有机化学教案
第五章脂环烃Cyclocarbohydrons（4学时）
具有环状结构的碳氢化合物称为环烃，环烃又可分为脂环烃和芳香烃。开链烃两端连接成环的化合物与链烃性质相似，称为脂环烃。
5.1 脂环烃的分类和命名
5.1.1分类
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。
环烃
脂环烃
芳环烃
环烷烃
环烯烃
环炔烃
单环芳烃
多环芳烃
非苯芳烃
单环烷烃
桥环烷烃
螺环烷烃
5.1.2 环烷烃的异构和命名
1、单环烷烃的异构现象
环烷烃中由于环的大小及取代基位置的不同，产生各种构造异构体。最简单的环烷烃有三个碳原子，它没有异构体。C4有两种异构体，C5有六种异构体。
C4H8的同分异构体：
C5H10的同分异构体：
2CH33
3
3
3
4
5
123
6
此外，还有旋光异构（下一章）和构象异构（下一节）。
2、命名
单环脂环烃的命名：单环烷烃的通式与烯烃相同，为CnH2n，但其中没有双键，仅有一个闭合的碳环。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：
CH3
CH3
二甲基环丙烷
1-甲基-4-异丙基环已烷
若环上有不饱和键时，编号从不饱和碳原子开始，并通过不饱和键编号，如：
5-甲基-1，3-环戊二烯
3-甲基环已烯
环上取代基比较复杂时，环烃部分也可以作为取代基来命名。如：
2-甲基-3-环戊基戊烷
螺环烃的命名：在多环烃中，两个环以共用一个碳原子的方式相互连接，称为螺环烃。其命名原则为：根据螺环中碳原子总数称为螺某烃。在螺字后面用一方括号，在方括号内用阿拉伯数字标明每个环上除螺原子以外的碳原子数，小环数字排在前面，大环数字排在后面，数字之间用
CH3
CH3
CH3CH2CHCH
圆点隔开。如：
螺[4.4]壬烷螺[4.5]-1，6-癸二烯
桥环烃的命名：在多环烃中，两个环共用两个或两个以上碳原子时，称为桥环烃。命名时以二环（双环）为词头，后面用方括号，按照桥碳原由多到少的顺序标明各桥碳原子数，写在方括号内（桥头碳原子除外），各数字之间用原点隔开，再根据桥环中碳原子总数称为某烷。如：
双环[3.2.1]辛烷双环[4.4.0]癸烷
桥环烃编号是从一个桥头碳原子开始，沿最长的桥路编到另一个桥头碳原子，再沿次长桥编回桥头碳原子，最后编短桥并使取代基的位次较小。如：
1-乙基-7，7-二甲基双环[2.2.1]庚烷
5.2 脂环烃的结构
5.2.1
1885年Bagyer提出了张力学说
60°90°108°120°
1．环丙烷
环中C-C键形成一种弯键结构,碳环键角为105.5o,H-C-H键角114o：
COOH
NH2
1-氨基环丙烷－1-羧酸
（稳定化合物）
o
2．环丁烷和环戊烷的构象
环丁烷与环丙烷相似，C-C键也是弯曲的，C-C-C键角约111.5o，其中四个C不在同一平面。
环丁烷的构象
信封式能垒 2.5KJ/mol 半椅式
环戊烷构象
3．环己烷的构象
在环己烷分子中，C原子是SP3杂化。六个C不在同一平面，C-C键夹角保持109o281,因此环很稳定。其有二种极限构象：
H H
H
CH 2
CH 21,2,4,5碳共平面3,6处于平面上下方?
2CH 2
H
H H H
1,2,4,5碳共平面3,6都在平面上面
船式构象不稳定的原因：
5.2.2 环的张力 一、拜尔张力学说
1880年以前，只知道有五元环，六元环。 1883年，W.H.Perkin 合成了三元环，四元环。 1885年，A.Baeyer 提出了张力学说。 张力学说提出的基础
?所有的碳都应有正四面体结构。
?碳原子成环后，所有成环的碳原子都处在同一平面上 （当环碳原子大于4时，这一点是不正确的）。 张力学说的内容
当碳原子的键角偏离109°28′时，便会产生一种恢复正常键角的力量。这种力就称为张力。键角偏离正常键角越多，张力就越大。
N = 3 4 5 6 7
偏转角度
24o 44’
9o 44’
44’
-5o 16’
-9o 33’
偏转角度=
109°28′内角
2
从偏转角度来看，五员环应最稳定，大于五员环或小于五员环都将越来越不稳定。但实际上，五员，六员和更大的环型化合物都是稳定的。这就说明张力学说存在缺陷。 二、 环烷烃的燃烧热
?1930年，用热力学方法研究张力能。
? 燃烧热：1mol 纯烷烃完全燃烧生成CO2和水时放出的热。 ? 每个 –CH2-的燃烧热应该是相同的，约为658.6KJ·mol -1。 燃烧热的数据表明， 五员和五员以上的环烷烃都是稳定的。 三、 张力能
从现在的角度看，三员环的张力能是由以下几种因素造成的：
1、由于二个氢原子之间的距离小于范德华半径之和，所以产生非键连作用，造成内能升高；Enb
2、轨道没有按轴向重迭，导致键长伸长或缩短，电子云重叠减少，造成内能升高；El
3、E q 是由于偏转角引起的张力（即角张力）能。
4、E f 是由全重叠构象引起的。
张力能= E nb (非键连作用) + E l (键长) +
E θ(键角) + E φ(扭转角)
E nb > E l > E θ> E
φ
5.3 脂环化合物的立体异构 5.3. 1 脂环化合物的顺反异构
1） 三元环:
H
H
CH 3C H 3H
H CH 3
CH 3顺
反
5.3.2 环己烷及其衍生物的构象 一、 环己烷的构象
?1890年，H. Sachse 对拜尔张力学说提出异议。
?1918年，E. Mohr 提出非平面、无张力环学说。指出用碳 ? 的四面体模型可以组成两种环己烷模型---?船式和椅式。 ?1943年，O. Hassel 用电子衍射法研究结构，发现椅式稳定。 ?1950年，D. Barton 根据环己烷的构象研究化学反应。 ?1969年，O. Hassel 和D. Barton 共同获得诺贝尔化学奖。
1) 环己烷的椅式构象
环已烷可以椅式和船式构象存在。在环已烷的构象中，最稳定的构象是椅式构象，在椅式构象中，所有键角都接近正四面体键角，所有相邻两个碳原子上所连接的氢原子都处于交叉式构象。
在环已烷的椅式构象中，12个碳氢键分为两种情况，一种是
6个碳氢键与环已烷分子的对称轴平行，称为直键，简称a 键。另一种是6个碳氢键与对称轴成109度的夹角，称为平键，简称e 键。环已烷的6个a 键中，3个向上3个向下交替排列，6个e 键中，3个向上斜伸，3个向下斜伸交替排列。
环己烷椅式构象的特点：
1. 有6个a (axial) 键，有6个e (equatorial) 键。(已为1H NMR 证明)
2. 有C3对称轴。（过中心，垂直于1,3,5平面和2,4,6平面，两平面间距50pm ）
3. 有构象转换异构体 。（K=104-105/秒）
1
2
3
4
5
6
H
H
H
H
H
H H
H H H
H
H
H
H
H
H
H
H H
H
H
H H
H
1
2
3
4
5
6
4. 环中相邻两个碳原子均为邻交叉。 2) 环己烷的船式构象
环已烷的船式构象比椅式构象能量高。因为在船式构象中存在着全重叠式构象，氢原子之间斥力比较大。另外船式构象中船头两个氢原子相距较近，约183pm ，小于它们的范德华半径之和240pm ，所以非键斥力较大，造成船式能量高。
环己烷船式构象的特点
1. 四个碳原子在同一平面内，其他两个碳原子在 这一平面的上方。
2. 有两个正丁烷似的全重叠, 有四个正丁烷似的邻位交叉。 3) 环己烷的扭船式构象
在扭船式构象中，所有的扭转角都是30o
。
4) 环己烷的半椅式构象
1
三个全重叠 三个邻交叉
四个全重叠 两个邻交叉
二、其他环烷烃的构象（自学）
三、取代环己烷的构象 1 一取代环己烷
环已烷的一元取代物有两种可能构象，取代a 键或是取代e 键，由于取代a 键所引起的非键斥力较大，分子内能较高，所以取代e 键比较稳定。甲基环已烷的优势构象为：
H
H H
H H
H H H H H
CH 3
CH3与C3-H 、C5-H 有相互排斥力，这称为1,3-二直立键作用----1,3-g gauch 效应。
a % = 4.6 % e % = 95.4 %CH 2CH 3
CH 2CH 3
K
（优势构象）
a % < 0.01 % e % > 99.99 % （优势构象）
C(CH 3)3
C(CH 3)3
K
2 二取代环己烷 1）
、1,2-二取代环己烷
3
3
3
3
CH 3
33CH 3
1,2-二取代环己烷的平面表示法
顺-1,2-二甲基环己烷的构象：
CH 3
H 3C
CH 3
CH 312
1
2
两个均为ae 型，能量相等
反-1,2-二甲基环己烷的构象
aa 型
ee 型（优势构象）
CH 3
CH 3
CH 3
CH 3
所以，反式比顺式稳定
2）、 1,3-二取代环己烷 顺-1,3-二甲基环己烷的构象
CH 3
CH 3
CH 3
CH 3
反-1,3-二甲基环己烷的构象
3
CH 3
CH 3
顺式稳定
3）、有二个不同取代基的环己烷衍生物 反-1-甲基-4-异丁基环己烷
CH 3
3)2
3
(CH 3)2
E = 8.8+7.1 = 15.9 KJ / mol
异丙基的能差
甲基的能差
顺-1-甲基-4-氯环己烷
3
3
根据构象分析得知，当环上有不同取代基时，基团最大的取代基连在e 键上最稳定，这种构象属于优势构象。对多取代基的环已烷，e 键上连的取代基越多越稳定 ，所以e 键上取代基最多的构象是它的优势构象。
5.3.3 多脂环化合物
1. 十氢萘 十氢萘的构象表示 （1）顺十氢萘
1
2
34
56
78
910
12
3
45
6
7
89
10
1
23
4
567
89
10
一 对 构 象 转 换 体
(A) 环：有两个取代基，产生一个邻交叉。C1-C9对A 产生两个1,3-二直立键。 (B) 环：有两个取代基，产生一个邻交叉。 C5-C10对B 产生两个1,3-二直立键。 归纳：其中有两个1,3-二直立键重合，所以实际上有三个1,3-二直立键。
（2）反十氢萘
(A) 环：有两个取代基，产生一个邻交叉。 (B) 环：有两个取代基，产生一个邻交叉。 顺式比反式能量高 11.4KJ / mol
2 菲烷的构象
菲菲烷
全氢菲有10个立体异构体，其中4对对映体和2个内消旋体
顺顺顺顺顺反
顺反反反反反
顺反顺
?3 金刚烷的构象
?金刚烷是由四个椅式环己烷拼合而成的一个笼状结构的烃。
?金刚烷是一个特别稳定的分子，其与金刚石在结构上相似，由此而得名—金刚烷
AlCl
金刚石是由碳元素的一种形式，C均以SP3 杂化状态相互连接，形成象蜂窝一样的物质。
金刚氨—抗病毒活性
5.4 环烷烃的物理性质和化学反应
5.4.1 环烷烃的物理性质
环烷烃的分子结构比链烷烃排列紧密，所以，沸点、熔点、密度均比含同数碳原子的链烷烃高。
5.4.2 环烷烃的化学反应
大环、中环、普通环化合物的化学性质与开链烃相似。
小环化合物的性质较特殊：
1、卤代反应
在高温或紫外线作用下，脂环烃上的氢原子可以被卤素取代而生成卤代脂环烃。如：+Cl2+ HCl
Cl
2、氧化反应
不论是小环或大环环烷烃的氧化反应都与烷烃相似，在通常条件下不易发生氧化反应，在室温下它不与高锰酸钾水溶液反应，因此这可作为环烷烃与烯烃、炔烃的鉴别反应。环丙烷对氧化剂稳定，不被高猛酸钾、臭氧等氧化剂氧化。
O2+
环烯烃的化学性质与烯烃相同，很容易被氧化开环。
4
H
HOOCCH2CH2CH2CH2COOH
3、加成反应
（1）加氢在催化剂作用下，环烷烃加一分子氢生成烷烃。
+ H2CH3CH2CH3
+ H2H3CH2CH2CH3
+ H2CH3CH2CH2CH2CH3
环烷烃加氢反应的活性不同，其活性为环丙烷> 环丁烷 > 环戊烷。
（1）卤素在常温下可以卤素与发生加成反应。
+ Br
2
CH
2
BrCH
2
CH
2
Br
+ Br
2
CH
2
BrCH
2
CH
2
CH
2
Br
（3）加卤化氢环丙烷及其衍生物很容易与卤化氢发生加成反应而开环。
+ HBr CH
3
CHBrCH
2
CH
3
取代反应：自由基机理（类似于链烷烃的取代）。
开环反应：离子型机理，极性条件有利于开环反应的发生。
（速率：三员环>四员环>普通环）
Br
+
Br2
+
?环烃性质小结：
80℃
Ni
200℃
Ni
300℃
Ni
室温
Δ
CH3室温
?(1) 小环烷烃（3，4元环）易加成，难氧化，似烷似烯。
?普通环以上难加成，难氧化，似烷。
?(2) 环烯烃、共轭二烯烃，各自具有其相应烯烃的通性。
5.5 脂环烃的来源与制备
?五元环、六元环烷烃的衍生物可从石油中提炼而得，三元环、四元环烷烃在自然界中的含量不多，一般通过合成来制取。
?1 环丙烷及其衍生物的制法：
?（1）卡宾插入法（(Simmons-Smith 反应)
烯烃与卡宾 (:CR2 R= H, X, Alkyl)反应
?与二氯卡宾的加成：
?与二氯卡宾的加成：
2） Baeyer闭环法：
?反应条件：
金属Zn or Na 与1,3-二卤代物反应制备
H2C H2 C
H2C Br
Cl
Z n
H2
C
CH2
H2C
Heat
Br
H
H
H
+ 2 Na
?2. 环丁烷的制备：
?烯烃的二聚（环加成）反应
hv
?3. 环己烷的制备
? Diels-Alder 反应：
+2
+
?苯及其衍生物的还原：
如工业上大量制备的环己烷及环己醇
OH OH
H, Ni
H2, Ni
压力
5.6 构象分析
?构象分析：根据化合物的构象对其物理化学性质进行分析，叫做构象分析；
?化合物构象分析：
? 稳定性、反应速度、反应历程等
?
?5.6.1 偶极矩
? 一个分子的偶极矩与分子结构的对称性密切相关：当分子结构对称时，虽然分子中有极性化学键，分子的偶极矩 ＝0
实例1： 1，2-二溴乙烷
u ＝ 0
u ＝ 1.14 D
对位交叉
邻位交叉
室温 可互变
? 偶极矩与温度有关： ? 温度越高、偶极矩越大 ?实例2：1,2-二氯乙烷（气相）
对位交叉
邻位交叉
互变
温度低
温度高
温度：30℃；u ＝ 1.13 D ；270℃， u ＝ 1.55 D
?这表明，体系能量的增加，对位交叉式在平衡体系中所占的比例会相应地减少。 ?分子内氢键的作用：可影响特殊构象地比例
? 实例3：乙二醇的邻位交叉式存在氢键，较为稳定：
H
对位交叉
邻位交叉
>
乙二醇构象的稳定性
说明对位交叉式不是唯一最稳定的构象 5.6.2 电离作用影响
?影响羧酸电离程度的因素较多，例如：
?温度、电子效应、溶剂化作用、空间效应等；这种影响往往是各种因素综合作用的结果。
?实例：如十氢萘-9-羧酸中的顺式和反式：
顺式PKa= 8.17反式PKa= 8.582个 1,3-空间效应
4个 1,3-空间效应
十氢萘-9-羧酸的顺式与反式酸性比较
KMnO 4
H
+
5.6.3 反应速度
?构象对反应速度的的关系相当密切，不同构象的反应速度有很大的差别。 ? 例如在醇脱水的反应中，发生1，2-消除反应；
?当两个离去基团（ OH 和 H ）处于相反位置时，为交叉式，分子能量低，对消除反应是有利的； ?当两个离去基团（ OH 和 H ）处于同一侧的位置时，为重叠式，分子内能高，对消除反应是不利的； ?而当2个离去基团OH 和H 处于反式位置时，其构象为交叉式（能量上有利），而且2个离去基团和2个C 同处于一个平面，利于C 原子构型的转变（即由Csp3 变成 Csp2 ）,所以得到 反式烯烃为主：
A >B, C > D
A - H 2O
C
D
B
反式
Csp
3
Csp
2
OH 和 H 两离去基团在对位交叉，距离远，且在统一平面，有利; 主要产物
相反，当2个离去基团OH 和H 处于同一边的位置时：
D
- H 2O
Csp
3
Csp
2
C
D
A
顺式
OH 和 H 两离去基团处在重叠位置，距离近，空间位阻大，不利
A > B; C > D
所以，对1，2- 消除反应，以反式消除离去基团，得到的烯烃为主要反应方向
1,2-二甲基-1-Br-环己烷脱 HBr ，生成环己烯的反应中，反式异构体的反应速度比顺式的快12倍： 实 例 1：
反应条件： NaOH －乙醇，加热
3
3
CH 3
CH 3
1
2快12倍
反式（有利）
顺式（不利）
?实 例 2：由乙酰氧基环己烷的水解，制备环己醇的反应：
?乙酰氧基在 a 键时，水解反应速度较慢 ?乙酰氧基在 e 键时，水解反应速度较快
33CH 3NaOH-H O
NaOH-H O
a 键
e 键
反应速度快
反应速度慢
?在进行构象分析时，需要考虑构象的稳定性，即优势构象；
? 但对不同构象对反应的影响讨论时，主要考虑的是空间效应对反应的影响，另外分析反应的历程以及反应点的构型变化有利因素，也是十分重要的。 ?如在环己醇的氧化反应中，OH 在e 键时，有利：
CrO 3 + H +
a 键
3
C
SP 2
C
第三节乙烯和烯烃 教学目标： 1．乙烯的分子结构。 2．乙烯的物理性质、乙烯的化学性质（加成、氧化、聚合）。加成反应的概念，聚合反应、加聚反应的概念 3．实验室制取乙烯的原理、装置、操作要领、注意事项等 4．乙烯的用途（乙烯于人类生活的意义）。 5．烯烃的概念，烯烃的性质。 教学重点： 乙烯的化学性质。 教学难点： 乙烯的加成反应。第一课时 一、乙烯的分子结构（展示乙烯的球棍模型和比例模型）乙烯是一个平面型分子，即“六点共面”：二个 单键，它们彼此之间HC－C=CＣ原子和四个Ｈ原子均在同一平面内，有一个双键和四个 o。的键角约为120 乙烯共价键参数： 乙烷乙烯-10-10 1.33×10101.54×键长（m）28' o 约120o109键角 348 kJ/mol键能（）615 通过乙烯与乙烷分子中键长、键能等数据的比较，可以看出乙烯分子结构中碳碳双键（C=C）键长小于碳碳单键（C－C）；键能大于单键键能，但小于单键键能的两倍，结合乙烯的性质可认为双键中，两个键并不等同，其中一个键较稳定，另一个键较不稳定。从而说明乙烯的双键中有一个键容易断裂，这是乙烯化学性质比乙烷活泼的理论根据，这就在本质上加深了烯烃重要性质— 加成反应和加聚反应的认识， 进一步理解分子结构与性质的辩证关系。另外由于乙烯中存在碳碳双键结构，双键不能扭曲、旋转，这一点与乙烷有很大差异。 二、实验室制乙烯的原理、装置及注意事项：
１．药品：乙醇和浓硫酸（体积比：１∶３） ２．装置：根据反应特点属于液、液加热制备气体，所以选用反应容器圆底烧瓶。需要控制反应物温． 度在反应物170℃左右，所以需要用温度计且温度计水银球浸入液面以下，但又不能与烧瓶底部接触。由于有气体生成，所以需要在烧瓶中加入沸石（碎瓷片）防止暴沸。 ３．反应原理： 浓HSO作用：既是催化剂又是脱水剂，在有机物制取时，经常要使用较大体积比的42浓硫酸，通常都是起以上两点作用。 ４．收集：乙烯难溶于水，且由于乙烯的相对分子质量为28，仅比空气的相对平均分子质量29略小，故不用排气取气法而采用排水取气法收集。 ５．气体净化：由于在反应过程中有一定的浓硫酸在加热条件下与有机物发生氧化一还原反应使生成的气体中混有SO、CO，将导致收集到的气体带有强烈的刺激性气味，因22此收集前应用NaOH溶液吸收SO、CO。22６．注意事项：要严格控制温度，应设法使温度迅速上升到170℃。因为温度过低，在140℃时分子间脱水而生成过多的副产物乙醚(CH－CH－O－CH－CH)。温度过高，浓3322HSO使乙醇炭化，并与生成的炭发生氧化一还原反应生成CO、SO等气体。2422三、乙烯的重要性质 １．乙烯能使溴水和酸性KMnO溶液褪色，这是检验饱和烃与不饱和烃的方法。但两4者的反应类型是不同的，前者是加成反应，后者是氧化反应。加成反应有二个特点：①反应发生在不饱和的C=C键上，双键中的不稳定的共价键断裂，不饱和的C原子与其它原子或原子团以共价键结合。乙烯可以与多种物质发生加成反应，例如卤素单质、卤化氢、水、氢气等。②加成反应后生成物只有一种（不同于烷烃的取代反应）。 乙烯通过溴水，现象：溴水褪色 １，２一二溴乙烷（液态） 乙烯与氢气加成 乙烯与氯化氢加成： 溴乙烷．
2烷烃 2-1.用系统命名法命名下列化合物，并圈出结构中的异丙基、仲丁基和新戊基。 【解题思路】命名时，首先要确定主链。命名烷烃时，确定主链的原则是：首先考虑链的长短，长的优先。若有两条或多条等长的最长链时，则根据侧链的数目来确定主链，多的优先。若仍无法分出那条链为主链，则依次考虑下面的原则，侧链位次小的优先，各侧链碳原子数多的优先，侧分支少的优先。主链确定后，要根据最低系列原则对主链进行编号。最低系列原则的内容是：使取代基的号码尽可能小，若有多个取代基，逐个比较，直至比出高低为止。最后，根据有机化合物名称的基本格式写出全名。 2-2.写出下列化合物的结构式 1. 2,6,6-三甲基-7-叔丁基十一烷 2. 3,5-二乙基-4-仲丁基辛烷 【参考答案】 2-3.选择题 1.下列自由基最稳定的是 ，最不稳定的是 。 【解题思路】，由于 —p 超共轭效应的存在，自由基稳定性顺序是3°>2°> 1° A 属于1°自由基，B.属于3°自由基，C 属于 2°自由基，D.属于2°自由基， [参考答案]：最稳定的自由基是B ，最不稳定的自由基是A 2.在光照条件下，2,3-二甲基戊烷进行一氯代反应，可能得到的产物有 种。 A.3 B.4 C.5 D.6 【解题思路】2,3-二甲基戊烷分子中有六种不同的氢原子，如下图所示：故可以得到一氯代产物6种， [参考答案]：D CH 3CH(CH 2)4CHCHCH 2CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 2CH-CHCH 2CH 3CH(CH 3)2CH(CH 3)2 1. 2.3.(CH 3)3CCH 2CH 2CHCH 2CH 3 CH 2CH 3 A.CH 3CHCH 2CH 2CH 2.CH 3 B.CH 3CCH 2CH 2CH 3 CH 3.C.CH 3CHCH 2CHCH 3. CH 3 D.CH 3CHCHCH 2CH 3 .CH 3 C H C C 3 C H C H 3C H 3C H 3 1.C H 3C H (C H 2)3C C H CH 2C H 2C H 2C H 3C (C H 3)3H 3C
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。 从最近的取代基位置编号：1、2、3...(使取代基的位置数字越小越好)。以数字代表取代基的位置。数字与中文数字之间以- 隔开。 有多个取代基时，以取代基数字最小且最长的碳链当主链，并依甲基、乙基、丙基的顺序列出所有取代基。 有两个以上的取代基相同时，在取代基前面加入中文数字：一、二、三...，如：二甲基，其位置以, 隔开，一起列于取代基前面。 异辛烷（2,2,4-三甲基戊烷）的结构式。异辛烷是汽油抗爆震度的一个标准，其辛烷值定为100。对于一些结构简单或者常用的烷烃，还经常用俗名。如，习惯上直链烷烃的名称前面加“正”字，但系统名称中并没有这个字。在主链的2位有一个甲基的称为“异”，在2位有两个甲基的称为“新”。这虽然只适合于异构体少的丁烷和戊烷，出于习惯还是保留了下来，甚至给不应该叫“异”的2,2,4-三甲基戊烷也冠上了“异辛烷”的名字。
环烷烃 2．1环烷烃的定义和命名 分子中具有碳环结构的烷烃称为环烷烃，单环烷烃的通式为C n H2n，与单烯烃互为同分异构体。 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。 1．单环烷烃 最简单的环烷烃是环丙烷，从含四个碳的环烷烃开始，除具有相应的烯烃同分异构体外，还有碳环异构体，如分子式为C5H10的环烷烃具有五种碳环异构体。 为了书写方便，上述结构式可分别简化为： 当环上有两个以上取代基时，还有立体异构。 单环烷烃的命名与烷烃基本相同，只是在“某烷”前加一“环”字，环烷烃若有取代基时，它所在位置的编号仍遵循最低系列原则。只有一个取代基时“1”字可省略。
当简单的环上连有较长的碳链时，可将环当作取代基。如： 2．多环烷烃 含有两个或多个碳环的环烷烃属于多环烷烃。多环烷烃又按环的结构、位置分为桥环、螺环等。 （1）桥环两个或两个以上碳环共用两个以上碳原子的称为桥环烃，两个或两个以上环共用的叔碳原子称为“桥头碳原子”，从一个桥头到另一个桥头的碳链称为“桥”。桥环化合物命名时，从一个桥头开始，沿最长的桥编到另一个桥头，再沿次长的桥编回到起始桥头，最短的桥最后编号。命名时以二环、三环作词头，然后根据母体烃中碳原子总数称为某烷。在词头“环”字后面的方括号中，由多到少写出各桥所含碳原子数(桥头碳原子不计入)，同时各数字间用下角圆点隔开，有取代基时，应使取代基编号较小。例如： 1，2，7-三甲基-双环[2.2.1]庚烷双环[4.4.0]癸烷双环[2.2.1]庚烷 （2）螺环脂环烃分子中两个碳环共用一个碳原子的称为螺环烃，共用的碳原子为螺原子。命名时根据成环的碳原子总数称为螺某烷，编号从小环开始，经过螺原子编至大环，在“螺”字之后的方括号中，注明各螺环所含的碳原子数(螺原子除外)，先小环再大环，数字间用下角圆点隔开。有取代基的要使其编号较小。例如：
2.3.2 环烷烃的命名
单环烷烃的命名 A. 当支链不复杂时，以环烷烃为母体 1,2-dimethylcyclopentane 1,2-二甲基环戊烷 1-ethyl-3-methylcyclopentane 1-甲基-3-乙基环戊烷
单环烷烃的命名methylcyclopentane 2-ethyl-4-methyl-1-propylcycloheptane 甲基环戊烷 4-甲基-2-乙基-1-丙基环己烷A. 当支链不复杂时，以环烷烃为母体 1-ethyl-3-methylcyclopentane 1,2-dimethylcyclopentane 1,2-二甲基环戊烷1-甲基-3-乙基环戊烷
B. 当支链较复杂或不易命名时，以环烷基为取代基 3-cyclohexylhexane 3-环己基己烷 C. 两环相连时 Cyclopropylcyclohexane 环丙基环己烷Cyclopropylcyclopropane 环丙基环丙烷
多环烷烃的命名 A. Spiro cycloalkanes 螺环烃 1）选母体：根据成环的总碳原子数，称为“螺某烷”。 2）编号：从小环开始；从第一个非螺原子开始。3）书写：先写词头“螺”方括号内沿着编号方向写出每个环中除螺原子外的每个环的碳原子数数字之间用圆点隔开最后写出包括螺原子在内碳原子数的烷烃名称12 345678910螺[4.5]癸烷
“小原则”：在不违背螺环烃命名的“大”原则基础上，在编号时应尽可能令取代基的位号最小。 1 2 3 45 67 8 9 10 1-甲基螺[4.5]癸烷思考！
烷烃和烯烃 【本讲教育信息】 一. 教学内容：烷烃和烯烃 1. 烷烃和烯烃的结构特点和通式。 2. 烷烃和烯烃同系物物理性质的递变规律。 3. 烯烃的顺反异构。 4. 烷烃和烯烃的化学性质。 二. 重点、难点 1. 了解烷烃、烯烃同系物的物理性质递变规律。 2. 掌握烷烃、烯烃的结构特点和主要化学性质。 3. 了解烯烃的顺反异构现象。 三. 教学过程 （一）烷烃和烯烃的结构特点和通式 1. 烷烃的结构特点：链状、饱和、单键 2. 烷烃的通式：C n H 2n+2（n ≥1） 3. （单）烯烃的结构特点：链状、不饱和、一个碳碳双键（烯烃的官能团） 4. （单）烯烃的通式：C n H 2n (n≥2) ［思考］ （1）符合通式C n H 2n+2的烃一定是烷烃符合通式C n H 2n 的烃不一定是烯烃 由于烷烃不存在类别异构，所以符合通式C n H 2n+2的烃一定是烷烃。由于含有相同碳原子的烯烃和环烷烃互为同分异构体，所以符合通式C n H 2n 的烃不一定是烯烃。 （2）烯烃比含有相同碳原子的烷烃少两个氢原子，分子中存在一个碳碳双键，若分子中存在x 个碳碳双键，则烃的通式该如何表达 从烷烃通式C n H 2n+2出发，分子中每形成一个C ＝C 键或形成一个环，则减少2个氢原子；分子中每形成一个C≡C 键，则减少4个氢原子。依此规律可得烃的通式为C n H 2n-2x 。 （3）烯烃的最简式相同，均为CH 2,碳氢原子个数比都是1：2，各种不同的烯烃组成的混合物，按任意比混合，只要总质量相等，所含碳氢元素的质量都相等，燃烧消耗氧气的量、生成二氧化碳和水的量为定值。 ［练习］ （1）C 8H m 的烷烃中，m=_______，C n H 22的烷烃中，n=________。 （2）分子式为C 6H 12的某烃的所有碳原子都在同一平面上，则该烯烃的结构式为 ，其名称是 。 （二）烷烃和烯烃同系物物理性质的递变规律:随着分子中碳原子数的递增,烷烃和烯烃同系物的沸点逐渐升高,相对密度逐渐增大,常温下状态由气态到液态到固态。 ［小结］（1）烃C x H y ，气态：x ≤4；液态：5≤x ≤16；固态：x ≥17；（2）分子式相同的不 同烃，支链越多，熔、沸点越低。（3）密度都小于水1g/cm 3 。 ［练习］ （1）由沸点数据:甲烷－146℃，乙烷－89℃,丁烷－℃，戊烷36℃，可以判断丙烷的沸点可能是（ ） A. 高于－℃ B. 约是＋30℃ C . 约是－40℃ D. 低于－89℃ （2）①丁烷 ②２－甲基丙烷 ③正戊烷④２－甲基丁烷 ⑤２，２－二甲基丙烷 等物质的沸点的排列顺序正确的是（ ） A. ①＞②＞③＞④＞⑤ B. ⑤＞④＞③＞②＞① C. ③＞④＞⑤＞①＞② D. ②＞①＞⑤＞④＞③ ［提示：先看碳的个数，碳原子个数越大，沸点越高；若碳数相同，再看取代基的数目，取代基越多，沸点越低。］
环烷烃命名规则及例题 一、单环烷命名 1.基本与烷同，加前缀“环”称为环某烷 2.环上只有一个取代基时，不必编号 3.多个取代基时，最小取代基所连的C编为1（优先顺序规则），其它取代基位置编号尽可能小（最低系列原则）；位号取向需要符合两大规则的要求 4.简单环上连有较复杂C链，或同一C链上连接有几个脂环烃时，可将环当作取代基 二、螺环烷命名 1. 根据环上总碳数称为—螺[ ]某烷 2. 从小环中与螺原子相连的C开始编号，绕经螺原子，再由较大环回到螺原子 3. 尽可能使取代基处在最小位次 4. [ ]内注明各环中除螺原子外的碳原子数，由小到大排列，用圆点隔开 5. 取代基写于前 三、桥环烷命名 1. 根据环上总碳数称为——二环[ ]某烷 2. 从桥头碳起编，沿最长桥到达另一桥头，经次长桥回到第一桥头，最短桥最后编号 3. 尽可能使取代基处在最小的位次 4. [ ]中注明各桥中除桥头碳外的碳原子数，从大到小排列，用圆点分开 5. 取代基写于前 四、环己烷及取代环己烷优势构象的书写规则 1 （1）对位的C-C键相互平行（画Z 字形） （2）每碳各有一个C-H在垂直方向，峰上谷下 （3）每碳各另有一个C-H分别三左三右（左左右右），且上下交替 2、单取代环己烷优势构象 CH3总是取代在e键上。例如：甲基环己烷优势构象：
3、多取代环己烷优势构象 （1）取代基尽量在 e 键上 （2）体积大的取代基尽量在 e 键上（3）同时要满足顺反异构和位置要求 例如：反-1-甲基-3-叔丁基环己烷优势构象： C(CH3)3 CH3 五、例题 1、 1 2 3 4 5 6 1，5-二甲基-2-叔丁基环己烷 2、1 2 3 4 6 1，2-二甲基-3-叔丁基环己烷 3、 1 2 3 4 5 6 1-甲基-2-乙基-6-叔丁基环己烷 4、(CH2)4CH3 环丁基戊烷（戊基环丁烷） 5、H2C CH2 1,2-二环己基乙烷 6、 1 2 3 4 6 5 Cl 7 1,1-二甲基-3-氯环庚烷 7、 1 2 3 4 5 6 7 8螺[3.4]辛烷
烷烃和环烷烃的化学性质及制备 一、烷烃的主要化学性质 总体：稳定，自由基型反应居多。 （一）燃烧和氧化 一般条件下不与普通氧化剂反应，剧烈可燃烧，C →CO 2，H →H 2O ，（杂→氧化物） 有机化学中：氧化=加氧or 去氢，还原=加氢or 去氧 （二）卤代反应（实质：取代反应） 取代反应（substitution reaction ）是指有机化合物受到某类试剂的进攻，致使分子中一个原子(或基团)被这个试剂所取代的反应。分为亲电取代、亲核取代、自由基取代三类。 探讨一类有机反应主要从以下四个方面展开：反应产物、反应类型、反应历程、反应活性（反应活性又可从试剂和底物两个方面讨论）。 烷烃的取代属于自由基取代反应。 反应产物：一～多卤代烷 反应类型：自由基型（反应条件：光照 or 高温） 反应历程：链引发、增长、终止 反应活性：试剂角度考虑：氟 〉〉氯 〉溴 〉〉碘 底物角度考虑：叔氢 〉仲氢 〉伯氢 二、烷烃的来源和制备 1、烷烃是其他有机物的母体，一般不经人工合成，而是从天然气和石油中获得。 2、天然来源烷烃是相当复杂的混合物，难以分离。若需纯粹烷烃，可人工合成来制备。 3、工业生产采用柯尔伯电解羧酸盐来制取 4、实验室通过武兹、科瑞-郝思合成法以及还原反应来获得。 （1）武慈反应（制备对称烷烃） 2RX （乙醚） + Na → R-R + 2NaX ( X = Br 、I ) （2）科瑞-郝思反应 R 2CuLi （二烷基铜锂） + R ’X → R-R ’ + RCu （烷基铜） + LiX （3）还原 卤代烃、醇、醛、酮、酸等还原制得（见以后章节） 三、环烷烃的主要化学性质 总体：大环像烷，小环像烯。 （一）取代反应（卤代，自由基型） + Br + HBr Br 日光 环己烷 溴代环己烷
烯烃 第一部分课前延伸案 1．烯烃的物理性质随着分子中碳原子数的递增，其变化规律与烷烃物理性质变化规律类似，即沸点逐渐，相对密度逐渐，常温下的存在状态也是由逐渐过渡到。 (1)当烃分子中碳原子数≤4时，常温下呈。 (2)分子式相同的烃，支链越多，熔、沸点越。 (3)烯烃的相对密度于水的密度。 2．烯烃是分子里含有的一类链烃，所以是烯烃的官能团。 (1)单烯烃和环烷烃的通式都是C n H2n，符合通式C n H2n的烃一定是同系物吗？。 (2)分子中碳原子数相同的单烯烃和环烷烃一定是同分异构体吗？。 3．(1)乙烯的结构简式是,官能团是,空间构型是,分子中6个原子在。 (2)写出乙烯与下列物质反应的化学方程式： ①溴水：； ②H2：； ③HCl：； ④H2O：； ⑤制聚乙烯：。 4．回答下列问题： (1)甲烷中混有乙烯，欲除去乙烯得到纯净的甲烷，依次通过的洗气瓶中盛放的试剂最好为。 (2)可以用来鉴别甲烷和乙烯，还可以用来除去甲烷中乙烯的操作方法是。 （3）制取纯净氯乙烷是用乙烷取代还是乙烯好? 第二部分课内探究案 探究点一 一、烯烃的结构 1、烯烃的结构特征是，根据所含官能团的数目，可分为和。单烯烃的通式为，二烯烃的通式为。 2、烯烃的同分异构体(以C 5H 10 为例） A、类别异构（即官能团异构） B、碳链异构
C、（官能团）位置 二、烯烃 (含炔烃)的命名 有了烷烃的命名作为基础，烯烃和炔烃的命名就相对比较简单了。步骤如下： 1、将含有双键或三键的最长碳链作为主链，称为“某烯”或“某炔”。1.定主链：将含有双键或三键的最长碳 链作为主链，称为“某烯”或“某炔” 某己烯 CH 3 —C=CH—CH—CH 2 —CH 3 CH 3 CH 3 2、从距离双键或三键最近的一端给主链上的碳原子依次编号定位。 2.从距离双键或三键最近的一端给主链 上的碳原子依次编号定位。 234 16 5 CH 3 —C=CH—CH—CH 2 —CH 3 CH 3 CH 3 3、把支链作为取代基，从简到繁，相同合并；用阿拉伯数字标明双键或三键的位置（只需标明双键或三键碳原子编号较小的数字）。用“二”“三”等表示双键或三键的个数。 3.用阿拉伯数字标明双键或三键的位置 (只需标明双键或三键碳原子编号较小的 数字)。用“二”“三”等表示双键或三键的 个数。其他的同烷烃的命名规则一样。 2，4-二甲基-2-己烯 234 16 5 CH 3 —C=CH—CH—CH 2 —CH 3 CH 3 CH 3 ［随堂练习］ 1、给下列有机物命名 特别提醒在这里我们还需注意的是支链的定位要服从于双键或叁键的定位。 CH 3 —C=CH—CH—CH=CH 2 CH 3 CH 3 2 3 41 65 3，5-二甲基-1，4-己二烯 例： ［随堂练习］2、给下列有机物命名
高中化学烷烃和烯烃教 案 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】
烷烃和烯烃 【本讲教育信息】 一. 教学内容：烷烃和烯烃 1. 烷烃和烯烃的结构特点和通式。 2. 烷烃和烯烃同系物物理性质的递变规律。 3. 烯烃的顺反异构。 4. 烷烃和烯烃的化学性质。 二. 重点、难点 1. 了解烷烃、烯烃同系物的物理性质递变规律。 2. 掌握烷烃、烯烃的结构特点和主要化学性质。 3. 了解烯烃的顺反异构现象。 三. 教学过程 （一）烷烃和烯烃的结构特点和通式 1. 烷烃的结构特点：链状、饱和、单键 2. 烷烃的通式： C n H 2n+2 （n≥1） 3. （单）烯烃的结构特点：链状、不饱和、一个碳碳双键（烯烃的官能团） 4. （单）烯烃的 通式：C n H 2n (n≥2) ［思考］ （1）符合通式C n H 2n+2 的烃一定是烷烃符合通式C n H 2n 的烃不一定是烯烃 由于烷烃不存在类别异构，所以符合通式C n H 2n+2 的烃一定是烷烃。由于含有相同碳原子的烯 烃和环烷烃互为同分异构体，所以符合通式C n H 2n 的烃不一定是烯烃。 （2）烯烃比含有相同碳原子的烷烃少两个氢原子，分子中存在一个碳碳双键，若分子中存在x个碳碳双键，则烃的通式该如何表达 从烷烃通式C n H 2n+2 出发，分子中每形成一个C＝C键或形成一个环，则减少2个氢原子；分子 中每形成一个C≡C键，则减少4个氢原子。依此规律可得烃的通式为C n H 2n-2x 。 （3）烯烃的最简式相同，均为CH 2 ,碳氢原子个数比都是1：2，各种不同的烯烃组成的混合物，按任意比混合，只要总质量相等，所含碳氢元素的质量都相等，燃烧消耗氧气的量、生成二氧化碳和水的量为定值。 ［练习］ （1）C 8H m 的烷烃中，m=_______，C n H 22 的烷烃中，n=________。 （2）分子式为C 6H 12 的某烃的所有碳原子都在同一平面上，则该烯烃的结构式为 ，其名称是。 （二）烷烃和烯烃同系物物理性质的递变规律:随着分子中碳原子数的递增,烷烃和烯烃同系物的沸点逐渐升高,相对密度逐渐增大,常温下状态由气态到液态到固态。 ［小结］（1）烃C x H y，气态：x≤4；液态：5≤x≤16；固态：x ≥17；（2）分子式相同的不同烃，支链越多，熔、沸点越低。（3）密度都小于水1g/cm3。 ［练习］ （1）由沸点数据:甲烷－146℃，乙烷－89℃,丁烷－℃，戊烷36℃，可以判断丙烷的沸点可能是（） A. 高于－℃ B. 约是＋30℃ C. 约是－40℃ D. 低于－89℃ （2）①丁烷②２－甲基丙烷③正戊烷④２－甲基丁烷⑤２，２－二甲基丙烷 等物质的沸点的排列顺序正确的是（） A. ①＞②＞③＞④＞⑤ B. ⑤＞④＞③＞②＞① C. ③＞④＞⑤＞①＞② D. ②＞①＞⑤＞④＞③ ［提示：先看碳的个数，碳原子个数越大，沸点越高；若碳数相同，再看取代基的数目，取代基越多，沸点越低。］ （三）烯烃的顺反异构
环烷烃的命名 环烷烃的命名 环烷烃，属于有机化合物，因为仅由氢(H)和碳(C)元素组成，故又属于烃类。又因为其仅由单键连接，构成如环状，故得名。环烷烃的化学通式为 CH，n为碳原子n2(n+1-g)数，g为环的数量。只有单环的环烷烃的命名与其同碳原子数的链状烯烃相似，如:环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷等，超过20个碳的一般被称为“环石蜡”。 按环的大小，环烷烃可被分为小、中、大三类。环丙烷、环丁烷视作小的。常见的环戊烷、环己烷、环庚烷以及环辛烷至环十三烷是中等大小的，更大的则被视为大的环烷烃。 首先确定其为环烷烃，并观察其有几个碳原子，则命名为环几烃。此后再加上卤素、甲基等取代基进行命名。 多环环烷烃的命名法: 除非有俗名，否则多环环烷烃如桥环烷烃、螺环烷烃的命名较为复杂。名字包括表示环数量的前缀(如“二环”)、各环内碳原子总数的后缀以及表示各端点之间碳原子数的数字前缀，表示于中括号内。多个环公用的碳原子，即桥头碳不计入内。 例一: 二环[3.2.0]庚烷 该环烷烃总碳数为七，由一个五元环及一个四元环，共两个环组成，故词尾为“庚烷”，词头为“二环”。两个被共用的碳原子间有三个连接路线:一为五元环的部分，共三个碳(两个桥头碳不计入内，下同);二为四元环的部分，共二个碳;三为两环之间共用的边线，该物质由两桥头碳直接连结，中间没有碳。由此得出中括号内的数字(以降序表示数字之间用点分隔)。故上图的环烷烃为二环[3.2.0]庚烷，而数字的个数总比环数多一个(在此有两个环及三个数字)。“[3.2.0]二环庚烷”亦可，但环上有取代基时“二环[3.2.0]庚烷”有保留前面的位置的好处，方便加上“2,3-二氯”或“3,3-二甲基”等含数字的前缀，以符合IUPAC命名常规。 例二: 二环[2.2. 1]庚烷(俗名降冰片烷) 上图环烷烃总碳数为七，全为单键，词尾为庚烷;两共用碳间一个碳原子连接着，故词
烷烃和烯烃 【本讲教育信息】 一. 教学内容：烷烃和烯烃 1. 烷烃和烯烃的结构特点和通式。 2. 烷烃和烯烃同系物物理性质的递变规律。 3. 烯烃的顺反异构。 4. 烷烃和烯烃的化学性质。 二. 重点、难点 1. 了解烷烃、烯烃同系物的物理性质递变规律。 2. 掌握烷烃、烯烃的结构特点和主要化学性质。 3. 了解烯烃的顺反异构现象。 三. 教学过程 （一）烷烃和烯烃的结构特点和通式 1. 烷烃的结构特点：链状、饱和、单键 2. 烷烃的通式：C n H 2n+2（n ≥1） 3. （单）烯烃的结构特点：链状、不饱和、一个碳碳双键（烯烃的官能团） 4. （单）烯烃的通式：C n H 2n (n≥2) ［思考］ （1）符合通式C n H 2n+2的烃一定是烷烃？符合通式C n H 2n 的烃不一定是烯烃？ 由于烷烃不存在类别异构，所以符合通式C n H 2n+2的烃一定是烷烃。由于含有相同碳原子的烯烃和环烷烃互为同分异构体，所以符合通式C n H 2n 的烃不一定是烯烃。 （2）烯烃比含有相同碳原子的烷烃少两个氢原子，分子中存在一个碳碳双键，若分子中存在x 个碳碳双键，则烃的通式该如何表达？ 从烷烃通式C n H 2n+2出发，分子中每形成一个C ＝C 键或形成一个环，则减少2个氢原子；分子中每形成一个C≡C 键，则减少4个氢原子。依此规律可得烃的通式为C n H 2n-2x 。 （3）烯烃的最简式相同，均为CH 2,碳氢原子个数比都是1：2，各种不同的烯烃组成的混合物，按任意比混合，只要总质量相等，所含碳氢元素的质量都相等，燃烧消耗氧气的量、生成二氧化碳和水的量为定值。 ［练习］ （1）C 8H m 的烷烃中，m=_______，C n H 22的烷烃中，n=________。 （2）分子式为C 6H 12的某烃的所有碳原子都在同一平面上，则该烯烃的结构式为 ，其名称是 。 （二）烷烃和烯烃同系物物理性质的递变规律:随着分子中碳原子数的递增,烷烃和烯烃同系物的沸点逐渐升高,相对密度逐渐增大,常温下状态由气态到液态到固态。 ［小结］（1）烃C x H y ，气态：x ≤4；液态：5≤x ≤16；固态：x ≥17；（2）分子式相同的不同烃，支链越多，熔、 沸点越低。（3）密度都小于水1g/cm 3。 ［练习］ （1）由沸点数据:甲烷－146℃，乙烷－89℃,丁烷－0.5℃，戊烷36℃，可以判断丙烷的沸点可能是（ ） A. 高于－0.5℃ B. 约是＋30℃ C . 约是－40℃ D. 低于－89℃ （2）①丁烷 ②２－甲基丙烷 ③正戊烷④２－甲基丁烷 ⑤２，２－二甲基丙烷 等物质的沸点的排列顺序正确的是（ ） A. ①＞②＞③＞④＞⑤ B. ⑤＞④＞③＞②＞① C. ③＞④＞⑤＞①＞② D. ②＞①＞⑤＞④＞③ ［提示：先看碳的个数，碳原子个数越大，沸点越高；若碳数相同，再看取代基的数目，取代基越多，沸点越低。］ （三）烯烃的顺反异构 ［练习］写出所有丁烯同分异构体的结构简式。 丁烯丁烯—2CHCH CH CH —1CH CHCH CH 33322== 丙烯甲基—1——2CH C CH 3 32CH |= ［思考］顺－2－丁烯和反－2－丁烯是同种物质吗？
一、 环烷烃的命名 环烷烃的命名与烷烃相似，只是在同数碳原子的链环烷烃的名称前加“环”字。 环丙烷 环丁烷 环己烷 成环碳原子的编号，应使环上取代基的位次最小。 甲基环戊烷 1-甲基-3-乙基己烷 当环上有复杂取代基时，可将环作为取代基命名。 2CH 2CH 2CH 3 2CH 2CH 2CH 1-环丁基丁烷 1，4-二环戊基丁烷 二、环烷的结构与稳定性 环烷烃的稳 定性与其环的几何形状和 角张力有关，分子键角越接 近正四面体角（109° 28′），分子越稳定，反之， 偏差越大角张力越大，环越 不稳定。 ………
一、稳定性：烷烃具有高度的化学稳定性，常用作溶剂的药物基质。烷烃在适宜的反应条件 下，也能进行一些反应，主要有卤代反应。 二、卤代反应：有机化合物分子中的氢原子（或其他原子）或基团被另一原子或基团取代的化学反应称为取代反应。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。 1、甲烷的卤代反应 条件：紫外光照射或加热至250~400℃ 产物：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷（氯仿）和四氯甲烷（四氯化碳）的混合物一般较难限定取代在一元取代的产物（CH 3 Cl）的阶段 CH 4+Cl 2 2、烷烃卤代反应的取向 含有不同类型氢原子的烷烃，发生自由基氯取代反应，生成多种氯代烷异构体的混合物。 CH 3CH 2 CH 33 CH 2 CH 2 Cl+CH 3 CHCH 3 Cl 1-氯丙烷（43%）2-氯丙烷（57%） CH 3 CH 3 CH 3 CH 3CHCH 3 +Cl 32 -Cl + CH 3 CCH 3 Cl 2-甲基-1-氯丙烷（37%）2-甲基-2氯丙烷（63%） 由于氯的活泼性较大，选择性较差，在氯代反应中，各种产物间的相对比例相差不大；溴的活泼性较小，选择性较强，总是以一种产物占优势。 CH 3CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 Br+CH 3 CHCH 3 Br 1-溴丙烷（3%）2-氯丙烷（97%） CH 3 CH 3 CH 3 CH 3CHCH 3 +Br 32 -Br + CH 3 CCH 3 Br
环烷烃命名规则及例题 一、单环烷命名 1.基本与烷同，加前缀“环”称为环某烷 2.环上只有一个取代基时，不必编号 3.多个取代基时，最小取代基所连的C 编为1（优先顺序规则），其它取代基位置编号尽可能小（最低系列原则）； 位号取向需要符合两大规则的要求 4.简单环上连有较复杂C 链，或同一C 链上连接有几个脂环烃时，可将环当作取代基 123 4 5 6 1，5-二甲基-2-叔丁基环己烷 二、螺环烷命名 1. 根据环上总碳数称为—螺[ ]某烷 2. 从小环中与螺原子相连的C 开始编号，绕经螺原子，再由较大环回到螺原子 3. 尽可能使取代基处在最小位次 4. [ ]内注明各环中除螺原子外的碳原子数，由小到大排列，用圆点隔开 5. 取代基写于前 12 3 456 5-甲基螺[2.5]辛烷 三、桥环烷命名 1. 根据环上总碳数称为—— 二环[ ]某烷 2. 从桥头碳起编，沿最长桥到达另一桥头，经次长桥回到第一桥头，最短桥最后编号 3. 尽可能使取代基处在最小的位次 4. [ ]中注明各桥中除桥头碳外的碳原子数，从大到小排列，用圆点分开 5. 取代基写于前 1234 5 6 7 8 二环[4.2.0]辛烷 四、环己烷及取代环己烷优势构象的书写规则 1
（1）对位的C-C键相互平行（画Z 字形） （2）每碳各有一个C-H在垂直方向，峰上谷下 （3）每碳各另有一个C-H分别三左三右（左左右右），且上下交替 2、单取代环己烷优势构象 总是取代在e键上。例如：甲基环己烷优势构象： CH3 3、多取代环己烷优势构象 （1）取代基尽量在e 键上 （2）体积大的取代基尽量在 e 键上 （3）同时要满足顺反异构和位置要求 例如：反-1-甲基-3-叔丁基环己烷优势构象： C(CH3)3 CH3 五、例题 1、 1 2 3 4 5 6 1，5-二甲基-2-叔丁基环己烷 2、1 2 3 4 6 1，2-二甲基-3-叔丁基环己烷 3、 1 2 3 4 5 6 1-甲基-2-乙基-6-叔丁基环己烷 4、(CH2)4CH3 环丁基戊烷（戊基环丁烷） 5、H2C CH2 1,2-二环己基乙烷
第三章环烷烃 教学目的与要求： 1.掌握环烷烃的构造异构和顺反异构及其命名方法； 2.了解环烷烃的物理性质，掌握环烷烃的化学性质； 3.理解环的张力； 4.掌握环己烷和取代环己烷的的构像； 5.了解多环烃命名方法。 教学重点、难点： 环烷烃的化学性质；环己烷和取代环己烷的的构像。 环烷烃是指分子中碳原子以单键互相连接成闭合的碳环，剩余的价完全与氢原子相连。将链烃变为环烃，要在分子中增加一个碳-碳单键，同时减少两个氢原子，因此，单环烷烃的通式为C n H2n 。 § 3.1环烷烃的异构和命名 3.1.1 环烷烃的异构 1.构造异构：环烷烃由于环的大小，侧链的长短及位置的不同而产生构造异构体。 C3H6 无构造异构 C4H8 C5H10 2. 顺反异构 1，4-二甲基环己烷分子中，两个甲基可以在环平面的同侧，也可以在环平面的异侧，形成顺反异构： 333 3 顺反异构体由于环的存在，不能互变（断键）。其物理性质有差异。
3.1.2 环烷烃的命名 1.单环体系 1）根据环中碳原子数目叫做环某烷。 2）有取代基时，编号应使取代基位次尽可能小。 3）有不同取代基时，编号从小基团开始。 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 2 CH CH 3 1-甲基-3-乙基环戊烷 1-甲基-4-异丙基环己烷 2. 顺反异构体命名时，取代基在环平面同侧称顺式（cis-），异侧称反式（trans-）。 3 3 3 3 顺-1.4-二甲基环己烷 反-1.4-二甲基环己烷 为书写方便，环烷烃常用键线式： 戊烷 3-环己基己烷 §3.2 环烷烃的物理性质和化学反应 3.2.1 环烷烃的物理性质 环烷烃的熔点、沸点和比重都较相应的开链烷烃高。因环烷烃的环状结构，分子较有序，排列较紧密，分子间作用力较大。而直链烷烃分子自由摇摆，有序度小，分子间作用力较弱，故熔点、沸点和比重较小。 3.2.2 环烷烃的反应 环烷烃与直链烃结构相似，所表现出的化学性质也相似（常温下，不与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂起反应，可以起燃烧、热解、卤代等反应）。 三元环和四元环等小环化合物有一些特殊的性质，即容易开环生成开链化合物。
环烷烃命名规则及例 题
环烷烃命名规则及例题 一、单环烷命名 1.基本与烷同，加前缀“环”称为环某烷 2.环上只有一个取代基时，不必编号 3.多个取代基时，最小取代基所连的C编为1（优先顺序规则），其它取代基位置编号尽可能小（最低系列原则）；位号取向需要符合两大规则的要求 4.简单环上连有较复杂C链，或同一C链上连接有几个脂环烃时，可将环当作取代基 二、螺环烷命名 1. 根据环上总碳数称为—螺[ ]某烷 2. 从小环中与螺原子相连的C开始编号，绕经螺原子，再由较大环回到螺原子 3. 尽可能使取代基处在最小位次 4. [ ]内注明各环中除螺原子外的碳原子数，由小到大排列，用圆点隔开 5. 取代基写于前 三、桥环烷命名 1. 根据环上总碳数称为——二环[ ]某烷 2. 从桥头碳起编，沿最长桥到达另一桥头，经次长桥回到第一桥头，最短桥最后编号 3. 尽可能使取代基处在最小的位次
4. [ ]中注明各桥中除桥头碳外的碳原子数，从大到小排列，用圆点分开 5. 取代基写于前 四、环己烷及取代环己烷优势构象的书写规则 1、环己烷优势构象的书写（透视式） （1）对位的C-C键相互平行（画 Z 字形） （2）每碳各有一个C-H在垂直方向，峰上谷下 （3）每碳各另有一个C-H分别三左三右（左左右右），且上下交替 2、单取代环己烷优势构象 CH3总是取代在e键上。例如：甲基环己烷优势构象： 3、多取代环己烷优势构象 （1）取代基尽量在 e 键上 （2）体积大的取代基尽量在 e 键上 （3）同时要满足顺反异构和位置要求 CH3 C(CH3)3 例如：反-1-甲基-3-叔丁基环己烷优势构象： 五、例题
烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃 一、烷烃 1、烷烃的命名和异构 普通命名法、习惯命名法 C1－C10：甲、乙、丙……壬、癸 C11以上用中文数字：如十一烷 正、异、新的含义 俗名 系统命名法 一长、二多、三小的原则（最低系列） 书写原则：a、在母体前标出取代基及位次 b、相同取代基合并，小的在前(按次序规则) c、数字与数字间用逗号、数字与文字间用短横隔开 IUPAC命名法 与系统命名法的区别： 取代基书写次序按英文字母序 烷基的命名及英文缩写 －CH3甲基Me. －CH2CH3乙基Et. －CH2CH2CH3丙基n-Pr. －CH（CH3）2异丙基i-Pr. －(CH2)3CH3 丁基n-Bu. －CH2CH（CH3）2异丁基i-Bu. －CH（CH3）CH2CH3 仲丁基s-Bu. －C（CH3）3叔丁基t-Bu. SP3杂化、正四面体结构 伯、仲、叔、季碳原子 (1°、2°、3°、4°碳原子) 构造式、结构简式、键线式 锯架式、投影式、纽曼式等 同分异构构造异构 碳架异构、位置异构、官能团异构
构型异构 对映异构、顺反异构（烯烃、脂环化合物） 构象异构 1、烷烃的物理性质及变化规律 颜色、气味 熔点、沸点 密度、溶解性、极性 变化规律沸点(直链、支链) 熔点(直、支链，奇、偶数) 2、烷烃的反应 A、氧化反应 燃烧生成CO2和H2O 注意碳氢比与产物的关系 催化氧化生成含氧衍生物如醇、醛、酸等 【例题】三种等摩尔气态脂肪烷烃在室温（25℃）和常压下的体积为2升，完全燃烧需氧气11升；若将该气态脂肪烃混合物冷至5℃，体积减少到原体积的0.933倍。试写出这三种脂肪烃的结构式，给出推理过程。注：已知该混合物没有环烃，又已知含5个或更多碳原子的烷烃在5℃时为液态。(12分) 【评析】 （1）解题的第一步是写出用烷烃通式来表示的完全燃烧 的化学方程式：C n H2n+2＋(1.5n＋0.5)O2＝nCO2＋(n+1)H2O 写出通式的依据自然是试题告诉我们——这三种气态烷烃 中没有环烷。 （2）再根据三种烷烃是等摩尔的信息，其需氧量分别为： 2/3L(1.5n1+0.5)＝(n1 + 1/3)L Array 2/3L(1.5n2+0.5)＝(n2 + 1/3)L 2/3L(1.5n3+0.5)＝(n3 + 1/3)L 因而：n1＋n2＋n3＋1＝11； n1＋n2＋n3＝10（n平均值3.33） （3）第三步是用尝试法： 如右表所示，只有2，4，4是可能的答案（据 试题提供的注释性信息，表中前4个组合均有高于4 碳的烷而不可能，又因丙烷没有异构体，3，3，4组合不可能）。用其他方法（如n平均值等）得 分相同（但试题答案要求必须写推理过程）。
命名规则 烷烃的命名 普通命名法： 碳原子数目+ 烷 碳原子数为1~10用天干（甲、乙、丙、……壬、癸）表示 不同的异构体用词头“正”、“异”和“新”等区分 碳原子数为10以上时用大写数字表示 IUPAC命名法（系统命名法）： 1. 选择主链（母体） （1）选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。 （2）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。 2. 碳原子的编号 （1）从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3……编号 （2）从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简单的一端开始编号。 （3）若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最低系列原则）为原则。 3．烷烃名称的写出 A 将支链（取代基）写在主链名称的前面 B 取代基按“次序规则”小的基团优先列出烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基<异丁基<异丙基。 C 相同基团合并写出，位置用2，3……标出, 取代基数目用二,三……标出。 D 表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基名称之间要用“半字线”隔开。 烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁。
121' 2' 环烷烃的命名 普通环烷烃的命名 以环为母体，名称用“环” 开头。 环外基团作为环上的取代基。 取代基位置数字取最小 若取代基碳链较长，则环可作为取代基 （称环基） 相同环连结时，可用词头“联”开头。 联环丙烷 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 -) 桥环烃的命名 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 环的数目【桥头碳原子数多到少列出用.隔开】组成桥环的碳原子总数 螺环烃的命名 编号从小环开始 取代基数目取最小 螺【除螺C 外碳原子数用.隔开由小到大】组成螺环的碳原子总数 环烷烃的其它命名方法 : 按形象命名：立方烷、金刚烷 按衍生物命名：十氢萘 稀烃的命名 烯烃与烷烃的系统命名规则类似，将后缀“烷”改为“烯”来确定它的种类，其命名有三步。