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1、第二章第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃饱和烃：烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃的通式和构造异构烷烃和环烷烃的通式和构造异构烷烃和环烷烃的命名烷烃和环烷烃的命名烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的化学性质烷烃和环烷烃的化学性质烷烃和环烷烃的构象烷烃和环烷烃的构象一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构 烃烃类类化合物化合物 (Hydrocarbons)脂肪族脂肪族 (Aliphatic)芳香族芳香族 (Aromatic)烷烃烷烃Alkanes烯烃烯烃Alkenes炔炔烃烃Alkynes脂环脂环烃烃Cyclic Aliphati
2、c一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构1. 烷烃和环烷烃的烷烃和环烷烃的通式通式 a. 烷烃烷烃(Alkane)CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3 、CH3CH2CH2CH3烷烃的通式：烷烃的通式：CnH2n2b. 环环烷烃烷烃(Cycloalkane) 环烷烃的通式：环烷烃的通式：CnH2n2. 烷烃和环烷烃的烷烃和环烷烃的构造异构构造异构一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构a. 烷烃：烷烃：C4H10:同分异构体同分异构体: : 分子式相同，而结构不同的化合物。分子式相同，而结构不同的化合物。碳架异构碳架异构: : 碳骨架不同引
3、起的构造异构。碳骨架不同引起的构造异构。构造异构体构造异构体: : 分子式相同，原子间互相连接的次序分子式相同，原子间互相连接的次序( (构造构造) )不同。不同。 异构体异构体(isomers)一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构b. 环烷烃：环烷烃：与烷烃类似，但比烷烃与烷烃类似，但比烷烃复杂复杂C5H10:异构现象是造成有机化合物数目庞大的原因之一异构现象是造成有机化合物数目庞大的原因之一第二章第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃饱和烃：烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃的通式和构造异构烷烃和环烷烃的通式和构造异构
4、烷烃和环烷烃的命名烷烃和环烷烃的命名烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的化学性质烷烃和环烷烃的化学性质烷烃和环烷烃的构象烷烃和环烷烃的构象二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名1. 伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子2. 烷基和环烷基烷基和环烷基二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名 烷烃和环烷烃分子从形式上烷烃和环烷烃分子从形式上去掉一个氢原子去掉一个氢原子 后剩余的部分分别后剩余的部分分别称为称为烷基和环烷基烷基和环烷基(alkyl and cycloalkyl)。R-正烷基：正
5、烷基：去掉去掉直链烷烃末端氢原子直链烷烃末端氢原子所得的烷基。命名时用所得的烷基。命名时用“正正”或或 “normal”的第一个字母的第一个字母“n”表示。表示。仲烷基仲烷基：去掉一个去掉一个仲氢原子仲氢原子所得烷基用所得烷基用“仲仲”或或 “secondary”的的 前三个字母前三个字母“sec”表示。表示。叔烷基：叔烷基：去掉一个去掉一个叔氢原子叔氢原子所得烷基叫叔烷基。用所得烷基叫叔烷基。用“tertiary”的前的前 一个字母一个字母“t”表示。表示。异烷基：链端倒数第二位碳原子上带有一个甲异烷基：链端倒数第二位碳原子上带有一个甲基支链。用基支链。用“isom- eric”的前一个字母
6、的前一个字母“i i”表示。表示。二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名烷基的通式：烷基的通式：CnH2n+1环烷基的通式：环烷基的通式：CnH2n-1烷烃分子从形式上去掉两个氢原子后剩余的基团称为烷烃分子从形式上去掉两个氢原子后剩余的基团称为亚烷基亚烷基二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名3. 烷烃的命名烷烃的命名(1). 普通命名法普通命名法正正（n）表示直链烷烃表示直链烷烃异异（i）表示链端第表示链端第二位二位C原子上原子上 带有带有一个一个甲基。甲基。新新（neo）表示链端表示链端第二位第二位C原子原子 上带有上带有两个两个甲基
7、甲基 二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名(2). 衍生物命名法衍生物命名法 将烷烃看作是将烷烃看作是甲烷甲烷的烷基衍生物。的烷基衍生物。1. 选择连有选择连有烷基最多的烷基最多的C原子原子作为甲烷的作为甲烷的C原子，而把与此原子，而把与此C原子原子 相连的基团作为甲烷相连的基团作为甲烷H原子的取代基。原子的取代基。2. 取代的烷基取代的烷基按大小排列，按大小排列，简单在前，复杂在后，相同合并。简单在前，复杂在后，相同合并。 二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名原则：原则：二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名(3). 系统命名法系统命名法 (CCS)有机化合物最常用的命
8、名法是有机化合物最常用的命名法是IUPAC（Internationl Union of Pure and Applied Chemistry),国际纯粹化学和应用化学联合国际纯粹化学和应用化学联合会系统命名法。会系统命名法。构型构型 + 取代基取代基 + 母体母体R, S;Z, E取代基位置号取代基位置号+ +个数个数+ +名称名称官能团位置号官能团位置号+ +名称名称( (有多个取代基时，中文按有多个取代基时，中文按顺序规则顺序规则确定次序，确定次序，小的在小的在前；前；英文按英文字母顺序排列英文按英文字母顺序排列) )(没有官能团时不没有官能团时不涉及位置号涉及位置号)二、烷烃和环烷烃的命
9、名二、烷烃和环烷烃的命名a. 选主链选主链选择选择连续的最长的取代基最多连续的最长的取代基最多的碳链为主链，按主链的碳数定的碳链为主链，按主链的碳数定为为“某烷某烷”。（如果两条主链的长度一样，则选择。（如果两条主链的长度一样，则选择旁支多旁支多的为主链的为主链)b. 编序号编序号从从靠近支链较近靠近支链较近的一端为主链依次编号；如果两个支链靠近的一端为主链依次编号；如果两个支链靠近碳链的两端一样近，则应从较为碳链的两端一样近，则应从较为靠近第二支链一端靠近第二支链一端为主链编为主链编号。号。二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名 “最低系列最低系列”是指当碳链以不同方向编号，得到两种或
10、两是指当碳链以不同方向编号，得到两种或两种以上不同的编号序列时，则顺次逐项比较各序列的不同位种以上不同的编号序列时，则顺次逐项比较各序列的不同位次，首先遇到位次最小者，定为次，首先遇到位次最小者，定为“最低系列最低系列”。 二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名简单取代基的编号最小简单取代基的编号最小二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名4. 环烷烃的命名环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名 根据分子中环的数目，可分为根据分子中环的数目，可分为单环单环脂环烃、脂环烃、二环二环脂环烃脂环烃和和多环多环脂环烃。脂环烃。(1
11、) 单环环烷烃的命单环环烷烃的命名名以以碳环碳环作为母体，环上侧链作为取代基，名字前面加作为母体，环上侧链作为取代基，名字前面加环字环字(cyclo)。环上碳原子的编号顺序，。环上碳原子的编号顺序，按按“最低系列最低系列”使取代使取代基编号最小基编号最小, “较优较优”基团以较大的编号基团以较大的编号，。，。二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名1-甲基甲基-2-乙基环己烷乙基环己烷1,1-二甲基二甲基-3-异丙基环戊烷异丙基环戊烷3-甲基甲基-4-环丁基庚烷环丁基庚烷二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名(2) 二环环烷烃的命二环环烷烃的命名名二环脂环烃根据环的连接方式可分为以下
12、四种类型：二环脂环烃根据环的连接方式可分为以下四种类型：联环烃：联环烃：两个环彼此以单键（或双键）直接相连。两个环彼此以单键（或双键）直接相连。螺环烃：螺环烃：两个环共用一个碳原子。两个环共用一个碳原子。稠环烃稠环烃：两个环共用两个相邻的碳原子。两个环共用两个相邻的碳原子。桥环烃：桥环烃：两个环共用两个不直接相连的碳原子。两个环共用两个不直接相连的碳原子。都有都有两个桥头两个桥头碳原子和碳原子和三条三条连在桥头上的连在桥头上的“桥桥”a. 桥环烃：桥环烃：二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名命名：命名：a.a.根据组成环的根据组成环的碳原于总数碳原于总数命名为命名为“某烷某烷”，加上词
13、头加上词头“双环双环”。b.b.再把各再把各“桥桥”所含的碳原子的数目所含的碳原子的数目( (桥头碳原子除外桥头碳原子除外) )，按，按由大由大 到小到小的次序写在的次序写在 “双环双环”和和“某烷某烷”之间的方括号里，数字用之间的方括号里，数字用 圆点圆点分开。分开。c. c. 环上碳原子编号则从一个桥头碳原子开始，环上碳原子编号则从一个桥头碳原子开始，先编最长先编最长的桥至的桥至 第二个桥头；再编余下的第二个桥头；再编余下的较长的桥较长的桥，回到第一个桥头，最后，回到第一个桥头，最后 编编最短的最短的桥。而编号的顺序以桥。而编号的顺序以 “最低系列最低系列”为原则。为原则。双环双环庚烷庚烷
14、双环双环4.1.0庚烷庚烷3,7,7-三甲基双环三甲基双环4.1.0庚庚烷烷8,8-二甲基双环二甲基双环 3.2.1辛烷辛烷二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名b. 螺环烃：螺环烃：两个碳环共用一个碳原子两个碳环共用一个碳原子（螺原子）（螺原子）的化合物。的化合物。 a. a. 根据组成环的碳原子总数，命名为根据组成环的碳原子总数，命名为“某烷某烷”，加上词头加上词头“螺螺”。命名：命名：c. c. 环上有取代基时，碳原子的编号是从连接在螺原子上的个环上有取代基时，碳原子的编号是从连接在螺原子上的个碳原子开始，碳原子开始，先编较小的先编较小的
15、环，且使取代基环，且使取代基编号最小编号最小，然后经，然后经过螺原子过螺原子再编第二个环。再编第二个环。b. b. 再把连接于螺原子的两个环的碳原子数目，按由小到的再把连接于螺原子的两个环的碳原子数目，按由小到的次序写在次序写在“螺螺”和和“某烷某烷”之间的方括号里，数字用圆点分之间的方括号里，数字用圆点分开。开。螺螺庚烷庚烷螺螺2.4庚烷庚烷5-甲基螺甲基螺2.4庚烷庚烷二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名二、烷烃和环烷烃的命名第二章第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃饱和烃：烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃的通式和构造异构烷烃和环烷烃的通式和构造异构烷烃和环烷烃的命名烷烃和环
16、烷烃的命名烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的化学性质烷烃和环烷烃的化学性质烷烃和环烷烃的构象烷烃和环烷烃的构象三、烷烃和环烷烃的结构三、烷烃和环烷烃的结构1.键的形成及其特性键的形成及其特性 原子轨道沿核间联线原子轨道沿核间联线( (键轴键轴) )相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称的轨道，称为称的轨道，称为轨道。轨道。轨道上的电子称为轨道上的电子称为电子。电子。轨道构成轨道构成的共价键称为的共价键称为键。键。 在甲烷分于中，已知碳原子为在甲烷分于中，已知碳原子为sp3杂化，杂化，CH键是由碳原子的键是由碳原
17、子的sp3杂化轨道与杂化轨道与氢原子的氢原子的1s轨道轨道在对称轴的方向交盖而成。在对称轴的方向交盖而成。 碳为碳为SP3杂化，杂化， C-H 键，键， 键角键角 10928烷烃：烷烃：在乙烷分子中，在乙烷分子中，CH键也是由碳原键也是由碳原子的子的sp3杂化轨道与氢原于的杂化轨道与氢原于的1s轨道在轨道在对称轴的方向交盖而成。对称轴的方向交盖而成。CC键是键是由两个碳原子各以一个由两个碳原子各以一个sp3杂化轨道在杂化轨道在对称轴的方向交盖而成对称轴的方向交盖而成 三、烷烃和环烷烃的结构三、烷烃和环烷烃的结构甲烷甲烷 (methane)乙烷乙烷 (ethane) 其他烷烃上碳原子所连接的四个
18、原子或原子团并不完全相其他烷烃上碳原子所连接的四个原子或原子团并不完全相同，因此每个碳上的键角并不完全相同。除乙烷外，烷烃分子同，因此每个碳上的键角并不完全相同。除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在同一条直线上，而是曲折地排布在空间。的碳链并不排布在同一条直线上，而是曲折地排布在空间。三、烷烃和环烷烃的结构三、烷烃和环烷烃的结构异异庚庚烷烷 (isoheptane) )2. 环烷烃的结构与环的稳定性环烷烃的结构与环的稳定性三、烷烃和环烷烃的结构三、烷烃和环烷烃的结构(1) 燃烧热与环的稳定性燃烧热与环的稳定性燃烧热：燃烧热：1 mol 化合物完全燃烧生成化合物完全燃烧生成 CO2 和和 H2O
19、所放出的热量。所放出的热量。燃烧热燃烧热大大，分子能量，分子能量高高，稳定性，稳定性小；小；燃烧热燃烧热小小，分子能量，分子能量低低，稳定性，稳定性大大三、烷烃和环烷烃的结构三、烷烃和环烷烃的结构1.1.环环烷烃比开链烷烃具有烷烃比开链烷烃具有较高的能量较高的能量 2.2.环越小，环越小，分子越分子越不稳定不稳定 3.3.环己烷环己烷是个是个无张力环无张力环 4.4.环己烷和环己烷和C12以上的大环化合物都是很稳定的化合物。以上的大环化合物都是很稳定的化合物。结论：结论：(2) 环烷烃的结构环烷烃的结构三、烷烃和环烷烃的结构三、烷烃和环烷烃的结构环烷烃：环烷烃：= 碳为碳为SP3杂化，杂化，
20、弯曲键弯曲键 (bent bonds). 105.50角张力：角张力：键角偏差引起的张力。键角偏差引起的张力。Baeyer 张力学说：张力学说：脂环烃的不稳定性源于这种角张力，因此分子几何脂环烃的不稳定性源于这种角张力，因此分子几何内角偏离内角偏离109.5o 越多，越多，角张力越大，分子越不稳定。角张力越大，分子越不稳定。三、烷烃和环烷烃的结构三、烷烃和环烷烃的结构Baeyer 错在何处？错在何处？几何内角的计算是基于分子的共平面性，事实上不是几何内角的计算是基于分子的共平面性，事实上不是共平面共平面三、烷烃和环烷烃的结构三、烷烃和环烷烃的结构2- -甲基甲基- -3- -乙基己烷乙基己烷8
21、- -甲基双环甲基双环3.2.1辛烷辛烷1,3,7- -三甲基螺三甲基螺4.4壬烷壬烷练练 习习练练 习习1-甲基甲基-2-丙基丙基-5-乙基环己烷乙基环己烷2-甲基甲基-4-乙基乙基-1-丙基环己烷丙基环己烷1-丙基丙基-2-甲基甲基-4-乙基环己烷乙基环己烷第二章第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃饱和烃：烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃的通式和构造异构烷烃和环烷烃的通式和构造异构烷烃和环烷烃的命名烷烃和环烷烃的命名烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的物理性质烷烃和环烷烃的化学性质烷烃和环烷烃的化学性质烷烃和环烷烃的构象烷烃和环烷烃的构象四、烷烃和环烷烃的构象四、烷烃和
22、环烷烃的构象构造：构造：原子间相互连接的方式和次序称为构造原子间相互连接的方式和次序称为构造( (constitution) )。构象：构象：由于围绕单键旋转而引起的分子中各原子在空间的不同由于围绕单键旋转而引起的分子中各原子在空间的不同 排列方式称为构象排列方式称为构象( (conformation) )。乙烷两个碳原子可以绕他们之间的乙烷两个碳原子可以绕他们之间的键自由旋转，两个碳原子键自由旋转，两个碳原子上各连接的三个氢原子的相对位置不断变化，由此产生的不上各连接的三个氢原子的相对位置不断变化，由此产生的不同空间形象，称为构象异构。同空间形象，称为构象异构。d1 = 229 ppm d2
23、 = 250 ppm 1. 乙烷的构象乙烷的构象四、烷烃和环烷烃的构象四、烷烃和环烷烃的构象 Newman投影式投影式: :是是从从CC键的延长线键的延长线上观察，两个碳原子在上观察，两个碳原子在 投影式中处于重叠位置。投影式中处于重叠位置。表示距离观察者较近的碳原子及其三键。表示距离观察者较近的碳原子及其三键。表示距离观察者较远的碳原子及其三个键。表示距离观察者较远的碳原子及其三个键。H3CCH3四、烷烃和环烷烃的构象四、烷烃和环烷烃的构象=四、烷烃和环烷烃的构象四、烷烃和环烷烃的构象稳定性：交叉式稳定性：交叉式 重叠式重叠式2. 丁烷的构象丁烷的构象四、烷烃和环烷烃的构象四、烷烃和环烷烃的
24、构象对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 仲氢仲氢 伯氢伯氢 甲基氢甲基氢五、烷烃和环烷烃的化学性质五、烷烃和环烷烃的化学性质(4) 反应活性与选择性反应活性与选择性卤素的活性卤素的活性: : F2 Cl2 Br2 I2a. 反应活性反应活性b. 选择性选择性五、烷烃和环烷烃的化学性质五、烷烃和环烷烃的化学性质卤素的选择性卤素的选择性: : F2 Cl2 Br2 仲氢仲氢 伯氢伯氢 甲基氢甲基氢a. 自由基的稳定性顺序为：自由基的稳定性顺序为： c. 卤素的活性卤素的活性: : F2 Cl2 Br2 I2d. 卤素的选择性卤素的选择性: : F2 Cl2 Br2 I
25、2哪种构象更稳定？哪种构象更稳定？练练 习习2. 氧化反应氧化反应 (oxidation reaction)五、烷烃和环烷烃的化学性质五、烷烃和环烷烃的化学性质不完全燃烧不完全燃烧完全燃烧完全燃烧甲醛，福尔马林甲醛，福尔马林制造肥皂制造肥皂五、烷烃和环烷烃的化学性质五、烷烃和环烷烃的化学性质3. 异构化异构化反应反应 (isomeration reaction)由一个化合物转变成其异构体的反应叫做由一个化合物转变成其异构体的反应叫做异构化反异构化反应应 炼油工业中利用异构化反应，使石油馏分中的炼油工业中利用异构化反应，使石油馏分中的直链直链烷烃异烷烃异化为化为支链支链烷烃以提高汽油烷烃以提高汽
26、油质量质量(辛烷值辛烷值).4. 裂化反裂化反应应 (cracking reaction)五、烷烃和环烷烃的化学性质五、烷烃和环烷烃的化学性质裂化反应后得到裂化反应后得到较低级较低级的烷烃，也含有烯烃和氢的烷烃，也含有烯烃和氢重要的化工原料重要的化工原料五、烷烃和环烷烃的化学性质五、烷烃和环烷烃的化学性质5. 小环环烷烃的加成反应小环环烷烃的加成反应a. + H2Difficult !b. + Br2 (addition of bromine) : (addition of hydrogen)五、烷烃和环烷烃的化学性质五、烷烃和环烷烃的化学性质c. + HBr (addition of hydrogen halide)环的破裂发生在环的破裂发生在含氢最多和含氢最少含氢最多和含氢最少的两个碳原子之间的两个碳原子之间 卤化氢的加成时，卤化氢的加成时，氢加在含氢多的碳原子上，氢加在含氢多的碳原子上，卤素加在卤素加在含氢少的碳原子上含氢少的碳原子上
