2饱和烃(烷烃讲义和环烷烃)

CH3 1 6 5 4
2 CH2CH3
3
甲基环戊烷
1,2-二甲基环己烷
1-甲基-3-乙基环己烷
• 二环脂环烃
指分子碳架中含有两个碳环的烃。它又分为： 联环烃 螺环烃(螺烃) 桥环烃(桥烃)
联二环己烷
螺[4.4]壬烷
二环[4.4.0]癸烷 (十氢化萘)
二环[2.2.1]庚烷 (降冰片烷)
(1) 桥环烷烃
ethylene-
C(CH3)2 亚异丙基
CH2(CH2)4CH2 1,6-亚己基(或六亚甲基)
主要应用于烯烃的命名
3) 常见环烷基 p.27
（3）烷烃的命名
（A）普通命名法(习惯命名法) • 碳原子数用“天干”字——甲、乙、丙、丁、戊、己、
庚、辛、壬、癸和十一、十二……等数目字表示。 体。 CH3
CH2CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
环戊烷 甲基环丁烷
乙基环丙烷 1,1-二甲基环丙烷 1,2-二甲基环丙烷
(二)烷烃和环烷烃的命名
（1）烷基(alkyl)的概念
（甲）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子
H H CH3CH3 H C C C C CH3 H H H CH3 1
。
2
。
3
。
4
。
饱和烃（烷烃和环烷烃）
烷烃：指由碳和氢两种元素组成的饱和、开链有机化合物。 环烷烃: 是由碳和氢两种元素组成的一类饱和碳环化合物。
• • • • • •
（一）通式和构造异构 （二）命名 （三）结构 （四）构象 （五）物理性质 （六）化学性质
(一)烷烃和环烷烃的通式和 构造异构
烷烃通式为：CnH2n+2，n为碳原子个数

绿色化学与可持 续发展
随着环保意识的提高，绿色 化学和可持续发展已成为有 机化学的重要发展方向。研 究和发展环境友好、资源节 约的合成方法与技术，对于 实现可持续发展具有重要意 义。
计算机辅助ห้องสมุดไป่ตู้机 合成设计
随着计算机科学的发展，利 用计算机辅助设计工具进行 有机合成已成为可能。这种 方法有助于提高合成效率和 降低成本，为有机化学的发 展开辟了新的途径。
环烷烃的化学性质
01
02
03
加成反应
环烷烃中的碳碳单键可以 被氢气、卤素等试剂加成， 生成相应的烷基卤化物或 醇类。
开环反应
在酸或碱催化下，环烷烃 可以发生开环反应，生成 链状烷烃。
氧化反应
环烷烃在常温下容易被氧 化剂氧化，生成酮、醛等 化合物。
05 不饱和烃
烯烃和炔烃的结构
烯烃结构
烯烃是含有碳碳双键的烃类，双 键连接的两个碳原子为sp2杂化， 双键中的一根键为π键，另一根
命名法
系统命名法
根据国际纯粹与应用化学联合会 （IUPAC）的规定，采用系统命名法 对饱和烃进行命名。主要依据碳链的 长度和取代基的种类、位置来确定烃 的名称。
习惯命名法
对于一些简单的饱和烃，可以采用习 惯命名法，如甲烷、乙烷、丙烷等。
03 烷烃
烷烃的结构
烷烃由碳原子和氢原子组成， 碳原子之间通过单键连接，形 成链状或环状结构。
重要性及应用
01
基础理论
烷烃是学习有机化学的基础，对 于理解其他烃类和有机化合物的 性质至关重要。
工业应用
02
03
科学研究
烷烃是石油工业的主要组成部分， 用于生产燃料、润滑油、溶剂等。
烷烃是合成其他有机化合物的重 要原料，在药物合成、材料科学 等领域有广泛应用。

烷烃和环烷烃的结构与性质关系
目前对烷烃和环烷烃的结构与性质关系仍有许多未知领域，深入研究这些关系有助于发现新的应用领 域和性能优化的可能性。
对未来发展的建议
加强基础研究与应用研究的结合
为了推动烷烃和环烷烃领域的发展，需要加强基础研究与应用研究的结合，促进科技成 果的转化和应用。
培养高素质人才
高素质人才是推动学科发展的关键，应重视人才培养，加强学术交流与合作，提高研究 水平和创新能力。
烃化反应和裂化反应是烷烃合成的常用方法，其中烃化反应可以生成高纯度的烷烃，但需要 使用大量的卤代烃或醇类物质，成本较高；裂化反应虽然可以大量生产烷烃，但副产物较多 ，产率较低。
环化反应和烷基化反应是环烷烃合成的常用方法，其中环化反应可以生成多种类型的环烷烃 ，但需要使用大量的烯烃或炔烃物质；烷基化反应虽然可以大量生产环烷烃，但需要使用卤 代烃或醇类物质，成本较高。
03
烷烃和环烷烃的性质比 较
物理性质比较
沸点
随着分子量的增加，烷烃和环烷 烃的沸点都逐渐升高。但在相同 分子量下，由于环烷烃的分子结 构更加紧凑，其沸点往往高于相
应的直链烷烃。
熔点
环烷烃的熔点通常比直链烷烃高 ，因为环烷烃的分子间作用力更
强。
密度
在常温常压下，烷烃和环烷烃的 密度都随着分子量的增加而增大
饱和烃烷烃和环烷烃课 件
目录 CONTENT
• 饱和烃烷烃概述 • 环烷烃概述 • 烷烃和环烷烃的性质比较 • 烷烃和环烷烃的合成方法 • 烷烃和环烷烃的工业生产 • 烷烃和环烷烃的前沿研究与展望
01
饱和烃烷烃概述
定义与分类
定义
饱和烃烷烃是只含有碳、氢两种 元素的化合物，且碳原子之间只 通过单键相互连接。

支链烷烃： (CH3)2CH
(CH3)3C
称异（iso ）某烷 称新（neo ）某烷
6
CH3CH2CH2CH2CH3 CH3(CH2)10CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3 CH3 CH3CCH2CH3 CH3
正戊烷（n-pentane） 正十二烷（n-dodecane） 异己烷（i-hexane）
CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CHCH3 (CH3)2CHCH2 (CH3)3C
异戊基（iso-pentyl）: (CH3)2CHCH2CH2
9
2.系统命名法命名原则
(1)选主链 ：选择最长碳链作为主链称某烷 (2)编号：从靠近支链一端进行编号 (3) 在母体名称前写明取代基的名称、位次及数目 ①相同取代基合并 ②不同取代基按次序规则:优先基团后列出 甲基 <乙基 <丙基 <丁基 < 戊基 <己基 < 异戊基 < 异丁基 <异丙基 <叔丁基
燃烧热：在标准状态下，一摩尔烷烃完全燃烧 所放出的热量。单位：kJ/mol 燃烧热的差别反映了化合物内能的高低和稳定 性的大小。
32
内能越高，燃烧热越大； 内能越低，燃烧热越小。
直链烷烃比支链烷烃的燃烧热大，例如：
H
（kJ/mol）
正丁烷 2878.2
异丁烷 2869.8
33
环烷烃中，因它们的分子组成不同，但可比较 它们环中一个CH2的燃烧热环烷烃分子内能大 小和相对稳定性。
CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 CH3
正丁烷 n-butane bp -0.5℃ C5H12: C6H14: 三种 五种
异丁烷 i-butane bp -11.7℃

稳定
下 降
17 稳定
2、结构与环的稳定性 、
⑴ 环丙烷的结构与稳定性 成键分析： 成键分析： 环丙烷分子中的碳为SP3杂化 环丙烷分子中的碳为 但其键角却为105.50，偏离了正常键角109.50；其成键电子云也不在 但其键角却为 偏离了正常键角 碳碳连线上，所形成的键为香蕉键或叫弯曲键；该键的特点是：轨 碳碳连线上，所形成的键为香蕉键或叫弯曲键；该键的特点是： 道交叠少，能量高，键弱。 道交叠少，能量高，键弱。 不稳定的原因： 不稳定的原因： ①角张力：键角偏离正常键角而引起的张力。 角张力：键角偏离正常键角而引起的张力。 ②扭转张力：由于构象是重叠式而引起的张力。 扭转张力：由于构象是重叠式而引起的张力。 总张力能：环烷烃比相同碳数的开链烷烃高出的能量。 总张力能：环烷烃比相同碳数的开链烷烃高出的能量。总张力能 来源 于角张力和扭转张力等。总张力能越大，环烷烃 于角张力和扭转张力等。总张力能越大， 越不稳定，越易开环。 越不稳定，越易开环。
烷烃的通式: 环烷烃的通式: 烷烃的通式 CnH2n+2，环烷烃的通式 CnH2n。 具有同一通式，组成上相差CH2及其整倍数的一系列化合物， 具有同一通式，组成上相差 及其整倍数的一系列化合物， 称为同系列。同系列中的各个化合物互为同系物。 称为系差 系差。 称为同系列。同系列中的各个化合物互为同系物。 CH2称为系差。 同系列 同系物 同系物具有类似的化学性质。 同系物具有类似的化学性质。
CH 3 CH 3 CHCH 3
(b)从靠近支链的一端（或按“最低系列”规则）编号 从靠近支链的一端（或按“最低系列”规则） 从靠近支链的一端
1 2 3 4 5 6 7
1
2
3
4
5
6

熔点高低取决于分子间的作用力 和晶格堆积的密集度。
烷烃熔点的特点 （1） 随相对分子质量增大
而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳
烷烃的熔点升高值 大 （如右图）。 （3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点 下降。
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。 （非极性，只有色散力）
H2O2 + Fe2+
RCOO-
-e-
电解
HO• + HO- + Fe3+ RCOO •
自由基的稳定性
均裂 H=359.8kJ/mol (88kcal/mol) 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。
苯甲基自由基
稀丙基自由基 三级丁基自由基 异丙基自由基
乙基自由基 甲基自由基 苯基自由基
Hammond假设：过渡态总是与能量相近 的分子的结构相近似。
甲烷氯代反应势能图
甲烷氯代反应势能图的分析
1、第一步反应的活化能比较大，是速控步骤。 2、第二步反应利于平衡的移动。 3、反应 1 吸热，反应 2 放热，总反应放热，所以反应 只需开始时供热。 4、过渡态的结构与中间体（中间体是自由基）相似， 所以过渡态的稳定性顺序与自由基稳定性顺序一致。 推论：3oH最易被取代，2oH次之，1oH最难被取代。
甲烷氯代反应的适用范围
1、 该反应只适宜工业生产而不适宜实验室制备。 2 、该反应可以用来制备一氯甲烷或四氯化碳，不适 宜制备二氯甲烷和三氯甲烷。 3、无取代基的环烷烃的一氯代反应也可以用相应方法 制备，C(CH3)4的一氯代反应也能用此方法制备。
（2） 甲烷卤代反应活性的比较

3
5
CH
3
HC CH
4
CH
烷烃：饱和开链烃。 特征：C与C以单键相连，其余价键都为氢原子饱和。 通式为：CnH2n+2
环烷烃：饱和环烃。 特征：C与C以单键相连成环，其余价键都为氢 原子饱和。 通式为：CnH2n （单环烷烃）
烷烃和环烷烃统称为饱和烃
烷烃和环烷烃主要存在于石油和天然气中， 天然气主要由甲烷以及少量的乙烷、丙烷和丁烷 组成。石油是一种复杂混和物，主要是含1到40个 碳原子的烃，通过精馏可以将石油分离成沸点不 同的有用馏分。 天然气： 汽油： 煤油： 柴油： 沥青： CH4~C4H10 C5H12~C12H26 C12H26~16H34 C15H32~C18H38 C20以上
烷基自由基
伯
仲
叔
烷基自由基的类型
烷基自由基的结构
烷基自由基的稳定性：叔〉仲〉伯
烷基自由基的稳定性与C-H的均裂能有关：
CH3CH2CH2-H
离解能 (kJ/mol) 410
(CH3)2CH-H (CH3)3C-H
397 381
在烷烃氯化反应中，产生烷基自由基的步骤 是整个反应中最困难的一步。是控制反应速度的 步骤。生成的烷基自由基越稳定，所需的活化能 越小，反应越容易。
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
正己烷
(CH3)2CHCH2CH2CH3
异己烷
(CH3)3CCH2CH3
新己烷
• 系统命名法：
采用IUPAC（International Union of Pure and Applied Chenistry）国际纯粹与应用化学联合会的命 名原则，结合我国文字特点制定的。
键旋转引起的位能变化曲线

a、链的引发
hv
Cl2
2Cl
b、 链的增长
C H 4 + lC H 3 +HC Cl
H= 7. 5KJ/mol
C H 3+ C l2 C H 3 C l+C l
H= -112. 9 KJ/mol
c、链的终止
Cl + Cl Cl—Cl
CH 3 + C3H CH 3—C3H
CH 3 +Cl
CH 3Cl
芳香烃基：用“Ar-”表示。
CH3
甲基 (Me)
常见 CH3CH2
乙基 (Et)
的烷 烃基
C H 3C H 2C H 2 丙基(n-pr)
CH3 CH CH3 异丙基(iso-pr)
CH3CH2CH2CH2
CH3CHCH2CH3
丁基 (n-Bu) 仲丁基 (sec-Bu)
CH3 CH CH2 CH3
（反叠式） （反错式）
H
H
H
邻位交叉式 （顺错式）
CH 3CH 3
0。
H H
H
H
全重叠式 （顺叠式）
四种极限构象的稳定性次序：
对位交叉式>邻位交叉式>部分重叠式>全重叠式
四、烷烃的化学性质
1、烷烃的卤代反应
取代反应(substitution reaction)：有机化合物
中氢原子（或其它原子或原子团）被另一原子或 原子团取代的化学反应称取代反应。
CH3
含有 CH3 C端基，而无其
CH3
它支链的烷烃，则称“新某烷”。
CH 3 CH3 C CH3
CH 3
新戊烷(neopentane)
CH3 CH3 C CH2 CH3

7CH 1 2
2
CH
8CH
CH2
3CH2
7
1
2
6CH2
CH
5
CH2
4
式中两环共用的叔碳原子（1，5）称为“桥头”
从一个桥头到另外一个桥头的链或键称为“桥”或―桥路‖
此例中有三个桥，即碳链2－3－4，碳链6－7和碳链8
29
命名原则
确定母体名称：按成环碳原子的总数称为“某烷”。 注明环数：以“二环”作词头，放在母体名称前面。 注明桥的结构：将各桥所含碳原子数按由多到少的次 序用数字表示，放在词头和母体之间的方括号中，在数 字之间的右下角用小圆点“.”隔开。 编号：从一个桥头开始循环最长的桥编到另一桥头， 然后再循余下的最长的桥编回到起始桥头。最短的桥最 后编号，且仍从起始桥头一端的碳原子开始编号。
18
例如
CH3 CH CH3 CH2 CH3
二甲基乙基甲烷
CH2CH3 CH3 C CH CH3
二甲基乙基异丙基甲烷
CH3 CH3
该命名法虽能清楚地表示分子的结构，但是不能 适用于结构较复杂的烷烃的命名。目前文献中已 很少使用。
19
(3)系统命名法（重点）
系统命名法是我国根据1892年日内瓦国际化学会议首次拟定
饱和脂肪烃（烷烃）：是指分子中的碳原子以单 键相连，其余的价键都与氢结合而成的化合物。
H H C H H H 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
甲烷（CH4） 乙烷（C2H6） 丙烷（C3H8） 丁烷（C4H10）
H H
H C
CH3 CH3 C H C CH3
C

1
2
3
4
5
6
7
8
C
8
C
7
C
6
C C 5 C 4
C C 3 C 2 C
C
1Байду номын сангаас
编号错误 编号正确
1
2
3
4
5
6 编号正确
C
6
C C
C
C C
C
2
C
1
编号错误
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 ）从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时， 单的一端开始编号。 单的一端开始编号。 1 2 3 4 5 6 7 编号正确
CH3CH2CH(CH3)2,
C(CH3)4
2.1.2、烷烃和环烷烃的同分异构 、
例如： 例如：己烷
这种分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为 构造异构现象。
环戊烷： 环戊烷：
2.2 烷烃的命名
2.2.1伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔、季氢原子 伯 季碳原子和伯、 在烃分之中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子（或一级碳原子， 在烃分之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） °表示）与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子（或二级碳原子， °表示） 与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子（或三级碳原子， 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 °表示） 碳相连的碳原子叫做季碳原子（或四级碳原子， 碳相连的碳原子叫做季碳原子（或四级碳原子，用4°表示） °表示） 例如：
2，4-= 甲基-3-乙基己烷 CH3
主链