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第二章 烷烃和环烷烃

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第二章烷烃和环烷烃

第二章烷烃和环烷烃

第二章第一节
2-甲基丁烷
烷烃
一、烷烃的结构、分类和命名
当超过1个取代基时，若取代基相同则合并，不同则 先简单后复杂。
2,2,4-三甲基戊烷
第二章第一节
3-甲基-4-乙基己烷
烷烃
二、烷烃的物理性质
物理性质通常包括物质的存在状态、颜色、气味、相 对密度、熔点、沸点和溶解度等。
烷烃一般常温为无色、无味、难溶于水、密度比空气 轻的气体、或低熔沸点的液体和固体。
后无其他分支称“异”某烷；主链第2个碳原子上有2个 甲基，后无其他分支称“新”某烷
第二章第一节
烷烃
一、烷烃的结构、分类和命名
H3C CH2 CH2 CH2 CH3
正戊烷
H3C CH2 CH CH3
CH3
异戊烷
CH3 CH3 C CH3
CH3 第二章第一节
新戊烷
烷烃
一、烷烃的结构、分类和命名
常见基团名称： -CH3 甲基 -CH2-CH3 乙基 -CH2-CH2-CH3 正丙基
熔沸点一般随分子中碳原子的增加而逐渐升高：烷烃 为弱极性物质，难溶于强极性溶剂水，而易溶于弱极性或 无极性的有机溶剂，这个规律称“相似相溶”。
第二章第一节
烷烃
三、烷烃的化学性质 烷烃分子中原子间均以稳定的共价单键连接，
且为非极性或弱极性共价键，因而十分稳定，但在 特定条件下也能发生化学反应。
（1）取代反应 –烷烃分子中氢原子被替换的反应 反应对象：卤素单质（氯气、溴） 反应条件：光照或高温（一般400度以上） 反应机理：自由基反应
第二章第一节
烷烃
一、烷烃的结构、分类和命名
3.分类 根据烷烃碳链上有无分支，可将烷烃分为直 链烷烃和支链烷烃。也可以根据碳原子数的多少分为低 级烷烃和高级烷烃。

第二章 烷烃和环烷烃

第二章 烷烃和环烷烃

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℃

《有机化学》练习题(大学)(二)烷烃和环烷烃

《有机化学》练习题(大学)(二)烷烃和环烷烃

第二章 烷烃和环烷烃一.选择题1.下列环烷烃中加氢开环最容易的是:(A) 环丙烷 (C) 环戊烷 (B) 环丁烷 (D) 环己烷2.光照下,烷烃卤代反应的机理是通过哪一种中间体进行的?(A) 碳正离子 (B) 自由基 (C) 碳正离子(D) 协同反应,无中间体3.1-甲基-4-异丙基环己烷有几种异构体?(A) 2种 (B) 3种 (C) 4种 (D) 5种4. 石油醚是实验室中常用的有机试剂,它的成分是什么?(A) 一定沸程的烷烃混合物 (C) 醚类混合物(B) 一定沸程的芳烃混合物 (D) 烷烃和醚的混合物5. 液化石油气的主要成分是什么?(A) 甲烷 (B) 甲烷和乙烷 (C) 丙烷和丁烷 (D) 戊烷和己烷6. 汽油馏分的主要组成是什么?(A) C 1～C 4 (B) C 4～C 8 (C) C 10～C 16 (D) C 15～C 207. 烷烃分子中C 原子的空间几何形状是:(A) 四面体形 (B) 平面四边形 (C) 线形 (D) 金字塔形9. 2,3-二甲基戊烷(I)、正庚烷(II)与2-甲基己烷(III)三种烃类化合物的沸点次序为:(A) I > II > III (B) II > I > III (C) II > III > I (D) III > II > I10. 下列哪些不是自由基反应的特征?(A) 酸碱对反应有明显的催化作用 (B) 光、热、过氧化物能使反应加速(C) 氧、氧化氮、酚对反应有明显的抑制作用 (D) 溶剂极性变化对反应影响很小11. 为了除去正己烷中的少量己烯,最好采用下列哪种方法?(A) Pd +H 2 (B) 臭氧分解,然后碱洗 (C) 浓硫酸洗(D) 用Br 2处理,然后蒸馏12. 三元环张力很大,甲基环丙烷与5％KMnO 4水溶液或Br 2/CCl 4反应,现象是:(A) KMnO 4和Br 2都褪色 (B) KMnO 4褪色,Br 2不褪色(C) KMnO 4和Br 2都不褪色 (D) KMnO 4不褪色,Br 2褪色13. 内消旋体2,3-二氯丁烷的优势构象的Newman 投影式是:14. 顺-4-叔丁基环己醇的优势构象是：15. 下图中的化合物的CCS 名称是:(A) 2,2-二甲基双环[1.2.2]庚烷 (B) 2,2-二甲基双环[2.2.1]壬烷(C) 1,1-二甲基双环[1.2.2]壬烷 (D) 7,7-二甲基双环[2.2.1]庚烷16. C 3H 6O 有几种稳定的同分异构体?(A) 3种 (B) 4种 (C) 5种 (D) 6种17. BrCH 2CH 2Br 的优势构象是:(D)(C)(B)(A)CH 3HH CH 3Cl Cl Cl Cl CH 3H H CH 3CH 3H H CH 3Cl Cl Cl Cl CH 3H H CH 3 Bu t t Bu t Bu t Bu OH OH OH OH (A)(B)(C)(D)A.全重叠构象(B) 部分重叠构象(C) 邻交叉构象(D) 对交叉构象18. 反-1,4-二甲基环己烷的最稳定构象是:二.填空题1. 2.化合物的CCS名称是：化合物的CCS名称是: 3. 4. 如下化合物的CCS名称是：化合物的CCS名称是：5. 化合物2,6-二甲基螺[3.3]庚烷的结构式是：6. 化合物反-1-甲基-3-异丙基环己烷的优势构象式是：7.化合物4-甲基-1-异丙基二环[3.1.0]己烷的结构式是：8.写出2,3-二甲基丁烷沿C2-C3旋转产生的交叉型构象的Newmann投影式。

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

第二节 同系列和同分异构现象
一、同系列和同系物 • 烷 烃 的 分 子 通 式 为 CnH2n+2 ， 环 烷 烃 的 分 子 通 式 为 CnH2n。 • 凡是具有同一分子通式和相同结构特征的一系列化合 物称为同系列（homologous series）。 • 同系列中的化合物互称同系物（homolog）。 • 同系物具有相似的化学性质，物理性质也随着碳链的 增长而表现出有规律的变化。
第 二 章 烷烃 环烷烃
exit
烃(hydrocarbons)：
只含有C、H 两种元素的化合物 —— 碳氢化合物
碳原子之间均以C－C单键相连，其 余的价键均为H原子所饱和。 (saturated 烷烃 (alkanes) ：甲烷、乙烷等； hydrocarbons) 环烷烃(cycloalkanes):
三级戊基 （Tert or t ）
三级丁基 叔丁基
新戊基 （neo）
*3 有机化合物系统命名的基本格式
构型 +
R, S; D, L; Z, E; 顺,反
取代基
+
母体
官能团位置号 +名称
取代基位置号 + 个数 + 名称
(有多个取代基时，中文按顺 (没有官能团时 序规则确定次序，较优的在后。 不涉及位置号) 英文按英文字母顺序排列)
(1) 直链烷烃的命名: 含10个碳原子以内的直链烷烃, 从1-10依次用 天干名称甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、 癸加上烷来命名; 而含碳原子10个以上的直链烷烃, 用数目加上烷来命名（P27） 。
(2) 支链烷烃的命名 *1 碳原子的级
CH3 H3C C CH3 CH2 CH3 CH
1oH 2oH 3oH

第二章 烷烃和环烷烃-1

第二章 烷烃和环烷烃-1

甲基 乙基
methyl
Me
ethyl
Et
CH3CH2CH2
CH3 CH3CH
（正）丙基 异丙基
n-propyl
n-Pr
isopropyl
i-Pr
R （烷基）
中文名
英文名
缩写
CH3CH2CH2CH2
CH3 CH3CH2CH
（正）丁基 仲丁基
CH3 CH3CHCH2
CH3 CH3C
CH3
异丁基 叔丁基
n-butyl
H
HH
HH H
HHHH
H C HH C C H H C C C H H C C C C H

HH
HH H
H HHH
甲烷
乙烷
丙烷
丁烷
Methane Ethane
Propane
Butane
烷烃的通式 ： CnH2n+2
CH2 H2C CH2
H 2C H 2C
CH2
CH2
H 2C
CH2
CH2 H2C CH2
H
H
HC CH
H
H
σsp3 -s
乙烷
σ轨道：成键原子轨道沿对称轴方向相互交盖而成
σ键： σ轨道构成的共价键
σ键的特性：
• 电子云围绕键轴呈圆柱体的轴对称，可单独存在 • 可沿键轴自由旋转，不改变电子云的形状 • 电子云重叠程度大，键能较大，不易断裂 • 两核间不能有两个或两个以上的 σ键。
其他烷烃的结构
p 环烷烃的稳定性： 实验事实：环己烷 > 环戊烷 > 环丁烷 > 环丙烷 why? 结构所致！环张力所致！
• 环烷烃的环张力越大，表明分子的能量越高，稳定性越 差，越容易开环加成。

有机化学课件第-二-章烷烃和环烷烃_图文

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

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)
b
d
二 环烷烃的结构与稳定性
电子云偏向
环平面外侧， 容易受等亲
共价键的形成是由于原子轨道相互交叠的结果， 交叠程度越大，键越稳定。sp3杂化轨道沿轨道 对称轴（两个成键原子连线）方向实现最大交盖， 形成109028′的键角。
弯曲键（香蕉键）
SP3杂化轨道扭 偏了一定角度
电试剂进攻，
故似烯烃进 行加成反应。
辛、壬、癸；10个碳以上，用数字十一、十二等表示。
如：C6H14 己烷 C8H18 辛烷 C12H26 十二烷
2 烷烃的命名 区别异构体用“正”、“异”、“新”。
直链烷烃——叫“正” CH3 具有 CH3-CH- 结构(端位第二个碳原子有2个CH3)——叫“异”
CH3 具有 CH3-C- 结构，即(端位第二个碳原子有3个CH3)——叫“新” CH3
（C-C 键能为345.6 KJ/mol；C-H 键能为415.3 KJ/mol）
烷烃的稳定性不是绝对的，在一定条件下 （如光、高温或催化剂的影响下）也可以 发生某些反应。
一 氧化反应
C n H 2n+2
3 n +1 + ( ) O2 2

第二章 烷烃和环烷烃


一些常见的烷基
（烷基） 中文名
甲基 乙基
R
CH3
英文名
methyl ethyl
缩写
Me Et
CH3CH2
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
原子间距离最远 内能较低 （最稳定）优势构象
键电子云排斥， von der waals排斥力，内能 较高（最不稳定）

乙烷构象转换与势能关系图
H H H H 1 1 2 H H H H
H H H 1 H H H
旋转60
o
H H
1 1
2H H
H
旋转60o
H H
2
1 1 H
H H
……
potential energy (KJ/mol)
H H H H H H
H H
H H
与
I I
C Cl
H Cl
与
H H H
构型异构体 • 不可转换 • 理论上可分离
构象异构体 •可通过单键旋转转换 •一般无法分离
二. 烷烃的命名
普通命名法: 用于简单化合物的命名
IUPAC命名法（系统命名法）
（IUPAC: 国际纯粹与应用化学联合会， International Union of Pure and Applied Chemistry）
例：
碳原子数为1~10用天干
碳原子数目 + 烷

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）
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