饱和烃和不饱和烃
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大学有机化学第二章饱和烃
绿色化学与可持 续发展
随着环保意识的提高，绿色 化学和可持续发展已成为有 机化学的重要发展方向。研 究和发展环境友好、资源节 约的合成方法与技术，对于 实现可持续发展具有重要意 义。
计算机辅助ห้องสมุดไป่ตู้机 合成设计
随着计算机科学的发展，利 用计算机辅助设计工具进行 有机合成已成为可能。这种 方法有助于提高合成效率和 降低成本，为有机化学的发 展开辟了新的途径。
环烷烃的化学性质
01
02
03
加成反应
环烷烃中的碳碳单键可以 被氢气、卤素等试剂加成， 生成相应的烷基卤化物或 醇类。
开环反应
在酸或碱催化下，环烷烃 可以发生开环反应，生成 链状烷烃。
氧化反应
环烷烃在常温下容易被氧 化剂氧化，生成酮、醛等 化合物。
05 不饱和烃
烯烃和炔烃的结构
烯烃结构
烯烃是含有碳碳双键的烃类，双 键连接的两个碳原子为sp2杂化， 双键中的一根键为π键，另一根
命名法
系统命名法
根据国际纯粹与应用化学联合会 （IUPAC）的规定，采用系统命名法 对饱和烃进行命名。主要依据碳链的 长度和取代基的种类、位置来确定烃 的名称。
习惯命名法
对于一些简单的饱和烃，可以采用习 惯命名法，如甲烷、乙烷、丙烷等。
03 烷烃
烷烃的结构
烷烃由碳原子和氢原子组成， 碳原子之间通过单键连接，形 成链状或环状结构。
重要性及应用
01
基础理论
烷烃是学习有机化学的基础，对 于理解其他烃类和有机化合物的 性质至关重要。
工业应用
02
03
科学研究
烷烃是石油工业的主要组成部分， 用于生产燃料、润滑油、溶剂等。
烷烃是合成其他有机化合物的重 要原料，在药物合成、材料科学 等领域有广泛应用。
不饱和烃
四、烯烃的化学性质 1、加成反应 （1）加氢 单烯烃在铂、钯或镍等金属催化剂的存在下， 可以与氢加成而生成烷烃。
R CH CH2 + H2
催化剂
R CH2 CH3
（2）亲电加成反应
烯烃容易给出电子，因而易受到正电荷或部 分带正电荷的缺电子试剂（称为亲电试剂）的进 攻而发生反应，称为亲电加成反应。
4．聚合反应
TiCl4 Al(C2H5)3
n CH2
CH2
[ CH2
CH2 ] n
CH3 n CH3CH CH2
TiCl4 Al(C2H5)3
[ CH CH2 ] n
第二节
通式为 CnH2n-2。
炔 烃
炔烃是分子中含有碳碳叁键的烃。
炔烃比相应的烯烃少两个氢原子。
一、炔烃的结构和命名
1. 乙炔的结构 乙炔为最简单的炔烃，分子式为C2H2，构 造式为HC ≡ CH
a C b
(Z)构型
c C d
a C b
(E)构型
d C c
条件：a＞b，c＞d
例如：
CH3 C H C CH3 CH3 CH2CH3 H C C CH3 CH2CH3
(Z) -3-甲基-2-戊烯
(E) -3-甲基-2-戊烯
三、烯烃的物理性质
烯烃的物理性质与烷烃相似，也是随着碳原 子数的增加而呈规律性变化。在常温下，含2至4 个碳原子的烯烃为气体，含5～18个碳原子的为 液体，19个碳原子以上的为固体。它们的沸点、 熔点和相对密度都随分子质量的增加而上升，但 相对密度都小于1，都是无色物质，不溶于水， 易溶于有机溶剂。
C6H5 C C C6H5
H C C H C C
+
+ H
第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃
3
5
CH
3
HC CH
4
CH
烷烃：饱和开链烃。 特征：C与C以单键相连，其余价键都为氢原子饱和。 通式为：CnH2n+2
环烷烃：饱和环烃。 特征：C与C以单键相连成环，其余价键都为氢 原子饱和。 通式为：CnH2n （单环烷烃）
烷烃和环烷烃统称为饱和烃
烷烃和环烷烃主要存在于石油和天然气中， 天然气主要由甲烷以及少量的乙烷、丙烷和丁烷 组成。石油是一种复杂混和物，主要是含1到40个 碳原子的烃，通过精馏可以将石油分离成沸点不 同的有用馏分。 天然气： 汽油： 煤油： 柴油： 沥青： CH4~C4H10 C5H12~C12H26 C12H26~16H34 C15H32~C18H38 C20以上
烷基自由基
伯
仲
叔
烷基自由基的类型
烷基自由基的结构
烷基自由基的稳定性：叔〉仲〉伯
烷基自由基的稳定性与C-H的均裂能有关：
CH3CH2CH2-H
离解能 (kJ/mol) 410
(CH3)2CH-H (CH3)3C-H
397 381
在烷烃氯化反应中，产生烷基自由基的步骤 是整个反应中最困难的一步。是控制反应速度的 步骤。生成的烷基自由基越稳定，所需的活化能 越小，反应越容易。
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
正己烷
(CH3)2CHCH2CH2CH3
异己烷
(CH3)3CCH2CH3
新己烷
• 系统命名法：
采用IUPAC（International Union of Pure and Applied Chenistry）国际纯粹与应用化学联合会的命 名原则，结合我国文字特点制定的。
键旋转引起的位能变化曲线
第三章 不饱和烃20150906-合肥工业大学-有机化学
顺反异构体 ：
b.p ：直链烯烃 ＞ 支链烯烃
顺式烯烃 ＞反式烯烃(偶极距＝0）
m.p：反式烯烃 ＞ 顺式烯烃（反式对称性高） 溶解性： 难溶于水，易溶于苯，乙醚，氯仿，四氯化碳 等有机
溶剂。
2 化学性质
• 官能团：
C
C
易发生加成、氧化、聚合反应。
2.1 亲电加成反应
C
C
+Y Z
_
加成反应： 有机分子中双键的 π键容易断开，双键所连接的原子和 其他原子或原子团结合，形成两个新的 σ键，这种反应称为 加成反应。 亲电加成反应： 双键被带有正电荷的离子或原子团首先进攻，进而发生 的加成反应称为亲电加成反应。
C Y
C Z
(1) 与卤素的加成
反应通式： CH2=CH2 + X2 CCl4 X：F 、 Cl、 Br、I CH2=CH2 + Br2/CCl4→CH2BrCH2Br
常温下Br2/CCl4褪色（也能使溴水褪色）：鉴定烯烃
CH2XCH2X
X2反应活性：F2 ＞＞ Cl2 > Br2 > I2
I2一般不与烯烃发生反应， F2反应太激烈，易发生碳链 断裂，无实用意义。
(3) 与H2O加成
CH3CHCH3 200℃，2MPa OH δ+ δ直接水合法。遵循马氏规则：H--OH。
间接水合法。
OSO 2OH CH3CH CH2 + HOSO2OH 室温 CH3CH CH3
+ -
CH3CH CH2 + H2O
H3PO4/硅藻土
H2O
CH3CHCH3 + H2SO4 OH
N 代表氮原子的数目，氧和其他二价原子对不饱和度计算没有贡献。
不饱和烃
异丙醇
不对称烯烃与水的加成反应也遵守马氏规则
问题与思考 2-4
完成下列反应式：
(1) CH3
+ H2O
H2SO4
CH3 (2) CH C= CH 3 2
+
HBr
过氧化物
CH3 (3) CH3 C=C HCH3
CH3 (4) CH3C= CH2
问题与思考 2-5
+
HBr
+
HOCl
写出丙烯与溴的氯化钠水溶液反应的方程式及反应历程。
(C.H.H)
CH3 CH=CH2 C=C H CH2CH3
(E)-3-乙基-1,3-戊二烯
(Z)-3-乙基-1,3-戊二烯
Z, E-命名法与顺反命名法所依据的规则不同， 彼此之间没有必然的联系。
CH3 CH2CH3 C=C H H CH3 CH3 C=C CH2CH3 H
顺- 2 -戊烯 (Z)- 2 -戊烯
CH2=CHCH2-
注：烯基的编号从去掉氢原子的碳原子开始
2．单烯烃的同分异构 （1）构造异构
碳链异构:
CH2=CHCH2CH3
官能团位置异构:
CH3 CH 2=CCH 3
CH2=CHCH2CH3
CH3CH=CHCH3
碳链异构和官能团位置异构统称为构造异构。
由于原子的连接方式不同产生的异构叫构造异 构
3,5 -二甲基-2-己烯
6
5
4
3
2
1
CH3CH CCH2CH3 CH 3 CH 2
1
4
3
2
3-甲基-2-乙基-1-丁烯
CH3 CH3 CCH=CH2 CH2CH3
3,3-二甲基-1-戊烯
不对称烯烃与水的加成反应也遵守马氏规则
问题与思考 2-4
完成下列反应式：
(1) CH3
+ H2O
H2SO4
CH3 (2) CH C= CH 3 2
+
HBr
过氧化物
CH3 (3) CH3 C=C HCH3
CH3 (4) CH3C= CH2
问题与思考 2-5
+
HBr
+
HOCl
写出丙烯与溴的氯化钠水溶液反应的方程式及反应历程。
(C.H.H)
CH3 CH=CH2 C=C H CH2CH3
(E)-3-乙基-1,3-戊二烯
(Z)-3-乙基-1,3-戊二烯
Z, E-命名法与顺反命名法所依据的规则不同， 彼此之间没有必然的联系。
CH3 CH2CH3 C=C H H CH3 CH3 C=C CH2CH3 H
顺- 2 -戊烯 (Z)- 2 -戊烯
CH2=CHCH2-
注：烯基的编号从去掉氢原子的碳原子开始
2．单烯烃的同分异构 （1）构造异构
碳链异构:
CH2=CHCH2CH3
官能团位置异构:
CH3 CH 2=CCH 3
CH2=CHCH2CH3
CH3CH=CHCH3
碳链异构和官能团位置异构统称为构造异构。
由于原子的连接方式不同产生的异构叫构造异 构
3,5 -二甲基-2-己烯
6
5
4
3
2
1
CH3CH CCH2CH3 CH 3 CH 2
1
4
3
2
3-甲基-2-乙基-1-丁烯
CH3 CH3 CCH=CH2 CH2CH3
3,3-二甲基-1-戊烯
不饱和烃
H2 C CH2 ＋ Br2
F2 >Cl2>Br2>I2
CCl4
H2C CH2 Br Br
（无色）
红棕色
Br + Br 2 Br
● 检验烯烃和其它不饱和化合物的存在
25
(二) 亲电加成反应 (Electrophilic Addition) 二 1. 加卤素 (1) 烯烃
乙烯的π键流动性大 易受外加试剂的影响而极化。 键流动性大， 解释 ：乙烯的 键流动性大，易受外加试剂的影响而极化。
CH C CH2 CH3 CH2 CH CH2 CH3
U=0.80D
U=0.30D
5
4.1 不饱和烃的物理性质（P.P.） 不饱和烃的物理性质（ ）
问题3： 比较顺-2-丁烯与反 丁烯的熔、沸点？ 丁烯与反-2-丁烯的熔 问题 ： 比较顺 丁烯与反 丁烯的熔、沸点？ CH3 C C H µ=0.33D ( b.p. 3.7℃ ) ℃ ( m.p. -139℃ ) ℃ 沸点与分子间作用力和极性有关； 沸点与分子间作用力和极性有关； 熔点部分取决于晶体中分子的堆积方式。 熔点部分取决于晶体中分子的堆积方式。
4
4.1 不饱和烃的物理性质（P.P.） 不饱和烃的物理性质（ ）
问题1： 烯烃的极性与烷烃相比如何？ 问题 ： 烯烃的极性与烷烃相比如何？ H H C H C H H
µ=0D
H3C C C
H H
µ = 0.3 D
烯烃极性很小，但双键的存在， 烯烃极性很小，但双键的存在，使烯烃的偶极矩比烷烃大 问题2： 烯烃与炔烃的偶极矩，哪一个大？ 问题 ： 烯烃与炔烃的偶极矩，哪一个大？
C2H5NH2
液氨保持干燥和足够高的纯度（ ● 液氨保持干燥和足够高的纯度（特别是没有过渡金属离子 存在），溶液就相当稳定. ），溶液就相当稳定 存在），溶液就相当稳定 23
F2 >Cl2>Br2>I2
CCl4
H2C CH2 Br Br
（无色）
红棕色
Br + Br 2 Br
● 检验烯烃和其它不饱和化合物的存在
25
(二) 亲电加成反应 (Electrophilic Addition) 二 1. 加卤素 (1) 烯烃
乙烯的π键流动性大 易受外加试剂的影响而极化。 键流动性大， 解释 ：乙烯的 键流动性大，易受外加试剂的影响而极化。
CH C CH2 CH3 CH2 CH CH2 CH3
U=0.80D
U=0.30D
5
4.1 不饱和烃的物理性质（P.P.） 不饱和烃的物理性质（ ）
问题3： 比较顺-2-丁烯与反 丁烯的熔、沸点？ 丁烯与反-2-丁烯的熔 问题 ： 比较顺 丁烯与反 丁烯的熔、沸点？ CH3 C C H µ=0.33D ( b.p. 3.7℃ ) ℃ ( m.p. -139℃ ) ℃ 沸点与分子间作用力和极性有关； 沸点与分子间作用力和极性有关； 熔点部分取决于晶体中分子的堆积方式。 熔点部分取决于晶体中分子的堆积方式。
4
4.1 不饱和烃的物理性质（P.P.） 不饱和烃的物理性质（ ）
问题1： 烯烃的极性与烷烃相比如何？ 问题 ： 烯烃的极性与烷烃相比如何？ H H C H C H H
µ=0D
H3C C C
H H
µ = 0.3 D
烯烃极性很小，但双键的存在， 烯烃极性很小，但双键的存在，使烯烃的偶极矩比烷烃大 问题2： 烯烃与炔烃的偶极矩，哪一个大？ 问题 ： 烯烃与炔烃的偶极矩，哪一个大？
C2H5NH2
液氨保持干燥和足够高的纯度（ ● 液氨保持干燥和足够高的纯度（特别是没有过渡金属离子 存在），溶液就相当稳定. ），溶液就相当稳定 存在），溶液就相当稳定 23
不饱和烃-有机化学
154pm CH3 CH3 CH2 CH 137 pm CH CH2 135 pm CH2 CH2
147 pm
碳原子均为SP2杂化
H H
C C C
H
C
H
H
大 键的形成
三、共轭效应（conjugative effect）
象1,3 – 丁二烯分子这样具有共轭 键结构的体系称为 共轭体系。 共轭体系的特点： (1) 键长的平均化 (2) 体系能量降低
C C
H H
.......
乙烯的分子球棍模型
乙烯的结构特点：a.平面分子 b.双键不是2个碳碳单键的加合
二. 烯烃的命名（IUPAC）
规则：a. 选主链：选择含双键的最长 碳链作主链，称某烯。 b. 编号：从靠近双键的一端开始编号。 确定取代基、双键的位置 c. 命名：取代基位次+数目+名称+ 双键位次+某烯。 例如：
H2O
BrCH2CH2Br + BrCH2CH2OH BrCH2CH2Br + BrCH2CH2Cl BrCH2CH2Br + BrCH2CH2OCH3
H2O , Cl-
CH3OH
δ Br
–
反应历程：
H3C C H
Br + δ
H C CH 3
–
慢
Br
H3C C H
Br C
H
CH 3
H3C H
Br C H3C H C H
共轭体系的类型：π-π,
p-π, σ-π
在共轭体系中，由于原子间相互影响，使整个分 子的电子云的分布趋于平均化，键长也趋于平均化， 体系能量降低而稳定性增加，这种效应称为共轭效 应。
四、共轭二烯的化学性质
147 pm
碳原子均为SP2杂化
H H
C C C
H
C
H
H
大 键的形成
三、共轭效应（conjugative effect）
象1,3 – 丁二烯分子这样具有共轭 键结构的体系称为 共轭体系。 共轭体系的特点： (1) 键长的平均化 (2) 体系能量降低
C C
H H
.......
乙烯的分子球棍模型
乙烯的结构特点：a.平面分子 b.双键不是2个碳碳单键的加合
二. 烯烃的命名（IUPAC）
规则：a. 选主链：选择含双键的最长 碳链作主链，称某烯。 b. 编号：从靠近双键的一端开始编号。 确定取代基、双键的位置 c. 命名：取代基位次+数目+名称+ 双键位次+某烯。 例如：
H2O
BrCH2CH2Br + BrCH2CH2OH BrCH2CH2Br + BrCH2CH2Cl BrCH2CH2Br + BrCH2CH2OCH3
H2O , Cl-
CH3OH
δ Br
–
反应历程：
H3C C H
Br + δ
H C CH 3
–
慢
Br
H3C C H
Br C
H
CH 3
H3C H
Br C H3C H C H
共轭体系的类型：π-π,
p-π, σ-π
在共轭体系中，由于原子间相互影响，使整个分 子的电子云的分布趋于平均化，键长也趋于平均化， 体系能量降低而稳定性增加，这种效应称为共轭效 应。
四、共轭二烯的化学性质
有机化学 饱和烃
二、热裂解反应
1. 热裂：在高温及无氧条件下发生键断裂的分解反应。
CH3 CH CH2 H H CH3 CH2 CH2 H
交叉式
重叠式
①画一个圆圈表示离眼睛较远的碳原子，圆圈上三 等份圆周的短线表示这个碳原子上的三根σ键； ②圆心表示离眼睛较近的碳原子，由圆心到圆周三 等份的延长线表示这个碳上的 三根σ键。
4. 烷烃的构象(Conformation)
• 构象：由单键旋转所产生的分子中原子或基团在空 间的特定排列形式。 • 构象异构体(Conformers)：由单键旋转而产生的异 构体。 • 单键旋转会产生无数个构象，它们互为构象异构 体。
R
R
2 1
2
H
C H
1
2
H H
C C
2
H H
2
H
2
H
所以乙基和甲基相比，乙基为“较优”基 团，因此乙基应排在甲基之后
CH2CH3
<
CHCH3
1
2
3
CH3
CH2
CH CH2 CH3
4 CH CH3
5 CH2
6 CH2
7 CH3
4-甲基-3-乙基庚烷 （ ） 3-乙基-4-甲基庚烷（× ）
课堂练习 1.
一、氧化反应
1. 燃烧
用途：用作燃料（重要能源之一） 当体积比CH4∶O2（空气）= 1∶2（10）瓦斯爆炸 低级烷烃的蒸气和空气混合至一定比例时，遇到火花 会发生爆炸，这是煤矿中瓦斯爆炸。甲烷的爆炸极限 是5.53%—14%。
2.部分氧化（控制氧化）
R：C20～C30 代替动植物油脂制造肥皂
生产各种含氧衍生物：醇、醛、酸等
CH 次甲基 C CH3 次乙基