第二章 烷烃和环烷烃

第二章 烷烃和环烷烃

一、 教学目的与要求：

1、掌握烷烃和环烷烃的结构特征和命名；烷烃和环烷烃的构象异构。

2、掌握烷烃和环烷烃的化学性质的异同点；烷烃和环烷烃的自由基取代及

机理；掌握小环的开环加成。

二、教学重点

1、烷烃的命名（包括六碳以下的英文命名）。伯、仲、叔碳原子和氢原子,

乙烷与正丁烷的构象；

2、烷烃的结构特征：σ键。卤代自由基反应机理，伯、仲、叔氢的反应活

性，伯、仲、叔碳自由基的相对稳定性；

3、脂环烃的命名（单环、螺环与桥环），三元、四元环的开环加成。

4、环己烷的椅式构象以及取代环己烷的优势构象规律。

三、教学难点：

1、烷烃的英文命名；

2、自由基卤代反应机理；

3、环己烷的椅式构象，以及取代环己烷的优势构象规律；

4、环丙烷的结构；

六、教学步骤及时间分配

导言：烃（Hydrocarbon ）：碳氢化合物。

简述烃的分类，介绍本章学习的重点要求，强调本章内容是学习后续各章的

基础。

1.1 烷烃

一、烷烃的结构

烷烃的结构特征：碳为sp 3杂化；C-H 、C-C 均为σ键。

σ键特点：键牢固，电子云沿键轴呈圆柱形对称，可自由旋转。

[示CH 4、CH 3CH 3的球棒模型]

简述同系列和同系物的概念和重要性：

二、烷烃的异构现象

(一) 碳链异构（carbon chain isomer ）：具有相同分子式，仅由于碳链结

构不同而产生的同分异构现象。

如：丁烷（C 4H 10 ）： 正丁烷 异丁烷

戊烷（C 5H 12）： 正戊烷 异戊烷 新戊烷

从以上异构体引出：四种类型的碳,三种类型的氢。

分析：各级碳和氢的结构特征和代表的符号。

思考：①指出下列烷烃的各级碳和氢：

CH 3-C-CH 2-CH-CH 2-CH 3CH 3CH 33CH 32CH 3

CH 3

②写出含一个叔碳、一个仲碳的分子量最小的烷烃（ ）

指出：分类的目的在于同种功能基结合在不同类型的碳上，反应活性有差别。

（二）构象异构

定义：因碳碳单键的旋转引起分子中的原子（团）在空间产生不同的排列方

式称构象，各种不同的空间排列互称为构象异构体（conformational isomers ）．

1、乙烷的构象

[操作球棒模型：旋转Ｃ－Ｃσ键，产生无数种构象异构体]。

两种典型的构象：交叉式和重叠式

①两种表达方式：锯架式和Newman 投影式（讲解要点）

②稳定性比较：交叉式＞重叠式

（示能量曲线图，结合模型操作，分析原因）

强调：能垒低（12.6KJ/mol ），分子间的碰撞即可产生83.8kJ/mol,故σ键

可自由旋转．

指出：乙烷主要以交叉式构象存在。

2、正丁烷的构象（CH 3CH 2-CH 2CH 3）

（主要讨论Ｃ２－Ｃ３σ键的旋转。操作模型：引导学生注意每转60°所得

到的构象）

[示投影： 正丁烷的四种典型构象及C 2-C 3旋转时各种构象的能量曲]

分析：

稳定性：对位交叉式＞邻位交叉式＞部分重叠式＞完全重叠式

两个邻位交叉式互为镜影关系——构象对映体。

正丁烷主要以对位交叉式和邻位交叉式存在，但室温下不能分离。

推论：直链烷烃的碳链在空间的排列，大多是锯齿状，而不是一条直线。

强调：构象分析的意义——构象不但对分子的理化性质都有影响，而且涉及

蛋白质、酶、核酸等生物大分子的结构与功能，以及药物的构效关系。

三、烷烃的命名法

（一）普通命名法

1、直链烷烃：1-10个碳，分别用词头甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、

壬、癸；10个碳以上，用中文数字命名：十一烷、十二烷等。

介绍烷烃的英文名称：

[示投影——直链烷烃的英文名称（10碳以下）]，

注意正确读音，要求熟悉烷烃的后缀（ane ）和六碳以下的字头。

2、异、新字头的应用

侧链： 异（iso-） 异戊烷 （isopentane ）

新（neo-） 新己烷 （neohexane ） CH 3-CH-CH 3CH 3-CH-CH 3CH 2CH 3CH 3-C-CH 3CH 3

CH 2CH 3CH 3-C-CH 3CH 3

强调：不能再有其它侧链。

（二）系统命名法（IUPAC 法）

直链烷烃与普通法基本相同，只是省掉“正”字。

带有侧链的烷烃则看作直链烷烃的衍生物。

1、烷基的命名

烃分子中去掉一个氢原子，所剩下的部分叫做烷基。英文命名法中,去掉

ane ，加yl 即可.[示投影：重要烷基的结构和中英文名称]

要求：熟悉四个碳以下的各种烷基的结构和中英文名称]。

2、系统命名法的要点（因中学有好的基础，不必逐条详细讲）

[示投影：要点和实例]

①最长链，为主链；链等长，基多者为主，称某烷；

②主编号，侧作基，位最小；

③相同基团合并，不同基团按“优先顺序”由低到高表达。

（英文命名法是按基团第一个字母的优先顺序来表达。）

di 、tri 、tetra 分别表示二、三、四，这些字头不在基团的优先顺序中考虑。

简要介绍烷基的优先顺序规则：异丙基＞丙基＞乙基＞甲基

实例：

①

（着重引导同学选主链和表达。）

2,2,4,5-四甲基-4-丙基庚烷（2,2,4,5-tetramethyl-4-propylheptane ）

②

2,5-二甲基-3-乙基己烷（3-ethyl-2,5-dimethylhexane ）

(注意：第二取代基位较小)

思考题：写出下列名称的结构式：

③ 2,2,4,4-四甲基戊烷 (2,2,4,4-tetramethylpentne)

④ 2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷 (2,3,5-trimethyl-4-propylheptane)

四、烷烃的物理性质

一般指物态、沸点、熔点、密度、溶解度、折光率、旋光度和光谱性质等。

[复习分子间的作用力，简要分析烷烃物理性质的变化规律]。

强调：物理性质在分离和鉴定物质和实验室工作中的重要性。

五、烷烃的化学性质

（一）稳定性

分析：C-C 、C-H 均为σ键，牢固，很难极化，不易发生异裂而进行离子型反

应。室温下，烷烃与强酸、强碱、强氧化剂均不反应。

但在光照、加热、或催化剂作用下，可发生共价键均裂的自由基反应。

CH 3-CH 2-CH 2-CH CH-C-CH 3CH CH 3CH 3CH 3CH 3CH 2CH 3CH 3-CH-CH 3CH 3CH 2CH 3

CH-CH 2-CH-CH 3

（二）卤代反应（halogenation）

（列举实验现象引入课题）

1、甲烷的卤代

[示投影：甲烷卤代的反应式]

强调卤代反应条件：光照或加热

2、卤代反应机制（reaction mechanism）

自由基的链反应（free radical chain reaction）分三步；

①链引发（chain-initiating step）：形成自由基

②链增长(chain-propagaing step)：延续自由基，形成产物．

经过类似的链增长步骤，产生二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳。

③链终止（chain-terminating step）：消除自由基．

强调：自由基不满足八隅体的结构，活泼，一旦产生，连续不断地反应下去，每一步产生一个新的自由基。

自由基反应有三步：引发、增长、终止；反应条件：光照或加热。

掌握了自由基反应机制，便可能动地控制和引发自由基反应。

引发剂：容易产生自由基的试剂。如：过氧化物ＲＯＯＲ

抑制剂：降低自由基活性或抑制自由基生成的试剂。如：甲烷卤代反应中加入少量氧，使甲基自由基与氧结合生成不活泼的自由基CH30-0.,从而抑制了大量氯代物的生成。

3、甲烷氯代的能量变化

（1）反应热（heat of reaction）

可根据单键的离解能数据计算得到甲烷一氯代的反应热。

Δ

r H

m

=(435+243)─(351+431)=-104kJ.mol-1

注意：回顾基础化学中学过的反应热基本概念，断裂化学键取正号，生成化学键取负号．其代数和即为反应热．）

思考：计算由乙烷生成一溴乙烷的反应热．

（2）活化能与过渡态

活化能：由反应物转变成产物，必须攀越的能垒。即反应物与过渡态之间的能量差。

过渡态：反应物与产物之间的中间状态的结构，或旧键没有完全断裂，新键没有完全形成的状态。[示甲烷一氯代的能量变化图]

思考：

链增长阶段是吸热还是放热？（放热）

哪个过渡态是决定速率的一步？（第二步）

CH4、CH3·、CH3Cl中哪一个是最稳定的化合物？（CH3Cl）

哪一个最不稳定？（CH

3

·）

分析：链增长的第一步、第二步所需活化能均不高，一旦产生氯自由基，链反应得以连续进行。

强调：在相似的反应中，过渡态能量越低，即过渡态越稳定，反应活性就越大。

4、烷烃卤代反应的取向

（1）相对反应活性

以丙烷的氯代为例说明：一氯丙烷（43%）；2-氯丙烷（57%）

2o H:1o H=57/2:43/6=4/1

实验结果表明：3o H:2o H:1o H=5:4:1

（2）预测各卤代产物的得率 :

以正丁烷为例，计算1-氯丁烷和2-氯丁烷的得率之比（P.32）。

讨论：从甲烷的氯代能量分析可知，自由基反应的链增长阶段决定速度的步骤是产生自由基的一步，此步活化能的高低取决于自由基的稳定性。或者说，各级H的取代活性取决于所形成的相应自由基的稳定性。

（3）烷基自由基的构型和稳定性（P.40）

查阅表2-2，从键的离解能可知：产生叔丁基、异丙基、乙基、甲基自由基的相应C-H键的离解能分别为385、397、410、435KJ/mol，离解能越大，自由基的位能越高，越不稳定；或者说，越稳定的自由基越易形成。

自由基的稳定性：叔丁基＞异丙基＞乙基＞甲基

30＞20＞10＞CH3.

（结合以上示例说明各级H的取代活性。）

自由基的构型：中心碳为sp2杂化，平面构型。

（4）烷烃的溴代

丙烷的溴代：1-溴丙烷（3%）；2-溴丙烷（97%）

异丁烷的溴代：叔丁基溴（＞99%）；异丁基溴（痕量）

实验表明：烷烃的溴代反应，各级H的取代活性差别很大。或者说，烷烃的溴代选择性高。在127℃时，各级H的相对活性：30；20：10=1600；82：1 设问：为什么烷烃的溴代具有较高的选择性？

解释：烷烃的溴代比氯代具有较高的活化能，因而溴代具有较迟到达的过渡态，其结构较接近产物自由基。能稳定自由基的因素在过渡态中影响最大，故30、20、10氢的活性差别也大。[示投影：丙烷的氯代和溴代的反应能量图]

简述自由基与生命活动的关系。

小结：自由基反应特点；各级H的反应活性。

1.2 环烷烃（Cycloalkanes）

一、环烷烃分类

环烷烃

单环脂环烃环烯烃

环炔烃（少见，不讨论）

多环脂环烃：桥环烃和螺环烃

二、环烷烃命名

1、单环脂环烃：与链烃相似，如： ①1-甲基-2-乙基环己烷 ②4-甲基环己烯（编号要通过双键）

（1-methyl-2-ethylcyclohexane ） （4-methylcyclohexene ）

当环上有复杂取代基时，可将环作为取代基命名。

2、双环脂环烃

①螺环烃（spiro hydrocarbon ）：共用一个碳原子的双环烃。 螺原子：所共用的碳原子。 命名原则：编号从小环经螺原子到大环；将两个环的碳原子数，按由小大

的次序写在方挂号内。

如：5-甲基螺[2·4]庚烷

8-甲基螺[4·5]-1,6-癸二烯（优先双键编号）

② 桥环烃（bicyclic bridged hydrocarbon ）：两个环共用一个以上碳原子。环与环相连的两个碳原子叫“桥头”

命名原则：编号从一个桥头开始，沿最长桥路到第二个桥头，然后次长桥，

最后最短的桥；桥路的碳原子数，由大到小写在方挂号内。

如：3-甲基-二环[4·2·0]辛烷

9-甲基-二环[4·2·1]-2-壬烯（注意双键的位置）

结构式： 课堂练习：请写出1,7,7-三甲基双环[2.2.1]庚烷

三、 单环烷烃的分类和同分异构(略)

四、物理性质（自学）

因单键旋转受阻，分子运动幅度较小，并具有一定的对称性和刚性，环烷烃

的沸点、熔点、和比重均比同碳数的烷烃高。

五、化学性质

一般性质：与链烃相似。

强调：环烷似烷，环烯似烯（举例说明）

特殊性质：小环如环丙烷不稳定，易开环发生加成反应。

1、加氢

2、加卤素

3、加HX

注意：不对称的取代环丙烷的加成服从马氏规则 8179625

4

3CH 3

CH 3HBr

CH 3CHCH 2CH 3HBr CH 3CH 2CH 2Br

Br

小结：环丙烷比较活泼，类似烯烃，易于开环加成。但它不能被高锰酸钾氧化，可用此法区别环丙烷和烯烃。

思考题：如何鉴别丙烷、环丙烷、丙烯和丙炔？

设问：为什么环的稳定性与环的大小有关呢？

六、环烷烃的结构与稳定性（张力学说）

（一）拜尔张力学说

假设成环碳原子共平面，并根据正四面体结构认为：如果成环后键角接近109o28’的环状化合物不仅稳定而且容易形成。

分析：环丙烷是正三角形，键角为60o，而烷烃的键角是109o28’，所以形成环丙烷时，每个键必须向内偏转24o44’((109o28’-60o)/2)。同理，环丁烷的每个键向内偏转9o44’。

键的偏转使分子内部产生了张力。显然，键偏转角度越大，张力越大，环也越不稳定，易开环加成。所以，环丙烷最不稳定。

局限性：因为除了环丙烷外，其余的环的碳原子都不在一个平面上。

（二）现代理论

形成“弯曲键”：利用原子轨道重叠理论，可以较好的解释环的稳定性。

[示投影片：环丙烷的弯曲键]

分析：在环丙烷中，每条C-C键的夹角是60o，所以它们的sp3杂化轨道难以“头碰头”重叠，而是以弯曲的方向进行侧面的部分重叠。这种键叫“弯曲键”。这样才能使键角（105o）接近109o28’。

思考题：为什么环丙烷易开环发生亲电加成反应？

因为：

①、“弯曲键”重叠程度小，键能下降，从而产生角张力——恢复正常σ键的倾向；

②、“弯曲键”使电子云暴露在成键两原子的外侧，类似于烯烃中的π键，易受亲电试剂的进攻。

所以环丙烷不稳定，易开环发生亲电加成。

同理，环丁烷的C-C键也是“弯曲键”。但弯曲程度较小；同时为了减少角张力，环丁烷采取非平面的折叠环。

指出：环戊烷、环己烷以及更大的环都采用非平面式，键角可保持109o28’，比较稳定。

（三）燃烧热：根据燃烧热的数据可以衡量环烷烃稳定性大小（课后自学）六、环烷烃的构象

（一）环戊烷的构象（略讲）

（二）环己烷的构象（重点、难点）

1、椅式和船式构象：

（用球棒模型，由椅式扭变为船式，引导学生观察构象变化过程，可反复多次操作。注意将模型面向各方位的学生）

椅

式

船式

透视式： 纽曼投影式 ：

为什么椅式构象比船式构象稳定呢？

（运用已学过的乙烷的构象的稳定性进行分析）

分析：①、在船式中，C 2与C 3；C 5与C 6两对碳原子的键都处于重叠式；

C 1与C 4键上的氢原子相距较近，斥力较大。

②、椅式中相邻碳原子的键都处于交叉式，斥力小。

结论：椅式比船式的能量低，是最稳定的优势构象。室温下，99.9%的环己

烷分子是以椅式构象存在。

引导学生进一步观察环己烷的椅式构象模型，发现12个C-H 键可分为两类：

a 键和e 键。

2、椅式构象中的a 、e 键：

（用模型说明a 、e 键的区别、画法及椅式构象的转换）

6个a 键(axial bond)：也叫竖立键 12个C-H 键

6个e 键(equatorial bond)：也叫平伏键

口诀：三上三下(a 键)；三左三右(e 键)；a 、e 夹角109o 。

强调：e 键都是伸向环外的。

示范：简易画法。

注意：一种椅式转变成另一种椅式， a 键和e 键互换（模型演示）

3、取代环己烷的稳定性：

（以甲基环己烷为例，操作模型并说明为什么e 键取代比a 键取代稳定些） 取代环己烷稳定性的一般规律：

一元取代环己烷，e 键取代最稳定；

多元取代环己烷，e 键取代最多的构象最稳定；

若含不同的取代基，较大的基团在e 键的构象较稳定。

课堂练习：[示投影]

比较下列各对构象的稳定性：

(1)

123456111

222

333444555666H 3C CH 3CH 3

CH 3

A B

(2) C D

解题思路：(1) e 键取代比a 键取代稳定 （ 稳定性：A > B ）

(2) 较大基团在e 键的构象较稳定（稳定性：C > D ）

本章小结：

（1） 烷烃、脂环烃的命名，注意烷烃的英文命名法。

（2）烷烃的自由基取代反应。各级H 的取代活性和各级自由基的稳定性。

（3） 环己烷的椅式构象及其稳定性，熟悉画法；掌握取代环己烷稳定性的一般规律。这对学习后面的章节如糖类、胆固醇等很有帮助。

OH

C(CH 3)3C(CH 3)3HO

第二章 烷烃环烷烃

第二章 烷烃环烷烃 一、选择 1. 鉴别环丙烷和丙烯可用（ ）。 A. 溴水 B. KMnO4溶液 C. HBr D. 硝酸银的氨溶液 2. 下列构象的稳定性从大到小排列顺序正确的是（ ）。 ① CH 3 C(CH 3)3 ②C(CH 3)3 H 3C ③H 3C C(CH 3)3④ C(CH 3)3 CH 3 A. ①>②>③>④ B. ③>②>①>④ C . ③>①>②>④ D. ①>③>②>④ 3. 含有伯、仲叔碳原子的化合物是（ ）。 A. 2,2,3-三甲基丁烷 B. 4,6,6-三甲基-1-庚烯 C. 2,4,4-三甲基-2-戊烯 D. 3,3-二甲基戊烷 4. 甲基环己烷最稳定的构象是（ ）。 A. B . C. D. 5. 正丁烷最稳定的构象是（ ）。 A.全重叠式 B.部分重叠式 C. 邻位交叉式 D. 对位交叉式 6. 下列自由基稳定性最大的是（ ）。 A. B. C. D . 7. 关于乙烷的构象，正确的说法是（ ）。 A. 乙烷只有重叠式和交叉式两种构象 B.乙烷在常温下只以交叉式构象存在 C . 常温下乙烷的各种构象间可相互转变 D. 交叉式能量比重叠式高 8. 下列碳环化合物，最不稳定的是（ ）。 A. 苯 B. 环己烷 C. 环丁烷 D. 环丙烷 9. 下列游离基中最稳定的是（ ）。 A.C H 3C H 2C H 2C H 2C H 3C H 2C H C H 3 C H 3C H 2C C H 3C H 3C H 3C H C H C H 2 A B C D B. H 3C H 2C H 2C H 2C H 3C H 2C H C H 3C H 3C H 2C C H 3 C H 3 C H 3C H C H C H 2A B C D C.H 3 C H 2C H 2C H 2C H 3C H 2C H C H 3 C H 3C H 2C C H 3 C H 3C H 3C H C H C H 2A B C D D. H 3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3C H 2C H C H 3C H 3C H 2C C H 3 C H 3 C H 3C H C H C H 2 A B C D 10. 烷烃的卤代反应是自由基反应，其反应机制可分为（ ）。 A. 二个阶段 B. 三个阶段 C. 四个阶段 D. 五个阶段 11. (CH 3)2CH- 称为（ ）。 A. 乙基 B. 异丙基 C. 甲基 D. 亚甲基 12. CH 3CH 3 与Br 2 在光的照射下生成CH 3CH 2Br 的反应属于（ ）。 A. 自由基反应 B. 亲电加成反应 C. 亲核加成反应 D. 亲核取代反应 13. 根据现代价键理论，分子中存在弯曲键的化合物是（ ）。 A. B. C. D. 14. 烷烃发生卤代反应时，不同类型的氢被卤素取代的活性顺序是（ ）。 A. 伯氢>仲氢>叔氢 B. 伯氢>叔氢>仲氢 C. 叔氢>伯氢>仲氢 D. 叔氢>仲氢>伯氢 15. Br 2/CCl 4在室温下可鉴别（ ）。 A. 环己烷和环戊烷 B. 环丙烷和环己烷 C. 戊烷和己烷 D. 环己烷和己烷 16. 有顺反异构体的化合物是（ ）。 A. 环己烷 B. 1-甲基环己烷 C. 1,2-二甲基环己烷 D. 1,1-二甲基环己烷

人卫有机化学5-2第二章--烷烃和环烷烃

第二章 烷烃和环烷烃 有机化合物（简称有机物）中有一类数量众多，组成上只含碳、氢两种元素的化合物，称为碳氢化合物，简称烃（hydrocarbon ）。烃分子中的氢原子被其他种类原子或原子团替代后，衍生出许多其他类别的有机物。因此，烃可看成是有机物的母体，是最简单的一类有机物。根据结构的不同，烃可分为如下若干种类。 烃在自然界中主要存在于天然气、石油和煤炭中，是古老生物埋藏于地下经历特殊地质作用形成的，是不可再生的宝贵资源，是社会经济发展的主要能源物质，也是合成各类生活用品和临床药物的基础原料。本章讨论两类饱和烃——烷烃和环烷烃。 第一节 烷烃 分子中碳原子彼此连接成开放的链状结构的烃称为开链烃，因其结构与人不饱和开链烃 烃 饱和开链烃—烷烃 脂环烃（环烷烃、环烯烃等） 闭链烃 (环烃) 开链烃 (脂肪烃) 芳香烃 烯烃 炔烃

体脂肪酸链状结构相似又称脂肪烃，具有这种结构特点的有机物统称脂肪族化合物。分子中原子间均以单键连接的开链烃称为饱和开链烃，简称烷烃（alkane）。 一、烷烃的结构、分类和命名 （一）烷烃的结构 1.甲烷分子结构甲烷是家用天然气的主要成分，也是农村沼气和煤矿瓦斯的主要成分，广泛存在于自然界中，是最简单的烷烃。 甲烷分子式是CH ，由一个碳原子与四个氢原子分别共用一对电子，以四个 4 共价单键结合而成。如下图2-1（a）所示。 图2-1 甲烷分子结构示意图 结构式并不能反映甲烷分子中的五个原子在空间的位置关系。原子的空间位置关系属于分子结构的一部分，因而也是决定该物质性质的重要因素。化学学科常借助球棍模型来形象地表示有机物分子的空间结构（不同颜色和大小的球表示不同原子，小棍表示共价键）。根据现代物理方法研究结果表明，甲烷分子空间结构如图2-1（b）所示。但是球棍模型这种表示书写起来极不方便，要将甲烷的立体结构在纸平面上表示出来，常通过实线和虚线来实现。如图2-1（c）所示，虚线表示在纸平面后方，远离观察者，粗实线（楔形）表示在纸平面前方，靠近观察者，实线表示在纸平面上，这种表示方式称透视式。 将甲烷透视式中的每两个原子用线连接起来，甲烷在空间形成四面体。根据现代物理方法测定，甲烷分子为正四面体结构，碳原子处于四面体中心，四个氢原子位于四面体四个顶点。四个碳氢键的键长都为0.109 nm，键能为414.9kJ?mol-1，所有H-C-H的键角都是109.5o。 碳原子核外价电子层结构为2s22p2，按照经典价键理论，共价键的形成是电子配对的过程。碳原子价电子层上只有两个单电子，因而碳原子应该只能形

第二章 烷烃和环烷

第二章烷烃和环烷(lkane and Cycloalkane) 教学要求: 掌握：烷烃、环烷烃的结构；烷烃构造异构、环烷烃几何异构的概念及命名；烷烃、环烷烃、螺环烃、桥环烃的命名；烷烃、环烷烃的构象异构及其写法；取代环己烷的优势构象；烷烃的自由基取代反应及小环烷烃的特殊性。 熟悉：烃的分类；烷烃、环烷烃的物理性质；自由基的构型及其稳定性。 了解：烃的来源及其在日常生活、医学上的用途。 第一节烷烃（Alkane ) 仅由碳和氢两种元素组成的化合物称为碳氢化合物，简称为烃（hydrocarbon）。 烃的分类： 一．烷烃的结构 烷烃属于饱和烃，其分子中所有碳原子均为SP3杂化，分子内的键均为 键，成键轨道沿键轴“头对头”重叠，重叠程度较大，键较稳定，可沿键轴自由旋转而不影响成键。） 甲烷是烷烃中最简单的分子，其成键方式如下: 碳原子sp3杂化, 4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的S轨道重叠，形成4个C—Hσ键，4个C—Hσ键间的键角109°28′,空间呈正四面体排布，相互间距离最远，排斥力最小，能量最低，体系最稳定，C-H键长110pm。乙烷是含有两个碳的烷烃，其结构如下： 图2－2乙烷的结构 两个碳原子各以sp3杂化轨道重叠形成C—Cσ键，余下的杂化轨道分别和6个氢原子的s 轨道重叠形成六个C—Hσ键。C-C键长154pm,C-H键长110pm 。 ★其他烷烃的成键方式同乙烷相似。 ★烷烃的通式、同系列 烷烃的分子组成可用通式C n H2n+2表示。 具有相同分子通式和结构特征的一系列化合物称为同系列（homologous series）。如：CH4CH3CH3 CH3CH2CH3 ；同系列中的各化合物互称为同系物（homolog）；相邻两个同系物在组成上的不

第二章 烷烃和环烷烃

第二章烷烃和环烷烃 1．写出只有伯氢原子，分子式为C8H18烷烃的结构式。 2．为什么没有季氢原子？ 3．命名下列化合物。 4．写出下列烷烃或环烷烃的结构式 ⑴不含有仲碳原子的4碳烷烃。 ⑵具有12个等性氢原子、分子式为C5H12的烷烃。 ⑶分子中各类氢原子数之比为：1°H：2°H：3°H = 6：1：1，分子式为C7H16的烷烃。 ⑷只有1个伯碳原子、分子式为C7H14的环烷烃。写出所有可能的环烷烃的结构式并加以命名。 5．化合物2,2,4-三甲基己烷分子中的碳原子，各属于哪一类型（伯、仲、叔、季）碳原子？ 6．元素分析得知含碳84.2%、含氢15.8%，相对分子质量为114的烷烃分子中，所有的氢原子都是等性的。写出该烷烃的分子式和结构式，并用系统命名法命名。 7．将下列化合物按沸点降低的顺序排列 ⑴丁烷⑵己烷 3 ⑶-甲基戊烷 ⑸-二甲基丁烷⑹环己烷 ⑷-甲基丁烷 2,3 2 8．按稳定性从大到小的次序，用Newman投影式表示丁烷以C2—C3键为轴旋转的4种典型构象式。 9．化合物A的分子式为C6H12，室温下能使溴的四氯化碳溶液褪色，但不能使高锰酸钾溶液褪色。A氢化得2,3-二甲基丁烷，与HBr反应得化合物B（C6H13Br）。写出化合物A 和B的结构式。 10．写出下列化合物的构象异构体，并指出较稳定的构象。 （1）异丙基环己烷（2）1-氯环己烷 11．将下列自由基按稳定性从大到小的次序排列。 12．为什么凡士林在医药上可用作软膏的基质？

13．完成下列反应式 14．写出下列药物的构象。 （1）镇痛药哌替啶（杜冷丁，Dolantin）的主要代谢产物哌替啶酸的结构为： 写出哌替啶酸的构象（—COOH在e键的构象）。 （2）促动力新药西沙必利（Cisapride）的结构为： 写出西沙必利的优势构象。 15．体内的抗坏血酸可使α-生育酚自由基还原再生为α-生育酚，同时抗坏血酸转变为抗坏血酸自由基。完成上述体内的自由基反应。 16．环己烷与氯在光或热的条件下，可生成一氯环己烷的反应是自由基的链反应。写出链引发、链增长、链终止的各步反应式。 17．在C6H14的构造异构体中，哪几种异构体不能用普通命名法命名。 18．试写出下列烷基的名称。 （1）CH3CH2 CH2 CH2― （2）（CH3）2CH―CH2―CH2― 19．试比较（1）丁烷、丙醇和丙胺的沸点；（2）丁烷、甲基乙基醚CH3―O―CH2CH3和丙醇在水中的溶解度。 20．试推测（1）辛烷（2）2,2―二甲基己烷（3）新辛烷和（4）2,2,3,3―四甲基丁烷燃烧热的大小。 21．（1）写出的反应机理。 （2）对于上式反应1940年前人们曾设想过下列机理，但没有被人们普遍认可，试说明可能的原因。 （3）为什么在引发阶段不一定先由乙烷产生CH3·，而是由Cl2产生Cl·？ 22．等摩尔的新戊烷和乙烷的混合物进行氯代反应，一氯代反应产生氯代新戊烷[(CH3)3CCH2Cl]和氯乙烷的比例为2.3：1，比较新戊烷和乙烷中1°H的活性。

第二章 烷烃和环烷烃

第二章烷烃和环烷烃 教学目的 1. 使学生熟悉简单烷烃的普通命名法和较复杂烷烃的系统命名法。理解原子序数优先规则，能够准确的写出较复杂烷烃的构造式或名称。 2. 使学生理解“构象”概念，能够认识和书写简单烃类的构象的透视式和纽曼式、能够比较简单构象式的能量差别，掌握环己烷优势构象的画法。 3. 使学生了解饱和碳原子上的游离基取代反应、反应历程的概念和游离基稳定规律。 教学重点 1. 烷烃的系统命名规则、环己烷优势构象。 2. 原子序数优先规则 教学难点 1. 烷烃的构象（透视式与纽曼式）、环己烷优势构象。 2. 饱和碳原子上的游离基取代历程。 第一节烷烃的同系列和同分异构现象 一、烷烃的同系列 二、烷烃的同系列和同分异构现象 第二节烷烃和环烷烃的命名 一、普通命名法 其基本原则是： （1）含有10个或10个以下碳原子的直链烷烃，用天干顺序甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸10个字分别表示碳原子的数目，后面加烷字。 例如：CH3CH2CH2CH3命名为正丁烷。 （2）含有10个以上碳原子的直链烷烃，用小写中文数字表示碳原子的数目。 如CH3（CH2）10CH3命名为正十二烷。（3）对于含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个汉字来区别。在链端第2位碳原子上连有1个甲基时，称为异某烷，在链端第二位碳原子上连有2个甲基时，称为新某烷。 如：CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷 异戊烷(CH3)2CHCH2CH3 CH3 新戊烷 CH3 C CH3 CH3

二、系统命名法 1.烷烃的命名 系统命名法是我国根据1892年曰内瓦国际化学会议首次拟定的系统命名原则。国际纯粹与应用化学联合会（简称IUPAC 法）几次修改补充后的命名原则，结合我国文字特点而制定的命名方法，又称曰内瓦命名法或国际命名法。 烷基：烷烃分子去掉一个氢原子后余下的部分。其通式为C n H 2n+1-，常用R-表示。 常见的烷基有： 甲基 CH 3— （Me ） 乙基 CH 3CH 2— （Et ） 正丙基 CH 3CH 2CH 2— （n-Pr ） 异丙基 （CH 3）2CH — （iso-Pr ） 正丁基 CH 3CH 2CH 2CH 2— （n-Bu ） 异丁基 （CH 3）2CHCH 2— （iso-Bu ） 仲丁基 （sec-Bu ） 叔丁基 （CH 3）3C — （ter-Bu ） 在系统命名法中，对于无支链的烷烃，省去正字。对于结构复杂的烷烃，则按以下步骤命名： （1） 选择分子中最长的碳链作为主链，若有几条等长碳链时，选择支链较多的一条为主链。根据主链所含碳原子的数目定为某烷，再将支链作为取代基。此处的取代基都是烷基。 （2） 从距支链较近的一端开始，给主链上的碳原子编号。若主链上有2个或者个以上 的取代基时，则主链的编号顺序应使支链位次尽可能低。 （3） 将支链的位次及名称加在主链名称之前。若主链上连有多个相同的支链时，用小写中文数字表示支链的个数，再在前面用阿拉伯数字表示各个支链的位次，每个位次之间用逗号隔开，最后一个阿拉伯数字与汉字之间用半字线隔开。若主链上连有不同的几个支链时，则按由小到大的顺序将每个支链的位次和名称加在主链名称之前。 如果支链上还有取代基时，则必须从与主链相连接的碳原子开始 ，给支链上的碳原子编号。然后补充支链上烷基的位次.名称及数目。 2.环烷烃和多环脂环烃的命名 按照分子中所含环的多少分为单环和多环脂环烃。 根据脂环烃的不饱和程度又分为环烷烃和环烯烃（环炔烃）。 在多环烃中，根据环的连接方式不同，又可分为螺环烃和桥环烃。 （1）单环脂环烃的命名：环烷烃的命名与烷烃相似，根据成环碳原子数称为“某”烷，并在某烷前面冠以“环”字，叫环某烷。例如： 环丙烷 环丁烷 环已烷 环上带有支链时，一般以环为母体，支链为取代基进行命名，如： 二甲基环丙烷 CH 3CH 2CH CH 3 CH 3 CH 3

第二章 烷烃和环烷烃最终版

第一章 烷烃和环烷烃 一、烷烃 1.烷烃的命名：普通命名法(异构词头用词头“正”、“异”和“新”等区分) 系统命名法：（1）选主链：碳链最长 （2）编号：“最低系列”原则是：逐个比较两种编号法中表示取代基位置的数字，最先遇到取代基位置最小者，定为最低系列． （3）书写表达：次序规则（p19) 小练习：1、用系统命名法命名下列有机物： 2、根据名称写出下列有机物的结构简式，并判断下列有机物命名是否正确，如不 正确，指出错误原因，然后再写出正确命名 （1）2，2，3，3－四甲基戊烷 （2）3，4－二甲基－4－乙基庚烷 （3）2，5－二甲基庚烷 （4）2，3－二甲基－6－乙基辛烷 （5）3，3－二甲基丁烷 （6）3－甲基－2－乙基戊烷 2.烷烃的分子结构 ① 烷烃的构象和构象异构体 ② 交叉式和重叠式构象（最不稳定） ③ 透视式或纽曼投影式 小练习： 以C2与C3的σ键为旋转轴，试分别画出2,3-二甲基丁烷和2,2,3,3-四甲基丁烷的典型构象式，并指出哪一个为其最稳定的构象式。 1）烷烃的物理性质： a. C1~ C4为气态，C5~ C17为液态，C17以上为固态 b. 沸点随相对分子质量增大而增大 CH 3— CH 2 —CH 2 —CH CH 2 —CH 3 —CH 3 CH 3— CH 3 CH 3 —CH 3 C CH 3— C H 2 —CH —CH 3 CH 3

c.相对分子质量相同、支链多、沸点低。 d.基本上随分子量的增加而增加 参阅物理常数表，试推测下列化合物沸点高低的一般顺序。 (1) (A) 正庚烷 (B) 正己烷 (C) 2-甲基戊烷 (D) 2,2-二甲基丁烷 (E) 正癸烷 (2) (A) 丙烷 (B) 环丙烷 (C) 正丁烷 (D) 环丁烷 (E) 环戊烷 (F) 环己烷 (G) 正己烷 (H) 正戊烷 (3) (A) 甲基环戊烷 (B) 甲基环己烷 (C) 环己烷 (D) 环庚烷 2）烷烃的化学性质：（从物质的结构来判断） a.甲烷的卤代反应：（氯代和溴代反应，反应速率：氯代 >溴代）自由基取代 b.其它烷烃的卤代反应（一卤代）：反应活性：3o H > 2o H > 1o H > CH4 c.自由基的相对稳定性：3o > 2o > 1o，越是稳定的自由基，越容易形成。 小练习：1.已知烷烃的分子式为C5H12，根据氯化反应产物的不同，试推测各烷烃的构造，并写出其构造式。 (1)一元氯代产物只能有一种 (2)一元氯代产物可以有三种 (3)一元氯代产物可以有四种 (4)二元氯代产物只可能有两种 2.将下列的自由基按稳定性大小排列成序。 ⑴⑵⑶⑷ 二、环烷烃 1、环烷烃的命名和类型 （一）单环烷烃（注意支链、顺反异构） （二）多环烷烃(桥环和螺环的命名) ①桥环：环的数目[桥头间的碳原子数]某烷，例：二环[4. 4. 0]癸烷 ②螺环：螺[除螺C外的碳原子数]某烷，例：螺[4. 5]癸烷 小练习：1、给下列环烃命名 CH3CH3CHCH2CH2 CH3 CH3CCH2CH3 CH3 CH3CHCHCH3 CH3 CH 3 CH 3 H 3 C

第二章 烷烃和环烷烃

第二章 烷烃和环烷烃 一、 教学目的与要求： 1、掌握烷烃和环烷烃的结构特征和命名；烷烃和环烷烃的构象异构。 2、掌握烷烃和环烷烃的化学性质的异同点；烷烃和环烷烃的自由基取代及 机理；掌握小环的开环加成。 二、教学重点 1、烷烃的命名（包括六碳以下的英文命名）。伯、仲、叔碳原子和氢原子, 乙烷与正丁烷的构象； 2、烷烃的结构特征：σ键。卤代自由基反应机理，伯、仲、叔氢的反应活 性，伯、仲、叔碳自由基的相对稳定性； 3、脂环烃的命名（单环、螺环与桥环），三元、四元环的开环加成。 4、环己烷的椅式构象以及取代环己烷的优势构象规律。 三、教学难点： 1、烷烃的英文命名； 2、自由基卤代反应机理； 3、环己烷的椅式构象，以及取代环己烷的优势构象规律； 4、环丙烷的结构； 六、教学步骤及时间分配 导言：烃（Hydrocarbon ）：碳氢化合物。 简述烃的分类，介绍本章学习的重点要求，强调本章内容是学习后续各章的 基础。 1.1 烷烃 一、烷烃的结构 烷烃的结构特征：碳为sp 3杂化；C-H 、C-C 均为σ键。 σ键特点：键牢固，电子云沿键轴呈圆柱形对称，可自由旋转。 [示CH 4、CH 3CH 3的球棒模型] 简述同系列和同系物的概念和重要性： 二、烷烃的异构现象 (一) 碳链异构（carbon chain isomer ）：具有相同分子式，仅由于碳链结 构不同而产生的同分异构现象。 如：丁烷（C 4H 10 ）： 正丁烷 异丁烷 戊烷（C 5H 12）： 正戊烷 异戊烷 新戊烷 从以上异构体引出：四种类型的碳,三种类型的氢。 分析：各级碳和氢的结构特征和代表的符号。 思考：①指出下列烷烃的各级碳和氢： CH 3-C-CH 2-CH-CH 2-CH 3CH 3CH 33CH 32CH 3 CH 3