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1、陈明陈明Chapter 2烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃AlkanesAlkanes and and CycloalkanesCycloalkanes陈明陈明仅由碳和氢两种元素组成的化合物称为烃仅由碳和氢两种元素组成的化合物称为烃 (hydrocarbon) 。烃是其他有机化合物的母。烃是其他有机化合物的母体。在烃类化合物中，四价的碳原子可以自体。在烃类化合物中，四价的碳原子可以自身相互结合，形成各种链状和环状骨架，其身相互结合，形成各种链状和环状骨架，其余的价键均与氢原子连接。余的价键均与氢原子连接。第一节第一节 烷烷 烃烃分子中所有原子之间都以单键结合的烃称为分子中所有原
2、子之间都以单键结合的烃称为分子中所有原子之间都以单键结合的烃称为分子中所有原子之间都以单键结合的烃称为烷烃（烷烃（烷烃（烷烃（alkanealkane) )，烷烃中，烷烃中，烷烃中，烷烃中 H H 原子和原子和原子和原子和 C C 原子之原子之原子之原子之比达到最大，也称饱和烃比达到最大，也称饱和烃比达到最大，也称饱和烃比达到最大，也称饱和烃（Saturated Saturated HydrocarbonHydrocarbon）。其通式为。其通式为。其通式为。其通式为 C Cn nH H2n2n2 2 。烷烃常。烷烃常。烷烃常。烷烃常用用用用 R RH H 表示。表示。表示。表示。 陈明陈明一
3、、一、一、一、 同系列和构造异构同系列和构造异构同系列和构造异构同系列和构造异构同系列同系列同系列同系列（homologous)homologous)：具有同一个分子通式，：具有同一个分子通式，：具有同一个分子通式，：具有同一个分子通式，在组成上相差一个或几个在组成上相差一个或几个在组成上相差一个或几个在组成上相差一个或几个 CHCH2 2（称系差）（称系差）（称系差）（称系差）的一系列化合物。的一系列化合物。的一系列化合物。的一系列化合物。同系列中的化合物称互为同系物同系列中的化合物称互为同系物同系列中的化合物称互为同系物同系列中的化合物称互为同系物(homolog(homolog）。同系物
4、结构相似，性质相似或具一定的变化同系物结构相似，性质相似或具一定的变化同系物结构相似，性质相似或具一定的变化同系物结构相似，性质相似或具一定的变化规律。规律。规律。规律。 1 1、 同系列和同系物同系列和同系物同系列和同系物同系列和同系物陈明陈明C CH HH HH HH H甲烷甲烷甲烷甲烷C CC CH HH HH HH HH HH H乙烷乙烷乙烷乙烷C CC CC CH HH HH HH HH HH HH HH H丙烷丙烷丙烷丙烷n0，1，2，3，4C CC CH HH HH HH HH HH Hn陈明陈明2 2、烷烃的构造异构、烷烃的构造异构、烷烃的构造异构、烷烃的构造异构具有相同分子式
5、，仅由于组成分子的具有相同分子式，仅由于组成分子的具有相同分子式，仅由于组成分子的具有相同分子式，仅由于组成分子的原子间连接顺序和方式不同引起的同原子间连接顺序和方式不同引起的同原子间连接顺序和方式不同引起的同原子间连接顺序和方式不同引起的同分异构现象，称构造异构。这些异构分异构现象，称构造异构。这些异构分异构现象，称构造异构。这些异构分异构现象，称构造异构。这些异构体分子互为构造异构体。体分子互为构造异构体。体分子互为构造异构体。体分子互为构造异构体。 CH3 3CHCH3 3CH3 3CH3 3CH2 2CH2 2CH3 3mp mp bpbp(C(C) )-138 -0.5-138 -0
6、.5-159 -12-159 -12陈明陈明只和一个碳原子相连：只和一个碳原子相连：只和一个碳原子相连：只和一个碳原子相连：只和一个碳原子相连：只和一个碳原子相连：1 1 1 （1 1 1级、伯、级、伯、级、伯、级、伯、级、伯、级、伯、primaryprimaryprimary）碳；其上的氢称作）碳；其上的氢称作）碳；其上的氢称作）碳；其上的氢称作）碳；其上的氢称作）碳；其上的氢称作111（1 1 1级、伯）氢。级、伯）氢。级、伯）氢。级、伯）氢。级、伯）氢。级、伯）氢。3 3、 碳原子和氢原子分类碳原子和氢原子分类碳原子和氢原子分类碳原子和氢原子分类H3CCCH3CH3HCH2CCH3CH3
7、陈明陈明和三个碳相连：和三个碳相连：和三个碳相连：和三个碳相连：和三个碳相连：和三个碳相连：3 3 3 （3 3 3级、叔、级、叔、级、叔、级、叔、级、叔、级、叔、tertiarytertiarytertiary）碳；）碳；）碳；）碳；）碳；）碳；其上的氢称作其上的氢称作其上的氢称作其上的氢称作其上的氢称作其上的氢称作333（3 3 3级、仲）氢。级、仲）氢。级、仲）氢。级、仲）氢。级、仲）氢。级、仲）氢。和两个碳相连：和两个碳相连：和两个碳相连：和两个碳相连：和两个碳相连：和两个碳相连：2 2 2 （2 2 2级、仲、级、仲、级、仲、级、仲、级、仲、级、仲、secondarysecondar
8、ysecondary）碳；）碳；）碳；）碳；）碳；）碳；其上的氢称作其上的氢称作其上的氢称作其上的氢称作其上的氢称作其上的氢称作222（2 2 2级、仲）氢。级、仲）氢。级、仲）氢。级、仲）氢。级、仲）氢。级、仲）氢。和四个碳相连：和四个碳相连：和四个碳相连：和四个碳相连：和四个碳相连：和四个碳相连：4 4 4 （4 4 4级、季、级、季、级、季、级、季、级、季、级、季、quaternaryquaternaryquaternary）碳。）碳。）碳。）碳。）碳。）碳。H3CCCH3CH3HCH2CCH3CH3陈明陈明二、命名二、命名（ Nomenclature）1 1、烷基、烷基、烷基、烷基 (
9、alkyl)(alkyl) 的名称的名称的名称的名称烷基是烷烃去掉一个或几个烷基是烷烃去掉一个或几个烷基是烷烃去掉一个或几个烷基是烷烃去掉一个或几个 H H 后剩下的后剩下的后剩下的后剩下的原子基团，用原子基团，用原子基团，用原子基团，用 R R表示，通式：表示，通式：表示，通式：表示，通式：C Cn nH H2n+12n+1；甲基常表示为甲基常表示为甲基常表示为甲基常表示为 MeMe、乙基表示为、乙基表示为、乙基表示为、乙基表示为 Et Et 。陈明陈明CH4 4H3 3CCH3 3CH3 3CH3 3CH2 2CH3 3CH2 2CH3 3CH3 3CH2 2CH2 2CH3 3CHCH3
10、 3化合物化合物 基团基团 基团名称基团名称甲基甲基甲基甲基 MeMe乙基乙基乙基乙基 EtEt正丙基正丙基正丙基正丙基 n nPrPr异丙基异丙基异丙基异丙基 i iPrPr陈明陈明CH3 3CH2 2CH2 2CH2 2CH3 3CHCH2 2CH3 3CH3 3CH2 2CHCH3 3正丁基正丁基 n-Bu仲丁基仲丁基 s-Bu异丁基异丁基 i-Bu陈明陈明2 2、普通命名法、普通命名法、普通命名法、普通命名法（Common NameCommon Name）（1 1） 烷烃名称称为烷烃名称称为烷烃名称称为烷烃名称称为“ “烷烷烷烷” ”；（2 2） 碳原子数目小于碳原子数目小于碳原子数目
11、小于碳原子数目小于 10 10 则以则以则以则以“ “甲、乙、丙、甲、乙、丙、甲、乙、丙、甲、乙、丙、 丁、丁、丁、丁、 戊、己、庚、辛、壬、癸戊、己、庚、辛、壬、癸戊、己、庚、辛、壬、癸戊、己、庚、辛、壬、癸” ”来表示来表示来表示来表示 碳原子数目大于碳原子数目大于碳原子数目大于碳原子数目大于10 10 的则以的则以的则以的则以 “ “十一、十十一、十十一、十十一、十 二、二、二、二、 十三等十三等十三等十三等” ” 来表示。来表示。来表示。来表示。CH4 4甲烷甲烷CH3 3CH3 3乙烷乙烷正十四烷正十四烷CH3 3(CH2 2)1 12 2CH3 3陈明陈明（3）为区别同分异构体，常
12、用一些词头来表示。）为区别同分异构体，常用一些词头来表示。 正表示直链；正表示直链； 异表示有异表示有 (CH3)2CH 结构；结构； 新表示有新表示有 (CH3)3C 结构。结构。C CH H3 3C CH H2 2C CH H2 2C CH H3 3C CH H3 3C CH HC CH H3 3C CH H3 3正丁烷正丁烷正丁烷正丁烷正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷异丁烷异丁烷异丁烷异丁烷陈明陈明C CH H3 3C CC CH H2 2C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH H3 3C CH H3 3异
13、己烷异己烷异己烷异己烷新己烷新己烷新己烷新己烷C CH H3 3C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH H3 3C CH H3 3C CH HC CH H2 2C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CC CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3正戊烷正戊烷正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷新戊烷新戊烷陈明陈明3 3、系统命名法、系统命名法、系统命名法、系统命名法（IUPACIUPAC）1 1） 直链烷烃直链烷烃直链烷烃直链烷烃 根据碳原子数称某烷，前面不加根据碳原子数称某烷，前面不加根据碳原子数称某烷，前面不加根据碳原子数称某
14、烷，前面不加“ “正正正正” ”。CH3 3CH2 2CH2 2CH3 3十五烷十五烷CH3 3(CH2 2)1 13 3CH3 3丁烷丁烷2 2） 支链烷烃支链烷烃支链烷烃支链烷烃（1 1）把其看作直链烷烃的衍生物，把支链）把其看作直链烷烃的衍生物，把支链）把其看作直链烷烃的衍生物，把支链）把其看作直链烷烃的衍生物，把支链作为取代基。在整个名称中包括母体和取代作为取代基。在整个名称中包括母体和取代作为取代基。在整个名称中包括母体和取代作为取代基。在整个名称中包括母体和取代基两部分，取代基部分在前，母体部分在后。基两部分，取代基部分在前，母体部分在后。基两部分，取代基部分在前，母体部分在后。基
15、两部分，取代基部分在前，母体部分在后。 陈明陈明2-2-甲基戊烷甲基戊烷甲基戊烷甲基戊烷CH3 3CHCH2 2CH2 2CH3 3CH3 3（2 2）主链的选择）主链的选择）主链的选择）主链的选择: a: a、最长碳链为主链、最长碳链为主链、最长碳链为主链、最长碳链为主链CH3 3CHCH2 2CH2 2CH3 3CH2CH3母体名称为：母体名称为：母体名称为：母体名称为： 己烷己烷己烷己烷b. b. 选择含取代基最多的碳链做为主链选择含取代基最多的碳链做为主链选择含取代基最多的碳链做为主链选择含取代基最多的碳链做为主链CH3 3CHCHCH2 2CH2 2CH3 3CH2 2CH3 3CH
16、3 3陈明陈明CH3 3CHCHCH2 2CH2 2CH3 3CH2 2CH3 3CH3 3（3 3）主链的编号）主链的编号）主链的编号）主链的编号从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字对主链从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字对主链从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字对主链从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字对主链从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字对主链从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字对主链碳原子依次编号，使取代基编号的位次最小，碳原子依次编号，使取代基编号的位次最小，碳原子依次编号，使取代基编号的位次最小，碳原子依次编号，使取代基编号的位次最小，碳原子依次编号，使取代基编号的位次最小，碳原子依次编
17、号，使取代基编号的位次最小，将取代基的位置和名称依次写在母体名称的前将取代基的位置和名称依次写在母体名称的前将取代基的位置和名称依次写在母体名称的前将取代基的位置和名称依次写在母体名称的前将取代基的位置和名称依次写在母体名称的前将取代基的位置和名称依次写在母体名称的前面（阿拉伯数字与汉字之间应加一短线面（阿拉伯数字与汉字之间应加一短线面（阿拉伯数字与汉字之间应加一短线面（阿拉伯数字与汉字之间应加一短线面（阿拉伯数字与汉字之间应加一短线面（阿拉伯数字与汉字之间应加一短线“ “ “” ” ”）2-2-甲基甲基甲基甲基-3-3-乙基己烷乙基己烷乙基己烷乙基己烷3-ethyl-2-methylhexa
18、ne3-ethyl-2-methylhexane陈明陈明CH3 3CHCHCH2 2CH2 2CHCH3 3CH2 2CH3 3CH3 3CH3 32,6-2,6-二甲基二甲基二甲基二甲基-3-3-乙基庚烷乙基庚烷乙基庚烷乙基庚烷3-ethyl-2,6-dimethylheptane3-ethyl-2,6-dimethylheptane陈明陈明1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 67 8 97 8 92,5,7-三甲基三甲基-6-乙基壬烷乙基壬烷6-ethyl-2,5,7-trimethyloctane（4 4 4 4）书写取代基的规则：有几个相同的取）书写取代基的规则：有几个相同的取）
19、书写取代基的规则：有几个相同的取）书写取代基的规则：有几个相同的取代基时，将其名称并在一起，它的数目用汉代基时，将其名称并在一起，它的数目用汉代基时，将其名称并在一起，它的数目用汉代基时，将其名称并在一起，它的数目用汉字表示，表示取代基位置的阿拉伯数字之间字表示，表示取代基位置的阿拉伯数字之间字表示，表示取代基位置的阿拉伯数字之间字表示，表示取代基位置的阿拉伯数字之间应加一逗号。应加一逗号。应加一逗号。应加一逗号。 CH3 3CHCH2 2CH2 2CHCHCH2 2CH3 3CH3 3CHCH2 2CH3 3H3 3CCH3 3陈明陈明对于多个不同取代基的烷烃，取代基在对于多个不同取代基的烷
20、烃，取代基在对于多个不同取代基的烷烃，取代基在对于多个不同取代基的烷烃，取代基在名称中的排列次序按照次序规则。名称中的排列次序按照次序规则。名称中的排列次序按照次序规则。名称中的排列次序按照次序规则。次序为甲基、乙基、丙基、丁基、次序为甲基、乙基、丙基、丁基、次序为甲基、乙基、丙基、丁基、次序为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、异戊基、异丁基、新戊基、戊基、异戊基、异丁基、新戊基、戊基、异戊基、异丁基、新戊基、戊基、异戊基、异丁基、新戊基、异丙基、仲丁基、叔丁基异丙基、仲丁基、叔丁基异丙基、仲丁基、叔丁基异丙基、仲丁基、叔丁基 。CH3 3CH2 2CH2 2CCH2 2CH3 3CH3 3CH2
21、 2CH3 33 -甲基甲基-3-乙基己烷乙基己烷 3-ethyl-3-methyl hexane陈明陈明（5 5）含复杂支链烷烃的命名）含复杂支链烷烃的命名）含复杂支链烷烃的命名）含复杂支链烷烃的命名 CH3 3CH2 2CHCH2 2CH2 2CHCH2 2CH2 2CH3 3CH3 3CH3 3CCH2 2CH3 3CH3 3CH2 21 1 2 2 3 3 3-甲基甲基- 6 -（1,1-二甲基丙基）癸烷二甲基丙基）癸烷或或3-甲基甲基- 6 - 1 ,1- 二甲基丙基癸烷二甲基丙基癸烷3-methyl-6-(1,1-dimethylpropyl)decane陈明陈明2,2,4-三甲基
22、戊烷三甲基戊烷2,2,4-trimethylpentaneCH3 3CHCH2 2CCH3 3CH3 3CH3 3CH3 3陈明陈明三、烷烃的结构三、烷烃的结构（StructureStructure）C 原子的核外电子排布原子的核外电子排布:1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p2 22s2p基态基态2s2p激发态激发态sp3 杂化轨道杂化轨道陈明陈明spx py pzspsp3陈明陈明陈明陈明109.5甲烷分子中都是甲烷分子中都是甲烷分子中都是甲烷分子中都是 C CH H 键，是非极性分子，正四键，是非极性分子，正四键，是非极性分子，正四键，是非极性分子，正四面体构型。面体构型。面体构型。
23、面体构型。陈明陈明键键: : 轨道之间头对头重叠形成的键轨道之间头对头重叠形成的键特点特点: 1、可以自由旋转；、可以自由旋转； 2、重叠程度大、重叠程度大,键比较牢固；键比较牢固； 3、电子云分布于两原子之间、电子云分布于两原子之间,不易受不易受 外界环境影响外界环境影响,不易发生化学反应。不易发生化学反应。陈明陈明乙烷：乙烷：CH3CH3陈明陈明109.5109.5陈明陈明四、烷烃的构象四、烷烃的构象（ConformationConformation）烷烃的构象经常用纽曼烷烃的构象经常用纽曼（Newman）投影式表示投影式表示围绕键旋转所产生的分子的各种围绕键旋转所产生的分子的各种围绕键旋
24、转所产生的分子的各种围绕键旋转所产生的分子的各种立体形象称为构象立体形象称为构象立体形象称为构象立体形象称为构象陈明陈明H HH HH HH HH HH HHHHHHHH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HHHHHHHH HH HH HH HH HH H陈明陈明交叉式交叉式staggeredstaggered 重叠式重叠式eclipsedeclipsed H HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH H优势构象优势构象陈明陈明陈明陈明完全交叉式完全交叉式完全交叉式完全交叉式完全重叠式完全重叠式完全重叠式完全重叠式HHCH3 3HHH3
25、3CHCH3 3HHHH3 3CHHHH3 3CHHH3 3CHCH3 3HHH3 3C部分重叠式部分重叠式部分重叠式部分重叠式邻位交叉式邻位交叉式邻位交叉式邻位交叉式陈明陈明陈明陈明物理性质主要指物质的物态、沸点、熔点、物理性质主要指物质的物态、沸点、熔点、物理性质主要指物质的物态、沸点、熔点、物理性质主要指物质的物态、沸点、熔点、密度、溶解度、旋光性和光谱性质等。密度、溶解度、旋光性和光谱性质等。密度、溶解度、旋光性和光谱性质等。密度、溶解度、旋光性和光谱性质等。五、物理性质（Physical property）1.1. 分子间作用力分子间作用力分子间作用力分子间作用力 ：2.2. 偶极偶
26、极作用偶极偶极作用偶极偶极作用偶极偶极作用（dipoledipoledipoledipole）3.3. 范德华力范德华力范德华力范德华力（Van Van derder Waals Waals）4.4. 氢键氢键氢键氢键（Hydrogen bondHydrogen bond）陈明陈明2 2、 沸点沸点（Boiling PointBoiling Point，bpbp）分子量增大、分子极性增大，位阻减小分子量增大、分子极性增大，位阻减小都使沸点增大，存在氢键时沸点很高。都使沸点增大，存在氢键时沸点很高。bp()68.7563.3049.70分子量相同时分子量相同时, ,支链越多支链越多, ,沸点越低
27、。沸点越低。陈明陈明2、熔点、熔点（Melting Point，mp)陈明陈明熔点随分子量的增大而升高熔点随分子量的增大而升高, ,支链越多熔点支链越多熔点越低越低, ,但是高度对称的分子但是高度对称的分子, ,具有很高的熔点。具有很高的熔点。CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3CHCH3 3CHCH2 2CHCHCHCH3 3CHCH3 3C CH H3 3 3C CC CH H3 3 3C CH H3 3 3C CH H3 3 3正戊烷正戊烷正戊烷正戊烷 -130-130异戊烷异戊烷异戊烷异戊烷 -160-160新戊烷新戊烷新戊烷新戊烷 -17-17mp(
28、Cmp(Cmp(C) ) )陈明陈明3 3、溶解度、溶解度（SolubilitySolubility）烷烃是非极性分子，不溶于水，烷烃是非极性分子，不溶于水，易溶于有机溶剂易溶于有机溶剂4 4、比重、比重（DensityDensity） 烷烃比重小于烷烃比重小于 1 1陈明陈明六、化学性质六、化学性质（Chemical PropertyChemical Property）烷烃分子中只有烷烃分子中只有键，化学性质比较稳定，键，化学性质比较稳定，不易发生化学反应。可以燃烧，也可以发生不易发生化学反应。可以燃烧，也可以发生卤代反应。卤代反应。n CO2 （n1）H2O1 1、 燃烧燃烧CnH2n2
29、( ) O2陈明陈明（1） 甲烷的氯代甲烷的氯代2 2、 卤代反应卤代反应C CH HH HH HH H+ + C Cl l2 2D D D D o or r h hv vC CH HH HC Cl lH HD D D D o or r h hv vC CH HH HC Cl lC Cl lD D D D o or r h hv vC CC Cl lH HC Cl lC Cl lD D D D o or r h hv vC CC Cl lC Cl lC Cl lC Cl l一氯甲烷一氯甲烷一氯甲烷一氯甲烷一氯甲烷一氯甲烷二氯甲烷二氯甲烷二氯甲烷二氯甲烷二氯甲烷二氯甲烷氯仿氯仿氯仿氯仿氯仿氯仿四
30、氯化碳四氯化碳四氯化碳四氯化碳四氯化碳四氯化碳陈明陈明（2） 甲烷氯代的反应机理甲烷氯代的反应机理反应机理反应机理反应机理反应机理（mechanismmechanism）又称反应历程，描述有机反应完成的具体又称反应历程，描述有机反应完成的具体过程。包括反应分几步进行，反应过程中过程。包括反应分几步进行，反应过程中化学键的断裂和生成的情况，反应条件对化学键的断裂和生成的情况，反应条件对反应的影响等。反应的影响等。甲烷氯代的反应又称作链反应甲烷氯代的反应又称作链反应甲烷氯代的反应又称作链反应甲烷氯代的反应又称作链反应, ,分为三个步骤分为三个步骤分为三个步骤分为三个步骤陈明陈明Step 1 Ste
31、p 1 链的引发链的引发链的引发链的引发Step 2 Step 2 链的增长链的增长链的增长链的增长C CH HH HH HH HC Cl lC CH HH HH HH HC Cl lC CH HH HH H C Cl lC Cl lC CH HH HC Cl lH HC Cl l ClClD D or hvClCl陈明陈明Step 1 Step 1 链的中止链的中止链的中止链的中止C CH HH HH HC Cl lC CH HH HC Cl lH HC CH HH HH HC CH HH HH HC CH HH HH HC CH HH HH HC Cl lC Cl l C Cl lC Cl
32、 l陈明陈明（3）自由基）自由基（radical）C CH HH HH HCH3 3CH3 3CH2 2CH3 3CHCH3 3CH3 3CCH3 3CH3 3甲基自由基甲基自由基甲基自由基甲基自由基乙基自由基乙基自由基乙基自由基乙基自由基异丙基自由基异丙基自由基异丙基自由基异丙基自由基叔丁基自由基叔丁基自由基叔丁基自由基叔丁基自由基陈明陈明自由基中自由基中 C 原子是原子是 sp2 杂化的杂化的3级级 2级级 1级级 甲基自由基甲基自由基 CH3 3CH3 3CH2 2CH3 3CHCH3 3CH3 3CCH3 3CH3 3-p 轨道超共轭使自由基稳定轨道超共轭使自由基稳定陈明陈明（4） 活
33、化能和过渡态活化能和过渡态反应热（反应热（反应热（反应热（ HHo o ）：反应过程中放出或吸收的热量。）：反应过程中放出或吸收的热量。）：反应过程中放出或吸收的热量。）：反应过程中放出或吸收的热量。放热反应的放热反应的放热反应的放热反应的 HHo o 00 0 。可以。可以。可以。可以以之考察反应能否进行，但决定反应速度的是活化以之考察反应能否进行，但决定反应速度的是活化以之考察反应能否进行，但决定反应速度的是活化以之考察反应能否进行，但决定反应速度的是活化能（能（能（能（EaEa）n nn对于一步反应对于一步反应对于一步反应对于一步反应反应物反应物反应物反应物 过渡态过渡态过渡态过渡态 产
34、物产物产物产物reactants reactants transition state products transition state productsn nn催化剂可以降低反应的活化能（催化剂可以降低反应的活化能（催化剂可以降低反应的活化能（催化剂可以降低反应的活化能（EaEa）陈明陈明A B C DEa（逆反应）（逆反应）陈明陈明过渡态过渡态（transition state）C CH HH HH HH HC Cl lC CH HH HH HH HC Cl l介于介于介于介于spsp 和和和和 spsp 之间之间之间之间2 23 3甲基自由基甲基自由基甲基自由基甲基自由基C CH H
35、C Cl lH HH HH H+ +(1)(1)C CH HH HH HH HC Cl l C CH HH HH Hsp sp （四面体）（四面体）（四面体）（四面体）3 3陈明陈明对于多步反应对于多步反应对于多步反应对于多步反应 反应物反应物 过渡态过渡态1 中间体中间体 reactants transition state intermediate 过渡态过渡态2 产物产物 transition state 2 products陈明陈明陈明陈明（5 5） 不同氢取代的相对反应活性不同氢取代的相对反应活性C CH H3 3C CH H3 3+ + C Cl l2 2h hv v o or r
36、 D D D DC CH H3 3C CH H2 2C Cl lC CH H3 3C CH H2 2C CH H3 3+ + C Cl l2 2h hv v o or r D D D DC CH H3 3C CH HC CH H3 3+ +C CH H3 3C CH H2 2C CH H2 2C Cl lC Cl lC CH H3 3C CH HC CH H3 3C CH H3 3+ + C Cl l2 2h hv v o or r D D D DC CH H3 3C CH HC CH H2 2C Cl lC CH H3 3+ +C CH H3 3C CC CH H3 3C CH H3 3C
37、Cl l4545% 55% 55%3636% 64%64%陈明陈明CH3CH2CH3+ Cl2hv or D DCH3CHCH3+CH3CH2CH2ClClCH3CH2CH4CH3CH3CH2稳定性：稳定性：CH3CH2CH4CH3CH3CH2陈明陈明CH3CHCH3CH3+ Cl2hv or D DCH3CHCH2ClCH3+CH3CCH3CH3ClCH3CCH3CH3CH3CHCH2CH3稳定性：稳定性：CH3CCH3CH3CH3CHCH2CH3陈明陈明CH3CH2CH3+ Cl2hv or D DCH3CHCH3+CH3CH2CH2ClClCH3CHCH3CH3+ Cl2hv or D
38、DCH3CHCH2ClCH3+CH3CCH3CH3Cl4545% 55% 55%6464% 36% 36%2H 1H = (55/2) (45/6) = 3.8 1.0氢的活性氢的活性 2H 2H陈明陈明=(36/1) (64/9)= 5.0 1.03H 1H氢的活性氢的活性 3H 1H氢的活性氢的活性 3H 2H 1HC CH H3 3C CH HC CH H3 3C CH H3 3+ + C Cl l2 2h hv v o or r D D D DC CH H3 3C CH HC CH H2 2C Cl lC CH H3 3+ +C CH H3 3C CC CH H3 3C CH H3 3
39、C Cl l6464% 36% 36%陈明陈明烷烃中的碳原子首尾相连形成环。环烷烃分烷烃中的碳原子首尾相连形成环。环烷烃分子中碳原子仍然是子中碳原子仍然是 sp3 杂化，化学键都是杂化，化学键都是键。键。单环烷烃分子通式为单环烷烃分子通式为 C2H2n 。H H2 2C CH H2 2C CC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2H H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CC CH H2 2C CH H2 2H H2 2C C第二节第二节第二节第二节 环烷烃环烷烃环烷烃环烷烃陈明陈明根据环的大小可分为：小环（根据环的大小可分为：小环（3、4元环）、元环）、普通环（普通环
40、（57元环）、中环（元环）、中环（811元环）、元环）、大环（大环（12元以上环）。元以上环）。一、分类和命名1 1、 分类分类根据环上原子数目：根据环上原子数目： 三元环、四元环、五元环、六元环等。三元环、四元环、五元环、六元环等。根据环数目：单环、双环、多环烷烃。根据环数目：单环、双环、多环烷烃。双环或多环又可分为：桥环、螺环。双环或多环又可分为：桥环、螺环。陈明陈明陈明陈明2、 命名命名根据环上碳原子的数目，称环某烷。根据环上碳原子的数目，称环某烷。环丙烷环丙烷cyclopropane环上有取代基时，对环上碳原子编号，编号从环上有取代基时，对环上碳原子编号，编号从有取代基的碳上开始，并且
41、使取代基的位号最有取代基的碳上开始，并且使取代基的位号最小。小。C CH H3 3甲基环己烷甲基环己烷methylcyclohexane环戊烷环戊烷 cyclopentane环己烷环己烷cyclopentane陈明陈明C CH H3 3C CH(H(C CH )H )2 23 31-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷3-ethyl-1-methylcyclohexane1 12 23 34 45 56 6根据次序规则，顺序较低的基团根据次序规则，顺序较低的基团较小的编号。较小的编号。陈明陈明环上带有复杂取代基时，可将环作环上带有复杂取代基时，可将环作为取代基命名为取代基命名 ，称作，称作 环某
42、基。环某基。CH3 3CH2 2CHCH2 2CH3 3 3-3-环丙基戊烷环丙基戊烷3-cyclopropylpetane 2,4-二甲基二甲基-3-环戊基戊烷环戊基戊烷3-cyclopentyl-2,4-dimethylhepane3-cyclopentyl-2,4-dimethylhepane(CH3 3)2 2CHCHCH(CH3 3)2 2陈明陈明螺环是两个环之间共用一个碳原子，螺环是两个环之间共用一个碳原子，螺环是两个环之间共用一个碳原子，螺环是两个环之间共用一个碳原子，这个共用原子称作这个共用原子称作这个共用原子称作这个共用原子称作“ “螺原子螺原子螺原子螺原子” ”。并在。并在
43、。并在。并在“ “螺螺螺螺（spirospiro）” ”字后的方括号内用阿拉伯数字标示螺原子所夹碳字后的方括号内用阿拉伯数字标示螺原子所夹碳字后的方括号内用阿拉伯数字标示螺原子所夹碳字后的方括号内用阿拉伯数字标示螺原子所夹碳链上碳原子的数目（从小到大），数字之间在下链上碳原子的数目（从小到大），数字之间在下链上碳原子的数目（从小到大），数字之间在下链上碳原子的数目（从小到大），数字之间在下角用圆点隔开角用圆点隔开角用圆点隔开角用圆点隔开 。 螺螺3.4辛烷辛烷spiro3.4octane1 12 23 34 45 56 67 78 81 12 23 34 45 56 67 78 89 9101
44、0 螺螺4.5癸烷癸烷spiro4.5decane陈明陈明1-甲基甲基-7-乙基螺乙基螺 4.5 癸烷癸烷7-ethyl-1-methylspiro4.5decaneCH3 3CH2 2CH3 3陈明陈明桥环是两个环之间共用两个碳原子。共用的桥环是两个环之间共用两个碳原子。共用的碳原子称桥头碳原子，连接两桥头之间的边碳原子称桥头碳原子，连接两桥头之间的边称桥。称桥。1 12 23 34 45 56 67 71 12 23 34 45 56 67 7二环二环 2.2.1 庚烷庚烷bicyclo2.2.1heptane陈明陈明1-甲基二环甲基二环 2.2.1 庚烷庚烷1-methylbicyclo
45、2.2.1heptaneCH3陈明陈明二、同分异构二、同分异构1、构造异构、构造异构分子式分子式 C3H6环丙烷环丙烷环丙烷环丙烷分子式分子式 C4H8C CH H3 3环丁烷环丁烷甲基环丙烷甲基环丙烷陈明陈明H H3 3C CH HC CH H3 3H HH H3 3C CH HH HC CH H3 32、顺反异构、顺反异构C CH H3 3H H3 3C CC CH H3 3H HH H3 3C CH HH HC CH H3 3H H3 3C CH H这种异构称作顺反异构。这种异构称作顺反异构。陈明陈明HCH3 3CH3 3H顺顺-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷反反-1,4-二甲基环己烷
46、二甲基环己烷熔点熔点/- 87- 37沸点沸点/ 124.3119.4CH3 3HHH3 3C陈明陈明三、物理性质在环烷烃中，小环为气体，常见环为液体，在环烷烃中，小环为气体，常见环为液体，在环烷烃中，小环为气体，常见环为液体，在环烷烃中，小环为气体，常见环为液体，中环及大环为固体。环烷烃环的单键旋转中环及大环为固体。环烷烃环的单键旋转中环及大环为固体。环烷烃环的单键旋转中环及大环为固体。环烷烃环的单键旋转受到一定的限制，因此环烷烃分子具有一受到一定的限制，因此环烷烃分子具有一受到一定的限制，因此环烷烃分子具有一受到一定的限制，因此环烷烃分子具有一定的对称性和刚性，沸点、熔点和相对密定的对称性
47、和刚性，沸点、熔点和相对密定的对称性和刚性，沸点、熔点和相对密定的对称性和刚性，沸点、熔点和相对密度都比相应的开链烷烃高。此外，环烷烃度都比相应的开链烷烃高。此外，环烷烃度都比相应的开链烷烃高。此外，环烷烃度都比相应的开链烷烃高。此外，环烷烃与开链烷烃烃一样，都不溶于水与开链烷烃烃一样，都不溶于水与开链烷烃烃一样，都不溶于水与开链烷烃烃一样，都不溶于水 。陈明陈明四、化学性质环烷烃和烷烃都是饱和烃，它们的性质有环烷烃和烷烃都是饱和烃，它们的性质有相似之处，如在常温下与氧化剂（如高锰相似之处，如在常温下与氧化剂（如高锰酸钾）不发生反应，而在光照或在较高的酸钾）不发生反应，而在光照或在较高的温度下
48、可与卤素发生取代反应。温度下可与卤素发生取代反应。 陈明陈明K KMMn nOO4 4H H+ +, ,D DC Cl l2 2h hv v o or rD DC Cl lC Cl l不反应不反应陈明陈明小环烷烃的加成反应小环烷烃的加成反应（addition reaction）1 1、加氢反应、加氢反应H2 2N Ni i, , 8 80 0 C CCH3 3CH2 2CH3 3H2 2N Ni i, ,120120 C CCH3 3CH2 2CH2 2CH3 3陈明陈明2、加卤素、加卤素1、加氢反应、加氢反应B Br r2 2r r. .mm. .C CH H2 2C CH H2 2C CH
49、 H2 2B Br r2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2D DB Br rB Br rB Br rB Br r陈明陈明3、与卤化氢反应、与卤化氢反应 H HB Br rB Br rH HH HB Br rC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2H HB Br rC CH H3 3H HB Br rC CH H2 2C CH H2 2C CH HC CH H3 3H HB Br r陈明陈明小环化合物与常见环（环己烷和环戊烷）小环化合物与常见环（环己烷和环戊烷）比较，化学性质活泼，碳环不稳定，较比较，化学性质活泼，碳环不稳定，较易发生开环反
50、应。环丙烷易发生开环反应。环丙烷 环丁烷环丁烷 环环戊烷和环己烷的稳定次序为：戊烷和环己烷的稳定次序为：陈明陈明五、单环烷烃的结构五、单环烷烃的结构1880年以前，只知道有五元环，六元环。年以前，只知道有五元环，六元环。1883年，年，W.H.Perkin合成了三元环，四元环。合成了三元环，四元环。1885年，年，A.Baeyer提出了张力学说。提出了张力学说。1 1、拜尔张力学说、拜尔张力学说 陈明陈明张力学说提出的基础张力学说提出的基础所有的碳都应有正四面体结构。碳所有的碳都应有正四面体结构。碳所有的碳都应有正四面体结构。碳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原子成
51、环后，所有成环的碳原子都原子成环后，所有成环的碳原子都原子成环后，所有成环的碳原子都处在同一平面上（当环碳原子大于处在同一平面上（当环碳原子大于处在同一平面上（当环碳原子大于处在同一平面上（当环碳原子大于 4 4 4 4 时，这一点是不正确的）。时，这一点是不正确的）。时，这一点是不正确的）。时，这一点是不正确的）。 当碳原子的键角偏离当碳原子的键角偏离当碳原子的键角偏离当碳原子的键角偏离 1092810928时，便时，便时，便时，便会产生一种恢复正常键角的力量。这会产生一种恢复正常键角的力量。这会产生一种恢复正常键角的力量。这会产生一种恢复正常键角的力量。这种力就称为角张力。键角偏离正常键种
52、力就称为角张力。键角偏离正常键种力就称为角张力。键角偏离正常键种力就称为角张力。键角偏离正常键角越多，张力就越大。角越多，张力就越大。角越多，张力就越大。角越多，张力就越大。 张力学说的内容张力学说的内容陈明陈明6060109.5109.549.549.5偏转角度偏转角度= = 210928内角内角 N 3 4 5 6 7 偏转角度偏转角度 2424 4444 9 9 4444 4444 -5-5 1616 -9-9 3333 陈明陈明3 3、现代价键理论解释、现代价键理论解释三员环的张力能是由以下几种因素造成的：三员环的张力能是由以下几种因素造成的：三员环的张力能是由以下几种因素造成的：三员
53、环的张力能是由以下几种因素造成的： a a a a、是、是、是、是全重叠构象全重叠构象全重叠构象全重叠构象，由于二个氢原子之间的距离，由于二个氢原子之间的距离，由于二个氢原子之间的距离，由于二个氢原子之间的距离而产生的斥力，造成内能升高而使环丙烷不稳定。而产生的斥力，造成内能升高而使环丙烷不稳定。而产生的斥力，造成内能升高而使环丙烷不稳定。而产生的斥力，造成内能升高而使环丙烷不稳定。b、轨道没有按轴向重迭，、轨道没有按轴向重迭，导致键长缩短，电子云重导致键长缩短，电子云重叠减少，造成内能升高；叠减少，造成内能升高；陈明陈明158.6158.6燃燃 烧烧 热热 烷烃烷烃 + O2 CO2 + H
54、2O157.4157.4166.6166.6164.0164.0158.7158.7直链烷烃直链烷烃直链烷烃直链烷烃157.4157.4158.3158.3陈明陈明（1）环丙烷、环丁烷和环戊烷的结构）环丙烷、环丁烷和环戊烷的结构 三个碳原子必须在同一平面，碳碳键间夹角为三个碳原子必须在同一平面，碳碳键间夹角为三个碳原子必须在同一平面，碳碳键间夹角为三个碳原子必须在同一平面，碳碳键间夹角为6060 ，碳碳键形成弯曲键，使环丙烷的碳碳键比开链烷烃碳碳键形成弯曲键，使环丙烷的碳碳键比开链烷烃碳碳键形成弯曲键，使环丙烷的碳碳键比开链烷烃碳碳键形成弯曲键，使环丙烷的碳碳键比开链烷烃中的碳碳键弱，存在着严
55、重的角张力，不稳定，有中的碳碳键弱，存在着严重的角张力，不稳定，有中的碳碳键弱，存在着严重的角张力，不稳定，有中的碳碳键弱，存在着严重的角张力，不稳定，有较高的燃烧热，化学性质活泼。较高的燃烧热，化学性质活泼。较高的燃烧热，化学性质活泼。较高的燃烧热，化学性质活泼。4、单环烷烃的构象、单环烷烃的构象H HH HH HH HH HH H1 12 23 3H HH HH HH HH HH H1 12 23 3C C1 1- -C C2 2陈明陈明HHHHH H2 2C C1 12 23 3H H2 2C C4 4HHHHHHHH1 12 23 34 4C1-C2陈明陈明陈明陈明2、环己烷的构象、环
56、己烷的构象 1918年，年，E. Mohr 提出非平面、无张力提出非平面、无张力环学说。指出用碳的四面体模型可以组环学说。指出用碳的四面体模型可以组成两种环己烷模型。成两种环己烷模型。A、环己烷构象、环己烷构象椅式构象椅式构象椅式构象椅式构象（chair configurationchair configuration）船式构象船式构象船式构象船式构象（boat configurationboat configuration）陈明陈明陈明陈明B、椅式构象的、椅式构象的a 键和键和 e 键键HHHHHHHHHHHH陈明陈明a键键 (axial bonds)、也称直立键。、也称直立键。HHHHHH
57、注意注意a键之间的相互顺反关系键之间的相互顺反关系陈明陈明e 键键 (equatorial bonds)、也称平伏键。、也称平伏键。HHHHHH陈明陈明C、环己烷各种构象的稳定性、环己烷各种构象的稳定性陈明陈明HHHHHHHHHHHH230pm230pm椅式构象最稳定，是优势构象。椅式构象最稳定，是优势构象。HH183pm183pm陈明陈明环己烷是其各种构象异构体的平衡混合物环己烷是其各种构象异构体的平衡混合物在环己烷的各种构象中，船式是最稳定的在环己烷的各种构象中，船式是最稳定的构象，椅式是最不稳定的构象。环己烷一构象，椅式是最不稳定的构象。环己烷一般情况下是椅椅式构象的形式存在。般情况下是
58、椅椅式构象的形式存在。D、环己烷各种构象之间的翻转、环己烷各种构象之间的翻转通过构象的翻转，环己烷可以从通过构象的翻转，环己烷可以从一种椅式构象变为另一种构象。一种椅式构象变为另一种构象。陈明陈明H HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH H陈明陈明环己烷椅式和船式翻转环己烷椅式和船式翻转环己烷椅式和船式翻转环己烷椅式和船式翻转陈明陈明H HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH
59、 H室温下，环己烷可以很快地从一种椅式构象室温下，环己烷可以很快地从一种椅式构象转换为另一种椅式构象。并且在翻转过程转换为另一种椅式构象。并且在翻转过程中，中，e e键和键和a a键发生了互换。键发生了互换。陈明陈明（2 2）一取代环己烷的构象）一取代环己烷的构象CHCH3 3H H3 3C CC CH H3 3陈明陈明陈明陈明H H3 3C CCHCH3 3优势构象优势构象体积比较大的取代基处在体积比较大的取代基处在 e e 键位置键位置上的构象是稳定的构象。上的构象是稳定的构象。陈明陈明C CH H3 3C CC CH H3 3C CH H3 3陈明陈明叔丁基环己烷叔丁基环己烷 (axia
60、l group)空间位阻很大空间位阻很大陈明陈明3、二取代环己烷的构象、二取代环己烷的构象C CH H3 3C CH H3 3CH3CH3 3CH3CH3 3陈明陈明H H3 3C CC CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3对于多取代的环己烷，要尽量使更多的取代对于多取代的环己烷，要尽量使更多的取代基处于基处于 e e 键的位置。不同的取代基，尽量使键的位置。不同的取代基，尽量使体积较大的取代基处于体积较大的取代基处于 e e 键的位置。键的位置。陈明陈明C CH H3 3C C( (C CH H3 3) )3 3C CH H3 3C CH H2 2( (C CH H3 3) )3 3( (H H3 3C C) )3 3C CC CH H3 3H H3 3C CC CH H3 3
