有机化学第二章 饱和脂肪烃下(汪小兰)

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。

H
H
H H
H
HH
H
H
H
2H之间的距离： 0.250nm 2H原子的范德华半径之和：
H
H
0.229nm
0.24nm
交叉式： 0.250nm > 0.24nm 无范氏张力
重迭式：
0.229nm<0.24nm 有范氏张力
24
乙烷分子的构象稳定性和内能变化
➢扭转能：使构象之间转化所需要的能量。
构象的稳定性与内能有关. 内能低,稳定;内能高,不稳 定。内能最低的稳定构象称优势构象。
➢书写规则：
1）相同取代基合并,数目用汉文数字二、三 ...表示； 2）取代基位号用阿拉伯数字表示； 3）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开； 4）阿拉伯数字之间必须用逗号分开。 5) 中文名称按基团次序规则，较小的基团列在前
CH3 C5H3__C4 H___C3 H __2C__C1 H3
CH3 CH2
☺杂化过程：
2p1x 2p1y 2pz 2s2
激发
1s2
2s1 2p1x 2p1y 2p1z
杂化
1s2
2s轨道的能量与 2p较接近,2s上 的1个电子可以 激发到2pz空轨 道上。
激发态的碳原子 有4个单电子，但 轨道能量不等。
2s1 2p1x 2p1y 2p1z
1s2
杂化形成4个能量相 等的新轨道sp3轨道
杂化
19
3 烷烃分子的形成
+
sp3 s
sp3-s
+
sp3
sp3
sp3-sp3
+
+6
20
σ- 键: 形成:由原子轨道头碰头重迭而形成. 特征:电子云沿键轴呈圆柱状对称分布，成键两原子可 围绕键轴自由旋转不会影响电子云密度的分布。

sp3—s
总目录
乙烷分子的形成
总目录
四、分子立体结构的表示方法
1. 楔形（伞形）透视式及书写 甲烷：
甲烷凯库勒模型
楔形透视式
总目录
乙烷：
总目录
2. 锯架（sawhorse formula)透视式及书写
总目录
3. 纽曼投影式(Newman projection)及书写
总目录
第四节 烷烃的构象
总目录
第七节 烷烃的卤代反应历程 （reaction mechanism）
反应历程（或反应机理）： 化学反应所经历的途径或过程。 研究内容： ① 反应步骤 ② 反应中心 ③ 价键变化 ④ 影响因素 研究思路：
总目录
一、甲烷的卤代历程
1. 甲烷和氯气反应的实验事实：
总目录
2. 根据实验事实，提出如下机理：
一、化学性质稳定
二、氧化反应 三、热裂反应 四、卤代反应 第七节 烷烃的卤代反应历程 一、甲烷的卤代历程 二、卤素对甲烷的相对反应活性 三、氢原子反应活性与自由基的稳定性
三、系统命名法 第三节 烷烃的构型
一、碳原子的四面体概念及分子模型 二、碳原子的sp3杂化 三、烷烃分子的形成 四、分子立体结构的表示方法
乙烯基第一个原子：C、C、H 乙炔基第一个原子：C、C、C 因此：乙炔基＞乙烯基
总目录
d.如果两个不同取代基的位次都符合“最低 系列”时，按次序规则顺序，“较优”基 团后列出。
4-丙基-6-异丙基壬烷 4-isopropyl-6-propylnonane
总目录
• 如果支链上还有取代基时，这个取代了的 支链的名称可放在括号中或用带撇的数字 来标明支链中的碳原子。
生产燃料和化工原料 2. 催化热裂：应用催化剂的热裂反应称催化热裂反 应生产高辛烷值汽油，提高汽油利用率 .

σ-π共轭
-超共轭体系
H H C H H C CH2
-超共轭效应的表示式
4、不饱和烃的结构 化合物分子中可能含有两个以上的不饱和键.根据不饱和键的相 互关系分为三类: 两个不饱和键相隔两个以上单键的叫孤立不饱和烃。 CH2=CH-CH2-CH=CH2 两个不饱和键直接相连的叫累积不饱和烃. CH2=C=CH2
CHCH 乙炔
C6H12 环己烷 C6H10 环己烯 双环[2.1.1]己烷 螺[4.4]壬烷 苯 萘
脂 环
环
烃
烃 芳 烃
单环芳烃 多环芳烃
非苯芳烃
薁
二、脂肪烃的不饱和度 脂肪烃化合物是只含有碳氢两种元素的开链烃。饱和烃又称 为烷烃，它的分子式通式为CnH2n+2。不饱和烃的不饱和程度 用不饱和度表示. 对于化合物的不饱和度,可用下式计算:
Br C CH3 C H CH3CH2 Cl CH3 C C CH2CH3 CH2CH2CH3
CH3CH3 乙烷 CH2CH2 乙烯
炔烃 单 环 烃
多 环 烃 环烷烃 环烯烃 桥环烃 螺环烃
CnH2n—2
CnH2n CnH2n—2 CnH2n—2 CnH2n—2 CnH2n-6 CnH2n-12
含不饱和CC叁键
含饱和C-C和C-H键 含带双键的碳环 两个环共用两个以上碳原 子 两个环共用一个碳原子 含一个芳环的碳环 含两个或以上芳环 含有结构和性质与苯环相 似的芳烃
CH=CH-CH2+
R''
H
H
H
> R C
R'
> R C
> R C
H
> H C
CH=CH-CH2

第二章饱和脂肪烃烷烃
系统命名法规则如下： （1）选择主链（母体） （a）选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。 （b） 分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。 例如：
（2）碳原子的编号 (a)从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3……编号
第二章饱和脂肪烃烷烃
第二章饱和脂肪烃烷烃
（3）烷烃与其他卤素的取代反应
溴带反应时（光照，127℃），三种氢的相对活性为： 3°H ：2°H ：1°H = 1600 ：82 ：1
故溴代反应的选择性好，在有机合成中比氯带更有用。
第二章饱和脂肪烃烷烃
第二章饱和脂肪烃烷烃
三、烷烃的结构
1、 碳原子的四面体概念（以甲烷为例）
烷烃分子中碳原子为四面体构型。甲烷分子中，碳原子 位于正四面体构的中心，四个氢原子在四面体的四个顶 点上，四个C-H键长都为0.109 nm，所以键角 ∠ H-C-H 都是109.5º
H
109.5
C
H
H H
H
109.5
C
H
H
H
1、状态 在室温（25 oC）和0.1Mp下，C1-C4直链烃为气体，
C5-C17直链烃为液体，十八个碳原子以上直链烃为固体。 2、沸点(bp) 烷烃分子同系物中，随碳原子数的增加，其沸点也相
应升高。在分子式相同的构造异构体中，支链越多，分子间 距越大，其沸点越低。
第二章饱和脂肪烃烷烃
3、熔点(mp) 烷烃分子同系物中，随碳原子数的增加，其熔点也曲线升
第二章饱和脂肪烃烷烃
5、碳原子和氢原子的类型
与一个碳相连的碳称为一级碳，伯碳，1 C, 上面的氢为1 H; 与两个碳相连的碳称为二级碳，仲碳，2 C, 上面的氢为2 H; 与三个碳相连的碳称为三级碳，叔碳，3 C, 上面的氢为3 H; 与四个碳相连的碳称为四级碳，季碳，4 C。

2,7,8-三甲基癸烷
24
三. 烷烃的结构
H H C H 甲烷的结构式 H H H C H H
正四面体结构
Kekule模型
Stuart模型
25
伞形式
H H H C H H H
H C H H H
H C H
26
碳原子外层电子组态： (2s)2, (2px)1, (2py)1, (2pz)0 跃迁 成共价键时：(2s)1, (2px)1, (2py)1, (2pz)1
8
中文名
CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 甲烷 乙烷 丙烷
英文名
methane ethane propane
CH3CH2CH2CH3 CH3 CH3CHCH3
正丁烷
n-butane isobutane
异丁烷
9
CH3(CH2)3CH3 CH3 CH3CHCH2CH3 CH3 CH3CCH3 CH3
3o 自由基（叔自由基）
CH3 H3C CH2 CH2 CH2 H3C C CH3
1 负碳离子（伯负碳离子）
o
3o 正碳离子（叔正碳离子）
7
二. 烷烃的命名
• 普通命名法 • 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）
正庚烷 正辛烷 正壬烷 正癸烷 正十一烷 正十二烷 正十三烷 正二十烷
n-heptane n-octane n-nonane n-decane n-undecane n-dodecane n-tridecane n-eicosane
11
2. IUPAC命名法（系统命名法）

两平面间距50pm） c. 有构象转换异构体 。（K=104-105/秒） d. 环中相邻两个碳原子均为邻交叉。
H
2.51A
H
1
H
H
H
2
3 H
H
H5
H
6
4
2.49A H
2.50A
H
H
B. 船式构象
转换成Newmann式后，发现 船式构象为全重叠式，因此 能量比椅式构象高28.9kJ/mol。
C. 椅式构象与船式构象的相互转换
E=3.8 * 4=15.2kJ/mol
H3C CH3
H H cis-1,2-二甲基环己烷
H
CH3
H
CH3 各50%
H
H
H
CH3
CH3 HH
H
H
CH3
E=3.8 * 2 +3.8 =11.4kJ/mol
(CH3)3C H
CH3
(CH3)3C H
优势
H
CH3 两个甲基与氢原子间的
H
H 1,3-相互作用
2、桥环烃的命名
a. 确定环数：断开两个键就能成链状烃的为双环； b. 选主桥 c. 从桥头碳原子开始编号：从大环到中环再到小环，并
保证特征官能团及取代基位号最小； d.书写顺序：
取代基环数[大. 中. 小]母体名称
7
5
4 3
61 2
7,7－二甲基－2－乙基二环[2.2.1]庚烷
3、螺环烃的命名
663.6 5
十一员
662.7 4.1
十二员 十三员
659.4 660.2 0.8 1.6
十五员
658.6 0
十六员
659 0.4

在链烷烃中， 对位交叉式为优势构象，
R
是平衡体系中的主体。
H
H
H
H
R
RR
H
H
HH
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有机化学国家精品课程电子教案
2.2 烷烃的物理性质
物理性质：一般状态、晶体类型、熔点、 沸点、折射率、溶 解度、相对密度、 黏度、波谱特征。
纯物质的物理性质在一定条件下是固定 的， 称为物理常数。 有机物中，构造相近的同系列化合物其物理性质随相对分子质 量的变化而有规律的变化。 纯物质的物理性质与分子结构有关。
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4 红外光谱及核磁共振谱特征
(1) 红外光谱（IR）
cm-1
—CH2—H（1° C—H） 2 960
vas
强
2 870 vs
强
CH—H（2° C—H） 2 930 vas
强
2 850 vs
强
—C—H（3° C—H） 2 890 v
弱
——
1 乙烷的构象
乙烷构象
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有机化学国家精品课程电子教案
乙烷的两种典型构象的能量水平不同，重叠式内能最高，为 不稳定构象(Δ E =12.6 kJ·mol-1)，交叉式内能最低，很稳定，是 优势构象。
重叠式构象中，C—Hσ键电子相距最近，排斥力（扭转张力 ）大，内能最高，扭转±60o后，分子内能最小，内能低者稳定 性大，在构象变化的平衡体系中占较多比例。
键轴
SsPp33-—---sSpP3 3 CC-—-CCσ σ键键
SsPp33-—--s-S CC-—-HHσσ键

2、构象异构： 由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间 的不同排列方式。0000000000000000000000000
一、烷烃的同系列和同分异构现象
1）乙烷的构象
重
H
叠
HC
式
H
H C
HH
HH
HH
H H
交 叉 式
典型构象
H HC
H
HH
C
H
楔形式
H
H
H
H HH 纽曼式
一、烷烃的同系列和同分异构现象
一个乙基） ，依次取代在除端位碳原子以外的所有碳原子上，并
注意消去重复结构
C
C-C-C-C
C-C-C-C
CC
C
⑷ 把最长的直链减掉三个碳原子（三个甲基、两个甲基和一个 乙基、一个丙基、一个异丙基)，作为取代基，依次取代在除端位碳 原子 以外的所有碳原子上，并注意消去重复结构 。以此类推。
一、烷烃的同系列和同分异构现象
烃的分类
饱和烃（烷烃）
开链烃
烯烃
脂
炔烃
不饱和烃
二烯烃
肪
烃
脂环烃
饱和脂环烃
烃
环烃
芳香烃
不饱和脂环烃 单环芳烃
稠环芳烃
烷烃：碳原子间以单键相连，其余价键均与氢结合而形成的化合物
一、烷烃的同系列和同分异构现象
（一） 烷烃的同系列 （二） 烷烃的同分异构现象
一、烷烃的同系列和同分异构现象
（一）烷烃的同系列
OH
O O
※烷烃碳架异构体的推导和书写： （以C6H14 说明之）
⑴ 先写出最长的直链式
C-C-C-C-C-C
⑵ 把最长的C-C直-C-C链-C 减掉一个碳原子，作为取代基（即甲基） ，依 次取代在除端位碳原C 子以外的所有碳原子上，并注意消去重复结构

CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3
同分异构体：具有相同分子式的不同化合物。
构造异构体：具有相同分子式, 分子中原子或 基团因连接顺序不同而产生的异构体。
由碳架不同引起的异构，称碳架异构。(属构造 异构)
•烷烃随碳、氢原子数的增加，而出现 不同的构造状态。
HHHH H-C-C-C-C-H
H H-C-H
CH3
构造相同，R型次序大于S型
CH CH2
(C) (C)
CH CH2 C C H HH
次序大的基团称较优基团。
O
O
O
例：-C-OH > -C-R > -C-H > -CH2OH
英文命名
Alkane “烷” 词尾-ane Alkyl “基” 词尾-ane变为 -yl
Methane Ethane Propane Butane Pentane Hexane
H
H
H
H3CH
H H
H H
HH
每对两面角之间的排斥力： H C C H 12/3=4kJ/mol
CH3 C C H (14.6-4)/2=5.3
构象稳定性：
CH3 C C CH3 22.6-8=14.6
对位交叉式 > 邻位交叉式 > 部分重叠式 > 完全重叠式
室温下，正丁烷构象异构体处于快速转化的动态平 衡中，不能分离。最稳定的对位交叉构象是优势构 象。
构造式的书写：常用短线表示一价常见的几种原子 如下：
-C-、 C=、-C≡、H-、-O-、=O、 N 、N≡、-N=、-S-、S=
• 书写结构简式时，C-H和C-Cσ单键可省略。
HHH HH
H-C-C-C-C-C-H HHH HH