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烷烃和环烷烃讲解

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烷烃和环烷烃

烷烃和环烷烃

烷烃与环烷烃区别
一、结构不同
1、烷烃：是开链的饱和链烃（saturated group)，分子中的碳原子都以单键相连，其余的价键都与氢结合而成的化合物。

2、环烷烃：含有脂环结构的饱和烃。

有单环脂环和稠环脂环。

含有1个脂环且环上无取代烷基的环烷烃，分子通式为CnH₂n。

二、范围不同
烷烃包括环烷烃，环烷烃是烷烃的一种。

三、性质不同
1、烷烃：低沸点(boiling point)的烷烃为无色液体，有特殊气味；高沸点烷烃为黏稠油状液体，无味；烷烃的物理性质随分子中碳原子数的增加，呈现规律性的变化；烷烃中的氢原子被卤原子（即第七主族元素）取代的反应称为卤化反应(halogenation)。

2、环烷烃：环烷烃有很高的发热量，凝固点低，抗爆性介于正构烃和异构烃之间。

化学性质和烷烃相似。

其中以五碳脂环和六碳脂环的性质较稳定。

有机化学-烷烃和环烷烃

有机化学-烷烃和环烷烃
环戊烷及其以上的环烷烃，分子中碳碳之间的键角保持 或接近109°28′。都是稳定的。
成键的电子云并不沿轴向重叠，而是形成一种弯曲键。 造成重叠程度小, 键能下降,产生角张力。
开链或较大脂环化合物 中轨道可达到最大重叠
Banana bond
环丙烷分子中 轨道部分重叠
H
H
C
105.5°
H
60°
H
C
C
CH2
亚甲基
CH
次甲基
系统命名法
关键是如何确定主链和处理取代基的位置
分三步：一选主链、二编号、三写全称。 1.选主链(母体)：选取代基最多的最长碳链 2.编号： 从靠近取代基一端开始 3.写全称：按先小后大,把取代基的位次、数
目及名称列在母体前。
在英文命名中，取代基按词首的字母排列顺序先后列出
烷烃系统命名法的要点：
张力学说：
1885年，Baeyer AV 假定，环烷烃具有平面正多边形的结构 ：
60° 90° 108° 120°
128.6 135°
• 环上C－C之间的键角偏离正常键角109°28′，
•环丙烷每个键必须向内偏转24.75°,就会产生角张力。
•环丁烷、环己烷分别向内偏转9.75°, 0.75°。
•环己烷每个键向外偏转5.25°。
第二节、烷烃的命名
（一）普通命名法 （二）系统命名法（IUPAC法）
（一）普通命名法
• 1~10以内的碳原子数用天干字表示：
甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、 壬、癸。从十一个碳原子开始用中文数
字表示。
• 直链的烷烃称“正某烷”，“正”（n-）一般 略去。如：
CH3CH2CH3
丙烷
CH3(CH2)10CH3 十二烷

烷烃、环烷烃

烷烃、环烷烃

烷烃烷烃即饱和烃（saturated group)，是只有碳碳单键的链烃，是最简单的一类有机化合物。

烷烃分子里的碳原子之间以单键结合成链状(直链或含支链)外，其余化合价全部为氢原子所饱和。

烷烃分子中，氢原子的数目达到最大值，它的通式为CnH2 n+2。

分子中每个碳原子都是sp3杂化。

最简单的烷烃是甲烷。

烷烃中，每个碳原子都是四价的，采用sp3杂化轨道，与周围的4个碳或氢原子形成牢固的σ键。

连接了1、2、3、4个碳的碳原子分别叫做伯、仲、叔、季碳；伯、仲、叔碳上的氢原子分别叫做伯、仲、叔氢。

为了使键的排斥力最小，连接在同一个碳上的四个原子形成四面体(tetrahedro n)。

甲烷是标准的正四面体形态，其键角为109°28′（准确值：arccos(-1/3)）。

理论上说，由于烷烃的稳定结构，所有的烷烃都能稳定存在。

但自然界中存在的烷烃最多不超过50个碳，最丰富的烷烃还是甲烷。

由于烷烃中的碳原子可以按规律随意排列，所以烷烃的结构可以写出无数种。

直链烷烃是最基本的结构，理论上这个链可以无限延长。

在直链上有可能生出支链，这无疑增加了烷烃的种类。

所以，从4个碳的烷烃开始，同一种烷烃的分子式能代表多种结构，这种现象叫同分异构现象。

随着碳数的增多，异构体的数目会迅速增长烷烃还可能发生光学异构现象。

当一个碳原子连接的四个原子团各不相同时，这个碳就叫做手性碳，这种物质就具有光学活性。

烷烃失去一个氢原子剩下的部分叫烷基[1]，一般用R-表示。

因此烷烃也可以用通式RH来表示。

烷烃最早是使用习惯命名法来命名的。

但是这种命名法对于碳数多，异构体多的烷烃很难使用。

于是有人提出衍生命名法，将所有的烷烃看作是甲烷的衍生物，例如异丁烷叫做2-一甲基丙烷。

现在的命名法使用IUPAC命名法，烷烃的系统命名规则如下：找出最长的碳链当主链，依碳数命名主链，前十个以天干(甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸)代表碳数，碳数多于十个时，以中文数字命名，如：十一烷。

烷烃和环烷烃知识点详解

烷烃和环烷烃知识点详解

H H
部分重叠式 (反叠式)
CH3
H 3C
H
H
H
H
邻位交叉式 (顺错式)
H 3CC H 3
H H
H H
全重叠式 (顺叠式)
正丁烷不同构象的能量曲线图
2.4.2 环烷烃的构象 Conformation
（1）环丙烷和环丁烷的构象
（2）环戊烷的构象
环戊烷 rotamer
蝴蝶型(环丁烷)
信封型
扭曲型
Envelope conformation twist conformation
0.25nm
5
6
1
3
0.18nm
4
5
6
1
4 2
H
3
2
H
5 H
H 6 HH
H
4 H
3 H
1 H
H 2
H
H H 4H
5
H3 H
H
H 6
H 1 H
HH 2 H
Conformational inversion
船型分子中 存在扭转张 力和氢原子 之间的非键 张力
（4）环己烷椅式构象中的竖键和横键
环己烷中的碳氢键可分为两种类型，每个碳原子上有一 个a键和一个e键，在环中上下交替排列。
CH2 亚甲基
CHCH3 亚乙基
CH2CH2 1,2-亚乙基
C (C H 3)2 亚异丙基
CH2(CH2)4CH2 1,6-亚己基(或六亚甲基)
（B）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。
• 用“正”、“异”、“新”等前缀区别不同的构造异构

烷烃与环烷烃

烷烃与环烷烃
邻位交叉式：甲基处于邻位，相互距离比对位交叉式近，能量较对位交叉式高； 全重叠式：甲基及氢都各处于重叠位置，相互斥力最大，分子能量最高，是最不稳定的构
象； 部分重叠式：甲基和氢互相重叠，能量较高，但比全重叠式的能量低。
构象稳定性 对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式
有机化学 （第9版）
第四章
烷烃和环烷烃
第一节 烷烃 第二节 环烷烃
重点难点
掌握 烷烃及环烷烃的命名，烷烃及环烷烃的构象异构， 烷烃的卤代反应，环烷烃的开环加成反应。
熟悉 烷烃的理化性质，自由基反应的机制。
了解 药物构效关系及自由基作用在医学中的应用。
第Байду номын сангаас节
烷烃
有机化学 （第9版）
一、结构
1. 烷烃中碳原子均采用sp3杂化。
顺-1,2-二甲基环己烷
反-1,2-二甲基环己烷 ee（优势构象）
1. 烷烃碳原子采取SP3杂化，分为伯、仲、叔、季四种类型。
2. 烷烃及环烷烃化合物的命名。 3. 烷烃在光照或加热条件下可进行自由基反应，反应活性与烷烃结构和卤素种类有关。 4. 环烷烃加热可发生氢化开环或亲电加成反应。 5. 烷烃存在构象异构，交叉式为稳定的优势构象，可以用锯架势和纽曼投影式表达。 6. 环烷烃存在椅式构象和船式构象，椅式构象为优势构象，较多取代基位于e键上的 取代为优势构象。
三、构象异构
（二）丁烷的构象
丁烷构象的能量变化及稳定性
正丁烷C2—C3旋转时各种构象的能量曲线
有机化学 （第9版）
三、构象异构
（三）药物构效关系
药物分子的构象与药物作用效果存在一定的关系，通常优势构象具有更好的作用效果。
多巴胺 （抗震颤麻痹药）

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

《烷烃和环烷烃》课件

《烷烃和环烷烃》课件

第二章 烷烃和环烷烃
8
例1 CH3-CH2 5
32 1
CH2-CH-CH2 -CH-CH2-CH3
CH2
CH3
CH3
3-甲基-5-乙基辛烷
取读 代作 基： 位位 次
连基 母
字名 体
符
名
例2 CH3-CH2-CH—CH-CH2-CH3 CH3-CH CH-CH3 CH3 CH3
2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷 2,5-甲基-3,4二乙基己烷 2,5-2甲基 3,4-2乙基己烷
8 7 65 43 2 1
CH3
2024/8/14
22
第二章 烷烃和环烷烃
2、确定取代基小结
（给主链编号）
（1）近取代基端编号；
CH3
CH2CH3
（2）若两个不同取代 基位于相同位次时， 按次序规则使小取代
CH3CH2CHCH 2CHCHCH 2CH2CH3 CH2CH2CH3
CH3 CH3
基编号较小（不考虑 下一个取代基）；
12
456
例3 6CH3-5CCHH-3CH2—3CCHH—2CCHH—3 1CH3
CH3 CH3
2,5-二甲基-3-异丙基己烷 2,5-二甲基-4-异丙基己烷
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第二章 烷烃和环烷烃
①
CH3 CH3
C7 H3C6 H25CH4CH3CHC2 HC1H 3 CH2 CH3
③
CH2 CH3
正戊烷
(CH3)2CHCH2CH3 (CH3)2C(CH3)2
异戊烷 新戊烷
第二章 烷烃和环烷烃
碳链异构的特点：
随着分子中碳原子数目增加，异构 体数目急剧增加。
例： C6H14 异构体数目 5个

2第二章烷烃和环烷烃

2第二章烷烃和环烷烃

H
109°28′
1.09×10 –10m
415 kJ/mol
2 乙烷的结构
H H
H H
H H C C H H H
H
H
C C
H
H
H H
H
乙烷的分子轨道示意图
烷烃碳链的锯齿状
伯碳原子(1 )：与一个碳原子相连 仲碳原子(2 )：与两个碳原子相连
。
。
仲(20)
碳 原 子 类 型
CH3 CH3 季(40)
（2）Cl• + CH4 链增长 （3）CH3• + Cl2 （4）Cl• + CH3Cl （5）CH2Cl• + Cl2 Cl• + Cl•
2Cl•
CH3• + HCl 反复 CH3Cl + Cl • 进行 CH2Cl• + HCl
CH2Cl2 + Cl•
Cl2 CH3Cl CH3CH3
链终止
Cl• + CH3• CH3• + CH3•
正丁烷C2—C3键旋转时的分子的位能曲线图
稳定性:对位交叉式＞邻位交叉式＞部分重叠式＞全重叠式
一、状态
1、1~4:气体 2、5~16：液体 3、≥17：固体
二、沸点(b.p.)
四 烷 烃 物 b.p. 36.1oC 25oC 理 性 三、熔点(m.p.) m.p. 质 M越大，m.p.越大
结构越对称，m.p.越大
第二章 烷烃和环烷烃
烷 被 【 烃 氢 烷 】 完 】 通 指 全 取 式 碳 饱 完 氢 和 全 化 ； 之 合 【 意 物 烃 ， 。 碳
ting
:
CnH2n+2
第一节

2.烷烃和环烷烃

2.烷烃和环烷烃

③ 写出少二个碳原子的直链式为主链
CH3 H3C C CH3
CH3
新戊烷
第一节 分类、构造异构和碳原子的级
烃：仅由C、H两种元素组成的化合物。
烷烃 脂肪烃 烯烃 烃 脂环烃 炔烃
芳香烃
（2）单环烷烃的构造异构 环的大小和环上取代基的不同而引起的异构； 与单烯烃互为异构。
C4H8
H2C C CH3 CH3
e
四、环己烷的构象
1、椅式、船式和扭船式构象 角偏差(α) = (109.5o-120o) / 2=-5.25o 较大。
通过环内C-Cσ键旋转，调整其内角接近109.5o， 使完全无角张力——椅式和船式构象。
（1）椅式构象
H
H
H
5
H
6
H
1
H
4
3H
H
H
2
H
H
① 无角张力。
② C1、C3、C5上或C2、C4、C6上处于竖直向上或 向下的三个氢原子间距离为2.3Å，约等于氢原子范 德华半径之和(2.5Å)——无范德华排斥力(跨环张力)。
把支链作为取代基。
1、常见的烷基： 相应的烷烃去掉一个氢原子后留下的原子团。
通式：CnH2n+1
常以 R- 表示
甲基(Me)—— CH3乙基(Et) —— C2H5-
异丙基(i-Pr)—— H3C CH
CH3
正丁基(n-Bu)—— CH3CH2CH2CH2-
异丁基(i-Bu)—— H3C CH CH2
一、烷烃的结构
结构
C：sp3 Csp3-Hs Csp3-Csp3 σ键
1、σ键：轴向重叠形成的共价键(头碰头)， 呈圆柱形轴对称。
2、σ键特性 ① 原子轨道轴向重叠(重叠程度大，键较牢固)。 ② 成键轨道呈轴对称，可“自由旋转”。

烷烃和环烷烃

烷烃和环烷烃
1o
10 只与一个碳原子相连 20 与两个碳原子相连 30 与三个碳原子相连 40 与四个碳原子相连
2o 1o
CH3 CH3 3o 2o 2o 1o H3C C4o CH2CHCH2CH2CH3 H3C C3o CH3 CH3 CH3
CH3CH2CH CH3
CH3CH2CH2CH2
叔丁基 tert-butyl
第四章 烷烃和环烷烃
重点讲解内容 一、烷烃的结构 二、烷烃的命名 三、烷烃的物理性质 四、烷烃的化学性质 五、烷烃的构象异构
烃（hydrocarbon）：仅由碳和氢两种元素组
成的有机化合物。
烷烃（alkane）：烃分子中的碳原子彼此以C-C
单键连接，碳的其余键都与氢原子相连。
最简单的烷烃为甲烷：Molecular formula CH4
CH3
CH3CH2CH CHCH CHCH3 2,3,5- 三甲基-4-丙基庚烷 CH3 CH2 CH3 CH2CH3
(B)主链的编号（最近、最小、小小）
原则：从最靠近支链的一端开始编号，用 1 ， 2 ， 3……表示，即取代基位次最小。有几个取代基 时，取代基位次的和最小。和相同时，小的取 代基位次小为宜。
另外，若要画出三维结构，可用下述方法表示：
F Cl C Br H
表示该键指向纸面的背后 表示该键指向纸面的前面
二、构造异构和命名 （一）碳链异构
烷烃同系列中，甲、乙、丙无同分异构，丁烷有： CH3CH2CH2CH3 C4H10 b.p. -0.5℃ CH3CHCH3 C4H10 b.p. -10.2℃
重叠式的能量比交叉式高12.6kJ/mol（单键旋转的能垒 一般在12.6～41.8kJ/mol），这种能垒非常低，室温下的 分子热运动即可达到，因此常温下分离不出纯的烷烃的分 子构象）。

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。

烷烃和环烷烃课件

烷烃和环烷烃课件

环烷烃
2
常见用途。
医药、香料、化妆品、橡胶等广泛应 用于生产和制造工业。
烷烃和环烷烃的合成方法
烷烃合成
催化裂化、加氢裂化和加氢法等多种方法可用于 烷烃的合成。
环烷烃合成
金属催化、酶法和化学合成等多种方法可用于环 烷烃的合成。
总结和要点
1 重要性
烷烃和环烷烃是有机化 合物中重要的类别。
2 特性
烷烃具有直链和支链结 构，而环烷烃具有环状 结构。
环烷烃的结构和构，具有稳定 性和不反应性。
由多个环状结构组成，具有药理活性和生 物学功能。
烷烃和环烷烃之间的区别和相似之处
相似之处
都是有机化合物，由碳和氢原子组成。
区别之处
烷烃是直链或支链，环烷烃是环状结构。
烷烃和环烷烃的应用领域
1
烷烃
汽车燃料、热水剂、溶剂、润滑剂等
烷烃和环烷烃ppt课件
烷烃和环烷烃是有机化合物的重要类别，它们在化学和生物学领域中有广泛 应用。
烷烃和环烷烃的定义
烷烃是由碳和氢组成的一类无环脂肪烃化合物，而环烷烃是由碳原子组成的 环状结构。
烷烃的结构和特性
直链烷烃
由一根直链上的碳原子组成，具有高熔点和 沸点。
支链烷烃
含有一个或多个支链，对流动性和燃烧性能 有影响。
3 应用
烷烃和环烷烃在化学和 生物学领域中有广泛的 应用。

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

烷烃环烷烃的物理化学性质

烷烃环烷烃的物理化学性质

F2 ：反应过分剧烈、较难控制 Cl2 ：正常（常温下可发生反应） Br2 ：稍慢（加热下可发生反应） I2 ：不反应。即使反应, 其逆反应易进行
主要讨论的内容
甲烷的卤代反应机理（反应机制，反应历程） （Reaction Machanism）
什么是反应机理： 反应机理是对反应过程的详细描述，应解释以下问题：
自由基的稳定性与不同类型H的反应活性
考虑反应的决速步骤
自由基生成的相对速度决定反应的选择性
自由基稳定性：
自由基的相对稳定性决定反应的选择性
R-H的键离解能（DH）
01
2o 自由基
02
较易生成
03
3o 自由基
04
较易生成
05
自由基的相对稳定性：3o > 2o > 1o
06
1o 自由基
07
较难生成
08
1o 自由基
09
较难生成
10
键离解能（DH）
不同类型自由基的相对稳定性
溴代反应的选择性
选择性：2o H : 1o H = 82 : 1
选择性：3o H : 1o H = 1600 : 1
溴代选择性（127oC）： 3o H : 2o H : 1o H = 1600 : 82 : 1
由下列指定的化合物制备相应的卤代物，用Cl2还是Br2？为什么？
04
烷烃溶于有机溶剂中，不溶于水。
05
"相似者相溶"--普遍适用的经验规律。
06
是极性分子，烷烃是非极性分子，很难溶于水中。
07
折光率nD20 又称折光指数、折射率，是光在空气中速度与在液体中速度之比： nD20=C光空气/C光液体＞1 ，它反映了分子中电子对光传播干扰的程度，或者电子被光极化的程度。

医用有机化学-烷烃和环烷烃

医用有机化学-烷烃和环烷烃
利用计算机辅助药物设计等方法，发现具有新颖结构和生物活性的烷烃和环烷烃药物。
烷烃和环烷烃药物合成方法的优化与创新
开发高效、绿色的合成方法，提高药物合成的效率和可持续性。
烷烃和环烷烃药物作用机制的深入研究
揭示药物与生物大分子的相互作用机制，为药物优化和设计提供理论支持。
面临的挑战与机遇
面临的挑战
烷烃和环烷烃药物的生物利用度、稳定 性和毒性问题；合成方法的复杂性和成 本问题；临床试验的严格性和不确定性 。
化学性质
烷烃的化学性质相对稳定，主要发生取代反应，如卤代反应、硝化反应等。在 高温或催化剂作用下，烷烃可发生裂解反应，生成较小的烷烃和烯烃。此外， 烷烃还可与氧气发生燃烧反应，生成二氧化碳和水。
02 环烷烃概述
定义与结构特点
环烷烃定义
环烷烃是一类具有环状结构的饱和烃，分子中只含有碳和氢两种元素，且碳原子 之间以单键相连。
药物合成中的应用
01
作为合成原料
02
作为合成中间体
03
作为合成催化剂
烷烃和环烷烃是合成许多药物的 重要原料，如合成抗生素、激素、 维生素等。
在药物合成过程中，烷烃和环烷 烃常用作合成中间体，通过化学 反应转化为目标药物。
某些烷烃和环烷烃可用作药物合 成中的催化剂，促进反应的进行 并提高产率。
生物活性物质中的应用
结构特点
环烷烃的分子结构中含有一个或多个环状结构，环的大小和形状因分子而异。与 开链烷烃相比，环烷烃的分子结构更加紧凑，具有较高的熔点和沸点。
命名与分类
命名
环烷烃的命名遵循系统命名法，以环 作为母体，将环上的取代基按照优先 顺序编号，并注明环的大小和取代基 的位置。
分类
根据环的大小和形状，环烷烃可分为 单环烷烃、双环烷烃和多环烷烃等。 其中，单环烷烃又可分为脂环烃和芳 香烃两类。

烷烃与环烷烃的结构与性质

烷烃与环烷烃的结构与性质

烷烃与环烷烃的结构与性质烷烃与环烷烃是有机化合物中的两类基本结构类型，它们在碳原子间的连接方式以及分子结构上存在着明显的差异，这也导致了它们在性质上的显著区别。

下面将就烷烃和环烷烃的结构与性质进行详细讨论。

1. 烷烃的结构与性质烷烃是一类碳氢化合物，其分子中只包含碳碳键和碳氢键，没有其他官能团。

烷烃根据碳原子之间的连接方式可以分为直链烷烃和支链烷烃两种。

直链烷烃的一般分子式为CnH2n+2，其中n为大于等于1的整数。

直链烷烃的碳原子按照链状排列，最简单的直链烷烃为甲烷，其分子式为CH4。

直链烷烃的性质主要取决于其分子量和分子结构，通常是无色、无味、无毒的气体或液体，具有较好的燃烧性能。

支链烷烃是指在碳原子链上存在支链或分支结构的烷烃，例如异构的正丁烷和2-甲基丁烷。

支链烷烃的性质通常比直链烷烃具有较强的空间立体结构，因此支链烷烃的沸点、密度、熔点等性质会与直链烷烃有所不同。

2. 环烷烃的结构与性质环烷烃是一类碳氢化合物，其分子结构中存在一个或多个碳原子环。

根据不同的碳环数目，环烷烃可以分为环丙烷、环戊烷等不同类型。

环烷烃的分子式通常为CnH2n，其中n为大于等于3的整数。

环烷烃由于分子结构上存在环状碳骨架，因此其性质与烷烃有较大差异。

环烷烃通常具有较高的沸点和熔点，且不易溶于一般有机溶剂。

环烷烃中的环状结构会影响其立体构型和空间结构，因此环烷烃也具有较强的立体异构性。

环烷烃的立体异构性在有机合成反应中具有重要的意义，常被用于合成一些特定结构的有机物。

综上所述，烷烃与环烷烃在结构与性质上存在着明显的差异，了解烷烃与环烷烃的结构与性质不仅有助于理解有机化合物的基本特征，还能为有机合成反应的设计与调控提供重要参考。

有机化学第二章烷烃和环烯烃

有机化学第二章烷烃和环烯烃

氯代反应和溴化反应都有选择性，但溴代反应的选择性 比氯代反应高得多。
[X H R]=
过渡态 1
过渡态2 [R X X]=
Ea
R
RH X
RX X
烷烃卤代反 应时，并不是直 接生成中间体自 由基，而是先经 过一个过渡态。
过渡态与起 始态的能量差称 为活化能Ea。
卤代反应是否容易进行，取决于活化能的大小。不
甲烷氯代反应的适用范围
CH4
Cl2 300-400o
CH3Cl +
Cl2 hv
or hv HCl
CH2Cl2
Cl2 hv
+
HCl
CHCl3 +
Cl2 hv
HCl
CCl4 +
HCl
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。
CH2 CH2 CH3 CH2 CH3
CH2 CH2 CH3 CH2 CH3
分子间接触面积大 作用力强
bp：36℃
分子间接触面积小 作用力弱
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
bp：9.5℃
（三） 密度
烷烃的密度均小于1（0.424-0.780）。
（四） 饱和烃的偶极矩
偶极矩均为0。
同的卤代反应以及在同一烷烃的不同部位的反应的活化 能都是不同的。
２、自由基反应
自由基的定义
带有孤电子的原子或原子团称为自由基。 含有孤电子碳的体系称为碳自由基。
CH3CH2 一级碳自由基
CH3CHCH3 二级碳自由基
CH3CCH3

烷烃和环烷烃

烷烃和环烷烃

(2)熔点
• 基本上随分子量 的增加而增加。 （奇数和偶数碳） • 烷烃的熔点变化： 是因为晶体分子 直链烷烃的熔点与分子中所含 间的作用力不仅 碳原子数目的关系 取决于分子的大 小，也取决于他们在晶格中的排列。 分子的对称性增加，它们在晶格中的排列越紧 密，熔点也越高。
例: (正戊烷-129.8 ℃ ,异戊烷-159.9 ℃,新戊烷-16.8 ℃)
2.3.2 其它烷烃的结构
•乙烷的C- C 键
Stuart模型
乙烷分子中C-C键(C-H键用直线表示)
其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排 布在一条直线上，而是曲折地排布在空间。这是烷烃碳 原子的四面体结沟所决定的。如丁烷的结构：
注意:键线式书写烷烃的分子结构:
•为了方便，只要写出锯齿形骨架 , 用锯齿形线的 角 (120º )及其端点代表碳原子.不写出每个碳上所连的氢 原子.但其它原子必须写出.
Cl2 光
57/43=2x/6
x=4
*异丁烷氯代反应:
CH3 CH3 CH3 CH3CH + Cl2 CH3-C-Cl + CH3-CH CH3 CH3 CH2Cl 叔丁基氯36% 异丁基氯64% •设y为叔氢原子的相对活泼性 则: 36/64 = y/9 y=5.06
产物混合，复杂，一 般不用氯代来制备卤 代烃
分子式 C3H8
构造式
构造式的简写式
CH3CH2CH3 CH3(CH2)2CH3
丁烷
C4H10
戊烷
C5H12
CH3(CH2)3CH3
(2)烷烃的通式 —— 直链烷烃分子中，一个或几
个 -CH 2 - 基团（亚甲基）连成碳链，碳链的两端再连 有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为:
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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
CH 3
CH 3
H3C C CH 2
3° 2°
H
伯氢(1°H)：伯碳上的H
仲氢(2°H)：仲碳上的H
叔氢(3°H)：叔碳上的H
C
4°
CH 3
CH 3
1°
不同类型的氢
反应活性不一样
二、烷烃的命名（P23-25）
烃的主要来源：
天然气 甲烷（主要）、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷
石 油 各种烃的混合物：汽油 C5-11，煤油C11-15，
柴油 C15-18， 润滑油C16-20，石蜡C18-30，
沥青C30-40
煤
芳香烃等
第一节 烷烃 Alkane
一、烷烃的结构
结构特征：C为sp3杂化，各原子间以单键相连（键）。
C2H6 乙烷 ethane C4H10 丁烷 butane C6H14 己烷 hexane C8H18 辛烷 octane
•用“正”、“异”、“新”等字区别同分异构体
n-
iso- neo-
例如：
CH3CH2CH2CH2CH3
（正）戊烷 n-pentane
CH3CHCH2CH3 CH3
异戊烷 isopentane
药效构象
如：多巴胺是体内合成去甲肾上腺素的前体， 其药效构象为
NH 2
H
H
H
H
OH OH
四、烷烃的化学性质
1. 稳定性 室温下烷烃与强酸、强碱、强氧化剂或强还原 剂不发生反应或反应很慢。
2. 卤代反应 (Cl2、Br2) halogenation
CH4
Cl2 光
Cl2
CH3Cl 光
CH2Cl2
Cl2 光
P119
第二章 烷烃和环烷烃
烃 hydrocarbons 只含有碳和氢两种元素的化合物
饱和烃——烷烃
脂肪烃 aliphatic
烯烃 不饱和烃
炔烃
hydrocarbon 脂环烃
烃
alicyclic hydrocarbon
芳香烃 aromatic hydrocarbon
苯型芳香烃 非苯型芳香烃
链烃 环烃
近109º28’。
键的特点：键能大，极化度小，稳定，且成键原子可绕键轴旋转。导 致烷烃化学性质稳定，且具有特殊异构现象——构象异构 。
烷烃分子组成可用通式CnH2n+2表示。
同系列（homologous series）：具有相同的组成通式和 结构特征的一系列化合物
同系物（homolog）：同系列中的化合物互称为同系物 同系差：相邻两同系物之间的组成差别。烷烃同系物的 系差为CH2 。
H
锯架式
H
H H
H
HH
H
Newman 投影式
H
H
H
H
H
H
H
H
H
HH
H
HH
H
（2）正丁烷的构象 有四种典型conformation：
2 3
CH3
H
H
H
H
CH3
对位交叉式 优势构象
CH3
H
CH3
H
H
H
邻位交叉式
H CH3
H3C CH3
HH
CH3 H
HH
H H
部分重叠式 全重叠式 最不稳定构象
药物分子的构象与其生物活性有着密切关系。许多药 物分子是以特定的构象与受体结合发挥作用。
有机化合物的分子组成相同而结构不同的现象 ——同分异构现象
具有相同的分子式但结构式不同的化合物称为 异构体 isomer 1. 碳链异构 carbon chain isomerism（P4）
随着碳原子数增加（4C以上）出现不同碳链结构的构 造异构体。
如：戊烷有三个碳链异构体
2. 构象异构 conformational isomerism（P98） 烷烃分子中成键原子可绕单键自由旋转，导
CH3 CH3 C CH3
CH3
新戊烷 neopentane
烃分子中去掉一个氢原子后剩下的原子团叫做烃基（R-）
常见的烷基见P24 其中1~4C 烷基英文名称要记住（词尾“ane”改为“yl”）
2. 系统命名法 选主链 碳链最长，取代最多
编号 位次最低
取代基 先小后大(优先基团后列出),同基合并 用中文小写“二、三、四”表明取代基数 目，在英文名称中，基团按字母顺序先后 列出，用“di、tri、tetra”表示取代基数目
同系物具有相似的化学性质，但反应速率往往有较大的差 异；物理性质一般随碳原子数的增加而呈现规律性变化。 同系列中的第一个化合物往往具有明显的特性。
碳原子的类型
饱和碳原子分为伯、仲、叔、季四种类型
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
CH3 CH CH2 CH CH2 CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
CH3
4-甲基-6-乙基壬烷
6-ethyl-4-methylnonane
CH3 CH2 CH CH2 CH CH3
CHCH3 CH3
CH3
2,5-二甲基-3-乙基己烷 3-ethyl-2,5-dimethylhexane
三、烷烃的异构现象 isomerism
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
1. 普通命名法 •按分子中碳原子总数叫“某烷” ≤10C 用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 表示， >10C 用十一、十二 等中文数字表示。
烷烃的英文名称：表示碳原子数的词头 ＋ ane 词尾组成
CH4 甲烷 methane C3H8 丙烷 propane C5H12 戊烷 pentane C7H16 庚烷 heptane
CHCl3
Cl2 光
甲烷和氯气的光照卤代反应包括链引发、链增长、链终止三步。 free radical reaction
➢chain-initiating step Cl:Cl 光或热 Cl· + Cl·
➢chain-propagating step Cl· + CH4 —>CH3· + HCl CH3· + Cl2 —>CH3Cl + Cl·
如：
H
CH4 , H C H
甲烷
H
Tetrahedral,
all orbital bond
angles are 109.5o.
H
σ sp3-s
键角109º28’ 正四面体构型
H H
H
H
CH3 CH3 , H C
乙烷
H
H
由于C上所连基团不同，
CH σsp3-s 键角有所变化，但也接
H
σsp3-sp3