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1、本章学习要求 掌握烷烃系统命名法(IUPAC)与普通命名法、自由基取代反应历程、Newman投影式的书写、环烷烃的结构与化学性质的关系及其重要化学反应、环己烷的一元、二元取代物的优势构象；了解烷烃的物理性质及其变化规律和单环烷烃的命名。,通式：CnH2n+2 例：CH4 C2H6同系列：具有相同的通式，在组成上相差CH2或它 的倍数，结构相似，化学性质相似，物理性质随碳原子数的增加而有规律地变化，这类化合物系列称为同系列。同系物：同系列中的化合物互称为同系物。系列差：相邻的同系物在组成上相差的结构单元（CH2）。,1.1 烷烃的通式和同系列及同分异构,1 烷烃,同分异构：分子式相同而结构(构造
2、)不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为同分异构现象。,碳化合物含有的碳原子数和原子种类越多，它的同分异构体也越多。如：C7H16的同分异构体数 9 个；C8H18的同分异构体数可达18个；C10H22的同分异构体数可达75个。,碳链异构：碳原子之间的连接方式不同而呈现出的异构现象。例：,由于碳链异构现象，引起了碳原子与碳原子的连接方式不同，由此可将碳划分为四种类型；同时，与不同类型的碳原子相连的氢原子也可以分为几种类型：,在烷烃中碳原子与碳原子之间可能有四种结合方式，因此把碳原子分为 伯(以1表示)、仲(2)、叔(3)、季(4)四类。连在伯、仲和叔碳原子上的氢，分别称为伯、仲和叔氢原子。不
3、同类型的氢原子的反应性不同。,1 普通命名法：称某烷：甲，乙，丙癸，十一，十二 碳数=11：中文数字 加前缀：正，异，新,1.2 烷烃的命名,(异)(新),(2)带支链的烷烃i 选主链（母体）：含碳原子数最多、带支链最多的碳链作为主链，数出其碳原子总数，把它当作直链烷烃，按方法(1)命名。支链作取代基。,ii 对主链碳原子编号：a.从靠近取代基的一端；b.两端位置相同，从简单取代基的一端；c.按最低系列，使取代基所连碳的位次最小。,2 系统命名法(IUPAC)(1)无支链的直链烷烃：某烷(同普法，不加前缀),iii 写出化合物名称：命名“取代基位次”+“取代基名称”+“母体名称”,a 相同支链
4、要合并，阿拉伯数字之间加逗号“，”，阿拉伯数字与汉字之间添短线“-”。,b 多个支链书写顺序：按“顺序规则”小前大后，较优基团较后列出。,顺序规则：（A）原子序数大者为较优基团，同位素质量大者为较优基团。（B）如取代基与母体相连第一原子相同，则比较其次相连的原子，依次类推。C（C）C=C C C；CC C C C C,2,6-二甲基-4-丙基辛烷,3,8-二甲基-5-乙基癸烷,1）,2）,3）,4）,2,2-二甲基戊烷,3-甲基-4-乙基己烷,2,5,6-三甲基辛烷,2,7,9-三甲基-6-异丁基十一烷,烷基的命名及缩写,烷烃去掉一个H生成的一价原子团叫烷基R-，CnH2n+1 去掉两个H生成
5、的二价原子团叫亚某基 去掉三个H生成的三价原子团叫次某基,C:sp3 杂化，C-C，C-H键均为 键，键角接近10928。,1.3.1 甲烷和乙烷的分子结构,1.3 烷烃的结构,1.3.2 乙烷和丁烷的构象 1、乙烷分子,构象由于围绕单键的旋转而产生的分子中原 子在空间中的不同排列。两种极限构象式重叠式和交叉式,构象的表示方法：透视式(锯架式)，纽曼投影式,2.丁烷分子 四种极限构象,常温下C1C4的直链烷烃为气体；C5C16的直链烷烃为液体；C17以上的直链烷烃是固态。随相对分子质量增加，沸点相应增加。异构体中支链烷烃比直链烷烃沸点低；支链越多，沸点越低；支链数目相同者，分子对称性越好，沸点
6、越高。,1.4 烷烃的理化性质,1.4.1 物理性质,熔点随着相对分子质量增大而增加。含偶数碳原子烷烃的熔点比奇数碳原子的熔点升高较多(原因:有较高对称性)。支链烷烃比同分异构的直链烷烃熔点低。但对称性特高的支链烷烃比同碳数的直链烷烃熔点要高。如新戊烷熔点(16.6)比戊烷(129.7)高。原因：对称性高者排列较紧密，熔点较高。相对密度小于1；随着相对分子质量增加，相对密度增大；异构体中支链增多，相对密度降低。溶解度 烃类皆不溶于水，易溶于有机溶剂，符合“相似者相溶”规则。,1.4.2 化学性质,CH 和CC 键的键能强，极性小，因此，对离子型试剂有相当大的化学稳定性，在一般情况下，烷烃与大多
7、数试剂，如强酸、强碱、强氧化剂等都不起反应，但在一定条件下，例如在高温或有催化剂存在时，烷烃也可以和一些试剂作用。,一般性：,1.取代反应,（1）甲烷氯化机理：自由基机理,特征：,在光照、加热或催化剂存在的条件下进行；有自由基中间体生成（均裂反应）,（2）其他烷烃的卤代,（i）H 的活性：叔H 仲H 伯H,与反应中产生的自由基有关：含单电子的碳原子上连接的烷基越多越稳定。,R3C R2HC RH2C H3C,（ii）卤素的活性：F2 Cl2 Br2 I2,自由基的结构：碳为sp2杂化，未杂化的p轨道有一个单电子。属于缺电子体系，不稳定，反应活性高。,2.氧化反应,烷烃在通常情况下是不被氧化的。
8、但是它能在空气中燃烧（剧烈氧化）生成二氧化碳和水，同时放出大量的热能。因此烷烃可以用作燃料。,3.裂化与裂解,烷烃在无氧条件下进行的热分解反应(500700)称为裂化反应。过程复杂，包括C-C键C-H键的断裂，生成小分子烷烃、烯烃及氢气等混合物。,2.1 脂环烃的分类与命名,分类:,2 环烷烃,1.单环烷烃：小环,普通环（正常环）,中环,大环 C数：3-4 5-7 8-11 12 2.多环烷烃：螺环烃，稠环烃，桥环烃,环烷烃的顺反异构：假定环中碳原子在一个平面上，以环平面为参考平面，两取代基在同一边的叫顺式（cis-)，否则叫反式（trans-)。,单环烷烃的通式：CnH2n,命名：（1）单环
9、烷烃：a.根据环中碳原子的数目叫“环某烷”；b.环上取代基的位次和编号写在母体环烃名字前面，“编号”原则与烷烃相同；c.若有两个取代基，则在最前面标明“顺、反”；d.若取代基碳链较长，则环作为取代基。,（2）多环烷烃,a.根据成环的碳总数，叫螺 某烷,b.两环除开共用C（螺碳原子）外的C数，由小到大，放于 内，并用下角原点隔开,c.编号：从小环共用C大环（并尽可能使取代基为最小）,螺环烃：,a.判断环数及总碳数，称几环 某烷,*环数：将桥环烃变为开链化合物需要断开的C-C键的最小数,b.将桥上碳原子数（不包括桥头碳）由多到少顺序列在 内，并用下角原点隔开（有几个桥就有几个数字）。,c.编号：从
10、第一个桥头碳开始，从最长的桥编到第二个桥头碳，再沿次长的桥回到第一个桥头碳，即按桥渐短的次序将其余的桥依次编号。（若有取代基，则尽量使其位次较小）,桥环烃（包括稠环烃）：两个或两个以上碳环共用两个以上的碳原子。,二环4.2.0辛烷,2,7,7-三甲基二环2.2.1庚烷,2,6庚烷,2.2 环烷烃的分子结构,环丙烷的结构,环丙烷分子中碳原子为sp3杂化，CC键为弯曲键（香蕉键）。分子中存在着较大的张力（角张力和扭转力），所以易开环，发生加成反应。,环丁烷的分子结构：,存在张力，较环丙烷小，所以开环反应比环丙烷困难。,环戊烷的分子结构：,C-C-C夹角为108，环张力很小，分子稳定，不易开环，而易
11、发生取代反应。,环己烷及六元环以上的环烷烃的键角都为109.5，符合四面体结构，为无张力环，所以分子稳定，不开环，与开链烃的性质相似。,共性：,同烷烃相似，光照或加热下发生自由基取代反应。（难氧化）,特性：,小环的开环加成,2.4 环烷烃的化学性质,2.3 环烷烃的物理性质,（1）加氢：,（2）加溴,（3）加溴化氢,（1）环丙烷活性最大，不稳定，易发生开环加成（H2、X2、HX）；,（3）环丙烷衍生物开环位置：取代最多的C与取代最少的C之间；加成位置：符合马氏规则。,（2）其他环烷烃性质与开链烷烃相似，发生X2的自由基取代反应；,结论:,马氏规则：H加成到含H较多的C上，X加成到含H较少的C上
12、。,环已烷椅式构象特点：,2.5 环己烷的构象,(1)每个C上有两个C-H键，其一为a 键(直立)，与分子对称轴平行；另一为 e 键(平伏),与a 键成 109.5夹角。12个C-H键分为两组，一组为a 键，一组为e 键。(2)两种椅式构象可相互翻转，一种构象的a 键是另一种构象的e 键。(3)相邻两组 a 键伸展方向相反，一个向上，一个向下，e 键也如此。,取代环己烷的构象,环已烷两种椅式构象能量无差别，无法区分，处于动态平衡中。当六个碳原子上连的都是氢时，两种构象是同一构象。连有不同基团时，则构象不同。,CH3,CH3,93%,7%,a键取代基结构中的非键原子间斥力比e键取代基的大。取代基
13、越大，e 键型构象为主的趋势越明显。（1）环己烷多元取代物的最稳定的构象是 e-取代最多的构象。（2）环上有不同取代基时，大的取代基在 e-键的构象最稳定。,例1：反-1,2-二甲基环己烷最优构象,同一平面上的比较：在同侧为顺,a,e在异侧为反.a,a;e,e.,反式(e,e)比顺式的稳定；(a,a)实际上不存在，能量太高。,叔丁基在 e 键上的构象比在 a 键上的另一种构象要稳定的多。,例2:顺1-甲基-4-叔丁基环己烷的两种构象,本章重点,1、命名（系统命名法）2、分子结构（sp3 杂化，构象，小环烷）3、物理性质4、化学性质：甲烷氯化（碳自由基的稳定性）；小环的开环加成（加氢、溴、溴化氢，开环位置）；5、取代环己烷分子的优势构象。,本章思考题和作业一、问题讨论：2.1；习题：2.1 作业：习题：2.2(5、6)。二、问题讨论：2.4，2.5；作业：习题：2.3,2.4。,
