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第二章 烷烃和环烷烃 自由基取代

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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

第二章1 烷烃和环烷烃 自由基取代反应

第二章1 烷烃和环烷烃 自由基取代反应

构造式
CH3
CH2 CH2
CH3
CH3 CH CH3
CH 3
构造简式
CH3CH2CH2CH3 CH3CH CH3
CH3CH(CH3)2
CH3
键线式
§2-2 烷烃和环烷烃的命名
几个基本概念： 几个基本概念：
①碳原子和氢原子的类型
CH3 4º CH3 C CH2 2º CH3
3º
1º
CH CH3
CH3
甲基环戊烷
CH3
C2H5 H3C
1-甲基 异丙基环己烷 甲基-4-异丙基环己烷 甲基
CH3
1，1-二甲基-3-乙基环戊烷 ， 二甲基 乙基环戊烷
分子中有不饱和碳碳键，命名时应使不饱和键上的碳 分子中有不饱和碳碳键， 编号最小。 编号最小。
1-甲基环戊烯 甲基环戊烯
3-甲基环戊烯 甲基环戊烯
3、多环脂肪烃的命名：课本20页 、多环脂肪烃的命名：课本 页 （1）桥环烃：两个碳环共用两个或两个以上碳原子。 桥环烃：两个碳环共用两个或两个以上碳原子。 编号原则：从桥的一端开始， 编号原则：从桥的一端开始，沿最长桥编致桥的另 一端，再沿次长桥致始桥头，最短的桥最后编号。 一端，再沿次长桥致始桥头，最短的桥最后编号。 命名： 命名：根据成环碳原子总数目称为环某 烷，在环字后面的方括号中标出除桥头 碳原子外的桥碳原子数（大的数目排前， 碳原子外的桥碳原子数（大的数目排前， 小的排后），（如左图）。 ），（如左图）。其它同环烷 小的排后），（如左图）。其它同环烷 烃的命名。 烃的命名。
• 己烷的五种同分异构体： 己烷的五种同分异构体：
CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3
CH3 CH CH2 CH2 CH3 CH3 CH2 CH CH2 CH3 CH3

2-第二章饱和烃：烷烃和环烷烃

2-第二章饱和烃：烷烃和环烷烃

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

第二章 烷烃和环烷烃

第二章 烷烃和环烷烃
CH3 甲基 Me (正)丙基 Pr C H3C H2 乙基 Et i -Pr C H3C HC H 异丙基 3
C H3C H2C H2 C H3C H2C H2C H2 C H3C HC H 2 C H3
(正)丁基 Bu 异丁基 i -Bu
C H3C HC H C H3 仲丁基 2 s-Bu C H3 C H3 C C H3 叔丁基 t-Bu
在生理状况下，机体自由基一方面不断产 生，另一方面又不断清除，活性氧处于产生与清 除平衡状态。一旦活性氧的产生和清除失去平衡 ，过多的自由基就会造成对机体的损害，从而引 起多种疾病，并可诱发癌症和导致衰老。 天然抗氧化酶系统：超氧化物歧化酶(SOD) 、 过 氧 化 氢 酶 ( CAT)、 谷 胱 甘 肽 过 氧 化 物 酶 (GSH-Px)
构象异构
(一) 烷烃的构造异构(constitutional isomerism)
戊烷有3种碳链异构体
CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3
正戊烷 异戊烷
CH3 CH3-C-CH3 CH3
新戊烷
碳原子数 异构体数 4 5 6 7 2 3 5 9
碳原子数 8 9 10 20
异构体数 18 35 75 366 319
天然抗氧剂(自由基清除剂)：VE、 Vc、 2巯基乙胺、谷胱甘肽、辅酶Qn(泛醌)、-硫辛酸 等
第二节 环 烷 烃
一、脂环烃的分类和命名
(一) 分类 C3-C4
根 据 环 数 多 少 分
小环 普通环
单脂环烃
C5-C6
C7-C12
中环
C13以上 大环 多脂环烃 桥环 螺环
(二) 命名
1. 单脂环烃: 在相应的烃名前加“环”字;英文名加词头cyclo

第二章烷烃和环烷烃

第二章烷烃和环烷烃

分子间接触面积大 作用力强
bp：36℃ bp：36℃
CH3
分子间接触面积小 作用力弱
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
bp：9.5℃ bp：9.5℃
（四）密度（density） 密度（ ） 烷烃是有机化合物中密度最小的一类化 合物， 合物，都小于1g.cm-3。 溶解度（ （五）溶解度（solubility） ） 烷烃易溶于非极性、 烷烃易溶于非极性、或极性较小的有机 溶剂。而难溶于水和其它强极性溶剂。 溶剂。而难溶于水和其它强极性溶剂。
五、环烷烃的构象
（一）环丁烷的构象
环丁烷的构象
（二）环戊烷的构象
环戊烷的构象
（三）、环己烷的构象 ）、环己烷的构象
1、椅式、船式构象 椅式、
5 1 6 3 2 4 5 3 6 2 1
透视式
4
1 2 6 4 5 3 2
1 4 6 5
纽曼投影式
3
椅式
船式
在椅式构象中， 在椅式构象中，所有相邻的氢都处于交叉式 构象，再加上环的对角上的氢原子距离最大， 构象，再加上环的对角上的氢原子距离最大，这 些因素都使得环己烷的椅式构象具有较高的稳定 性。 在船式构象中C 而在船式构象中C２－C３、C５－C６之间的氢处 于重叠式状态，产生的相斥力较大。 于重叠式状态，产生的相斥力较大。因此船式不 如椅式稳定。分析结果表明， 如椅式稳定。分析结果表明，环己烷船式的内能 要比椅式高29.7kJ/mol 29.7kJ/mol。 要比椅式高29.7kJ/mol。
戊烷异构体的沸点和熔点
正戊烷 沸点/℃ 沸点 ℃ 36 熔点/℃ -130 熔点 ℃ 异戊烷 28 -160 新戊烷 9.5 -17
烷烃的物理性质强调：分子质相同、支链多、沸点低。 烷烃的物理性质强调：分子质相同、支链多、沸点低。 支链多，分子不易接近） （支链多，分子不易接近）

第二章烷烃环烷烃自由基反应历程解析

第二章烷烃环烷烃自由基反应历程解析

烷烃名称的写出
（1）将支链（取代基）写在主链名称的前面。 （2）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。 （3）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。 （4）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： 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。
（1）称为环某烯。 （2）以双键的位次和取代基的位置最 小为原则。 例如：
CH 3
环戊烯 1-甲基环戊烯
环烯烃的命名
CH 3 CH 3
3，4-=甲基 环己烯 1，3-环戊烯 2-甲基-1，3环己二烯
多环脂肪烃的命名
（1） 桥环烃（二环、三 环等） 分子中含有两个或 多个碳环的多环化合物中， 其中两个环共用两个或多 个碳原子的化合物称为桥 环化合物。
选择主链 ：a 最长碳链b取支链多的
CH 3-CH2 CH CH CH 2-CH3 CH 2 CH CH 3 选择错误 CH 3 CH 3 选择正确 CH 3-CH2-CH CH 3 CH 3 CH CH CH-CH 3 CH 2 CH 3 选择正确 CH 2 CH 3 选择错误
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
三、烷烃的结构
CnH2n+2
109°28′
C H H
sp3
?
H C H
CH4
+ 4
H
甲烷分子的形成
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？

第二章 烷烃和环烷烃 自由基取代

第二章 烷烃和环烷烃 自由基取代

二、小环烷烃的结构
小环环烷烃不稳定，而环戊烷、环己烷以 及大环环烷烃却比较稳定，为什么呢？ 1、拜尔（Baeyer）张力学说： 为解释三、四元环不稳定，而五、六元环稳 定的原因，提出了张力学说，基本点是： （1）、假设碳原子成环后，原子都处于一个 平面上 （2）、按照碳原子的正四面体模型，碳碳键 之间的夹角为109°28’。
CH3 H H CH3 H H
H CH3 CH3
对位交叉式 63%
H 3C H
四 H H 种 H 典 邻位交叉式 37% 型 构 H3C CH 3 象
H H H H
H H
H H 3C
部分重叠式
全重叠式
稳定性次序： 对位交叉式>邻位交叉式>部分重式>全重叠式
在化学反应中，分子不一定以优势构象参与 反应。 影响构象稳定性的因素除了扭转张力和范德 华斥力外，有时还有偶极-偶极相互作用以及 氢键的影响，在这些情况下，分子优势构象 不一定都是对位交叉式。
环烷烃的分类
根据环烷烃分子中所含的碳环数目，可分为单环、 多环环烷烃。 分子中只有一个碳环结构的烷烃，称为单环环烷 烃 ，其分子通式为CnH2n 。
பைடு நூலகம்
单环环烷烃分类：小环（三元环、四元环） 常见环（五元环、六元环） 中环（七元环～十二元环） 大环（十二元环以上）环烷烃


1. 双环或多环环烷烃中，两环共用１个碳原子 称螺环烷烃，共用碳原子称螺原子。含一个螺 原子的称单螺环烷烃。 2. 两环间共用２个或２个以上的碳原子称桥环 烷烃，共用碳原子称桥头碳原子（简称桥原子） 螺原子 桥原子
H H H 锯架式 H H H
H H H H H H
Newman投影式

第2章饱和烃：烷烃和环烷烃

第2章饱和烃：烷烃和环烷烃

第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃一、 本章知识结构及知识要点本章知识结构：知识要点1、通式和构造异构（1）烃、烷烃和环烷烃：只含有碳和氢两种元素的有机化合物统称为烃；烃分子中碳原子以单键相连，碳骨架为开链结构称为烷烃；烃分子中碳原子以单键相连，碳骨架为环状结构称为环烷烃。

（2）通式：烷烃的通式为C n H 2n+2，环烷烃的通式为C n H 2n 。

（3）同系列和同系物：具有同一通式，组成上相差CH 2及其整倍数的一系列化合烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃的通式和构造异构烷烃和环烷烃的构造异构烷烃和环烷烃的命名 烷基和环烷基烷烃和环烷烃的结构σ键的形成及其特征环烷烃的结构与环的稳定性 乙烷的构象烷烃和环烷烃的主要来源和制法自由基取代反应氧化反应丁烷的构象烷烃和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的化学性质 烷烃的命名环烷烃的命名烷烃和环烷烃的构象 环己烷的构象取代环己烷的构象 异构化反应裂化反应小环环烷烃的加成反应烷烃和环烷烃的通式伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子物称为同系列。

同系列中的各化合物互为同系物。

（3）构造异构：分子中原子的连接顺序不同形成的异构体叫构造异构。

2、命名（1）烷烃的命名普通命名法：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，十个以上的碳原子用汉字数字（十一、十二、十三……）表示，用正、异、等前缀区别同分异构体。

系统命名法：（a）选主链：在分子中选择一条最长的碳链作主链，根据主链的碳原子数叫某烷，将主链以外的其他烷基看作是主链上的取代基。

烷基是由烷烃分子除去一个或几个氢原子剩下的部分，通常用R-表示。

（b）编号：从靠近取代基的一端开始编号，使取代基编号位次最小。

（c）取代基的排列次序：用阿拉伯数字表示取代基位置，用汉字（一、二、三……）表示相同取代基个数，写在取代基名称前面，若含有不同的取代基，则优先级别低的写在前面，优先级别高的写在后面。

（2）环烷烃的命名（a）单环环烷烃：在相应的烷烃名称之前加“环”字，称为“环某烷”。

有机化学-烷烃和环烷烃

有机化学-烷烃和环烷烃

24/64
2.2 烷烃和环烷烃的命名 2.2.4 环烷烃的命名 （1）分类
单环脂环烃
2. 烷烃和环烷烃
二环脂环烃
多环脂环烃 当碳环为饱和碳环时则为环烷烃。
25/64
2.2 烷烃和环烷烃的命名 2.2.4 环烷烃的命名 （2）单环环烷烃
（a）碳链较短
2. 烷烃和环烷烃
根据成环碳原子总数，称为“环（cyclo）某烷” 环上有1个取代基时，取代基名称放在“环某烷”之前 环上有不止1个取代基时，与烷烃命名类似 1 2 3
CH3
1’
CH3
C CH2CH3 CH3
2’
3’
CH3CH2CH2CH2CH2CHCH2CH2CHCH3
2-甲基-5- 1’,1’-二甲基丙基癸烷 2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷
23/64
2.2 烷烃和环烷烃的命名 练习
1. 给下列分子式命名
2. 烷烃和环烷烃
2,5,7-三甲基-7-乙基-3-氯壬烷 2. 写出“2,3,4,6-四甲基-6-乙基壬烷”的分子式。
烷烃和环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（R—）和环烷基。
（2）亚烷基
烷烃分子从形式上去掉两个氢原子后余下的基团称为亚 烷基。
14/64
2.2 烷烃和环烷烃的命名 2.2.2 烷基和环烷基
烷 基 CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 CH3CHCH3 CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CHCH3 (CH3)2CHCH2 (CH3)3C (CH3)3CCH2 烷基名称 甲基 乙基 正丙基 异丙基 正丁基 仲丁基 异丁基 叔丁基 新戊基
何谓“饱和”？ 烃分子中的碳原子之间都以单键（C-C）相连， 其余的价键都与氢原子相连。 烷烃（烷）： 饱和烃 【烷wan】取完全之意，碳被氢完全饱和

有机化学 第2章烷烃和环烷烃

有机化学 第2章烷烃和环烷烃

CH3 H3C CH
3 H（叔氢）
CH3 H3C C CH3 CH3
CH3
3 （叔碳，三级碳）
4 （季碳，四级碳）
tertiary carbon
quaternary carbon
CH 1。 3
3。 CH CH3 1。
2。 CH2 C CH3 4。 1。 CH3 1。
1。 CH3
二、烷烃的构造异构和命名（ Constitutional
碳链异构—由于碳链结构的不同而产生的异
构现象称为碳链异构现象，简称碳链异构。异构
体互称为碳链异构体。如：C4H10
H H C H H C H H C H H C H H H H C H H H C C H H C H H H
正丁烷
异丁烷
mp bp
-138℃ -0.5℃
－160℃ -12℃
随着分子中碳原子数目的增加，异构体的数
第二章 烷烃和环烷烃
(Alkanes and Cycloalkanes)
学习要求：
1.掌握烷烃和环烷烃的基础理论和基本知识。
2.掌握构象异构的基本概念。 烃的概念： 烃—指分子中只含C、H两种元素的化合物，又称碳 氢化合物。
烃 碳氢化合物 （hydrocarbons）
烃的分类：
饱和烃——烷烃 链烃 烯烃 不饱和烃 脂肪烃 炔烃 环烷烃 脂环烃 环烯烃 环炔烃 苯型芳香烃 芳香烃 非苯型芳香烃
较稳定。
C C H
（一）稳定性(Stability) 一般情况下烷烃化学 性质不活泼、耐酸碱、不与强氧化剂和还原剂作用。 （常用作低极性溶剂，如正己烷、正戊烷、石油醚 等） （二）卤代反应(Halogenation reation)
和含碳原子数较少的烷烃。

烷烃和环烷烃

烷烃和环烷烃

1
2
3
4
5
6
7 1' 2'
8 3'
9
10
CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH3 CH3 H3C C CH2CH3 CH3
3-甲基-6-(1,1－二甲基丙基)癸烷或3-甲基-6-1',1'-二甲基丙基癸烷 3-methyl-6-(1,1-dimethylpropyl)decane or 3-methyl-6-1',1'-dimethylpropyldecane
特点: 1、可以自由旋转； 2、重叠程度大,键比较牢固； 3、电子云分布于两原子之间,不易受 外界环境影响,不易发生化学反应。
§4 构象


围绕σ键旋转所产生的分子的各种立体形象称 为构象（comformation） 一、乙烷的构象
（a）
（b）
乙烷分子的棒球模型 （a）重叠式构象 （b）交叉式构象
(5)
§3结构
一、烷烃的结构
碳为sp3杂化，碳—氢之间以 键相连
(-) C +) +) H
1s轨道
(-) C
+)H
sp3杂化轨道
C-H 键
1.09 Å
H
H C H H
109.5
o
H 109.3o H H C H H C H
1.10 Å
1.54 Å
σ键: 轨道之间头对头重叠形成的键
碳架异构体用正、异、新等词头区分
CH3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
正戊烷 n-pentane
H3C CH CH2 CH3 CH3
异戊烷 i-pentane
H3C C CH3 CH3

第二章 烷烃和环烷烃 自由基取代反应

第二章 烷烃和环烷烃 自由基取代反应

跨环张力 扭转张力
H 1 H H H 2 3 5 4 6
H H
H H
H
H
H 3 H
1 6
H
观察者
H H
6
扭4 式 船 5
H H
6
船式
半 扭船式椅 式
1
.
2
.
3 5
4
半椅式
半椅式
1
.
2
.
kJ/mol
3 5
4
46
28.9 23.5
环己烷构象之间的势能关系
第五节 物理性质
一、分子间作用力 （一） 范德华力 1、取向力（偶极-偶极作用力）
扭转张力：由于构象是重叠式 H
H
H3C CH3
H3C CH3 CH H3CH3C3 CH3
CH3 H H CH3 H
CH3 H H H
H
CH3 H H CH3
H CH3
CH CH3 33 CH
H
H
H
CH3
H
H H H
CH3 H CH3 H3 C3C CH H C 3 3
1
C H 3C H C H 2C H C H C H 3 C H3 C H3
CH2CH2HC3
2，3，5-三甲基己烷
CH3CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH3 CHCH3 CH3
5-丙基-4-异丙基壬烷
（三）练习：命名下列化合物
CH
C H 3C H 2C H C H 2C H C H 3 C H 3C H 2 C H3
主链
3 1
C-C-C-C-C-C-C C-C-C C
2
(2) 编号: 近取代基端开始编号, 并遵守“最低系列编号规则” 取代基距链两端位号相同时, 编号从次序小的基团端开始。

第二章烷烃和环烷烃

第二章烷烃和环烷烃

第⼆章烷烃和环烷烃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 3CH 3②写出含⼀个叔碳、⼀个仲碳的分⼦量最⼩的烷烃（）指出：分类的⽬的在于同种功能基结合在不同类型的碳上，反应活性有差别。

（⼆）构象异构定义：因碳碳单键的旋转引起分⼦中的原⼦（团）在空间产⽣不同的排列⽅式称构象，各种不同的空间排列互称为构象异构体（conformational isomers ）．1、⼄烷的构象[操作球棒模型：旋转Ｃ－Ｃσ键，产⽣⽆数种构象异构体]。

人卫有机化学5-2第二章--烷烃和环烷烃

人卫有机化学5-2第二章--烷烃和环烷烃

⼈卫有机化学5-2第⼆章--烷烃和环烷烃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。

第二章 烷烃和环烷烃 自由基取代反应(修正)

第二章 烷烃和环烷烃 自由基取代反应(修正)
14
正戊烷
异戊烷
新戊烷
如何用普通命名法命名？
15
• 系统命名法（Systematic Names / IUPAC names）
IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry
1. 直链烷烃：
根据烷烃分子中的碳原子数称为某烷，前面不需加“正”。
若环上只有一个取代基，则与
取代基相连的环碳原子为1号碳， 取代基的位次不需标出。
1-甲基-2-乙基环戊烷
若环上有两个基团存在：
IUPAC：基团名称首字母优先的，其相连环碳原子编为1号；
中国化学会：“次序规则”中不优先的基团，其相连环碳原子
编为1号。
27
2-甲基-4-乙基-1-丙基环己烷
28
环上有复杂取代基时，可将环作为取代基命名。 1-环丁基戊烷
7-环丙基螺[4.5]癸烷
30
3. 桥环烷烃（bridge cycloalkanes） 根据桥环上的环数和所含碳原子总数称为几环某烷。 环数的确定： 将环上任意一根键剪断，每次剪断一根 键，即破坏一个环。根据所需剪断键的 最小次数确定该桥环化合物所含的环数。
31
在几环和某烷间插入方括号，用阿拉伯数字标出每一 条桥上的碳原子数（不包括桥头碳原子），数字由大 到小排列。 编号：从一个桥头碳原子开始，沿最长的桥到第二个 桥头碳原子，再从次长的桥回到第一个桥头，最后给 出最短的桥编号。并使取代基位次最小。
1,3-二环己基丙烷
29
2. 螺烷烃（spiroalkanes）
根据螺环上碳原子总数称为螺某烷。在“螺”与某烷 间插入方括号，用阿拉伯数字标出螺原子所夹碳链上 碳原子的数目（不包括螺原子），数字由小到大排列。 编号：从螺原子邻位碳开始，沿较小的环开始编号， 并使环上取代基位次最小。

有机化学第2章饱和烃

有机化学第2章饱和烃

反-1,4-二甲基环己烷
饱和烃 的结构
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃 2.3 烷烃和环烷烃的结构
2.3.1 σ键的形成及其特性 2.3.2 环烷烃的结构与环的稳定性
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
2.3 烷烃和环烷烃的结构
2.3.1 σ键的形成及其特性
C: 2s2 2p2
两个成单电子， 呈2价？
实验事实：
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
2.2.1 伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢
与三个氢原子相连的碳原子,叫伯碳原子(第一碳原子、一级碳原子),用1°表示 与二个氢原子相连的碳原子,叫仲碳原子(第二碳原子、二级碳原子),用2°表示 与一个氢原子相连的碳原子,叫叔碳原子(第三碳原子、三级碳原子),用3°表示 与四个碳原子相连的碳原子,叫季碳原子(第四碳原子、四级碳原子),用4°表示
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
一些环烷烃的燃烧热如下所示：
环烷烃的环张力越大，说明分子的能量越高，稳定性越差，越容易开环 加成。
为什么环的稳定性顺序有：环丙烷＜环丁烷＜环戊烷＜环己烷？ 结构所致！!
环烷烃的结构与环的稳定性
环丙烷的结构：
物理方法测得，环丙烷分子中三个碳原子共平面。 显然，环丙烷中没有正常的C－C键，而是形成“弯曲键〞：
H HH
H HH H
HC CC H
HC CC C H
H
H
H HH H
HC H
m.p b.p
--103.85。。CC
H。 m.p -159 。C
b.p 11.7 C
这两种不同的丁烷,具有相同的分子式和不同的结构式，互为同分异 构体。
同分异构体——分子式相同，结构式不同的化合物。 同分异构现象——分子式相同，结构式不同的现象。

烷烃和环烷烃自由基取代反应

烷烃和环烷烃自由基取代反应

05 烷烃和环烷烃自由基取代 反应的挑战与展望
反应选择性与效率的提高
开发高效催化剂
通过研究新型催化剂，提高自由 基取代反应的选择性和效率，减 少副反应的发生。
优化反应条件
通过调整温度、压力、溶剂等反 应条件，促进目性
研究控制反应位点的策略，实现 自由基取代反应的区域选择性， 提高产物纯度。
当两个自由基碰撞时，它们可以 结合形成分子，或者与其他物质 发生反应，使链终止。
环烷烃自由基取代反应的实例
烷基取代
01
如甲基环己烷在光照条件下与氯气反应，生成氯化甲基环己烷。
氢取代
02
如四氢萘在硫酸中加热，生成萘。
异构化
03
如甲基环戊烷在加热条件下异构化为异丁烷。
04 烷烃和环烷烃自由基取代 反应的应用
有机合成中的烷烃和环烷烃自由基取代反应
烷烃和环烷烃自由基取代反应在有机 合成中具有广泛的应用，如合成醇、 醚、卤代烃等。通过自由基取代反应， 可以方便地引入特定基团，实现化合 物的结构修饰和改造。
VS
烷烃和环烷烃自由基取代反应在药物 合成中也有重要应用，如合成药物中 间体、活性物质等。通过自由基取代 反应，可以高效地合成具有特定结构 和活性的化合物，为药物研发提供有 力支持。
热引发
在高温下，烷烃分子吸收能量，使得化学键断裂， 形成自由基。
光引发
在紫外光的照射下，某些物质（如碘）吸收光能， 形成自由基，引发链式反应。
化学引发
使用引发剂（如过氧化物）分解，产生自由基， 从而启动反应。
链增长
自由基与烷烃分子碰撞
与未反应的烷烃分子碰撞，使其化学 键断裂，形成新的自由基。
自由基之间的碰撞
高分子合成中的烷烃和环烷烃自由基取代反应
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sp3-sp3
σ 键 H H
sp3-1s σ
H H H
乙烷的结构
键
H

乙烷（CH3-CH3）分子中的两 碳原子各出一个sp3杂化轨道 而重叠形成C-Cσ键，键长 154pm；各碳余下的sp3杂化 轨道与氢的1s轨道相重叠形成 C-Hσ键。
σ 键性质的特点：成键原子可沿键轴“自由” 转动；键的稳定性高。键的极化度小。
季碳原子（四级碳原子）：以 4° 表示，是与4 个其他碳原子直接相连的碳原子。
如：
1° CH3
1° 2° 3° 2° 4°1° CH3—CH2—CH—CH2—C—CH3 CH3 1° CH3 1°
除季碳原子外，伯、仲、叔碳子上的氢 原子，分别称为伯氢原子（1°氢原子）、仲氢 原子（2°氢原子）、叔氢原子（3°氢原子）。
第二节、命名 一、普通命名法
1～10个碳原子的直链烷烃，分别用词头甲、 乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳原 子的个数，再加上词尾“烷”。如：C3H8（丙烷） 10个碳原子以上的烷烃用中文数字命名。如： C12H26（十二烷） “正 ”（ｎ-）表示直链；“异”（i-）表示在 碳链的一段具有异丙基(CH3)2CH- ；“新” （neo-）表示在碳链的一端有叔丁基(CH3)3CH-
109 28'
o
60o
105o
正常σ 键
弯曲键
环丁烷采取非平面的折叠环：
（二） 环丙烷烃的结构
综合各方面的因素, 环的稳定性可归纳如下： ① 三元环最不稳定，四元环次之。 ② 在10元环以内，6元环最稳定。 ③ 七元环以上的环也是稳定的。 注:由于环的存在，环上的C-C键，不能 自由旋转。
第四节、构
CH3 H H CH3 H H
H CH3 CH3
对位交叉式 63%
H 3C H
四 H H 种 H 典 邻位交叉式 37% 型 构 H3C CH 3 象
H H H H
H H
H H 3C
部分重叠式
全重叠式
稳定性次序： 对位交叉式>邻位交叉式>部分重式>全重叠式
在化学反应中，分子不一定以优势构象参与 反应。 影响构象稳定性的因素除了扭转张力和范德 华斥力外，有时还有偶极-偶极相互作用以及 氢键的影响，在这些情况下，分子优势构象 不一定都是对位交叉式。
二、小环烷烃的结构
小环环烷烃不稳定，而环戊烷、环己烷以 及大环环烷烃却比较稳定，为什么呢？ 1、拜尔（Baeyer）张力学说： 为解释三、四元环不稳定，而五、六元环稳 定的原因，提出了张力学说，基本点是： （1）、假设碳原子成环后，原子都处于一个 平面上 （2）、按照碳原子的正四面体模型，碳碳键 之间的夹角为109°28’。
象
构象：由于碳碳单键的旋转，导致分子中原子 或原子团在空间的不同排列方式。 构象异构体：因单键的旋转而产生的异构体。
构象异构体的分子构造相同，但其空间排列不 同，故构象异构是立体异构中的一种。
一、乙烷的构象 乙烷的两种典型的构象——交叉式和重叠式， 常用两种三维式表示，即锯架式和Newman投影式。 （1）交叉式构象
环丙烷 C-C键角 与 109O 28’ 差 键内偏 60O 49O 28’ 24O 44’
环丁烷 90O 19O 28’ 9O 44’
环戊烷 108O 1O 28’ 0O 44’
环己烷 120O -10O 32’ -5O 16’

键角的偏转使分子内产生了角张力，偏 转角度越大，张力越大分子越不稳定。
含复杂支链的烷烃
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C H3C H2C HC H 2C H2C HC H 2C H2C H2C H3 C H3 C H C C H C H 2 3 3 C H3
3-甲基-6-（1,1-二甲基丙基）癸烷 或3-甲基-6-1',1'-二甲基丙基癸烷
（三）环烷烃的系统命名 １、单环环烷烃的命名 与烷烃相似，只是在同数碳原子的链状烷烃 的名称前加“环”字。环碳原子的编号，应使环 上取代基的位次最小。
没有通过桥头的碳链（又称副桥），用数字 标明它的位置，数字之间用逗号分开。
8
2 3 4
1 7 6
6
7 5 1
4 3 2
5 1-甲基二环[4.1.0]庚烷 二环[2.2.2]辛烷 1 2 7 3 8 6 三环 [3.2.1.02,4] 辛烷 4 5
第三节、结构
（一）烷烃中碳碳单键和碳氢单键的形成 甲烷分子：碳sp3杂化，四个C-H σ 键。正四面体构 型，键角109°28’。C-H 键长110nm。
环丙烷
环丁烷
环戊烷
环己烷
环庚烷
环辛烷
甲基环戊烷
1，3-二乙基环己烷
当环上有复杂取代基时，可将环看为取代基
CH2—CH2—CH2—CH2
1，4-二环丙基丁烷
CH2CH2CH2CH2CH3
1-环丁基戊烷
２、 螺环烃和桥环烃的命名
Ａ、螺环烃
在成环碳原子总数的烷烃名称前加上“螺”字。 编号：从螺原子的邻位碳开始，由小环经螺原子 至大环，并使环上取代基的位次最小。
3，3-二甲基-5-乙基庚烷
主链上连有不同的取代基，应按按“次序规则” 将取代基先后列出，较优基团应后列出。 主要烷基的优先次序是： 叔丁基>异丙基>异丁基>丁基>丙基>乙基>甲基。

CH3 CH CH 2 3 CH3-CHCH-CH 2-CH-CH 3 CH3
2,5-二甲基-3-乙基己烷 （3-ethyl-2,5-dimethylhexane）

芳香烃基：用“Ar-”表示。
CH3
甲基(Me) 异丙基(iso-pr)
CH3

CH CH3
丁基 (n-Bu) 仲丁基 (sec-Bu)

CH3CH2CH2CH2
CH3CHCH2CH3
CH3 CH CH2 CH3
异丁基(iso-Bu)
CH3 C CH3

叔丁基(tert-Bu)
CH3
２、系统命名法要点：
CH3 CH3 CH3 C CH2 CH2 CHCH2CH3 CH3CH CHCH3
三、碳原子的级 烷烃中的碳原子按照与它直接连接的其他碳原子 的个数不同，可分为伯、仲、叔、季碳原子。 伯碳原子（一级碳原子）：以 1°表示，是只与 1 个其他碳原子直接相连的碳原子。 仲碳原子（二级碳原子）：以 2° 表示，是与2 个其他碳原子直接相连的碳原子。 叔碳原子（三级碳原子）：以 3° 表示，是与3 个其他碳原子直接相连的碳原子。
命名：将连接在螺原子上的两个环的碳原子数， 按由少到多的次序写在方括号中，数字 之间用下角圆点隔开，标在“螺”字与烷 烃名之间。
6 5 4 3 1 2
7
8
螺 [3.4] 辛烷
Ｂ、桥环烃 1、环数的确定 环数是使一个环状化合物转变成 开链化合物所需断开的最少的碳碳σ 键的数目。 2、母体名称确定 桥环的全体碳原子数所相当的 某烷，作为桥环的母体名称 3、桥头碳原子 一般为分支最多的碳原子 4、编号顺序 从一个桥头开始，沿最长桥路到第 二桥头，再沿次长桥路回到第一桥头，最后给最 短桥路编号，并使取代基位次最小。
如：
CH3
CH3CH2CH3 CH3(CH2)10CH3
CH CH3 CH3 CH3
丙烷 十二烷
CH CH2 CH3 CH3
异丁烷
CH3 CH3 C CH3 CH3
新戊烷
异戊烷
CH3 CH3 C CH2 CH3 CH3
新己烷
二、系统命名法(IUPAC法)
直链烷烃的系统命名法同普通命名法，只 是不写“正”；含支链的烷烃则可看作直链烷烃 的烷基取代的衍生物。 １、烃基的命名 烃基：烃分子中去掉一个氢原子所剩下的 原子团称为烃基。 脂肪烃基：用“R-”表示。
第二章 烷烃和环烷烃 自由基取代反应
仅由碳和氢组成的化合物，简称烃.
饱和烃—烷烃 脂肪烃
通式 R-H
不饱和烃 脂环烃 苯型芳香烃
烯烃 炔烃
烃 芳香烃
非苯型芳香烃
第一节 分类、构造异构和碳原子的级
一、分类 链烷烃：具链状骨架，一般称为烷烃 1.直链烷烃 2.支链烷烃
烷烃分子组成通式: CnH2n+2
注：被命名的化合物如有立体异构体，还要表示出构型
（第三章、第二节）
CH3
CH2—CH2—CH3 CH3—CH2—CH—CH2—CH3
CH3—CH—C—CH2—CH—CH3 CH3 CH3 CH3
3-乙基己烷
2,3,3,5-四甲基己烷
CH3
CH3—CH2—CH—CH2—C—CH2—CH3 CH2 CH3 CH3
5 4 3
1 2 3 4 5 6
6 2
1
4 5 6 3
3 2 1 4
1 2
5 6
椅式构象
船式构象
环己烷的椅式构象和船式构象
在椅式构象中，所有相邻的氢都处于交叉式 构象，再加上环的对角上的氢原子距离最大，这 些因素都使得环己烷的椅式构象具有较高的稳定 性。 而在船式构象中C２－C３、C５－C６之间的氢处 于重叠式状态，产生的相斥力较大。因此船式不 如椅式稳定。分析结果表明，环己烷船式的内能 要比椅式高28.9kJ/mol。
H H H H H H
纽曼投影式
在重叠式中，两个碳上的氢两两相 对，距离最近，相互作用力最大，因 而内能最高，是不稳定的构象。
HH H H
重叠式
H
H H H
H
扭曲式
H
H
H
能 量
H H H H H H H H
H H H H
交叉式（优势构象） 旋转角度 图2-3 乙烷分子构象的能量曲线