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有机化学 烷烃和环烷烃

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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。

有机化学第章烷烃和环烷烃

有机化学第章烷烃和环烷烃


脂环烃：碳原子之间相互连成环，其性质类似链烃 的碳氢化合物。
脂环烃
饱和脂环烃，又称环烷烃，通式：CnH2n
不饱和脂环烃
环烯烃 环炔烃
单环脂环烃：分子中只有1个碳环。 环丙烷
环丁烷
分子中含有两个或两个以上碳环结构的脂环烃称为双环或 多环脂环烃。
两个碳环共用一个碳原子的脂环烃，称为螺环烃(spiro hydrocarbon)。“螺”字表示两个碳环只共用一个碳原子，此 碳原子称为螺原子。
Alkyl group names are obtained by removing the –ane from the alkane name , and replacing it with -yl
中文名 英文名 中文名 英文名 甲烷 methane 甲基 methyl 乙烷 ethane 乙基 ethyl 丙烷 propane 丙基 propyl 丁烷 butane 丁基 butyl
2. 编号：从第一桥头（共用碳原子）开始，沿最长桥路到第二桥 头，再沿次长桥路回到第二桥头，然后编最短的桥路。（先编大 桥，再编小桥)。取代基的位置最小。
3.命名: 某基二环[n.m.p]某烷。 n.m.p---指各桥路上碳原子数。
2 1
3
7
4
6
5
8 6
4 5
7 1
2
3
1-甲基二环[4.1.0]庚烷
Homolog
同系物： 同系列中各化合物互称同系物。
同系列差：相邻两个同系物在组成上的不变差数 CH2。
烷烃中的伯、仲、叔、季碳原子。
伯碳原子：只与1个碳原子直接相连的碳原子。 (primary) 也称一级碳原子，以1° 表示。 仲碳原子：只与2 个碳原子直接相连的碳原子。 (secondary) 也称二级碳原子，以2 ° 表示。 叔碳原子：只与3 个碳原子直接相连的碳原子。 (tertiary) 也称三级碳原子，以3 ° 表示。 季碳原子：与4个 碳原子直接相连的碳原子。 (quaternary) 是四级碳原子，以4 ° 表示。
有机化学课件第-二-章烷烃和环烷烃_图文

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
第2章 烷烃、环烷烃

第2章 烷烃、环烷烃


第二章 烷烃、环烷烃
2.2.2 烷烃、环烷烃的同分异构现象 二、环烷烃的异构现象 2.顺反异构 1,2-二甲基环丁烷、1,4-二甲基环己烷的顺反异构如下：
顺-1,2-二甲基环丁烷
反-1,2-二甲基环丁烷
顺- 1,4-二甲基环己烷
反-1,4-二甲基环己烷
当环上的取代基增多时，顺反异构体的数目也相应增加。
CH2 CH3
CH2
CH3
正丁烷 ( b.p. -0.5℃）
CH3 CH CH3
异丁烷 (b.p. –10.2℃)
CH3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
正戊烷（b.p. 36.1℃）
CH3 CH3 C CH3 CH3
CH3 CH CH2 CH3
新戊烷（b.p. 9.5℃）
异戊烷（b.p. 28℃）
（a）交叉式构象
（b）重叠式构象
透视式好像锯木架，故也叫锯架式。纽曼式投影式是从C—Cσ键的延长线上 观察，两个碳原子在投影式中处于重叠位置，用 近的碳原子及其三个键，用 表示距离观察者较
表示距离观察者较远的碳原子及其上的
三个键。每一个碳原子上的三个键，在投影式中互呈120°角。
第二章 烷烃、环烷烃
第二章 烷烃、环烷烃
2.2 烷烃、环烷烃同分异构现象和命名
2.2.1 烷烃、环烷烃的通式
甲 烷 分 子 式 CH4 H 结构式 H C H 碳 数 氢 数 H H 乙 烷 C2H6 H C H H C H H H H C H 丙 烷 C3H8 H H C C H H H C H 丁 烷 C4H10 H H C C H C H H
` `
` `
... ... )
CH3
... ... )
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）。
有机化学第四章烷烃和环烷烃

有机化学第四章烷烃和环烷烃


1. 乙烷的构象
小于两个H 的 von der waals 半 径（1.2Å）之和， 有排斥力
<60o
2 H
H C H H
2.3 Å
H C H H
60o
H H H H 1 1 2 H H H
C1旋转
H H
1 1 H
C1旋转
H H
2H 11 H H H
H
交叉式构象 staggered conformer 原子间距离最远 内能较低 （最稳定）
奇数碳
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）。 （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）
密度
烷烃的密度均小于1（0.424-0.780) 偶极矩均为0。
饱和烃的偶极矩 溶解度
自由基型链反应（chain reaction）

甲烷的溴代反应机理
(1) (2) (3)
Br Br Br +
hv or
Br
+ Br Br H + CH3
链引发 chain initiation
H
CH3
CH3 + Br
Br
CH3 Br + Br
第(2), (3)步反应重复进行 (4) (5) (6) Br Br CH3 + + + Br CH3 CH3 Br Br
扭曲式构象 skewed conformer （有无数个）
重叠式构象 eclipsed conformer 键电子云排斥， von der waals排斥力，内能较高 （最不稳定）
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
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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。
第二章-烷烃与环烷烃

第二章-烷烃与环烷烃


分子式相同，
烷 烃 和 环 烷 烃
6
有 机 化 学
烷烃和环烷烃同分异构体的推导
（逐步缩短碳链）： ①写出最长链；
烷 烃 和 环 烷 烃
②写出少一个碳原子的直链，把一个碳当支链， 找出可能的异构体；
③写出少二个碳原子的直链，把二个碳当两个
支链，或一个支链，找出可能的异构体。
7
有 2.2 烷烃和环烷烃的命名 机 化 学 一、伯、仲、叔和季碳原子 1、伯碳原子
合物，称为同系列。
烷 烃 和 环 烷 烃
4、同系物
同系列中的化合物互称为同系物。
5、系差
同系列中相邻两个化合物在组成上的差别。烷
烃系差为CH2。
5
有 机 化 二、烷烃和环烷烃的构造异构 学 碳架异构：
碳的骨架不同。 构造异构体： 同分异构体： 分子式相同，分子内原子间相互连 分子式相同，结构不同。 接的顺序不同，即分子的构造不同。 是不同的化合物。
异丁基 (CH3)2CHCH2-
i-Bu11
有 机 （3）仲某基: 仲丁基: 化 学
CH3
CH3CH2CH - s-BuCH3 CH3 CH3
（4）叔某基: 叔丁基: (CH3)3C- t-Bu- ; 叔戊基: CH3CH2C
烷 （5）新某基: 新戊基 : CH3—C—CH2— 烃 CH3 和 2 、亚烷基 环 烷 烷烃分子中，去掉两个氢原子后剩余的基团。 烃
烷 ③相同基团合并写出，位置用2，3……阿拉伯数字标出, 取代 烃 和 基数目用二,三……中文数字标出。 环 ④阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开； 烷 ⑤阿拉伯数字之间必须用逗号分开。 烃
最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁。
22

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。

有机化学ppt-烷烃


五、烷烃的化学性质
（一）卤代反应
烷烃分子中的氢原子被卤素原子取代的反应称为卤代反应。 甲烷与氯在紫外光作用下或加热到250℃以上时发生反应， 甲烷中的4个氢可逐步被氯取代，生成4种氯甲烷的混合物。 卤素与烷烃的反应活性顺序为：
F2 >Cl2 >Br2 >I2。
（二）氧化反应
通常把在有机化合物分子中加氧或脱氢的反应称为氧化反应。 反之，脱氧或加氢的反应称为还原反应。烷烃燃烧是激烈氧化反 应，被氧化剂所氧化属于缓慢氧化反应。
石蜡（含20～40个碳原子的高级烷烃的混合物）在特定条 件下得到高级脂肪酸。
RCH2CH2R' + O2
MnO2 107～110℃
RCOOH + R'COOH
六、烷烃的来源和重要的烷烃
烷烃在自然界主要来源于天然气和石油中。
（一）石油醚
由石油分馏而得到，属低级烷烃的混合物。为无色透明液体， 因具有类似乙醚的气味，故称石油醚。
3
2
1
CH3－CH2－CH－CH2－CH3
4CH2－5CH2－C6 H3
4
CH3－CH2－CH2－C
7CH3－C6 H2－C5
（2）编号 从距离支链最近的一端开始，将主链碳原子用阿
拉伯数字依次编号。使支链（取代基）编号的位次最小。若有选
择，应使小的取代基位次以及多个取代基位次和尽可能小。
1 2 34 5 6
环烷烃可按分子中碳环的数目大致分为单环烷烃和多环烷 烃两大类型。
（一）单环烷烃及其命名
单环烷烃的分子通式为CnH2n(n≥3)，比同碳原子数的饱和 链烃少两个氢原子，与单烯烃互为同分异构体。常见的环烷烃 有：
环丙烷 环丁烷

大学有机化学第二章 烷烃和环烷烃

CH3 CH3 C—H + Cl2 CH3 CH3 CH3 hv CH3—C—CH3 + CH3CHCH2Cl Cl 64% 36%
hv
CH3CH2CH3＋Br2 CH3 CH3C—H ＋Br2 CH3
Br CH3CH2CH2Br＋CH3CHCH3
hv
3% CH3
CH2Br 1%＜
CH3 CH3
97%
第二章
学习目的与要求
烷烃和环烷烃
掌握烷烃、环烷烃的结构、命名及物理性质化学性 质；掌握构象异构现象。了解桥环化合物、螺环化 合物(二环)的结构、命名方法。了解环已烷直立键、 平伏键规律及稳定性分析。
烃——只含有碳和氢两种元素的化合物称为烃。 饱和烃 烷烃 CH3CH3 烯烃 CH2=CH2 不饱和烃 炔烃 CH≡CH 脂环烃 环戊烯 环戊烷
螺原子
螺环化合物 桥环化合物
C C H2
C
螺环化合物
两个碳环共用一个碳原子的双环化合物。
螺原子 两环共用的碳原子为螺原子。
桥环化合物—两个碳环共用两个或更多个碳原子的双 环化合物。 桥头碳原子 两环联接处的那两个碳原子
CH2 CH2 CH2 命名
※ 桥头碳原子
CH CH2 CH
CH2
CH2
※ 桥头碳原子
（二）命名
1 3
环丙烷
环戊烷 CH3
3
1-甲基环己烷
1-甲基-3-乙基
环己烯
2 1
环己烷 CH3CH2CHCH2CH(CH3)2
3-甲基环己烯
H3C
H
CH3 H
2 - 甲基 – 4 - 环戊基己烷
H
H3C
CH3
顺-1，2-二甲基环丙烷

有机化学第2章_烷烃和环烷烃

烷烃的卤代反应机理是自由基取代机理。
以甲烷的氯代反应为例，有如下反应事实： （1）在室温、黑暗中不反应；加热或光照下 进行，一经开始便可自动进行； （2）产物中有少量乙烷； （3）如有氧或有一些能捕捉自由基的杂质存 在，会推迟反应的进行。
以上实验事实，说明该反应是为自由基反应! 自由基反应大多可被光照、高温、过氧化物 所催化，一般在气相或非极性溶剂中进行。
H 一氯甲烷
生成的一氯甲烷还会继续被氯代，生成二氯甲 烷、三氯甲烷和四氯化碳四种产物的混合物。
CH2Cl2
二氯甲烷
CHCl3
三氯甲烷
CCl4
四氯甲烷
（二）卤代反应 2、卤代反应的反应机制
反应机制（反应历程）：化学反应所经历的途 径或过程 ，是根据实验事实，对反应做出的 详细描述和理论解释。
研究反应机理的目的是认清反应本质，掌握反 应规律，从而达到控制和利用反应的目的。
σ(s-sp3)
键角为109.5°
σ(s-sp3)
（2）乙烷（CH3CH3）分子的结构
除了H原子的s轨道电子与C原子的sp3轨道 电子以“头碰头”方式重叠形成s-sp3共价键外 ，也存在两个C原子的sp3轨道电子之间的配对
。σ(s-spσσ3) 键键可：沿旋键转轴不“影自响由轨道”重转叠动程；度重叠，程即
自由基
概念：带有孤电子的原子或原子团称为自由基
结构特点：三种可能结构（1）刚性角锥体， （2）迅速翻转的角锥体，（3）平面型。
C
C
C
自由基非常活泼，具有很强的反应活性。
CH2 > CH2 CHCH2 > (CH3)3C > (CH3)2CH
> CH3CH2 > CH3 >

烷烃与环烷烃的鉴别

烷烃与环烷烃的鉴别
烷烃和环烷烃是有机化合物中最简单的两种结构类型，但在实验
室中常常需要通过一系列的方法来鉴别它们。

首先，我们可以通过它们的化学式来区分。

烷烃的化学式为
CnH2n+2，而环烷烃的化学式为CnH2n。

也就是说，环烷烃相对于烷烃
来说少了两个氢原子。

其次，我们可以通过它们的物理性质来鉴别。

例如，烷烃的沸点
随碳数上升而增加，而环烷烃的沸点与其分子中的环数及分子量有关。

此外，环烷烃的密度比烷烃的密度更高，因为环状分子形成更紧密的
排列，分子间的吸引力更强。

另外，我们还可以通过光谱分析来鉴别烷烃和环烷烃。

一般来说，环烷烃的红外光谱中会出现环张缩模式、-CH2-吸收峰和骨架伸缩模式
等特征性吸收峰。

而烷烃的红外光谱中则没有这些峰。

此外，环烷烃
的质谱图中也会出现环张缩子离子的分子峰。

最后，我们还可以通过化学反应来鉴别烷烃和环烷烃。

例如，环
烷烃和烯烃经过裂解反应后会生成相应的烷烃。

此外，环烷烃和烷基
锂反应时，通常会发生开环反应，生成亚烷基锂和烷基锂等中间体。

总之，烷烃和环烷烃的鉴别需要综合运用多种方法，进行分析对比，才能得出准确的结论。

因此，在实验操作中需要谨慎认真，以确
保实验结果的准确性。

有机化学：烷烃和环烷烃w


80oC Ni
+ H2
50oC Pt / C
CH3CH2CH3
二、加卤素
环丙烷在常温下，环丁烷在加热时加成，开环
得1,3-或1,4-二卤代烷。环戊烷以上不反应。
+ Br2
室温
Br
Br Br
+
Br2 Br Br
+
Br2 Br
注意：
环烷烃在光照下与卤素进行自由基取代。
+ Cl2
+ Cl2 Br2
单环烷烃：根据成环碳原子数命名
为环某烷。
环丙烷
环丁烷
环戊烷
环己烷
CH3
1 3 5
H3C
CH2CH3
1,3-二甲基-5-乙基环己烷
CH3
5 3 1
H3C
CH2CH3
1-ethyl-3,5-dimethyl cyclohexane
CH3 CH2CH3 H3C
1,4-二甲基-2-乙基环己烷 1-ethyl -2,5-dimethylcyclohexane
是两种构象相互转化的平衡状态。
Ha
Ha Hb
Hb
常温下环己烷的构象可以迅速翻转。
原来的a键变成e键，e键变成a键。
由于环上所连接的都是氢原子，所以
这两种椅式构象是等同的。
脂环烃的物理性质

与链烃相似

环丙烷和环丁烷在常温下是气体，环戊烷 是液体，高级环烷烃是固体。
环烷烃的熔点、沸点和相对密度都比含同 数碳原子的烷烃为高。如：(bp)
螺[3.5]壬烷
1,5-二甲基螺[2.4]庚烷
1-甲基螺[3.5]-5-壬烯
桥环烃的命名
两环共用的碳原子称为桥头碳原子，其余的
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H
H
H
H
H
H
HH
H
➢ 相间的两根键相互平行（画 Z 字形） ➢ 六个碳原子交替分布在两个平面上 ➢ 每个碳均有一根C-H键在垂直方向，上平面的向上
画，下平面的向下画 ➢ 其它C-H键分别向左（左边的三个）或向右（右边
的三个），且上下交替
两种类型C-H键
a键 (axial bond) 竖键, 直键, 直立键
三环[2. 2. 1. 02, 6]庚烷
8-methylbicyclo[4. 3. 0]nonane
tricyclo[2. 2. 1. 02, 6]heptane
螺环烃（spiro hydrocarbon）的命名
2
16 7
5
8
3
4 10 9
1
4
5
3
2
6
7
螺[4. 5]癸烷 spiro[4. 5]decane
2.27Å
环己烷的其它构象式
椅式
半椅式 (half chair form)
扭船式 (twist boat form)
……
船式
椅式
半椅式构象
H
H
H
H
H
H H
H HH
H H
扭船式构象
>1.84Å
H H
H
H H
H H
H
5个碳在同一平面上 ➢ 有角张力（C－C键角接
近120o） ➢ 平面碳上的C-H键为重叠
不反应（难开环）
注意区分：
Cl2 / hv
自由基取代反应
Cl
➢ 小环化合物与 HI 或 H2O/ H2SO4的反应
HI
H2O
H2SO4
2
HI
3
1 CH3
HI
H
I
CH2CH2CH2
H
OH
CH2CH2CH2
H
I
CH2CHCH2 CH3
3 21
H
I
CH2CH2CH2CH2
反应选择性 与碳正离子 稳定性有关
3-甲基-4-环丁基庚烷 4-cyclobutyl-3-methylheptane
2
2'
1 1'
3
3'
联环丙烷
bicyclopropane
➢ 环可作为取代基 （称环基） ➢ 相同环连结时，可
用词头“联”开头。
桥环烃（Bridged hydrocarbon）的命名
桥头碳原子
10 2
9
1
3
8
6
4
7
5
H H
HH
H
H
H
H
H
HH
H
H H
H H
e键 (equatorial bond) 横键, 平键, 平伏键
H H
H H
a键和e键的相互转换
H
H
3
H
H
4
H 2H
56
1
H H
H
H
H
H
翻转
翻转后,原来的a键转变 为e键,而e键转变为a键
H
H
4
H H
H 3H 2
5
6
H
1
H
H
H
H
H
椅式构象中C-H键的顺反关系
H H
664.0 658.6 662.4
中 C8
环 C11
大 C12 环
每个CH2的燃烧热 (KJ/mol)
环辛烷 环壬烷 环癸烷
663.8 664.6 663.6
环十四烷 658.6 环十五烷 659.0
对比：开链烷烃每个CH2的燃烧热：658.6 KJ/mol
环的大小与化学性质
五元以上 环烷烃
性质相似
链状烷烃
Cl2 / hv
H2 / Pt 催化加氢
HI
Cl 自由基取代反应
不反应 不反应
!!!
小环环烷烃
活泼，易开环
小环化合物的特殊性质 —— 易开环加成）
➢ 小环化合物的催化加氢
H2 / Pt, 50oC or Ni, 80oC
CH3CH2CH3
（打开一根 C-C 键）
2
3
1 CH2CH3
H2 / Pt, 50oC or Ni, 80oC
HH
H
H
H
H H
HH
H
➢相邻碳上的a键和e键为顺式 ➢两个相邻的a键（或e键）为反式
船式构象
H C3-C2 H
HH
4
1
H
2
H
3
HH
5
C5-C6 H
6H
H H
旗杆键
1.84Å
HH
1 4
6 HH
3
5
2
HH
HH
重叠式
（有扭转张力）
HH H
HH H
H
H
H
H 2.27Å
H H
有几组H~H之间距 离均小于H的Van der Waal’s半径之 和（2.40Å ）
十氢萘
桥头间的碳原子数
(用"."隔开)
环的数目
二环[4. 4. 0]癸烷
组成桥环的 碳原子总数
bicyclo[4. 4. 0]decane
桥 头 碳：几个环共用的碳原子， 环的数目：断裂二根C—C键可成链状烷烃为二环；断裂三根C—C
键可成链状烷烃为三环 桥头碳原子数：不包括桥头C，由多到少列出 环的编号方法：从桥头开始，先长链后短链
两者互为构象异构体
椅式构象
H
H
3
H
H
2
1
H H4
56
H H
H
H
H
H
C4-C3
C6-C1
H H3
4
H
5
1H
6
H H2H H
交叉式
2.50Å
HH H
H HH
H H
H
2.49Å
H H
H
2.49Å
H~H之间距离均 大于H的Van der Waal’s半径之和 （2.40Å ）
环己烷椅式构象的画法
H
HH
C4-C3 H 4 HH
1
C1-C2 H
3H HH 2H
90o
➢稳定构象
88o
H
H4 H
H3
1
H
HH
2
H
C1-C2
HH 3
2 HH
4
1
H H
HH
重叠式构象
•角张力 •扭转张力
H
42 H
H2C
1
H2C3
HH
扭曲式构象
角张力稍增 加, 扭转张 力明显减小
2. 环己烷的结构及构象
环己烷不是平面型分子
如果环己烷的 6 个碳原子在同一平面上:
2
CH3
3 CH3CHCH2CH3
1
主要产物
H2 / Pt, 120oC or Ni, 200oC
CH3CH2CH2CH3
支链多 较稳定
➢ 小环化合物与卤素的反应
Br2 / r.t. Cl2 / FeCl3
Br2 / r.t.
Br
Br
CH2CH2CH2
Cl
Cl
CH2CH2CH2
（离子型） 加成反应
螺环烃
普通环烷烃的命名
CH3
环丙烷
环己烷
甲基环丙烷
cyclopropane cyclohexane methylcyclopropane
➢ 以环为母体，名称 用“环” （英文 用 “cyclo”）开 头。
➢ 环外基团作为环上 的取代基
1
1
2
2 3
➢ 取代基位置数字取
3 4
最小
1, 3-二甲基环己烷
➢ 将有角张力
➢ 将有扭转张力
120o
H
H H H
H
H
H
H H H
H H
偏离109.5o
C-H 重叠
环己烷碳架是折叠的
H
H
3
H
2H
1
H H
H H
H
4
H1 H
2
H
3
H
H H
4
5H 6
H
H
H
HH 5 H 6
C2, C3, C5, C6 共平面 H
H
椅式构象 (chair form)
船式构象 (boat form)
式构象（有较大的扭转张 力）
H H
HH
扭曲式构象
各种环己烷构象的势能图
kJ / mol
势
能
46
5.4 23.5
扭转过程
萘 naphthalene
莰烷 camphane
O
2-莰酮（樟脑） camphor
二．环烷烃的性质
环的大小与稳定性
稳定性 普通环 > 中环 > 小环
环烷烃的燃烧热数据
小 C3 环 C4
普 C5 通 环 C7
每个CH2的燃烧 (KJ/mol)
环丙烷 环丁烷
环戊烷 环己烷 环庚烷
697.1 686.1
1, 3-dimethylcyclohexane
1-甲基-4-异丙基环己烷
1-isopropyl-4methylcyclohexane
CH3
CH3
H
H
H3C H
CH3 H
H3C
CH3
顺-1,3-二甲基环戊烷
(cis-1, 3-dimethylcyclopentane)