1、有机化学有机化学第二章第二章 饱和烃饱和烃 youjihuaxue 由碳氢两种元素组成的烃，也称碳氢化合物。由碳氢两种元素组成的烃，也称碳氢化合物。是其它有机物的母体。是其它有机物的母体。由于其他各类有机物可看作由于其他各类有机物可看作是烃的衍生物，因此，烃是有机化合物的母体。是烃的衍生物，因此，烃是有机化合物的母体。 烃开链烃闭链烃饱和烃（烷烃）不饱和烃烯烃炔烃脂环烃芳香烃烃烃t ng第一节第一节 烷烃烷烃学习要求学习要求1.1.掌握烷烃同系列、通式、同分异构现象及命名；掌握烷烃同系列、通式、同分异构现象及命名；2.2.了解烷烃碳原子的杂化状态及分子结构特点；了解烷烃碳原子的杂化状态及分子结
2、构特点；3.3.熟悉烷烃的化学性质及反应历程。熟悉烷烃的化学性质及反应历程。4.4.了解烷烃类重要化合物及在药学上的应用。了解烷烃类重要化合物及在药学上的应用。（一）同系列和同系物CHHHCHHHCHHHCHHHCHHCHHHCHHHCHHCHH乙烷乙烷丙烷丙烷丁烷丁烷 一、烷烃的同系列一、烷烃的同系列CHHHCHHHCHHHCHHCHHHCHHH乙烷乙烷丙烷丙烷丁烷丁烷CHHHCHHCHH分子组成上相差分子组成上相差1 1个或个或几个几个CH2原子团。原子团。 结构、性质相似，分子组成上相差一个或多个CH2原子团的一系列化合物，称为烷烃的同系列。同系列中的物质互称为同系物。 CHHHCHHH
3、CHHHCHHHCHHCHHHCHHHCHHCHHCH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3C3H8C4H1 0C2H6CnH2n+2结构式结构式结构简式结构简式分子式分子式通式通式（二）通式一、烷烃的同系列电子式电子式结构式结构式分子式分子式CHHHHCHHHHCH4( (一一) )甲烷的结构甲烷的结构 二、烷烃的结构二、烷烃的结构球棒模型球棒模型比例模型比例模型空间结构空间结构( (二二) )烷烃中碳原子的成键方式烷烃中碳原子的成键方式碳原子的sp3杂化基态基态激发激发激发态激发态激发态激发态杂化杂化四个能量等同的四个能量等同的SP3杂化轨道杂化轨道四个四个SP3杂化轨道，呈正
4、四面体分布，以碳原杂化轨道，呈正四面体分布，以碳原子为中心，四个轨道分别指向正四面体的每子为中心，四个轨道分别指向正四面体的每一个顶点，轨道之间的夹角是一个顶点，轨道之间的夹角是10928四 个 SP3杂 化 轨 道单个单个sp3杂化轨道杂化轨道碳的外层电子结构碳的外层电子结构2s22p2碳为什么呈现四价碳为什么呈现四价?sp3杂化杂化 ：1个个s轨道与轨道与3个个p轨道杂化形成轨道杂化形成4个能量等同新轨道个能量等同新轨道的过程。的过程。4个新轨道称为个新轨道称为sp3杂化轨道。空间伸展方向为正四杂化轨道。空间伸展方向为正四面体的面体的4个顶点。个顶点。杂化轨道理论解释：杂化轨道理论解释：4
5、个个sp3杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化基态基态激发态激发态线性组合线性组合四条轨道在杂化前后有什么不同？四条轨道在杂化前后有什么不同？1.形状不同形状不同2.空间伸展方向不同空间伸展方向不同3.能量不同能量不同烷烃的结构(小结)2S2 2Px12py1乙烷分子（乙烷分子（CH3-CH3）的形成）的形成乙烷中碳原子杂化轨道的类型烷烃的结构及杂化形式CHHHCHHHCHHCHHSP3杂化杂化X衍射表明结衍射表明结晶状的直链烷晶状的直链烷烃的碳链呈锯烃的碳链呈锯齿状齿状（三）烷烃的同分异构现象（三）烷烃的同分异构现象分子式相同而结构式不同的化合物称为同分异构体，这分子式相同而结构式不同的化合物称
6、为同分异构体，这种现象称为同分异构现象。种现象称为同分异构现象。分类同分异构同分异构构造异构构造异构立体异构立体异构碳链异构碳链异构（正丁烷和异丁烷正丁烷和异丁烷）官能团位置异构官能团位置异构（1-丁烯和丁烯和2-丁烯）丁烯）官能团异构（官能团异构（乙醇和二甲醚乙醇和二甲醚）互变异构互变异构（乙酰乙酸乙酯酮式和烯醇式乙酰乙酸乙酯酮式和烯醇式）构型异构构型异构顺反异构（烯烃）顺反异构（烯烃）光学异构（旋光异构）光学异构（旋光异构） 构象异构（烷烃，环己烷，糖类）构象异构（烷烃，环己烷，糖类）伯碳伯碳仲碳仲碳叔碳叔碳季碳季碳CCH3CH3CH2CHCH3CH2CH3CH3一级碳原子、 1二级碳原子
7、、 2三级碳原子、3 四级碳原子、4 （四）烷烃分子中碳原子种类（四）烷烃分子中碳原子种类 相应地，与伯、仲、叔碳原子相应地，与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子分别称为伯相连的氢原子分别称为伯1、仲仲2、叔、叔3氢原子氢原子烷基烷基烷烃分子中去掉一个氢原子后所剩余的原子团。烷烃分子中去掉一个氢原子后所剩余的原子团。CHHHHCHHHCHHCHHHCHHCHHHHCH3CH3CH2CH3CH2CH2甲基甲基乙基乙基丙基丙基 三、烷烃的命名三、烷烃的命名（一）普通命名（一）普通命名1.根据分子中碳原子的数目称为根据分子中碳原子的数目称为“某烷某烷”。当碳原子数目为。当碳原子数目为110时，用时，用甲、
8、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。表示。CH3CH3 CH3CH2CH2CH3例如例如乙烷乙烷丁烷丁烷当碳原子数目超过当碳原子数目超过10个时，用个时，用中文数字中文数字表示。表示。 如：如：C20H42 二十烷二十烷 异己烷异己烷CH3CHCH2CH2CH3CH3新己烷新己烷CH3CCH3CH3CH2CH32.用正、异、新区别同分异构体。用正、异、新区别同分异构体。CH3CH2CH2CH2CH2CH3正己烷正己烷（二）系统命名（二）系统命名含有支链的烷烃用系统命名法命名，其原则是：含有支链的烷烃用系统命名法命名，其原则是：1.选主链选主链 选最长的
9、碳链作为主链，根据主链碳原子数目称选最长的碳链作为主链，根据主链碳原子数目称为为“某烷某烷”。CHCH2CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CH3CH2CH3例如：例如：主链主链支链支链2.编号编号 把支链看作是取代基，从靠近取代基近的一端，用把支链看作是取代基，从靠近取代基近的一端，用阿拉伯数字给主链碳原子编号，若两个不同取代基位次相同，阿拉伯数字给主链碳原子编号，若两个不同取代基位次相同，则应使较小取代基的位次最小。则应使较小取代基的位次最小。1 2 3 41 2 34 5 CHCH2CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CH3CH2CH3 2-甲基丁烷甲基丁烷 2，3-二甲基戊烷二甲基
10、戊烷 常见烷基的优先次序：常见烷基的优先次序：叔丁基叔丁基异丙基异丙基异丁基异丁基 丁基丁基丙基丙基乙基乙基甲基甲基3.命名命名 将取代基的位次、名称写于将取代基的位次、名称写于“某烷某烷”之前，且位次之前，且位次与取代基名称之间用半字线隔开；位次与位次之间用逗号隔与取代基名称之间用半字线隔开；位次与位次之间用逗号隔开；如果有几个相同的取代基，则合并在一起，并用中文数开；如果有几个相同的取代基，则合并在一起，并用中文数字二、三、四等表示其个数；若有几个不同的取代字二、三、四等表示其个数；若有几个不同的取代 基，应基，应小的在前，大的在后。（小的在前，大的在后。（P25例题）例题）4.复杂烷烃的
11、命名复杂烷烃的命名。（。（P25例例题）题）！。（。（P25例题）例题）2,4-二甲基二甲基-3-乙基庚烷乙基庚烷 1234567CHCHCH2CH2CH3CH3CH2CH3CHCH3CH3烷烃命名举例烷烃命名举例2.写出写出2,4-二甲基二甲基-3-乙基庚烷乙基庚烷 的结构的结构12345672,6-二甲基二甲基-3-乙基庚烷乙基庚烷 CHCHCH3CH3CH2CH2CHCH3CH3CH2CH32-甲基甲基-3-环戊基戊烷环戊基戊烷 CHCH2CH3CHCH3CH3物理性质物理性质C1-C4气体气体 C5-C16液体液体 C17以上固体以上固体Cn+1 Cn Cn直链 Cn支链易溶于有机易溶
12、于有机溶剂溶剂 不易溶不易溶于水于水随分子量增大随分子量增大略有增大，但略有增大，但都小于都小于1 1。1. 状态2. 沸点3. 溶解性4. 密度四、烷烃的性质四、烷烃的性质（一）物理性质（一）物理性质一些直链烷烃的物理常数一些直链烷烃的物理常数名称名称结构简式结构简式常温常温时的时的状态状态熔点熔点/沸点沸点/ 相对相对密度密度水溶水溶性性甲烷甲烷CH4气气-183-1620.466不溶不溶乙烷乙烷CH3CH3气气-172-88.50.572不溶不溶丙烷丙烷CH3CH2CH3气气-187-420.585不溶不溶丁烷丁烷CH3(CH2)2CH3气气-13800.5788不溶不溶戊烷戊烷CH3(
13、CH2)3CH3液液-130360.6262不溶不溶十八十八烷烷CH3(CH2)16CH3固固283080.7780不溶不溶 通常情况下，烷烃很稳定，不易发生化学反应，通常情况下，烷烃很稳定，不易发生化学反应，常温下不与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂反应。常温下不与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂反应。烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。（二）化学性质（二）化学性质 烷烃没有官能团，其反应主要是烷烃没有官能团，其反应主要是C-C键、键、C-H键断裂或键断裂或H原子被取代。原子被取代。1.取代反应取代反应 有机物分子中的原子或基团被其它的原子或有机物分子
14、中的原子或基团被其它的原子或原子团取代的反应称为取代反应。原子团取代的反应称为取代反应。 卤素原子取代烷烃分子中卤素原子取代烷烃分子中H原子的反应称烷烃原子的反应称烷烃的的卤代反应卤代反应。 卤素的反应活性：卤素的反应活性： F2Cl2Br2I2(1)甲烷的氯代反应（光照或加热）甲烷的氯代反应（光照或加热） 甲烷甲烷 一氯甲烷一氯甲烷 二氯甲烷二氯甲烷 三氯甲烷三氯甲烷 四氯化碳四氯化碳 CH4CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4Cl2Cl2Cl2Cl2简写反应式简写反应式甲烷的卤代反应是自由基链锁反应甲烷的卤代反应是自由基链锁反应A : B自由基反应的历程自由基反应的历程自由基的生成自由
15、基的生成自由基（游离基）自由基（游离基）甲烷的自由基链锁反应：甲烷的自由基链锁反应：链引发链引发 链增长链增长 链终止链终止 共价键断裂共价键断裂均裂均裂生成自由基生成自由基异裂异裂生成离子生成离子A B均裂反应一经引发产生自由基，很快就可以连续不断反应一经引发产生自由基，很快就可以连续不断地进行下去，这样的反应称为链反应地进行下去，这样的反应称为链反应（连锁（连锁）。 (1) 链引发（形成自由基）：链引发（形成自由基）： Cl Cl Cl + Cl 热或光热或光(2) 链的增长（传递）链的增长（传递）主 要 反 应 的主 要 反 应 的一 步 中 有 自一 步 中 有 自由 基 参 与 ，由
16、 基 参 与 ，因 此 整 个 反因 此 整 个 反应 称 为应 称 为 自 由自 由基取代反应基取代反应。.CH3HCl + H:CH3+Cl.CH3+Cl.CH3Cl +Cl2HClCH3Cl+Cl +CH2ClCl2+ Cl+CH2Cl2CH2ClCCl3CCl4Cl2+ Cl+.(3)链的终止链的终止.CH3+ClCH3ClCH3CH3+.CH3.CH3.ClCl+Cl2反应过程中，链的传递和链的终止从反应物和产物上看反应过程中，链的传递和链的终止从反应物和产物上看有什么特点？有什么特点？前者反应物和产物各有一个自由基。反应过程中不产生前者反应物和产物各有一个自由基。反应过程中不产生H
17、 H的自由基。而后者反应物全部是自由基，产物都是分子。的自由基。而后者反应物全部是自由基，产物都是分子。由于烷烃氯代是一个放热反应，因此反应时不能用强烈日由于烷烃氯代是一个放热反应，因此反应时不能用强烈日光照射，否则会发生爆炸！光照射，否则会发生爆炸！2氧化反应（加氧去氢）高级烷烃氧化生成的高级脂肪酸可代替动植物油脂制肥皂高级烷烃氧化生成的高级脂肪酸可代替动植物油脂制肥皂等表面活性剂。等表面活性剂。 CH4+ 2O2CO2+ 2H2O803KJ/mol=H R RR C OOH 120150 O,RH乙酸锰乙酸锰 属于完全氧化。属于完全氧化。 1.掌握环烷烃、环烯烃的命名方法。掌握环烷烃、环烯
18、烃的命名方法。 2.掌握单环环烷烃的化学性质。掌握单环环烷烃的化学性质。 3.理解环烷烃中的角张力概念，认识环的稳定性与理解环烷烃中的角张力概念，认识环的稳定性与环的大小的关系。环的大小的关系。 4.掌握环己烷及其取代环己烷的构象分析方法。掌握环己烷及其取代环己烷的构象分析方法。第二节第二节 环烷烃（环烷烃（1 1课时）课时）学习要求学习要求一、分类、命名和结构一、分类、命名和结构环烷烃环烷烃单环烷烃单环烷烃多环烷烃多环烷烃螺环烃螺环烃桥环烃桥环烃（一）分类（一）分类单环烷烃的通式：单环烷烃的通式：CnH2n n 31 1单环烷烃的命名单环烷烃的命名（二）命名（二）命名 (1)只需在原来的烷烃
19、前冠以只需在原来的烷烃前冠以“环环”称称“环烷烃环烷烃”。 (2)取代基的名称写在环烷烃的前面。取代基的名称写在环烷烃的前面。 (3)取代基位次按取代基位次按“最低系列最低系列”原则列出。原则列出。 (4)基团顺序按次序规则小的优先列出。基团顺序按次序规则小的优先列出。环丙烷环丙烷环丁烷环丁烷环戊烷环戊烷环己烷环己烷1,4-二甲基二甲基-1-乙基环己烷乙基环己烷1-甲基甲基-3-异丙基环己烷异丙基环己烷分子中含有两个或多个碳环的多环化合物中，其中两个环分子中含有两个或多个碳环的多环化合物中，其中两个环共用两个或多个碳原子的化合物称为共用两个或多个碳原子的化合物称为桥环化合物。桥环化合物。共用的
20、共用的碳原子称为碳原子称为桥头碳。桥头碳。常见的为二桥环烃常见的为二桥环烃。桥头碳桥头碳桥头碳桥头碳长桥长桥短桥短桥中桥中桥2桥环烃的命名桥环烃的命名概念概念(1)按所有环的碳原子总数命名为某烷，加词头按所有环的碳原子总数命名为某烷，加词头二二(双双)环环。(2)“abc”指各指各“桥桥”所含碳原子数目所含碳原子数目（不包括桥头碳），（不包括桥头碳），按由按由大到小大到小的次序写在的次序写在“二环二环”和和“某烷某烷”之间的方括之间的方括号里。号里。数字用圆点分开。数字用圆点分开。二环二环4.3.0壬烷壬烷二环二环3.2.1辛烷辛烷固定格式：二环固定格式：二环a.b.c某烷某烷 (abc)命名
21、命名1234567(3)编号从一个桥头碳原子开始，经最长的桥至第二个桥编号从一个桥头碳原子开始，经最长的桥至第二个桥头，再编次长的桥，回到第一个桥头；最后编最短的桥。头，再编次长的桥，回到第一个桥头；最后编最短的桥。(4)编号以取代基位次号码数为较小。编号以取代基位次号码数为较小。6-甲基二环甲基二环3.2.2壬烷壬烷2,7,7-三甲基二环三甲基二环2.2.1庚烷庚烷二环二环3.1.1庚烷庚烷二环二环2.1.0戊烷戊烷二环二环2.2.1-2-庚烯庚烯5-甲基二环甲基二环2.2.1-2-庚烯庚烯跟踪训练跟踪训练3螺环烃的命名螺环烃的命名 两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃。共用的碳两个环共用
22、一个碳原子的环烷烃称为螺环烃。共用的碳原子称为螺原子。原子称为螺原子。固定格式：固定格式： 螺螺a.b某烷某烷 (ab) 命名原则：命名原则：(1)按环的碳原子总数命名为按环的碳原子总数命名为“螺某烷螺某烷” 。(2)再把螺原子连接的两个环的碳原子数再把螺原子连接的两个环的碳原子数(不含螺原不含螺原子子)，按由小到大的次序写在，按由小到大的次序写在“螺螺”和和“某烷某烷”之之间的方括号里，数字用圆点分开。间的方括号里，数字用圆点分开。 (3) 编号编号时时从螺原子连接的从螺原子连接的第第一个碳开始一个碳开始，先编小先编小环环，经过螺原子经过螺原子(螺原子也要编号螺原子也要编号)再编再编大大环环
23、，编号编号的顺序以取代基位置最小为原则的顺序以取代基位置最小为原则。螺螺4.54.5癸烷癸烷12345671089例如：例如：123456785-甲基螺甲基螺3.4辛烷辛烷5-甲基甲基-1-溴螺溴螺3.4辛烷辛烷C CH H3 3CH31-甲基螺甲基螺3.4辛烷辛烷5-甲基螺甲基螺3.4辛烷辛烷123412345跟踪训练跟踪训练 一般来说，环烷烃与开链烷烃的化学性质相似，特别是由一般来说，环烷烃与开链烷烃的化学性质相似，特别是由5 5个或个或6 6个碳原子组成的环烃。由于环烷烃具有环状结构，因个碳原子组成的环烃。由于环烷烃具有环状结构，因此还具有与开链烷烃不同的特殊化学性质。此还具有与开链烷烃
24、不同的特殊化学性质。1、开环加成、开环加成条条件件苛苛刻刻+ H2NiCH3CH2CH2CH3200 C。+ H2Ni80 C。CH3CH2CH3+ H2PtCH3(CH2)3CH3300 C。不易开环易易难难二、单环烷烃的性质二、单环烷烃的性质(1)开环加氢开环加氢（2）加卤素）加卤素 室温+ Br2BrCH2CH2CH2BrCCl4不易开环易开环+ Br2取代产物取代产物+ Br2Br(CH2)4Br+ Br2(常温下不反应! )+ HBrCH3CH2CH2BrH2O易开环+ HBr不反应不反应+ HBr不易开环（3）加卤化氢）加卤化氢 2取代反应取代反应 环烷烃较稳定，与强酸、强碱或强氧
25、化剂不发生反应。环烷烃较稳定，与强酸、强碱或强氧化剂不发生反应。高温下能发生自由基取代反应：高温下能发生自由基取代反应：+ Br2300BrHBr三、环烷烃的结构与稳定性（自学）三、环烷烃的结构与稳定性（自学） 环烷烃的环张力越大，表明分子的能量越高，稳定性越差，越容易开环加成。为什么？为什么？环稳定性：三元环四元环五元、六元环环稳定性：三元环四元环五元、六元环1环丙烷的结构环丙烷的结构理论上：理论上：(1) 饱和烃，饱和烃，C为为sp3杂化，键角为杂化，键角为109.5 (2) 三碳环，成环碳原子应共平三碳环，成环碳原子应共平 面，内角为面，内角为60 （两者矛盾）（两者矛盾）0 05 5.
26、 .5 5。C CC CC CC CC CC C0 0 . .1 11 1 9 9 5 5。 丙烷丙烷环丙烷环丙烷键张力导致轨道重叠程度较少而不稳定，容易断裂。弯键张力导致轨道重叠程度较少而不稳定，容易断裂。弯曲的曲的键，称键，称弯曲键弯曲键。其键角为。其键角为 105.5105.5，因键角要从，因键角要从109.5109.5压缩到压缩到105.5105.5，故环有一定的张力（，故环有一定的张力（角张力角张力）。）。丙烷环结构中两个相邻碳原子以丙烷环结构中两个相邻碳原子以sp3杂化轨道形成杂化轨道形成CC 键时，不能沿对称轴在一条直线上重叠，只能以弯曲的方键时，不能沿对称轴在一条直线上重叠，只
27、能以弯曲的方式重叠式重叠键之间产生张力。键之间产生张力。2张力学说张力学说 角张力角张力主要内容主要内容 一、乙烷的构象一、乙烷的构象 二、丁烷的构象二、丁烷的构象 三、环己烷的构象三、环己烷的构象第三节 烷 烃的构象（1课时） 1了解构象的概念。了解构象的概念。 2掌握乙烷的两种典型构象。掌握乙烷的两种典型构象。 3熟悉丁烷的四种典型构象的稳定性。熟悉丁烷的四种典型构象的稳定性。 4掌握环己烷的构象及取代基稳定的取代掌握环己烷的构象及取代基稳定的取代位置。位置。一、乙烷的构象一、乙烷的构象由于由于键的自由旋转，两个甲基围绕单键自由旋转，使乙键的自由旋转，两个甲基围绕单键自由旋转，使乙烷有许多
28、构象异构，最典型的有重叠式和交叉式。烷有许多构象异构，最典型的有重叠式和交叉式。重叠式重叠式交叉式交叉式1.锯架式锯架式常用锯架式和纽曼投影式来表示烷烃的构象常用锯架式和纽曼投影式来表示烷烃的构象重叠式重叠式交叉式交叉式交叉式为优势构象交叉式为优势构象2.Newman投影式投影式如果把乙烷的模型放在纸面上，使如果把乙烷的模型放在纸面上，使C-C键轴与纸面垂直，从上往下键轴与纸面垂直，从上往下看，用一个点表示前面的看，用一个点表示前面的C，用圆圈表示后面的碳原子，伸出的线为，用圆圈表示后面的碳原子，伸出的线为共价键。共价键。重叠式重叠式交叉式交叉式 丁烷分子中有3个CC 键，由于键的自由旋转，可
29、以产生许多构象异构，主要讨论C2、C3 键旋转所得的最典型的四种构象。CH3HCH3HCH3HCH3HHCH3HCH3HH二、丁烷的构象二、丁烷的构象CH3HHH3CH对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全部重叠式环己烷的典型构象有两种：椅式构象和船式构象三、环己烷的构象三、环己烷的构象椅型船型稳定不稳定环己烷分子中的六个碳不共平面，且六元环是无张力环，键角为109.5。两种构象通过C-C单键的旋转，可相互转变；室温下，环己烷主要以椅型构象存在(99.9%以上)。为什么椅型构象稳定? 123456HHHHHHHHHHHH123456HHHHHHHHHHHH环己烷的椅式构象6543211234561.所有两个相邻的碳原子的碳氢键都处于交叉式位置2.所有环上氢原子间距离都相距较远，无非键张力。 3.由一种椅型构象可翻转为另一种椅象。同时，a、e键互换 为e键为a键 4.环上有取代基时，取代基在e键比a键更稳定。CH3CH(CH3)2H3C稳定CH(CH3)2CH3CH(CH3)2HHHH稳定不
