
σ
1．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。
2．其它烷烃的构型
乙烷分子的形成：
CH4
H
H
H
H
H
H
C C
H
H
H H
H
H
s p3-s
σ
s p
3
-s
σ
s p
3
-s
σ
s p
3
-s
σ
s p
3-
s
σ
s p3-sσ
sp3-sp3 σ
C C
烷烃分子的形态：
单键旋转，形态无数；
常温气、液时各种形态都有；
结晶时，锯齿状形态规整排列。
为了书写方便，通常都是写成直链形式。
第四节烷烃的构象
构象(conformation)：构造一定的分子，通过单键的旋转而引起的分子中各原子在空间的不同排布。
一、乙烷的构象
理论上讲，乙烷分子中碳碳单键为σ键，可以围绕键轴自由旋转，因而可以产生无数种构象。
（1）（2）（3）
但极限构象只有两种，即交叉式和重叠式（1）和（2）。构象通常用透视式或纽曼(Newman)投影式表示
透视式
模型式纽曼(Newman)投影式
重叠式
H
H
H
H H
H
H H H
H
H H
交叉式
H
H
H
H
H H
H
H H H
H
H
交叉式构象为乙烷的优势构象原因：原子间的斥力小，能量最低。
重叠式比交叉式的能垒（扭转能）高12.5KJ/mol ，如图所示：
位 能
旋 转 角度/ ( o
)
H H
H
H
H H H
H
H
H H H H
H H
H H
H 12.5kJ/mol
二、正丁烷的构象
以正丁烷的C2—C3键的旋转来讨论丁烷的构象，固定C2，把C3旋转一圈来看丁烷的构象情况。
在转动时，每次转60°，直到360°复原可得到四种典型构象。
CH3
H
H
CH3
H
H
CH3
H
H
CH3
H
H
CH3
H
H
CH3
H
H
CH3
H
H
CH3
H
H
H3C
H
H
CH3
H
H
H3C H
H
CH3
H
H
CH3
H
H
CH3
H
H
14.6kJ/mol14.6kJ/mol
18.4~25.5
kJ/mol
3.3~3.7kJ/mol
060120180240300360
位能
旋转角度
其稳定性次序为：
对位交叉式>邻位交叉式>部分重叠式>全重叠式
相对能垒:0 3.3KJ/mol14.6KJ/mol18.4~25.5KJ/mol
室温时，对位交叉式约占70%，邻位交叉式占30%，其他两种极少。
第五节烷烃的物理性质
一、状态
C 1~C 4的烷烃为气态；C 5~C 16的烷烃为液态；C 17以上的烷烃为固态。二、沸点
1．着碳原子数的递增，沸点依次升高。2．原子数相同时，支链越多，沸点越低。
原因：沸点的高低与分子间引力--范德华引力（包括静电引力、诱导力和色散力）有关。烃的碳原
子数目越多，分子间的力就越大。
支链增多时，使分子间的距离增大，分子间的力减弱，因而沸点降低。
三、熔点
1．碳原子数目增加，熔点升高。2．分子的对称性越大，熔点越高。四、相对密度（比重）
都小于1，随着分子量的增加而增加，最后接近于0.8（20℃）。五、溶解度
不溶与水，溶于某些有机溶剂，尤其是烃类中（“相似相溶”原理）。
第六节烷烃的化学性质
烷烃的化学性质稳定（特别是正烷烃）。在一般条件下（常温、常压），与大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂及金属钠等都不起反应，或反应速度极慢。但在一定条件下（如高温、高压、光照、催化剂），烷烃也能起一些化学反应。一、氧化1．燃烧
烷烃在空气中燃烧，生成二氧化碳和水，并放出大量的热能。如：
C n H 2n+2
3n+1
2
O 2
燃烧
nCO 2 + (n+1)H 2O + 热能(Q)C 6H 14 + 9 O 2
6CO 2 + 7H 2O + 4138KJ/mol
1
2
C 20H 22+152
1O 2
11H 2O 10 CO 2+H = - 6778 kJ/mol
所以烷烃常用作内燃机的燃料。
催化氧化反应(catalytic oxidation reaction)是目前研究的重点，但结果还都不理想。
二、裂解反应
在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的C-C键和C-H键发生断裂的反应称为热裂反应。
反应条件：隔绝空气加强热。
反应产物：主要由大分子变小分子，也有小变大。
反应类型：热裂解(高温)和催化裂解(较低温)。
例如：
460℃
CH3CH CH2
H H
CH3CH CH2+ H2
460℃CH3CH2CH2
H
+ CH4 CH2CH2
热裂化反应根据生产目的的不同可采用不同的裂化工艺。
1．深度裂化（裂解）
1）目的：主要是得到基本化工原料（乙烯，丙烯，丁二烯，乙炔）
2）裂化温度800~1100℃
2．催化裂化
a)目的：提高汽油的产量和质量（生产高辛烷值的汽油）
b)裂化温度400~500℃
c)加入一定的催化剂
三、卤代反应
烷烃的氢原子被卤素取代生成卤代烃的反应称为卤代反应。通常是指氯代或溴代。
C H+ X2C X+ HX
1．甲烷的氯代反应
CH4Cl2
黑暗中
强烈日光
不发生反应
猛烈
反应
4HCl + C
在紫外光漫射或高温下，甲烷易与氯、溴发生反应。
CH4Cl2CH3HCl
Cl
漫射光
甲烷的卤代反应较难停留在一元阶段，氯甲烷还会继续发生氯化反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。
若控制一定的反应条件和原料的用量比，可得其中一种氯代烷为主要的产物。比如
甲烷：氯气=10：1（400~450℃时）CH 3Cl 占98%
=1
：4
（400℃时）主要为CCl 4
反应历程：自由基历程
1. 链引发(chain initiation)
卤素单质在加热、光照或自由基引发剂(见下章)的作用下分解成两个卤素自由基(free radical,各带一个电子)。
Cl 2
hv
2Cl
H = + 242.5 kJ/mol
2. 链传递(chain propagation)
Cl CH 3
H
+Cl H
CH 3
+H = + 4.1 kJ/mol
+CH 3Cl 2Cl +CH 3Cl H = - 108.9 kJ/mol
+Cl CH 3Cl Cl H
CH 2Cl +H <0 kJ/mol CH 2Cl +Cl 2CH 2Cl 2+Cl H <0 kJ/mol CH 2Cl 2+Cl CHCl 2Cl H
+H <0 kJ/mol CHCl 2+Cl 2CHCl 3
+Cl
H <0 kJ/mol Cl H
+CHCl 3+Cl H <0 kJ/mol CCl 3
Cl
++Cl 2
H <0 kJ/mol
CCl 3
CCl 4……
……
……
……
总反应：H <0 kJ/mol
Cl 2
hv
++CH 3Cl CH 2Cl 2+CHCl 3+CH 4CCl 4
3. 链终止(chain termination)
Cl Cl
+Cl Cl
CH3
+
CH3CH3CH3
+
CH3Cl CH3Cl
……
……
H <0 kJ/mol
(1). 双基耦合终止；
(2). 自由基反应放热；
(3). 任何自由基碰撞结合终止都有可能；
(4). 强制终止必须加抑制剂如氧气、对苯二酚等。
自由基反应的特点：
必须在加热、光照或自由基引发剂作用下发生；
反应包括链引发、链传递、链终止三个过程；
连锁反应，除非反应物消耗完，否则不会终止；
反应程度剧烈，一般为放热反应；
强制终止需要加入抑制剂。
反应活性比较：
氢原子：3°>2°>1°(伯H>仲H>叔H)
卤素：F2>Cl2>Br2>I 2
烷烃氯代：3o H:2o H:1o H=5:4:1
烷烃溴代：3o H:2o H:1o H=1600:82:1
溴代反应产物具有更高的选择性；
可以通过溴代反应来制备三级卤代烃；
据以上可推断烷烃卤代反应的产物比例。
例如：
CH3CH
CH3CH3
Br2
+hv CH3C
CH3
CH3
Br
+CH3CH
CH3
CH2Br
12
16009
Product 1Product 2
=
=
1600 ×11 ×9
So product 1 = 16001609
×100%= 99.4%
Product 2 = 100% - 99.4% = 0.6%
CH 3CHCH 2CH 3
CH 2-CHCH 2CH 3
CH 3
CH 3-C-CH 2CH 3CH 3
Cl
CH 3CH CHCH 3
CH 3Cl Cl
CH 3CHCH 2CH 2
CH 3
Cl
33.5%22%28%16.5%
Cl 2光
CH 3
溴代反应的选择性好，在有机合成中比氯代更有用。
第六节自由基的稳定性
根据C—H 断裂时解离能的高低(数据见课本)：CH 3—H>1o H>2o H>3o H ，解离能越高，自由基越难形成，形成后也越不稳定，所以，烷基自由基的活性顺序为：
3o R·> 2o R·> 1o R·> CH 3·
第七节
过渡态理论
基本内容
任何反应的发生都不是直接通过反应物到达产物的过程，而是经由一个“过渡态”。
过渡态是整个反应中能量最高的状态。只有提供不少于过渡态能级的能量，这个反应才能发生。到达过渡态时，如果提供的能量足够，反应将向生成产物的方向进行，反之向生成反应物方向进行。
A B
C
+A B C
A B
C +过渡态
反应进程中体系能量的变化如下图：
a
b
c
A+B—C 反应物
A—B+C
产物
过渡态
[A--B--C]#E 活
E’
ΔH
ΔH = E 生-E 反E 生> E 反放热反应E 生< E 反吸热反应
位 能
反 应 进程
过渡态处在反应进程位能曲线上的最高点，也就是反应所需要克服的能垒，是过渡态与反应物分子基态之间的位能差，称为反应的活化能，用(E 活)表示。
E 活——过渡态与反应物之间的位能差。ΔH ——产物与反应物的内能差（反应热）。
过渡态理论认为活化能是发生一个化学反应所需要的最低限度的能量。
E 活与ΔH 之间没有直接的联系，不能从ΔH 的大小来预测E 活的大小。活化能一般只能通过温度和反应速率的关系由实验测得；而反应热可以从反应中键能的改变近似计算出来。
决定反应速度的是E 活而不是ΔH ，即使反应是放热反应，其反应的发生仍需要一定的活化能。这可从甲烷的氯代反应中两步反应的能量变化看出。
Cl ·
H-CH 3
[ Cl…H… ]CH 3HCl
CH 3
·δδ
δ过渡态Ⅰ
435.1
H 1E 1= 16.7KJ / mol
431
Δ= 4.1KJ / mol
·
Cl-Cl
[ Cl…Cl… ]CH 3Cl Cl ·
CH 3δ
过渡态Ⅱ
H 2Δ= -108.9 KJ / mol E 2= 4.2 KJ / mol
242.5
351.4
CH 3反应进程-位能曲线图如下：
位
能
反应进程
过渡态Ⅱ
过渡态Ⅰ
H 1H 2CH 4+Cl ·
CH 3·
+ Cl 2
Δ= 4.1KJ / mol
E 2
E 1
Δ= -108.9 KJ / mol
CH 3Cl+Cl ·
~~
E F =9.8E Cl =16.7E Br =75.3E I >138
一个反应的活化能愈高，反应愈难进行，如溴与甲烷进行卤代的活化能为75.3KJ/mol ，比与氯反应的活化能高得多，故溴代反应要在127℃、光照下才能发生。
两个自由基之间的反应不需要活化能：
ΔH = -242.5 kJ/mol
2Cl·
Cl 2
E 活= 0
位 能
反 应 进程
活泼中间体(如碳正离子)与过渡态的区别
活泼中间体是客观存在的，其寿命极其短暂，只有少数比较稳定的可分离出来，大多数还未能分离出来，但可以用直接或间接的方法证明它们的存在。
过渡态是一个假相的状态，目前还检测不到它的存在，更不能分离出来。活泼中间体处在能量曲线的峰谷上。过渡态处在能量曲线的峰顶上。
第二章烷烃 基本内容和重点要求 烷烃的系统命名法（学时） 烷烃的结构（学时） 烷烃的物理性质及其变化规律（学时） 烷烃的化学性质及卤代反应机理（学时） 烷烃的构象异构（学时） 重点掌握烷烃的系统命名法、烷烃的构象异构、卤化的自由基反应机理及各类自由基的相对稳定性。 2.1烷烃的同系列和同分异构 1、烷烃的同系列 烷烃的通式：C n H 2n+2 同系列：凡具有同一通式，化学性质相似，物理性质随着碳原子数的增加而有规律的变化，分子式间相差N个CH 2 的一系列化合物。 同系物：同系列中各化合物的互称。 系差：CH 2 2、烷烃的异构 构造：分子中原子互相连接的方式和次序。 同分异构体：分子式相同而构造不同的化合物的互称。 烷烃同分异构体的构造式的书写原则（以C 6H 14 为例）： ①先写出最长的碳链。
C—C—C—C—C—C ②再写出少一个碳原子的直链，把剩下的一个碳原子当作支链加在主链上并依次变动支链的位置。 ③然后写出少两个碳原子的直链，把剩下的两个碳原子当作一个或两个取代基加到主链上，并依次变动支链的位置。 ④以此类推…… 2.2 烷烃的命名 1. 烷基的概念 1）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子 2）烷基 R- 烷基：烷烃分子中去掉一个氢之后剩余的部分（原子团）称为基。
CH 3 CH 2CH 2 CH 3 CH 3CH 3CH 2CH 3 CH 3CH 3 CH 2CH 2CH 2CH 3 CH 3 两价的烷基叫亚基， 2、烷烃的命名 （1）普通命名法 用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸十个字分别表示十个 以下碳原子的数目，十个以上的碳原子就用汉字数字（十一、十二、十 三……）表示，用正、异、新等前缀区别同分异构体。 eg ： 正戊烷 异戊烷 新戊烷 （2）衍生物命名法
第二章 烷烃和环烷烃 有机化合物（简称有机物）中有一类数量众多，组成上只含碳、氢两种元素的化合物，称为碳氢化合物，简称烃（hydrocarbon ）。烃分子中的氢原子被其他种类原子或原子团替代后，衍生出许多其他类别的有机物。因此，烃可看成是有机物的母体，是最简单的一类有机物。根据结构的不同，烃可分为如下若干种类。 烃在自然界中主要存在于天然气、石油和煤炭中，是古老生物埋藏于地下经历特殊地质作用形成的，是不可再生的宝贵资源，是社会经济发展的主要能源物质，也是合成各类生活用品和临床药物的基础原料。本章讨论两类饱和烃——烷烃和环烷烃。 第一节 烷烃 分子中碳原子彼此连接成开放的链状结构的烃称为开链烃，因其结构与人不饱和开链烃 烃 饱和开链烃—烷烃 脂环烃（环烷烃、环烯烃等） 闭链烃 (环烃) 开链烃 (脂肪烃) 芳香烃 烯烃 炔烃
体脂肪酸链状结构相似又称脂肪烃，具有这种结构特点的有机物统称脂肪族化合物。分子中原子间均以单键连接的开链烃称为饱和开链烃，简称烷烃（alkane）。 一、烷烃的结构、分类和命名 （一）烷烃的结构 1.甲烷分子结构甲烷是家用天然气的主要成分，也是农村沼气和煤矿瓦斯的主要成分，广泛存在于自然界中，是最简单的烷烃。 甲烷分子式是CH ，由一个碳原子与四个氢原子分别共用一对电子，以四个 4 共价单键结合而成。如下图2-1（a）所示。 图2-1 甲烷分子结构示意图 结构式并不能反映甲烷分子中的五个原子在空间的位置关系。原子的空间位置关系属于分子结构的一部分，因而也是决定该物质性质的重要因素。化学学科常借助球棍模型来形象地表示有机物分子的空间结构（不同颜色和大小的球表示不同原子，小棍表示共价键）。根据现代物理方法研究结果表明，甲烷分子空间结构如图2-1（b）所示。但是球棍模型这种表示书写起来极不方便，要将甲烷的立体结构在纸平面上表示出来，常通过实线和虚线来实现。如图2-1（c）所示，虚线表示在纸平面后方，远离观察者，粗实线（楔形）表示在纸平面前方，靠近观察者，实线表示在纸平面上，这种表示方式称透视式。 将甲烷透视式中的每两个原子用线连接起来，甲烷在空间形成四面体。根据现代物理方法测定，甲烷分子为正四面体结构，碳原子处于四面体中心，四个氢原子位于四面体四个顶点。四个碳氢键的键长都为0.109 nm，键能为414.9kJ?mol-1，所有H-C-H的键角都是109.5o。 碳原子核外价电子层结构为2s22p2，按照经典价键理论，共价键的形成是电子配对的过程。碳原子价电子层上只有两个单电子，因而碳原子应该只能形
第二章烷烃习题1.用系统命名下列化合物： (1) (3) (4) (6) (5) (2) CH3CHCHCH2CHCH3 CH3CH3 CH2CH3 (C2H5)2CHCH(C2H5)CH2CHCH2CH3 3 )2 CH3CH(CH2CH3)CH2C(CH3)2CH(CH2CH3)CH 3 2.写出下列化合物的构造式和键线式，并用系统命名法命名之。（1）C5H12仅含有伯氢，没有仲氢和叔氢的； （2）C5H12仅含有一个叔氢的； （3）C5H12仅含有伯氢和仲氢。 3. 写出下列化合物的构造简式。 （1）2，2，3，3—四甲基戊烷； （2）由一个丁基和一个异丁基组成的烷烃； （3）含一个侧链甲基和相对分子质量86的烷烃； （4）相对分子质量为100，同时含有伯、叔、季碳原子的烷烃。 4.试指出下列各组化合物是否相同？为什么？ C Cl H H Cl C H H Cl Cl (1) (2) C C C C C C C C C C C C 8. 试估计下列烷烃按其沸点的高低排列成序(把沸点高的排在前面) （1）2-甲基戊烷（2）正己烷（3）正庚烷（4）十二烷
9.写出在室温时将下列化合物进行一氯代反应，预计得到的全部产物的构造式： （1）正己烷 （2）异己烷 （3）2，2—二甲基丁烷 10.根据以下溴代反应事实，推测相对分子质量为72的烷烃异构体的构造简式。 （1）只生成一种溴代产物； （2）生成三种溴代产物； （3）生成四种溴代产物。 11.写出乙烷氯代(日光下)反应生成氯乙烷的历程 12.试写出下列各反应生成的一卤代烷，预测所得异构体的比例： CH 3CH 2CH 2+Cl 2 光照(1) (CH 3)3CCH(CH 3)2 光照 (2)Br 24 光照(3) Br 24 C CH 3 H CH 3 H 3C 第二章 烷烃练习题 一、用系统命名法命名或写出结构式 1、CH 3CH 3 CH 3CH--CH-CH-CH 2CH 2CH 3 CH 3-CHCH 2CH 3 2、CH 3CH--CH-CH 2CH 3 CH-CH 33 CH 3 3 、 4、CH 3CH 2CHCH 2CHCH 2CH 3 3 3)2 5、(CH 3)2CHCH 2CH(CH 2CH 3)2 二、根据题意回答下列各题 2、写出符合分子式为C 5H 12的烷烃中熔点最高的结构式： 3、分子式为C 5H 12的烷烃，其一氯代产物有四种，请写出其结构式：
第二章烷烃和环烷(lkane and Cycloalkane) 教学要求: 掌握：烷烃、环烷烃的结构；烷烃构造异构、环烷烃几何异构的概念及命名；烷烃、环烷烃、螺环烃、桥环烃的命名；烷烃、环烷烃的构象异构及其写法；取代环己烷的优势构象；烷烃的自由基取代反应及小环烷烃的特殊性。 熟悉：烃的分类；烷烃、环烷烃的物理性质；自由基的构型及其稳定性。 了解：烃的来源及其在日常生活、医学上的用途。 第一节烷烃（Alkane ) 仅由碳和氢两种元素组成的化合物称为碳氢化合物，简称为烃（hydrocarbon）。 烃的分类： 一．烷烃的结构 烷烃属于饱和烃，其分子中所有碳原子均为SP3杂化，分子内的键均为 键，成键轨道沿键轴“头对头”重叠，重叠程度较大，键较稳定，可沿键轴自由旋转而不影响成键。） 甲烷是烷烃中最简单的分子，其成键方式如下: 碳原子sp3杂化, 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—Hσ键，4个C—Hσ键间的键角109°28′,空间呈正四面体排布，相互间距离最远，排斥力最小，能量最低，体系最稳定，C-H键长110pm。乙烷是含有两个碳的烷烃，其结构如下： 图2－2乙烷的结构 两个碳原子各以sp3杂化轨道重叠形成C—Cσ键，余下的杂化轨道分别和6个氢原子的s 轨道重叠形成六个C—Hσ键。C-C键长154pm,C-H键长110pm 。 ★其他烷烃的成键方式同乙烷相似。 ★烷烃的通式、同系列 烷烃的分子组成可用通式C n H2n+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（homologous series）。如：CH4CH3CH3 CH3CH2CH3 ；同系列中的各化合物互称为同系物（homolog）；相邻两个同系物在组成上的不
第二章 烷烃 [问题2—1]：请写出庚烷C 7H 16的同分异构体构造式和简化式 解：构造式 简化式 ① H H H H H H H H H H H H H H C C C C C C C H CH 3CH 2CH 2CH 2CH 2CH 2CH 3 ② H C C C C C H H H H H H H H H H H H C H H H CH 3CHCH 2CH 2CH 2CH 3 CH 3 ③ H C C C C C H H H H H H H H H H H H C H H H CH 3CHCH 2 CH 2CH 2CH 3CH 3 ④ H C C C C C H H H H H H H H H H H H C H H H CH 3CHCH CH 2CH 2 CH 3CH 3 ⑤ H C C C C C H H H H H H H H H C C H H H H H H CH CHCH CHCH 323 CH CH 3 3 ⑥
H C C C C C H H H H H H H H H C C H H H H H H CH CCH CH CH 3 23CH CH 3 3 2 ⑦ H C C C C C H H H H H H H H H C C H H H H H H CH CH C CH CH 32 32 C C H H H 23 ⑧ H C C C C C H H H H H H H H H C C H H H H H CH CH C CH CH 32 32 C C H H 3 3 ⑨ H H H H H H C C H H H H H H CH C CH CH 3 3 C C H H 3 3C C C C C H H H CH 3 [问题2-2] 用系统命名法写出问题2-1中庚烷的各同芬异构体的名称。 解：对应于上题的名称顺序为： ① 庚烷 ② 2-甲基己烷 ③ 3-甲基己烷 ④ 2，3-二甲基戊烷 ⑤ 2，4-二甲基戊烷 ⑥ 2，2-二甲基戊烷 ⑦ 3-乙基戊烷 ⑧ 3，3-二甲基戊烷 ⑨ 2，2，3-三甲基丁烷 [问题2-3] 按照σ键的含义，SP 3-S,SP 3-SP 3是σ键，而1S 和2P,2P 和2P 能否形成σ键？
第二章烷烃和环烷烃 1．写出只有伯氢原子，分子式为C8H18烷烃的结构式。 2．为什么没有季氢原子？ 3．命名下列化合物。 4．写出下列烷烃或环烷烃的结构式 ⑴不含有仲碳原子的4碳烷烃。 ⑵具有12个等性氢原子、分子式为C5H12的烷烃。 ⑶分子中各类氢原子数之比为：1°H：2°H：3°H = 6：1：1，分子式为C7H16的烷烃。 ⑷只有1个伯碳原子、分子式为C7H14的环烷烃。写出所有可能的环烷烃的结构式并加以命名。 5．化合物2,2,4-三甲基己烷分子中的碳原子，各属于哪一类型（伯、仲、叔、季）碳原子？ 6．元素分析得知含碳84.2%、含氢15.8%，相对分子质量为114的烷烃分子中，所有的氢原子都是等性的。写出该烷烃的分子式和结构式，并用系统命名法命名。 7．将下列化合物按沸点降低的顺序排列 ⑴丁烷⑵己烷 3 ⑶-甲基戊烷 ⑸-二甲基丁烷⑹环己烷 ⑷-甲基丁烷 2,3 2 8．按稳定性从大到小的次序，用Newman投影式表示丁烷以C2—C3键为轴旋转的4种典型构象式。 9．化合物A的分子式为C6H12，室温下能使溴的四氯化碳溶液褪色，但不能使高锰酸钾溶液褪色。A氢化得2,3-二甲基丁烷，与HBr反应得化合物B（C6H13Br）。写出化合物A 和B的结构式。 10．写出下列化合物的构象异构体，并指出较稳定的构象。 （1）异丙基环己烷（2）1-氯环己烷 11．将下列自由基按稳定性从大到小的次序排列。 12．为什么凡士林在医药上可用作软膏的基质？
13．完成下列反应式 14．写出下列药物的构象。 （1）镇痛药哌替啶（杜冷丁，Dolantin）的主要代谢产物哌替啶酸的结构为： 写出哌替啶酸的构象（—COOH在e键的构象）。 （2）促动力新药西沙必利（Cisapride）的结构为： 写出西沙必利的优势构象。 15．体内的抗坏血酸可使α-生育酚自由基还原再生为α-生育酚，同时抗坏血酸转变为抗坏血酸自由基。完成上述体内的自由基反应。 16．环己烷与氯在光或热的条件下，可生成一氯环己烷的反应是自由基的链反应。写出链引发、链增长、链终止的各步反应式。 17．在C6H14的构造异构体中，哪几种异构体不能用普通命名法命名。 18．试写出下列烷基的名称。 （1）CH3CH2 CH2 CH2― （2）（CH3）2CH―CH2―CH2― 19．试比较（1）丁烷、丙醇和丙胺的沸点；（2）丁烷、甲基乙基醚CH3―O―CH2CH3和丙醇在水中的溶解度。 20．试推测（1）辛烷（2）2,2―二甲基己烷（3）新辛烷和（4）2,2,3,3―四甲基丁烷燃烧热的大小。 21．（1）写出的反应机理。 （2）对于上式反应1940年前人们曾设想过下列机理，但没有被人们普遍认可，试说明可能的原因。 （3）为什么在引发阶段不一定先由乙烷产生CH3·，而是由Cl2产生Cl·？ 22．等摩尔的新戊烷和乙烷的混合物进行氯代反应，一氯代反应产生氯代新戊烷[(CH3)3CCH2Cl]和氯乙烷的比例为2.3：1，比较新戊烷和乙烷中1°H的活性。
5第二章烷烃 习题A 一. 1. 2-甲基-3,6-二乙基辛烷 2.3-甲基-4-丙基庚烷 3.2-甲基庚烷4. 2,3-二甲基-4-乙基己烷 5.2,2,5-三甲基-3-丙基庚烷 6.2-二甲基-3-乙基己烷二. 1.CH 3CHCH 2CCH 2CH 2CH 3 CH 3CH 3CH 2CH 3 2.CH 3CH 2CCH 2CH 3CH 3CH 2CH 3 3. CH 3CHCH 2CH 3CH 34.(CH 3)3CCH(CH 3)2 5.CH 3(CH 2)2CHCH(CH 2)4CH 3 CH(CH 3)2(CH 2)3CH 3 6.(CH 3)3CCH 2CH(CH 3)2 三. 1.A 2.A 3.AB 4.A 5.B 6.B 7.c d 、e d,c e,a b 8.D A 9.B 10.C 四. 1. CH 3CH 2CH 2CH 2CH 2CH 2CH 3 正庚烷 CH 3CH(CH 3)CH 2CH 2CH 2CH 3 2-甲基己烷 CH 3CH 2CH(CH 3)CH 2CH 2CH 3 3-甲基己烷 CH 3CH(CH 3)CH 2CH(CH 3)CH 3 2,4-二甲基戊烷 CH 3CH(CH 3)CH(CH 3)CH 2CH 3 2,3-二甲基戊烷 CH 3C(CH 3)2CH 2CH 2CH 3 2,2-二甲基戊烷 CH 3CH 2C(CH 3)2CH 2CH 3 3,3-二甲基戊烷 CH(CH 2CH 3)3 3-乙基戊烷 CH 3CH(CH 3)C(CH 3)3 2,2,3-三甲基丁烷 2. CH 3CHCH 2CH 2CH 2C 1°3°1°1°1°1°CH 3CH 3 CH 3CH 32°2°2° 4°3.①A ②C ③C ④D 4.c>b>e>a>d 5.(1)、(4)属于构象异构；(2)、(5)属于构造异构；(3)、(6)是完全相同的化合物。五. 1.（1）烷烃与卤素反应是自由基反应。甲烷与氯气反应，活性中间体是甲基自由基，乙烷与氯气反应，活性中间体是乙基自由基。乙基自由基上活性碳原子与旁边碳原子上的C －H σ键有σ－p 超共轭效应。甲基自由基活性碳原子旁边相连的都是H 原子，没有C －H σ键，故没有σ－p 超共轭效应。所以乙基自由基较甲基自由基稳定，氯乙烷就比氯甲烷更容易生
第二章烷烃 一、教学目的及要求 1.使学生理解“构象”概念，能够认识和书写简单烃类的构象的透视式和纽曼式、能够比较简单构象式的能量差别。 2.使学生了解饱和碳原子上的游离基取代反应、反应历程的概念和游离基稳定规律。 二、教学重点与难点 重点：1.烷烃和环烷烃构象 2.卤代反应及历程； 难点：1.构象式的书写及稳定性判断 三、教学方法 启发式 烃：分子中只有C、H两种元素的有机化合物叫做烃 烷烃：分子中的碳除以碳碳单键相连外，碳的其他价键都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫饱和烃。烃的分类：
第一节烷烃的同系列及同分异构现象 一、烷烃的同系列 最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等，它们的分子式、构造式为： 分子式 构造式 构造简式甲烷 CH 4 CH 4 乙烷C 2H 6CH 3CH 3 丙烷C 3H 8 CH 3CH 2CH 3 丁烷C 4H 10 CH 3CH 2CH 2CH 3 从上述结构式可以看出，链烷烃的组成都是相差一个或几个CH 2（亚甲基）而连成碳链，碳链的两端各连一个氢原字。烷烃的通式为C n H 2n+2。 同系列(homologous series):具有一个通式，结构、化学性质相似、物理性质随碳原子的增加而有规律的变化。 系列差：相邻的同系物在组成上的差(例如烷烃的系列差为CH2)同系列中的化合物互称为同系物。 由于同系列中同系物的结构和性质相似，其物理性质也随着分子中碳原子数目的增加而呈规律性变化。 二、烷烃的同分异构现象1．异构现象 甲、乙、丙烷只有一种结合方式，无异构现象，从丁烷开始有同分异构现象，可由下面方式导出， 正丁烷（沸点-0.5℃） 异丁烷（沸点-10.2） H C H H C H H H H C H H C H H C H H H H C H H C H H C H H C H H H H C H H C C H H H H H -C-H H 加到中间碳 C-H 间 加到链端C-H 间 H C C C C H H H H H H H H H H C C C H H H C H H H H H H H C H H H
第二章烷烃和环烷烃 教学目的 1. 使学生熟悉简单烷烃的普通命名法和较复杂烷烃的系统命名法。理解原子序数优先规则，能够准确的写出较复杂烷烃的构造式或名称。 2. 使学生理解“构象”概念，能够认识和书写简单烃类的构象的透视式和纽曼式、能够比较简单构象式的能量差别，掌握环己烷优势构象的画法。 3. 使学生了解饱和碳原子上的游离基取代反应、反应历程的概念和游离基稳定规律。 教学重点 1. 烷烃的系统命名规则、环己烷优势构象。 2. 原子序数优先规则 教学难点 1. 烷烃的构象（透视式与纽曼式）、环己烷优势构象。 2. 饱和碳原子上的游离基取代历程。 第一节烷烃的同系列和同分异构现象 一、烷烃的同系列 二、烷烃的同系列和同分异构现象 第二节烷烃和环烷烃的命名 一、普通命名法 其基本原则是： （1）含有10个或10个以下碳原子的直链烷烃，用天干顺序甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸10个字分别表示碳原子的数目，后面加烷字。 例如：CH3CH2CH2CH3命名为正丁烷。 （2）含有10个以上碳原子的直链烷烃，用小写中文数字表示碳原子的数目。 如CH3（CH2）10CH3命名为正十二烷。（3）对于含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个汉字来区别。在链端第2位碳原子上连有1个甲基时，称为异某烷，在链端第二位碳原子上连有2个甲基时，称为新某烷。 如：CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷 异戊烷(CH3)2CHCH2CH3 CH3 新戊烷 CH3 C CH3 CH3
二、系统命名法 1.烷烃的命名 系统命名法是我国根据1892年曰内瓦国际化学会议首次拟定的系统命名原则。国际纯粹与应用化学联合会（简称IUPAC 法）几次修改补充后的命名原则，结合我国文字特点而制定的命名方法，又称曰内瓦命名法或国际命名法。 烷基：烷烃分子去掉一个氢原子后余下的部分。其通式为C n H 2n+1-，常用R-表示。 常见的烷基有： 甲基 CH 3— （Me ） 乙基 CH 3CH 2— （Et ） 正丙基 CH 3CH 2CH 2— （n-Pr ） 异丙基 （CH 3）2CH — （iso-Pr ） 正丁基 CH 3CH 2CH 2CH 2— （n-Bu ） 异丁基 （CH 3）2CHCH 2— （iso-Bu ） 仲丁基 （sec-Bu ） 叔丁基 （CH 3）3C — （ter-Bu ） 在系统命名法中，对于无支链的烷烃，省去正字。对于结构复杂的烷烃，则按以下步骤命名： （1） 选择分子中最长的碳链作为主链，若有几条等长碳链时，选择支链较多的一条为主链。根据主链所含碳原子的数目定为某烷，再将支链作为取代基。此处的取代基都是烷基。 （2） 从距支链较近的一端开始，给主链上的碳原子编号。若主链上有2个或者个以上 的取代基时，则主链的编号顺序应使支链位次尽可能低。 （3） 将支链的位次及名称加在主链名称之前。若主链上连有多个相同的支链时，用小写中文数字表示支链的个数，再在前面用阿拉伯数字表示各个支链的位次，每个位次之间用逗号隔开，最后一个阿拉伯数字与汉字之间用半字线隔开。若主链上连有不同的几个支链时，则按由小到大的顺序将每个支链的位次和名称加在主链名称之前。 如果支链上还有取代基时，则必须从与主链相连接的碳原子开始 ，给支链上的碳原子编号。然后补充支链上烷基的位次.名称及数目。 2.环烷烃和多环脂环烃的命名 按照分子中所含环的多少分为单环和多环脂环烃。 根据脂环烃的不饱和程度又分为环烷烃和环烯烃（环炔烃）。 在多环烃中，根据环的连接方式不同，又可分为螺环烃和桥环烃。 （1）单环脂环烃的命名：环烷烃的命名与烷烃相似，根据成环碳原子数称为“某”烷，并在某烷前面冠以“环”字，叫环某烷。例如： 环丙烷 环丁烷 环已烷 环上带有支链时，一般以环为母体，支链为取代基进行命名，如： 二甲基环丙烷 CH 3CH 2CH CH 3 CH 3 CH 3
第二章 烷烃 【重点难点】 1.必须熟练掌握烷烃系统命名法。要求能根据结构式写出名称或根据名称写出结构式。 2.理解烷烃的结构及碳原子轨道的sp 3杂化。 3.掌握乙烷、丁烷的构象分析。 4.理解影响自由基稳定性的因素，必须会排列不同自由基的稳定性次序。 CH 3CH 3CH 2＞＞· (CH 3)2CH···＞(CH 3)3C 3o R·1o ·R 2o ·R ＞＞＞· CH 3例： 5.理解烷烃的取代反应历程，必须明确烷烃的取代反应类型——自由基取代。 【同步例题】 例2.1命名下列化合物： (1) (2) (3) (4) CH 3CH 22CH 22CH 3 CHCH 3 H 3C CH 2CH 3 CH 3 CH 3CHCHCHCH 2CHCH 3 CH 3 CH 2CH 3 CH 3 CH 3 CH 3CH 3CH 3C CH 3CHCH 3 CH 23 2CH 3 CH 3 解：(1) 按最低系列规则，应从结构式的左边编号才符合要求 CH 3CHCHCHCH 2CHCH 3 CH 3CH 2CH 3 CH 3 CH 3 1234567 因此称为：2,4,6-三甲基-3-乙基庚烷 (2) 选取含碳最多的碳链为主链
CH 3CH 3CH 3C CH 3CHCH 3 CH 23 CH 2CH 3 CH 32 3 4 5 6 7 1 因此称为：2,4,5-三甲基-4-(1,1-二甲基乙基)庚烷或2,4,5-三甲基-4-叔丁基庚烷 (3) 最长碳链有选择时，选择取代基多者为主链。 CH 3CH 2CHCH 2CH 2CCH 2CH 3 CHCH 3 H 3C CH 2CH 3 CH 3 2 34 5 6 7 1 8 因此称为：2,6-二甲基-3,6-二乙基辛烷 (4) 2 3 4 56 1 因此称为：2-甲基-3-乙基己烷 例2.2按自由基稳定性大小排序： · · · ·CH 3CH 3CHCH 2CH 3 CH 2CH 2CH 2CH 3 CH 3C CH 3 3 (1)(2)(3)(4)解：＞＞＞(4)(3)(2)(1)
第二章烷烃 一．学习目的和要求： 1．掌握烷烃的同系列、同分异构和构造异构。 2．掌握烷烃的命名法、常见基团的名称。 3．掌握烷烃的结构，包括碳正四面体的概念、sp3杂化和σ键。 4．掌握烷烃的构象及构象的表示方法。 5．掌握烷烃的物理性质。 6．掌握烷烃的化学性质（稳定性、裂解、氧化及取代反应、各种氢的相对活泼性）。 7．掌握烷烃光卤代反应历程。 8．掌握甲烷氯代反应过程中的能量变化，包括过渡态理论、反应热、活化能。 9．掌握一般烷烃的卤代反应历程。 10.了解烷烃的来源。 二．本章节重点、难点 烷烃的同系列、同分异构和构造异构、烷烃的命名法、烷烃的结构、烷烃的构象及构象的表示方法、烷烃的物理性质、烷烃的化学性质、烃光卤代反应历程、甲浣氯代反应过程中的能量变化。 三．教学内容 分子中只有C、H两种元素的有机化合物叫做烃，烃可以分为以下几类： 烷烃 开链烃（脂肪烃）烯烃、二烯烃 烃炔烃 环状烃（脂环烃）脂环烃 芳香烃 烷烃是分之中的碳除以碳碳单键相连外，碳的其他价键都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。
2．1 烷烃的同系列及同分异构现象 2.1.1 烷烃的同系列 最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷 、丁烷、戊烷等，它们的分子式、构造式分别为： 分子式 构造式 构造简式 甲烷 CH 4 CH 4 乙烷 C 2H 6 CH 3CH 3 丙烷 C 3H 8 CH 3CH 2CH 3 丁烷 C 4H 10 CH 3CH 2CH 2CH 3 从上述结构式可以看出，链状烷烃的组成都是相差一个或几个CH 2（亚甲基）而连成碳链，碳链的两端各连一个氢原子。所以烷烃的通式为CnH2n+2 。 这种结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个CH 2的一系列化合物称为同系列。 同系列中的化合物互称为同系物。 由于同系列中同系物的结构和性质相似，其物理性质也随着分之中碳原子数目的增加而呈规律性变化，所以掌握了同系列中几个典型的有代表性的成员的化学性质，就可推知同系列中其他成员的一般化学性质。在应用同系列概念时，除了注意同系物的共性外，还要注意它们的个性，要根据分子结构上的差异来理解性质上的异同。 2.2.2 烷烃的同分异构现象 1．同分异构现象 甲、乙、丙烷只有一种结构，无同分异构现象，从丁烷开始有同分异构现象，同分异构 H C H H C H H H H C H H C H H C H H H H C H H C H H C H H C H H H H C H H
第一章 烷烃和环烷烃 一、烷烃 1.烷烃的命名：普通命名法(异构词头用词头“正”、“异”和“新”等区分) 系统命名法：（1）选主链：碳链最长 （2）编号：“最低系列”原则是：逐个比较两种编号法中表示取代基位置的数字，最先遇到取代基位置最小者，定为最低系列． （3）书写表达：次序规则（p19) 小练习：1、用系统命名法命名下列有机物： 2、根据名称写出下列有机物的结构简式，并判断下列有机物命名是否正确，如不 正确，指出错误原因，然后再写出正确命名 （1）2，2，3，3－四甲基戊烷 （2）3，4－二甲基－4－乙基庚烷 （3）2，5－二甲基庚烷 （4）2，3－二甲基－6－乙基辛烷 （5）3，3－二甲基丁烷 （6）3－甲基－2－乙基戊烷 2.烷烃的分子结构 ① 烷烃的构象和构象异构体 ② 交叉式和重叠式构象（最不稳定） ③ 透视式或纽曼投影式 小练习： 以C2与C3的σ键为旋转轴，试分别画出2,3-二甲基丁烷和2,2,3,3-四甲基丁烷的典型构象式，并指出哪一个为其最稳定的构象式。 1）烷烃的物理性质： a. C1~ C4为气态，C5~ C17为液态，C17以上为固态 b. 沸点随相对分子质量增大而增大 CH 3— CH 2 —CH 2 —CH CH 2 —CH 3 —CH 3 CH 3— CH 3 CH 3 —CH 3 C CH 3— C H 2 —CH —CH 3 CH 3
c.相对分子质量相同、支链多、沸点低。 d.基本上随分子量的增加而增加 参阅物理常数表，试推测下列化合物沸点高低的一般顺序。 (1) (A) 正庚烷 (B) 正己烷 (C) 2-甲基戊烷 (D) 2,2-二甲基丁烷 (E) 正癸烷 (2) (A) 丙烷 (B) 环丙烷 (C) 正丁烷 (D) 环丁烷 (E) 环戊烷 (F) 环己烷 (G) 正己烷 (H) 正戊烷 (3) (A) 甲基环戊烷 (B) 甲基环己烷 (C) 环己烷 (D) 环庚烷 2）烷烃的化学性质：（从物质的结构来判断） a.甲烷的卤代反应：（氯代和溴代反应，反应速率：氯代 >溴代）自由基取代 b.其它烷烃的卤代反应（一卤代）：反应活性：3o H > 2o H > 1o H > CH4 c.自由基的相对稳定性：3o > 2o > 1o，越是稳定的自由基，越容易形成。 小练习：1.已知烷烃的分子式为C5H12，根据氯化反应产物的不同，试推测各烷烃的构造，并写出其构造式。 (1)一元氯代产物只能有一种 (2)一元氯代产物可以有三种 (3)一元氯代产物可以有四种 (4)二元氯代产物只可能有两种 2.将下列的自由基按稳定性大小排列成序。 ⑴⑵⑶⑷ 二、环烷烃 1、环烷烃的命名和类型 （一）单环烷烃（注意支链、顺反异构） （二）多环烷烃(桥环和螺环的命名) ①桥环：环的数目[桥头间的碳原子数]某烷，例：二环[4. 4. 0]癸烷 ②螺环：螺[除螺C外的碳原子数]某烷，例：螺[4. 5]癸烷 小练习：1、给下列环烃命名 CH3CH3CHCH2CH2 CH3 CH3CCH2CH3 CH3 CH3CHCHCH3 CH3 CH 3 CH 3 H 3 C
第 二 章 烷烃 1 第二章 烷烃 【重点难点】 1.必须熟练掌握烷烃系统命名法。要求能根据结构式写出名称或根据名称写出结构式。 2.理解烷烃的结构及碳原子轨道的sp 3杂化。 3.掌握乙烷、丁烷的构象分析。 4.理解影响自由基稳定性的因素，必须会排列不同自由基的稳定性次序。 CH 3CH 3CH 2＞＞· (CH 3)2CH···＞(CH 3)3C 3o R·1o ·R 2o ·R ＞＞＞· CH 3例： 5.理解烷烃的取代反应历程，必须明确烷烃的取代反应类型——自由基取代。 【作业题】 1． 用系统命名法命名下列化合物： (1) CH 3CH 2CH CHCH 2CH 2CH 3 CH 3 (4) CH(CH 3)2 (2) (3) 2． 写出下列化合物的构造式 (1) 2,2,4-三甲基戊烷 (2) 2-甲基-3-乙基己烷 3． 检查下列各化合物的命名，并将错误的命名加以改正 (1) 2,4-2 甲基己烷 (2) 4- 二甲基辛烷
班级 学号 姓名 2 4． 用纽曼投影式写出1,2-二溴乙烷的最稳定和最不稳定的构象，并写出该构象的名称。 5． 下列化合物哪一个是等同的，不等同的异构体属于何种异构体？ H 3C CH 3 H C 2H 5 H 3C H (1) (2) 3 (3) H CH 3 H C 2H 5 C 2H 5H H 32 5 2H 5 3 3 H 3H 3和 和 和 6．试将下列烷烃自由基稳定性大小排列成序。 (1) . . . . (2) (3)(4) CH 3 (CH 3)2CHCHCH 3(CH 3)2CHCH 2CH 2 (CH 3)2CCH 2CH 3
2．1、烷烃的通式、同系列和同分异构现象 通式：C n H 2n+2 同系列：具有同一通式、结构和性质相似、相互间相差一个或几个CH 2 的一系列化合物。同系列中的各个化合物互为同系物。相邻同系物之间的差CH 2叫做同系差。同系列是有机化学中的普遍现象，同系列中各个同系物（特别是高级同系物）具有相似的结构和性质 很明显，这两种丁烷结构上的差异是由于分子中碳原子连接方式不同而产生的，我们把分子式相同而构造式不同所产生的同分异构现象叫做构造异构；这种由于碳链的构造不同而产生的同分异构现象又称做碳链异构。同理，由丁烷的两种同分异构体可以衍生出三种戊烷： 随着分子中碳原子数的增加，碳原子间就有更多的连接方式，异构体的数目明显增加，己烷有五个同分异构体，庚烷有9个，辛烷有18个，而癸烷有75个，二十烷有366319个。 分析下面烷烃分子中碳原子和氢原子的连接情况: ( b.p. -0.5℃） 异丁烷 (b.p. –10.2℃) CH 3CH 3CH 3 CH 3 CH 3CH 3CH 3 CH 3 CH 3 CH 2CH 2CH 2CH 2 CH C 正戊烷（b.p. 36.1℃） 异戊烷（b.p. 28℃） 新戊烷（b.p. 9.5℃） CH 3 CH 3 CH 2 CH 3 3CH 2CH 2CH 3 3CH 3 CH 1° 1° CH 3 CH 3CH 3 CH 3 CH 3 C CH CH 2 1° 2° 3° 4°
其中有的碳只与一个碳原子相连，我们把它叫做一级碳原子，或叫第一（伯）碳原子，可用1°表示；直接与两个碳原子相连的，叫做二级碳原子，或叫第二（仲）碳原子，可用 2°表示；直接与三个碳原子相连的，叫做三级碳原子，或叫第三碳（叔）原子，可用3°表示；直接与四个碳原子相连的，叫做第四（季）碳原子，用4°表示。 氢原子则按其与一级、二级或三级碳原子相连而分别称为第一、第二、第三氢原子或称为伯、仲、叔氢原子。不同类型的氢原子的活泼性不同。 2．2、烷烃的命名 烷烃常用的命名法有普通命名法和系统命名法两种。 2.2.1 普通命名法（习惯命名法） 一般只适用于简单、含碳较少的烷烃，基本原则是： （1）根据分子中碳原子的数目称“某烷”。碳原子数在十以内时，用天干字甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸表示；碳原子数在十个以上时，则以十一、十二、十三、……表示。例如： （2）为了区别异构体，直链烷烃称“正”某烷；在链端第二个碳原子上连有一个甲基且无其它支链的烷烃，称“异”某烷；在链端第二个碳原子上连有两个甲基且无其它支链的烷烃，称“新”某烷。例如：戊烷的三种异构体，分别称为正戊烷、异戊烷、新戊烷。 2.2.2烷基的命名 烷烃分子中去掉一个氢原子形成的一价基团叫烷基。烷基的名称由相应的烷烃命名。常见烷基如下： CH 3— CH 3CH 2— CH 3CH 2CH 2— （CH 3）2CH — CH 3CH 2CH 2CH 2 甲基 乙基 丙基 异丙基 丁基 CH 3(CH 2)10CH 3 CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3 戊烷 十二烷 戊烷 CH 3 CH 3 CH 3 C CH 3 CH 3 CH 3CHCH 2CH 3 CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3 正异戊烷 新戊烷
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
第二章烷烃 一．学习目的和要求: 1.掌握烷烃的同系列、同分异构和构造异构。 2.掌握烷烃的命名法、常见基团的名称。 3.掌握烷烃的结构，包括碳正四面体的概念、sｐ3杂化和σ键。 4．掌握烷烃的构象及构象的表示方法。 5.掌握烷烃的物理性质。?６.掌握烷烃的化学性质（稳定性、裂解、氧化及取代反应、 各种氢的相对活泼性）。 7.掌握烷烃光卤代反应历程。 8．掌握甲烷氯代反应过程中的能量变化，包括过渡态理论、反应热、活化能。 9．掌握一般烷烃的卤代反应历程。 1０.了解烷烃的来源。 二. 本章节重点、难点 烷烃的同系列、同分异构和构造异构、烷烃的命名法、烷烃的结构、烷烃的构象及构象的表示方法、烷烃的物理性质、烷烃的化学性质、烃光卤代反应历程、甲浣氯代反应过程中的能量变化。 三. 教学内容 分子中只有C、H两种元素的有机化合物叫做烃，烃可以分为以下几类: 烷烃 开链烃(脂肪烃) 烯烃、二烯烃 烃炔烃 环状烃(脂环烃) 脂环烃 芳香烃 烷烃是分之中的碳除以碳碳单键相连外,碳的其他价键都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。
２．1 烷烃的同系列及同分异构现象 ２．１．1 烷烃的同系列 最简单的烷烃是甲烷,依次为乙烷、丙烷 、丁烷、戊烷等，它们的分子式、构造式分别为： 分子式 构造式 构造简式 甲烷 CH 4 CH ４ 乙烷 C ２H 6 CH 3ＣＨ3 丙烷 C ３H ８ ＣH ３CH 2CH 3 丁烷 C ４H 10 CH 3CH 2C Ｈ2ＣＨ3 从上述结构式可以看出，链状烷烃的组成都是相差一个或几个ＣH 2（亚甲基)而连成碳链，碳链的两端各连一个氢原子。所以烷烃的通式为CnH2ｎ+2 。 这种结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个CH 2的一系列化合物称为同系列。 同系列中的化合物互称为同系物。 由于同系列中同系物的结构和性质相似,其物理性质也随着分之中碳原子数目的增加而呈规律性变化,所以掌握了同系列中几个典型的有代表性的成员的化学性质，就可推知同系列中其他成员的一般化学性质。在应用同系列概念时,除了注意同系物的共性外，还要注意它们的个性,要根据分子结构上的差异来理解性质上的异同。 2.2．2 烷烃的同分异构现象 １.同分异构现象 甲、乙、丙烷只有一种结构,无同分异构现象,从丁烷开始有同分异构现象，同分异构体 H C H H C H H H H C H H C H H C H H H H C H H C H H C H H C H H H H C H H
第二章烷烃 一、用系统命名法命名下列化合物： 二、写出下列各化合物的结构式： 三、用不同符号表示下列化合物中伯、仲、叔、季碳原子 四、下列各化合物的命名对吗？如有错误的话，指出错在那里？试正确命名之。
五、不要查表试将下列烃类化合物按沸点降低的次序排列： ①2，3－二甲基戊烷 ②正庚烷 ③ 2－甲基庚烷 ④ 正戊烷 ⑤ 2－甲基己烷 解：2－甲基庚烷>正庚烷> 2－甲基己烷>2，3－二甲基戊烷> 正戊烷 六、作出下列各化合物位能对旋转角度的曲线，只考虑所列出的键的旋转，并且用纽曼投影式表示能峰、能谷的构象。 七、用Newmann 投影式写出1，2－二溴乙烷最稳定及最不稳定的构象，并写出该构象的名称。 Br H H H H Br Br H H H H 对位交叉式构象 全重叠式构象 最稳定 最不稳定 八、下面各对化合物那一对是等同的?不等同的异构体属于何种异构?
九、某烷烃相对分子质量为72，氯化时①只得一种一氯化产物，②得三种一氯化产物，③得四种一氯化产物，④只得两种二氯衍生物，分别这些烷烃的构造式。 解:设有n个碳原子：12n+2n+2=72, n=5 十、那一种或那几种相对分子量为86的烷烃有： ①两个一溴代产物②三个一溴代产物 ③四个一溴代产物④五个一溴代产物 解：分子量为86的烷烃分子式为C6H14 十一、略 十二、反应CH3CH3 + Cl2光或热CH 3CH2Cl的历程与甲烷氯化相似， ①写出链引发、链增长、链终止各步的反应式：
②计算链增长一步△H值。 十三、一个设想的甲烷氯代反应历程包括下列各步骤： ①计算各步△H值： △H1＝+243 Jk/mole △H2＝435-349＝+86 Jk/mole △H3＝243-431＝-188Jk/mol ②为什么这个反应历程比2.7节所述历程可能性小？ 解：因为这个反应历程△H2＝435-349＝+86 Jk/mole而2.7节 易于进行。 十四、试将下列烷基自由基按稳定性大小排列成序： 解：④>②>③>①
第二章 烷烃 1.写出庚烷的同分异构体的构造式，用系统命名法命名（汉英对照）。 （共9种，略） 2.写出下列化合物的汉英对照名称 (1) 2-甲基戊烷(2-methylpentane) 或异己烷(isohexane) (2)3,3-二甲基-4-乙基己烷(4-ethyl-3,3-dimethylhexane) (3)2,3,6-三甲基-6-乙基辛烷(6-ethyl-2,3,6-trimethyloctane) (4)3,5,5,6-四甲基壬烷(3,5,5,6--tetramethylnonane) 3. 下列烃类化合物按沸点降低的顺序排列: 2-甲基庚烷 > 正庚烷 > 2-甲基己烷 > 3,3-二甲基戊烷 > 正戊烷 4. 写出下列化合物一氯代时的全部产物的构造式 (1)正己烷 hv ++CH 3(CH 2)4CH 3 Cl(CH 2)5CH 3CH 3CHCH 2CH 2CH 2CH 3Cl CH 3CH 2CHCH 2CH 2CH 3 Cl 2 15.8% 42.1% 42.1% (2)异己烷 hv +++ ClCH 2CHCH 2CH 2CH 3CH 3 CH 3CCH 2CH 2CH 3Cl CH 3 CH 3CHCHCH 2CH 3 Cl CH 32 20% 16.7% 26.65% CH 3CHCH 2CH 2CH 3 CH 3 CH 3CHCH 2CHCH 3 CH 3 Cl CH 3CHCH 2CH 2CH 2Cl CH 326.6510% % (3)2,2-二甲基丁烷 hv ++2 40% 45% CH 3CCH 2CH 3 CH 3CH 3 15% ClCH 2CCH 2CH 3CH 3CH 3CH 3CCH 2CH 2Cl CH 3 CH 3CH 3C CH 3 CH 3CHCH 3Cl 5. 写出下列各取代基的构造式: