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2 烷烃和构象

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第二章 烷烃

第二章 烷烃
H H C H H
H H H C C H H H
H H H H C C C H H H H
H H H H H C C C C H H H H H
甲烷 CH4
乙烷 C2H6
丙烷 C3H8
丁烷 C4H10
通式(表示一系列化合物的组成)：CH4 + (n-1)CH2 = CnH2n+2
具有一个通式，结构相似，化学性质相似，物理 性质随碳原子数的增加而有规律变化的化合物系列-----同系列。同系列中的各化合物叫同系物
CH3 C CH3 CH 3
正戊烷
异戊烷
新戊烷
碳干异构：由碳干构造不同引起的异构,属构造异构的一种 构造异构体：具有相同分子式，分子中原子或基团因连 接顺序不同,属同分异构的一种 开链烷烃的构造异构只有碳架异构
为什么出 现构造式
碳架异构体
位置异构体
构造异构体
官能团异构体 互变异构体 价键异构体 构型异构体
CH2CHCH 2CHCH 2CH3 CH2CHCH 2CHCH 2CH3 CH3 CH3
C
_ _ _ _ 三甲基 11 乙基 7 , 7 3,5,9 _ 二 2 , 4 二甲基己基 十三烷
_
选择支化链少的链为主碳链。
CH2CH2CH3
1 2~4 5' 2'~4' 5 6 7~11 12
只有一个支化链
CH3 CH CH2
CH3 CH CH3
2,5,7 - 三甲基辛烷 2,4,7 - 三甲基辛烷
CH3
√
C2H5
CH3CH2CHCH2CHCH2CH3
3-甲基-5-乙基庚烷
CH3
4
CH3 CH CH3

第2章 烷烃

第2章 烷烃

通式CnH2n+2 同系列：具有一个通式，结构相似，性质相似
2、构造式的书写方法
构造：分子中原子互相连接的方式和顺序。
有机化学
2
构造式： CH3 CH2 CH2
CH3
CH3 CH CH3
CH 3
构造简式： CH3CH2CH2CH3 CH3CH CH3
CH3
CH3CH(CH3)2
键线式：
3、写出烷烃的同分异构体
同分异构体：18个
4
有机化学
4、碳、氢原子的分类
CH3 1º 3º 1º 4º CH3 C CH2 CH CH3 2º CH3 CH3 按照所连接的碳原子的数目，可分为四类： 连有一个碳原子称为伯(10)碳原子， 所连的氢原子伯(10)氢原子； 连有二个碳原子称为仲(20)碳原子， 所连的氢原子仲(20)氢原子； 连有三个碳原子称为叔(30)碳原子， 所连的氢原子伯(30)氢原子； 连有四个碳原子称为季(40)碳原子。
CH4 + O2 ( 空气) CH3OH + CH2O
R CH 2 CH2 R'(石蜡 )
RCOOH + R'COOH
32
有机化学
3、异构化反应：
从一个异构体转化为另一个异构体。
CH3 CH3CH2CH2CH3 20% AlBr3 ,HBr 27℃ CH3CHCH3 80%
该反应在石油工业中，将质量差的直链烷 烃转化为支链烷烃。
CH3
CH3CH2CH2CH2CH3
CH3CHCH2CH 3 CH3
CH3
C
CH3
CH3
mp./ ℃
-129.7
-159.9
-16.6
29

第二章烷烃和环烷烃

第二章烷烃和环烷烃
致分子中原子或基团在空间的排列方式不同而产 生的立体异构现象——构象异构。这种空间排列 方式——构象 conformation
（1）乙烷的构象
H3C CH 3
当C-C键旋转时， 可产生无数个构象
有两种典型conformation：
乙烷的两种典型构象的表示方法
优势构象
交叉式 staggered
H
重叠式 eclipsed
作业：P130 /1, 6, 7 ,8; P105 / 8(3) (4) *C2-C3键旋转 阅读Section 1. Alkanes and Cycloalkanes 全文
翻译 1.1第一段，1.2.2第一段，1.2.3 第四段
CH3 CH3 CH C Br
CH3 CH3
四、环烷烃的异构现象
1. 顺反异构 cis-trans isomer (P84) 环烷烃环中C-C单键受环约束不能自由旋转,导致产生顺反异构
HH
H
CH 3
CH 3 CH 3
顺-1,2-二甲基环丙烷
CH 3 H
反-1,2-二甲基环丙烷
练习：写答出案： 1-甲基-3-乙H基环己烷的顺反异构体CH 3
伯碳(1°)：一级碳原子,只与1个其他碳原子直接相连
仲碳(2°)：二级碳原子,只与2个其他碳原子直接相连
叔碳(3°)：三级碳原子,只与3个其他碳原子直接相连
季碳(4°)：四级碳原子,只与4个其他碳原子直接相连
CH3
CH3
H3C
C CH2
3° 2°
H
伯氢(1°H)：伯碳上的H
仲氢(2°H)：仲碳上的H
练习：预测2-甲基丁烷在室温下进行氯代反应所得的一氯代物
Cl
答 案 ： C3 C H H C2C H H 3 +C 2l 光 C3 C H C2 C H H 3

2烷烃(03)

2烷烃(03)
CH3 CH3CHCH3 + Cl2 hv
25oC
CH3
CH3 Cl 36%
CH3CHCH2Cl + CH3CCH3 64%
1oH与3oH氢被取代的概率为: 9:1
氢的相对反应活性： 1oH : 3oH = ( 64/9):(36/1) = 1 : 5
氯代反应三种氢的活性：1°H : 2°H : 3°H = 1 : 3.8 : 5
CH3 CH3CH CH3 i-Pr 异丙基 CH3CH2CH CH3 s-Bu 仲丁基 CH3 C CH3 t-Bu 叔丁基
2. 命名
1）普通命名法（适用于简单化合物） 1~10个碳的烷烃，词头用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、 辛、壬、癸；10个碳以上，用数字十一、十二等表示。 • 碳架异构体用正、异、新等词头区分。
产生甲基自由基：
Cl
CH3
+
CH4
+ Cl2
CH3
+
HCl
链增长
②
产生新的氯自由基：
CH3Cl +
Cl
链增长
③
氯甲基自由基的形成：
Cl + CH3Cl
CH2Cl + Cl2 ......
CH2Cl + HCl
CH2Cl2 + Cl
链增长 ④
氯甲基自由基再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子： 链增长 ⑤
CH3CH2CHCH3 CH2CH3
3
CC C-C-C-C-C-C-C C-C-C C
1 2
主链
b. 近取代基端开始编号，并遵守“最低系列编号规则”
CH3 CH3 CH CH CH2 CH3 CH CH3 CH3

化工四大化学(专业)第02烷烃(课堂讲义)

化工四大化学(专业)第02烷烃(课堂讲义)
4
分子式 CH4 C2H6 C4H10
结构式 H
HCH H
HH HCCH
HH HHHH HCCCCH HHHH
结构简式 CH4
结构最简式
CH3CH3
CH3CH2CH2CH3
CH3(CH2)2CH3
5
Name methane（甲烷） ethane（乙烷） propane（丙烷） butane（丁烷） pentane hexane heptane octane nonane decane undecane dodecane
(4)母体的写法： ①有些情况下母体编号可以省略，有些情况
下母体编号必须省略； ②如果一个化合物的名称中涉及两种或两种
以上的母体名称，则第一个母体名称出现时24即
2.3 烷烃的结构 2.3.1 甲烷的结构
109.5o
正四面体型 键 长 0.110nm 键 角 109o28'
Stuart模型
25
2.3.2 其它烷烃的结构
12
烷烃去掉一个氢原子后的原子团被称为烷基。常用R-， 或(CnH2n+1-)表示，所以烷烃又可用通式RH表示。
对去掉一个直链烷烃末端氢原子所得的原子团，命名时 “正”字常用n-代表。
属于简单取代基的烷基：甲基，乙基以及下列烷烃衍生的烷基， 对简单取代基的结构和名称要清晰记忆。
对于丙烷：
CH3CH2CH2
0.154nm
0.110nm 乙烷的结构
丙烷的结构
26
丁烷的结构
27
键线式： 对于每一条线段，如末端不标基团，则标
示碳，并用H原子饱和所缺的价键。
28
2.4.1 乙烷的构象
2.3 烷烃的构象
乙烷的重叠式构象

有机化学--第二章烷烃

有机化学--第二章烷烃

重叠式构象 扭转张力大
重叠式和交叉式 构象之间的能量差 约为12.6 kJ·mol-1， 此能量差称为能垒。 其它构象的能量介 于此二者之间。
有机化学--第二章烷烃
2.3.4丁烷的构象
正丁烷可以看作是乙烷分子中每个碳原子上各有一 个氢原子被甲基取代的化合物，其构象更为复杂，我们 主要讨论沿C2和C3之间的σ键键轴旋转所形成的四种典型 构象：
仲氢 伯氢
叔氢 有机化学--第二章烷烃
2. 烷基 (alkyl group)
烷烃分子从形式上去掉一个氢原子后余下的基团称为烷
基，其通式为CnH2n+l，通常用R— 表示。最常见的烷基有：
烷基名称
烷基
中文名 英文名 缩写
烷基
中文名 英文名 缩写
CH3 CH3CH2
甲基 methyl 乙基 ethyl
Me-
仲丁基 sec-butyl s-Bu-
CH3CH2CHCH3
(s-butyl)
Et-
异丁基 isobutyl i-Bu
(C H 3 )2 C H 2 C H 2
C H 3C H 2C H 2 CH3CHCH3
正丙基 Propyl
Pr-
异丙基 isopropyl i-Pr-
(CH3)3C (C H 3)3C C H 2
6-tert-butyl-5-ethyl-2-methyldecane
有机化学--第二章烷烃
(4)如果烷烃比较复杂，在支链上还连有取代基时，可用带撇 的数字标明取代基在支链中的位次或把带有取代基的支链的 全名放在括号中。例如:
12
3
有机化学--第二章烷烃
2.3 烷烃的结构
碳原子基态时的 电子层结构为：

2烷烃

2烷烃

2.其它烷烃的卤代
ν Cl2, h CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3 25 ℃
Hale Waihona Puke 1-氯丙烷 43％Cl2-氯丙烷 57％
CH3 CH3 CH CH3
ν Cl 2, h 25 ℃
CH3
CH3
CH2 CH + CH3 C Cl
Cl CH3 CH3 2-甲基-1-氯丙烷 64％ 2-甲基-2-氯丙烷 36％
(2) 链传递
CH4 + Cl . CH3 . + Cl2 CH3Cl + Cl . CH2Cl. + Cl2
(3) 链终止
Cl . + Cl . CH3 . + Cl . CH3 + CH 3 . Cl2 CH3Cl . CH3CH3
自由基反应小结
自由基反应一般都经过链引发、链转移和链终止三个阶段 链引发阶段产生自由基。需要加热或光照。 引发剂极易产生活性质点自由基。
1.色散力
当两个非极性分子充分靠近时，由于 瞬间偶极的取向，产生了分子间一种 很弱的吸引力
电子个数增加，色散力增大 色散力只有近距离内才能有效产生，随距离
增大而减弱
色散力：是电子在运动中产生的瞬时偶极力，与分子的 极化率、分子的接触面积有关。 又称为诱导偶极-诱导偶极相互作用。
色散力与分子中原子的数目大小约成正比。它弱于其
链转移阶段是由一个自由基转变为另一个自由基的阶段。 链终止是自由基消失的阶段。 特点:没有明显的溶剂效应，酸碱等催化剂对反应也无明显影响 当反应体系中存在氧气时，反应往往存在一个诱导期。原 因在于氧气可以与自由基相结合，形成稳定的自由基。
O2 + CH3

02烷烃、自由基、构象

02烷烃、自由基、构象

17
Xiezx
2.1.3 烷烃的命名
-Lzu
ii. 烷基的名称： H3C
CH3
CH3CH2
CH3CH2CH2
H3C
甲基
乙基
正丙基 异丙基
CH3CH2CH2CH2
CH3CH2CH CH3
H3C CH CH2
H3C
正丁基 (n)
二级丁基(仲丁基) 异丁基 （sec or s） （iso）
18
3
Xiezx
29
Xiezx
2.1.3 烷烃的命名
-Lzu
一.单环烷烃的命名
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。
CH2CH3
CH3 CH3CHCH2CHCH2CH3
乙基环己烷 ethylcyclohexane
2-甲基-4-环己基己烷 4-cyclohexyl-2-methylhexane
1 确定主链：有两根等长的主链，侧链数均为三个。一长链侧链 位次为2,4,5; 而另一长链侧链位次 为2,4,6, 小的优先。
2 编 号：黑色编号侧链位次2,4,5;蓝色编号侧链位次3,4,6。按 最底系列原则选黑 色编号。
3命名：中文命名: 2,5-二甲基-4-异丁基庚烷，或 2,5-二甲基-4(2-甲丙基)庚烷 英文命名: 4-isobutyl-2,5-dimethylheptane
2.1.2 烷烃的结构
-Lzu
单环烷烃
单环烷烃的通式与烯烃相同，为CnH2n，但其
中没有双键，仅有一个闭合的碳环。
环丙烷
环戊烷
环己烷
9
Xiezx
2.1.2 烷烃的结构
-Lzu
螺环烷烃

有机化学 2烷烃

有机化学 2烷烃

在烷烃的一系列化合物中，其分子组成中所 含的碳原子和氢原子在数量上存在着一定的关系， 即每增加一个C 原子，就相应地增加二个H 原子。
H
可用一个式子代表： H ( C ) H n
H
烷烃通式：CnH2n+2
这些结构上相似而组成上相邻的两个烷烃的组 成都是相差CH2。CH2 叫做同系列差。
具有同一个通式，组成上相差只是CH2或其 整数倍的一系列化合物叫做同系列。
从丁烷开始出现同分异构体
H H H H H H H H H H 链端被-CH3 中间被-CH3 H H–C–C–C–H H–C–C–C–C–H H–C–C–C–H 取代 取代 H H H H H H H H H H-C-H H
同分异构现象是有机化合物中存在的普遍现 象。随着化合物分子中所含碳原子数目的增加， 同分异构体的数目也越多。
二、烷基
烷烃分子从形式上消除一个氢原子而剩下 的原子团称为烷基。这里“基”有一价的涵义。 烷基的通式为CnH2n+1，常用R-代表烷基。 烷基的名称由相应的烷烃而得。
常见的烷基名称
构造式 名称
缩写 符号
构造式
名称
缩写 符号
-CH3 -CH2CH3 -CH2CH2CH3 CH3-CH-CH3 -CH2(CH2)2 CH3 -CH2-CH-CH3 CH3 -CH-CH2CH3 CH3
教学重点： 烷烃的系统命名、烷烃的化学性质和 烷烃的卤代反应历程。
教学难点：
烷烃的卤代反应历程；烷烃的构象， 透视式和纽曼投影式的写法。
§ 2-1 § 2-2 § 2-3 § 2-4 § 2-5 § 2-6
烷烃的通式、同系列和构造异构 烷烃的命名法 烷烃的结构 烷烃的构象 烷烃的物理性质 烷烃的化学性质

第二章 烷烃的结构和构象

第二章 烷烃的结构和构象

3．乙烷的构象
看一段动画
（1）构象：在有机物分子中，由于C—C σ键 的自由旋转或扭曲，使碳原子上连接的原子或 基团在空间具有多种不同的排列形式称构象。
（2）构象异构体：同一分子的不同构象。
（3）表示法: 透视式和纽曼投影式
交叉式
HH
H
H
H
60o
H
H
H
H
HH
H
透视式
纽曼投影式
重叠式
H
H
H
H
H
CH3 H
（3）推广：ACH2CH2B（A=B或A≠B）
Br
H
例：1,2-二溴乙烷(对
H
H
位交叉式构象约占84％)
H
Br
优势构象的特例
乙二醇 HO-CH2-CH2-OH
OH
H
O H 分子内氢键，主要为邻
位交叉式构象
H
H
H
练习题：P22
CH3
H
C H 2 C H 3 2,2-二甲基戊烷
CH3 HБайду номын сангаас
CH3
CH3 H CH3 C C CH2CH3
CH3
H
CH3
H
H
H （II）邻位交叉式
H3C H
转60o H H
CH3 H
（III）部分重叠式
转60o
CH3
H
H 转60o
H
H
CH3
（IV）对位交叉式
H3C H
H3C
H
H
H
（V）部分重叠式
转60o CH3
CH3 H
H
H
H
（VI）邻位交叉式
（2）能量图

有机化学 第二章 烷烃

有机化学 第二章 烷烃
2, 2-二甲基-3-乙基己烷
C
C
C C C
C
C C C
2-甲基-4-乙基己烷
4）支链上有取代基时，取代支链的名称可放在括 号中表明。例：
CH 3 H3C CH 2 C CH 3 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 H3C CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C CH 2 CH 2 CH CH 3 H3C CH 2 C CH 3 CH 3 H3C
1．普通命名法
a． 链烃分子碳原子数目在10以内时，用天干数 表示，即甲、乙、丙、丁、、、、、、壬、癸； 在10以外，则用汉文数字表示。
例： 甲烷 乙烷 壬烷 十一烷 二十烷
b. 用正、异等来表示异构体
CH3 CH3 C CH3 CH2
CH3 CH CH3
异辛烷
异辛烷中的异不符合命名的规定，是一个特例。
偶数碳
奇数碳
二 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（ 烷烃为非极性分子，不存在静电引力， 诱导力） ，只有色散力）。 （2）随相对分子质量增大而增大（运动能量增大，范德华 引力增大）。 （3）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。（叉链多，分 子不易接近）
三 密度
小于1
A
B
C
D
E
F
（2）正丁烷的构象势能关系图
沿C2-C3键轴 旋转的转动能 垒 22.6 kJ· -1 mol
能 量
CH3 H H CH3 H H 1
H3CCH3
H3CH
H H
4
H H
H3CH
H H 2
H CH3
CH3 H 6
4 全重叠 2，6 部分重叠 3，5 邻位交叉 1=7 对位交叉

有机化学第二章-烷烃

有机化学第二章-烷烃
2019/10/15
CH3-CH2-CH CH3
CH3 CH CH CH2 CH2 CH3
CH-CH3 CH3 选择正确
选择错误
CH3
CH3CH2CH CHCH CHCH 3 2,3,5-三甲基-4-丙
CH3 CH2
CH 3
基庚烷
CH 2CH 3
B、选择支链位号较小的为主碳链。
7
6
5
4
3
2
1
CH3 CH2 CH 4CH 3CH2 2CH 1CH3
1、直链烷烃的命名：与普通命名法相似，只 是把“正”去掉。例如：CH3(CH2)4CH3 己烷
2019/10/15
２、支链烷烃的命名：分三步进行： ⑴选择主链，确定母体：
从构造式中选择最长碳链即碳原子数目最多 作为主链（母体），并根据主链碳原子数目称为 “某某烷”，其它支链均作为取代基。
最长碳链碳原子数8 个，母体辛烷。
1 2 3 4 5 6 7 8 编号错误
C
8
C
7
C
6
CC
5
C
4
CC
3
C2
C 1 编号正确
1 2 3 4 5 6 编号正确
C CC CC C
6C
C 2 1 编号错误
C
B、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。
即：小的取代基编号最小
错误
2019/10/15
CH3CH2CH CH2CHCH2CH3
⑵ 缩写式 A、构造式 CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
2019/10/15
B、简式
CH3CH2CH2CH2CH3
C、简式 CH3(CH2)3CH3

2 烷烃

2 烷烃

熔点（m.p.） ——直链烷烃随C数增加而升高，趋势变缓。
注意： （1）对同碳数的烃来说，结构对称的分子熔点高；结构对称 的分子在固体晶格中可紧密排列
（2） 含偶数碳原子的正烷烃比奇数碳原子的m.p.高
比重：随分子量的增加而升高！
溶解性：非极性或弱极性，不溶于水及强极
性溶剂中，可溶于氯仿、乙醚、四氯化碳等
4C （季碳，四级碳）
§2.2 烷烃的命名 2.2.1 普通命名法
C1 C2 C3
CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3
甲烷 乙烷 丙烷
碳原子数目 + 烷
碳原子数为1~10用天干（甲、乙、丙、……壬、 癸）表示。
⑴ 正：表示直链； ⑵ 异：表示有(CH3)2CH—结构； ⑶ 新：表示有(CH3)3C—结构。
R
H
R
一些常见的烷基
R
CH3 CH3CH2
（烷基）
中文名
甲基 乙基
英文名
methyl ethyl
缩写
Me Et
CH3CH2CH2 CH3 CH3CH
（正）丙基
n-propyl
n-Pr
异丙基
isopropyl
i-Pr
R
（烷基）
中文名
（正）丁基
英文名
n-butyl
缩写
n-Bu
CH3CH2CH2CH2 CH3 CH3CH2CH
溶剂中。（相似相溶）
§2.5 烷烃的化学性质

烷烃的结构
C
电负性 2.5
H
2.2
C
C
H
sp3 杂化 已饱和,不能加成

弱极性共价键 H 酸性小,不易被置换
一般情况下烷烃化学性质不活泼、耐酸碱（常用作低极性溶

有机化学课件-2-烷烃

有机化学课件-2-烷烃

二、同分异构：
定义：分子式相同而结构（或物理或化学性质）不同的现象； 分类：同分异构可分为构造异构和立体异构；
构造异构：分子式相同而构造式不同（构造是指分子中原子的连 接顺序）； 如：CH3CH2OH和CH3OCH3；
构造异构又可分为：碳架异构、碳链异构、官能团异构和位置异 构。
如：环己烷和己烯 （碳架异构）
HHH HH
其立体结构为：
H
C
H
C
C
H
H
H H
C－C（σ键）： 154pm，sp3－sp3； C－H（σ键）： 110pm，sp3－s； 由于所有C原子都采用sp3杂化，所以所有的键角都约在109.5 0；
为了书写方便，碳链可写成折线式， 如己烷可写成：
碳原子上的氢原子可省略，但也可标出；但若标出某个碳原子 上的氢原子，则必须标齐。
如： CH3(CH2)4CH3 正己烷
3. 带有支链的烷烃；
CH3
末端具有 CH3CH 结构的，加“异”，
CH3
末端具有 CH3 C 结构的，加“新”，
CH3
CH3
如：CH3CH CH2CH3 异戊烷
CH3
CH3 C CH2CH3 新己烷
CH3
普通命名法只能命名结构简单的有机物，局限性大；但名称可 直接反映出有机物的结构。
CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2（碳链异构） CH3CH2OH和CH3OCH3 （官能团异构）、 CH3CH2CH=CH2和CH3CH=CHCH3 （位置异构）；
立体异构： 构造式相同而原子在空间的立体位置不同； 可分为： 顺反异构（见第三章“环烷烃”和第六章“烯烃”）
和对映异构（见第四章“对映异构”）。 烷烃只存在构造异构（碳链异构），没有立体异构； 如：

第二章 烷烃

第二章 烷烃
为了表达化合物的立体化学关系，须决定 有关原子或基团的排列顺序，其方法称为顺序 规则。其 主要内容如下：
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。
I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > D > H
(secondary)
。
与三个碳原子相连的碳称为叔碳原子，以 3 表示；
(primary)
。
与四个碳原子相连的碳称为季碳原子，以 4 表示；
(quaternary)
我们不难看出，除季碳原子上不连有 氢原子外，其它碳原子都连有氢原子。故 我们把伯、仲、叔碳原子上结合的氢原子 相应的称为伯、仲、叔氢原子。
结构式 沸点（ ℃ ）
CH3CH2CH2CH3
CH3 CH3CHCH3
–0.5 –10.2
很明显，同分异构（构造异构）现象是由于分 子中碳原子的排列方式不同产生的，这种结构上的 差别，在物理性质上必然导致有所不同，如：沸点、 密度等等，但化学性质相似。
烷烃分子中，随碳原子数目的增加，构造异构 体的数目也越多。
子跃迁到(2pz)轨道中，然后四个轨道杂化， 形成4个能量相等的杂化轨道, 即sp3杂化轨
道。
2px 2py 2pz
激发
2s 基态
2px 2py 2pz 2s
激发态
杂化
sp3 sp3 sp3 sp3
2s
2py
2pz
2pz
sp3
sp3
每个sp3 杂化 轨道相当于1/4S成份和3/4P 成份。其空间 取向是指向正四面体的顶点，对称轴之间互成 109。28′。 每个sp3 杂化 轨道在对称轴的一个方向上，这样，可以 更有效地与其它原子轨道重叠，对于成键有利。

第二章烷烃

第二章烷烃

11
（一）普通命名法
对于结构较简单的烷烃，常用普通命名法命 名。基本原则是： 1．直连烷烃：正“某”烷。例如： CH3CH2CH2CH3命名为“正丁烷”。 2．含有10个以上碳原子的直链烃，用小写中 文数字表示碳原子的数目。如： CH3(CH2)9CH3命名为“正十一烷”。

12

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。在链端第二位碳 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：
27
2px 2py 2pz
烷烃碳原子采用sp3杂化，正四面体 结构，键角为109.5°结构如图：
结构式
构造式
28
（二） σ 键的形成及其特性
两个成键原子轨道沿对称轴方向相互重叠 （头碰头”方式重叠 ）而形成的键叫σ 键。
29
30
31
四、烷烃的构象
1．乙烷的构象 构象的定义：当围绕烷烃分子中的C-C σ键旋转时，分子中 的氢原子或烷基在空间的排列方式即分子的立体形象不断 地变化。这种由于围绕C-C键旋转所产生的分子的各种立 体形象称为构象( conformation )。 乙烷有两种典型构象，重叠式和交叉式， 表示形式：纽曼投影式和透视式．
第一种： 正丁烷
8
4、饱和碳原子的类型：
伯碳：-CH3 仲碳：-CH2 叔碳：-CH 季碳： -C
1oC 2oC 3oC 4 oC
伯氢 1oH 仲氢 2oH 叔氢 3oH
注意：氢原子的类型：同碳原子相对应
9
例：
H H C H
1oC
CH3 H C
4oC
H C
2oC
H C H

02烷烃

02烷烃

2,7,9-三甲基-6-(2 -甲基丁基）十一烷 2,7,9-三甲基-6-2’ -甲基丁基十一烷
Question
CH3 CH3 CH C CH3 CH3 H CH2 C CH2 CH3CH2 HC CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH2 CH3 CH2 CH3
Answer 2-甲基-10-乙基-6-(2,2,3-三甲基丁基）十二烷 2-甲基-10-乙基-6-2’,2’,3’-三甲基丁基）十二烷
CH3 CH3 C CH3 CH2 CH3
CH3 CH3 CH CH CH3 CH3
②两个碳为乙基 从第三碳原子开始到中间碳原子
4. 主链少三个碳 三个甲基 一个甲基和一个乙基
丙基
异丙基
注意：从第四碳原子开始到中间碳原子
（3）构造式的书写方法 构造：分子中原子互相联结的方式和次序。 构造式 CH3
( )H H C (C) (C) H 相当于 (C) (C) H H (C)
(C) (C) C CH 相当于 C C H (C) (C)
(N ) (C) C N 相当于 C N (N) (C)
优先顺序：
C N >
>
C CH >
CH CH2
D.R>S Z>E 顺>反 E.孤对电子是所有中最小的
3 命名 规则： (1)以所选的主链为母体称某烷，写在最后面 (2)
（正）戊基
异戊基
叔戊基
tert-pentyl
新戊基
neopentyl
补充材料：
H2C CH
乙烯基
H 3C C H CH
H2C C CH2 H
H3C C
CH2
丙烯基
烯丙基

2烷烃

2烷烃

戊烷
CH3CH2CH2CH2CH3
．．．
十二烷
CnH2n+2
．． ．
dodecane CH3(CH2)10CH3
由上面的烷烃分子式和构造式可以看出，碳 原子和氢原子之间的数量关系是一定的。从甲烷 开始，每增加一个碳原子，就相应增加两个氢原 子，若烷烃分子中含有n个碳原子，则含有2n＋2 个氢原子，因此烷烃的通式为CnH2n＋2。 相邻的两烷烃分子间相差一个CH2基团，这个 CH2基团叫做系差。像烷烃分子这样，通式相同、 结构相似、在组成上相差一个或多个系差的一系 列化合物叫做同系列。同系列中的各化合物互称 为同系物。同系物一般具有相似的化学性质。
CH3 用新 (neo)表示碳链一端具有： CH3 H3 C C CH3 除此之外在无其他取代基 只适用于少于七个碳原子的烷烃
例： H3C CH2 CH2 CH2 CH3
(正)戊烷 ; n -戊烷 ；n - pentane
H3C CH CH2CH3
异戊烷 ; iso -戊烷 ；iso - pentane
氯甲烷
+
HCl HBr
+
CH3Br
溴甲烷
+
H H
+
Cl H
+
Cl2
HCl
氯代环己烷
烷烃的卤代反应一般难以停留在一取代阶 段，通常得到各卤代烃的混合物。若要得到其
中某一产物，可通过控制甲烷和氯的配比来实
现。例如甲烷的氯代：
400℃ CH4 + Cl2 或 h ν ， 25℃
CH3Cl
+
CH2Cl2
+
交叉式构象
HH H H H H
重叠式构象

chapter-2 烷烃(完整)

chapter-2 烷烃(完整)

31
思考题：丙烷有几种典型的构象并画出其典 型构象的纽曼投影式。
CH3 H H H H H
H3CH
H H
H H
交叉式
重叠式
32
画出化合物
的所有典型的构象。
最稳定
最不稳定
33
2.4 烷烃的性质
一、烷烃的物理性质
1. 存在状态
室温下，1~4个C的烷烃为气体，5~16个C的烷烃 为液体，大于16个C的烷烃为固体。 2. 熔点和沸点：随分子量的增大而升高 原因: (1)分子大，接触面积大，范德华力大；
—CH2CH3
CH2 CH2 CH2 SH
乙基
H3C CH2 CH CH3 SH
正丙基
CH3 H3C CH CH2 SH H3C
仲丙基
H3C C CH3 SH H3C
正丁基
仲丁基
CH3
CH2 CH2 CH2 CH2 SH
H3C
CH CH2 CH2 SH
异丁基
叔丁基
正戊基
异戊基
6
碳原子的四种类型：
1 H（伯氢）
原子。
F
7 6 5
CH2 CH 2
4 3 2

Cl CH2 CH3
1
15
H3C CH2 CH 2 CH CH
练习：用系统命名法命名下列烷烃
(1) 2，2-二甲基戊烷 (3)
(2)
3-甲基-4-乙基己烷 2，5，6-三甲基辛烷
(4) 2，7，9-三甲基-6-异丁基十一烷
16
2.3 烷烃的结构
一、甲烷的构型(configuration)
由于sp3杂化碳的轨道夹 角是109.5°，所以烷烃 中的碳链是锯齿形的而 不是直线。
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溶解性 易溶亍非极性溶剂（相似相溶原理）
1.4链烷烃的化学性质
（1） 总体特点
（2） 烷烃的自由基反应和卤化 （3） 烷烃的氧化
（4）烷烃的热裂解
（1） 总体特点

1. 稳定

对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都丌収生反应。

2. 烷烃的多数反应都是通过自由基机理迚行的。
（2）烷烃的卤化
自由基反应
构象的表示方法
H
H H
H
H H H H H
H H
重叠式构象
HH
H
H
H
H
H
H H
H
H H
H H
H
H H
H
H
交叉式构象
H H H
H
H
H
伞形式
锯架式
纽曼式
伞式，锯架式不纽曼式的画法也适合亍其它有机化合物
乙烷各种构象的势能能关系图
扭转张力 非稳定构象具有恢复 成稳定构象的力量
转动能垒 分子由一个稳定的交叉式构 象转为一个丌稳定的重叠式 构象所必须的最低能量。
室温 FeCl3
卤 解
Br
Br
+
Br 2
CH 2CH 2CH 2CH 2
Br Br Br
+
Br 2
300 C 以上
o
酸 解
+
HBr
C H 3C H 2C H 2B r CH3 CH3
+
HBr
C H 3C Br
CHCH3
酸 解 反 应 规 律
环丙烷极其衍生物在室温下能与氢卤酸反 应。该反应亦符合马氏规则。即： • 开环位置：总是在含H 最多与最少之间；
链烷烃 环烷烃 构象
理学院 张强
提纲
1链
1.1链烷烃的结构不构象 1.2 链烷烃的物理性质 1.3 链烷烃的化学性质 2.1 环烃的分类 2.2 单环烷烃的分类和异构现象 2.3 环烷烃构象分析
烷烃 2环 烷烃
2.4 环烷烃的理化性质
1.1 链烷烃的结构与构象
都是sp3杂化轨道，轴向成键 σ键，可自由旋转
环烃的异构现象
2.6 环型化合物的构象
（1）环己烷的构象 （2）一叏代环己烷的构象 （3）二叏代环己烷的构象
（4）十氢合萘的构象
（5）三元环合四元环的构象
（1）环己烷的构象—椅式构象
所有的C-H键都处亍交叉式， 最稳定的构象
6个直立键（a键），3个向上，3个向下 6个平伏键（e键），3个向上，3个向下
过渡态理论
仸何一个化学反应都要经过一个过渡态才能完成。
过渡态的特点: （1）能量高。 （2）极不稳定，不能分离得到。 （3）旧键未完全断开，新键未完全形成。
反应势能图
反应的应用
CH4 C l2 3 0 0 -4 0 0 or hv
o
C H 3C l + HCl
C H 3C CH 3
溴化： V1°H : V2°H : V3°H = 1 :82: 1600
氯化： V1°H : V2°H : V3°H = 1 : 4 : 5.3
★氯化反应和溴化反应都有选择性，但溴化反应的选择性 比氯化反应高得多。
The Experimental & The Logic
试验事实和现象 反应方程式
2.4 环烷烃的化学性质
大环，中环化合物的化学性质不链烷烃相似。
小环和普通环化合物的性质丌同：
（1）开环反应
+
H2
Ni 80oC Ni 120oC Pt 300 C
o
CH3CH2CH3
氢 解
+
H2
CH3CH2CH2CH3
+
H2
CH3CH2CH2CH2CH3
FeCl3
+
Br 2
CH 2CH 2CH 2
反应机理
启 収 和 讨 论
试验数据
反应势能图 指导实验
练习5
（3）氧化反应
燃烧：
RH
+
O2
C O2
+
HO 2
催化氧化：
R-R'
+
O2
催化剂
R OH
+
R'OH
（4）热裂解反应
烷烃在隔绝空气下加热和加压，分子収生断 键，生成较小分子量的分子。
C H4 + C H3C H= C H2 C H3C H2C H2C H3 C H3C H3 + C H2C H2 H2 + C H 2 = C H C H 2 C H 3
邻位交叉式 全重叠式
正丁烷的构象势能关系图
高级烷烃的构象
交叉构象锯齿状
分子内氢键对构象的影响
大多数有机分子以对位交叉为主要的存在构象 但存在分子内氢键时，主要以邻位交叉构象存在
什么是氢键？
如何判断分子内是否存在氢键？
练习2 试用纽曼式画出2-氯乙醇优势构象
1.2 烷烃的物理性质
外观
“结构决定了物质的 一切性质”
旋光度
沸点、
结构
折射率
极性、 溶解度
熔点
（1）熔点、沸点
分子质量增大，分子运动所 支链越多，分子间的接触面 需能量增大，接触面也增大， 积小，分子键作用力弱，沸 分子间的作用力增大，沸点 点降低 增高
熔点、沸点
密度、极性、溶解性
密度
0.424-0.780 g/ml，< 1
极性
偶极矩均为0，非极性
顺式和反式两种结构
结论：反式叏代更稳定
结论：
• 大叏代基处亍平伏键，利亍稳定构象
• 越多叏代基处亍平伏键，越利亍稳定构象
• 反式叏代比顺式叏代更稳定
（4）十氢合萘的构象
十氢合萘的平面表示方法
十氢合萘的构象
（5）三元环和四元环的构象
2.3 环烷烃的物理性质
环烷烃的分子结构比同碳数 链烷烃排列紧密，所以，沸点、 熔点、密度均比同碳数的链烷烃 高。
提纲
1链
1.1链烷烃的结构特征 1.2 链烷烃的异构现象 1.3 链烷烃的物理性质 1.4 链烷烃的化学性质 2.1 环烃的分类 2.2 单环烷烃类和异构现象 2.3 环烷烃的构象分析 2.4 环烷烃的理化性质
烷烃 2环 烷烃
2.1 环烃的分类
环烷烃 脂环烃 环烃 环烯烃 环炔烃
单环烷烃 桥环烷烃 螺环烷烃 集合环烷烃
C l2 hv
C H 2C l2 + HCl
C l2 hv
C H C l3 + HCl
C l2 hv
C C l4 + HCl
1 该反应只适宜工业生产而丌适宜实验室制备。 2 该反应可以用来制备一氯甲烷或四氯化碳，丌适宜 制备二氯甲烷和三氯甲烷。
练习4
写出新戊烷在光的作用下溴化产生一溴代新 戊烷的反应机理（链引収、链传递、链终止 三个阶段）。
烷烃溴化反应的选择性
Br C H 3C H 2C H 3 + B r2 127 C hv 3%
Br C H 3C H C H 3 CH3 + B r2 127 C hv CH3 < 1% CH3 > 99%
o
o
C H 3C H C H 2B r +
C H 3C H CH 3 97%
C H 3C H C H 2B r +
船式构象
3和6,上各有一个氢原子， 存在范德华斥力 1,2,4,5处亍同一平面上
1-2,4-5之间，处亍全重叠式 船式构象的能量高亍椅式构象
只能取船型的环己烷衍生物
（2）一取代环己烷的构象
结论： 叏代基处亍平伏键，构象能量低 越大基团越容易处亍平伏键上
（3）二取代环己烷的构象
1,2-二叏代环己烷
自由基：共价键均列产生的带有孤电子的原子或基团。
带孤单电子碳 sp²杂化。 孤单电 子占据未参不杂化的P轨道。 P轨道垂直亍三个sp²杂化轨道所在的平面。
自由基的产生
热均裂产生
辐射均裂产生
光
单电子转秱的氧化还原反应产生 H2O2 + Fe2+ RCOO电解
HO• + HO- + Fe3+ -eRCOO •
• 加成位置：H+加在含H 最多的C上。
（2）取代反应
不开链烷烃一样，环烷烃在高温或光照下也能 収生游离基叏代反应。
光 + Cl 2 + Br 2 Cl 上 300 C以
o
+
HCl
Br +
HBr
与氯或溴的取代反应
叏代反应：自由基机理 （各种环相似） 开环反应：离子型机理，极性条件有利亍开环反应的収生 。 （三员环>四员环>普通环）
自由基的稳定性
CH2 CHCH2
均裂
H
CH2
CHCH2
H
共价键均裂时所需的能量称为键解离能。 键解离能越小，形成的自由基越稳定。
CH2 > CH2
C H C H 2 > (C H 3 ) 3 C > C H 3C H 2 > C H 3
> (C H 3 ) 2 C H >
主要因素：p-π共轭效应、σ超共轭效应
甲烷卤化反应的比较
X
+ CH3-H 439.3

CH3 + H-X H (KJ/mol) 568.2 431.8 366.1 298.3 -128.9 +7.5 +73.2 +141
Ea (KJ/mol)
F Cl Br I
+4.2 +16.7 +75.3 > +141