第二章 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。
第二章 饱和烃
. . . . . ..
m.p.
含C数
(戊烷)-129.8℃；(异戊烷)-159.9℃；(新戊烷)-16.8 ℃
解释: 除分子间引力外, 分子对称性越好, 越易排列成 紧密的分子晶体。 （3）相对密度——随C增加, 小于水。 （4）溶解度——不溶于水。(相似相溶)
2 化学性质
1）烷烃的稳定性
在常温下, 强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂等都 不能和烷烃起反应。
CH 3 CH3C CHCH 3
9个同分异构体
CH 3 CH 3
碳、氢原子的类型
伯碳，一级（1℃）碳原子——与一个碳原子相连 所连的氢原子伯(10)氢原子 仲碳，二级（2℃）碳原子——与两个碳原子相连 所连的氢原子仲(20)氢原子 叔碳，一级（3℃）碳原子——与三个碳原子相连 所连的氢原子叔(30)氢原子 季碳，四级级（1℃）碳原子——与四个碳原子相连 没有 四级氢原子
天然气是蕴藏在地层内的可燃性气体，常与石油 伴生，主要成份是甲烷。天然气燃烧可放出大量 的热，可用作燃料，如液化石油气。也可用作工 业上制甲醇、乙炔等化工原料。 无论石油和天然气，都不可能在工业规模上分离 出纯的单一烷烃，这一般需要通过合成方法取得。
第二章 饱和烃（烷烃）
• • • • • 2.1 同系列和同分异构 2.2 烷烃的命名 2.3 烷烃的结构 2.4 烷烃的性质 2.5 烷烃的来源
2.1同系列和同分异构
烷烃的通式 CnH2n+2
同系列：具有一个通式，结构相似，性质相似 的化合物系列。 同系物：同系列中的各个化合物互称同系物。
系列差：CH2称为同系列的系列差，也称系差。
Cl2
CH3Cl
Cl2
CH2Cl2
CHCl3
第二章 饱和烃(I 链烷烃)
仲 丁 基 s e c b u t y l 异 丁 基 i s o b u t y l
C H ( C H ) C H 2 2 2 3
正 丁 基 n b u t y l
（3）含有双键或叁键的基团，可以认为连有两个或三个相同原子。
H C C C
视为
H C C C C C
O C H 视为
O C H
C O
A
乙烷构象能量变化图
重叠式构象能量（势
能）比交叉式构象高 12kJ/mol
分子由一个交叉式转到另一个交叉式需经过能量较高的重叠式，亦 称能垒。因此，碳碳单键的旋转并非自由。 转动能垒：分子由一个稳定的交叉式构象转为一个不稳定的重叠式构
象所需的最低能量。（25°时转速达1011次/秒）
单键旋转的能垒一般在12~41.8kJ/mol范围内，所以，室温下的分子热 运动即可克服此能垒而使构象迅速互变。
C C C
C C
C C C C
C C
C C C C
bp.
36.1℃ 沸点：直链 > 支链
28℃
9.5℃
2、熔点：
固体受热使分子内能增加到能克服分子间范德华力，晶体开始熔化变
为液体时的温度称之。 （与分子间作用力和分子结构对称性有关） （1）同系列中：
C奇
C偶，m.p. 升高的多
呈锯齿状
（偶数碳原子对称性较好）
（二）丁烷的构象
2 C H C H 3 2 3 C H C H 2 3
丁烷可看成是1,2-二甲基乙烷，沿C2、C3旋转，
产生各种构象，其典型的构象有四种：
CH3 CH2 CH2 CH3 2 1
2 1
60 o 1
2
60 o 1
C H ( C H ) C H 2 2 2 3
正 丁 基 n b u t y l
（3）含有双键或叁键的基团，可以认为连有两个或三个相同原子。
H C C C
视为
H C C C C C
O C H 视为
O C H
C O
A
乙烷构象能量变化图
重叠式构象能量（势
能）比交叉式构象高 12kJ/mol
分子由一个交叉式转到另一个交叉式需经过能量较高的重叠式，亦 称能垒。因此，碳碳单键的旋转并非自由。 转动能垒：分子由一个稳定的交叉式构象转为一个不稳定的重叠式构
象所需的最低能量。（25°时转速达1011次/秒）
单键旋转的能垒一般在12~41.8kJ/mol范围内，所以，室温下的分子热 运动即可克服此能垒而使构象迅速互变。
C C C
C C
C C C C
C C
C C C C
bp.
36.1℃ 沸点：直链 > 支链
28℃
9.5℃
2、熔点：
固体受热使分子内能增加到能克服分子间范德华力，晶体开始熔化变
为液体时的温度称之。 （与分子间作用力和分子结构对称性有关） （1）同系列中：
C奇
C偶，m.p. 升高的多
呈锯齿状
（偶数碳原子对称性较好）
（二）丁烷的构象
2 C H C H 3 2 3 C H C H 2 3
丁烷可看成是1,2-二甲基乙烷，沿C2、C3旋转，
产生各种构象，其典型的构象有四种：
CH3 CH2 CH2 CH3 2 1
2 1
60 o 1
2
60 o 1
有机化学第2章饱和烃
CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3 CH CH2CH3 CH3 CH3 C CH3 CH3
沸点℃
36
28
9.5
2. 熔点
烷烃熔点(mp)的变化基本上与沸点相似，直链烷烃的熔点变化 也是随着相对分子质量的增减而相应增减。但因在晶体中，分子间 的作用力不仅取决于分子的大小，而且与晶体中晶格排列的对称性 有关，对称性大的烷烃晶格排列比较紧密，熔点相对要高些。
沸点是与分子间的作用力——van der Waals力有关的，烷烃是非极 性分子，van der Waals力主要产生于色散力。
直链烷烃的沸点与分子中所含碳原子数的关系图 一般在常温常压下，四个碳以下的直链烷烃是气体，由戊烷开始 是液体，大于十七个碳的烷烃是固体。
在碳原子数相同的烷烃异构体中，含支链越多的烷烃，相应 沸点越低。
为了使成键电子之间的排斥力最小、最稳定，四个sp3杂化轨 道在空间的排布，是以碳原子为中心，四个轨道分别指向正四面体 的四个顶点，使sp3 杂化轨道具有方向性。同时两个轨道对称轴之 间的夹角 (键角)为109.5°。
1/4s + 3/4p
2. σ键的形成及其特性
原子轨道沿核间联线(键轴)相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称 的轨道，称为σ轨道。σ轨道上的电子称为σ电子。 σ轨道构成的共价 键称为σ键。
当含有不止一个相等的最长碳链可供选择时，一般选取包含支链最多 的最长碳链作为主链。根据主链所含碳原子数称为“某烷”。
“庚烷”
②将主链上的碳原子从靠近支链的一端开始依次用阿拉伯数字编号；
当主链编号有几种可能时，应选定支链具有“最低系号相同时，给小的取代基较小的编号：
异丁烷
为了形象地表示分子的立体形状，常采用立体模型表示。常用 的模型有两种：球棒模型(Kekule模型)和比例模型(Stuart模型，它与
沸点℃
36
28
9.5
2. 熔点
烷烃熔点(mp)的变化基本上与沸点相似，直链烷烃的熔点变化 也是随着相对分子质量的增减而相应增减。但因在晶体中，分子间 的作用力不仅取决于分子的大小，而且与晶体中晶格排列的对称性 有关，对称性大的烷烃晶格排列比较紧密，熔点相对要高些。
沸点是与分子间的作用力——van der Waals力有关的，烷烃是非极 性分子，van der Waals力主要产生于色散力。
直链烷烃的沸点与分子中所含碳原子数的关系图 一般在常温常压下，四个碳以下的直链烷烃是气体，由戊烷开始 是液体，大于十七个碳的烷烃是固体。
在碳原子数相同的烷烃异构体中，含支链越多的烷烃，相应 沸点越低。
为了使成键电子之间的排斥力最小、最稳定，四个sp3杂化轨 道在空间的排布，是以碳原子为中心，四个轨道分别指向正四面体 的四个顶点，使sp3 杂化轨道具有方向性。同时两个轨道对称轴之 间的夹角 (键角)为109.5°。
1/4s + 3/4p
2. σ键的形成及其特性
原子轨道沿核间联线(键轴)相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称 的轨道，称为σ轨道。σ轨道上的电子称为σ电子。 σ轨道构成的共价 键称为σ键。
当含有不止一个相等的最长碳链可供选择时，一般选取包含支链最多 的最长碳链作为主链。根据主链所含碳原子数称为“某烷”。
“庚烷”
②将主链上的碳原子从靠近支链的一端开始依次用阿拉伯数字编号；
当主链编号有几种可能时，应选定支链具有“最低系号相同时，给小的取代基较小的编号：
异丁烷
为了形象地表示分子的立体形状，常采用立体模型表示。常用 的模型有两种：球棒模型(Kekule模型)和比例模型(Stuart模型，它与
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
第二章 饱和烃
有机
二. 异构化 从一个异构体转变为另一个异构体 在催化剂的存在下，直链烷烃可异构化为支链烷烃。 炼油工业利用异构化直链支链提高汽油质量。 辛烷值：正庚烷与 CH3 H3C 异辛烷混合液中异辛烷 的体积百分数。纯异辛 CH3 烷辛烷值为100,辛烷值 CH3 高则质量好, 支链多则 燃烧完全、安静、振动 小。 异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷) 有机
35
• 可燃冰全称甲烷气水包合物（Methane clathrate），也称作甲烷水合物、甲烷 冰、天然气水合物。
36
· 3 + Cl2 CH Cl ·+ CH3Cl · 2Cl + Cl2 CH Cl · CH2Cl2 + 3、链的终止： Cl ·+ Cl · · 3 + Cl · CH · 3 + · 3 CH CH Cl2 CH3Cl CH3-CH3
26
CH3Cl + Cl · △H=-108.7kJ / mol HCl + · 2Cl CH CH2Cl2 + Cl · HCl + · CHCl2
•同数碳原子的构造异构体中，分子的支链越多，则 沸点越低。 例如： 正丁烷的沸点：- 0.5℃ 异丁烷的沸点：- 11.7℃
15
熔点
• 基本上随分子量 的增加而增加。 （奇数和偶数碳） • 烷烃的熔点变化： 是因为晶体分子 直链烷烃的熔点与分子中所含 间的作用力不仅 碳原子数目的关系 取决于分子的大 小，也取决于他们在晶格中的排列。 分子的对称性增加，它们在晶格中的排列越紧 密，熔点也越高。
R· R· 3° ＞ 2° ＞ 1°R· CH3· ＞
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH2
. C >
二. 异构化 从一个异构体转变为另一个异构体 在催化剂的存在下，直链烷烃可异构化为支链烷烃。 炼油工业利用异构化直链支链提高汽油质量。 辛烷值：正庚烷与 CH3 H3C 异辛烷混合液中异辛烷 的体积百分数。纯异辛 CH3 烷辛烷值为100,辛烷值 CH3 高则质量好, 支链多则 燃烧完全、安静、振动 小。 异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷) 有机
35
• 可燃冰全称甲烷气水包合物（Methane clathrate），也称作甲烷水合物、甲烷 冰、天然气水合物。
36
· 3 + Cl2 CH Cl ·+ CH3Cl · 2Cl + Cl2 CH Cl · CH2Cl2 + 3、链的终止： Cl ·+ Cl · · 3 + Cl · CH · 3 + · 3 CH CH Cl2 CH3Cl CH3-CH3
26
CH3Cl + Cl · △H=-108.7kJ / mol HCl + · 2Cl CH CH2Cl2 + Cl · HCl + · CHCl2
•同数碳原子的构造异构体中，分子的支链越多，则 沸点越低。 例如： 正丁烷的沸点：- 0.5℃ 异丁烷的沸点：- 11.7℃
15
熔点
• 基本上随分子量 的增加而增加。 （奇数和偶数碳） • 烷烃的熔点变化： 是因为晶体分子 直链烷烃的熔点与分子中所含 间的作用力不仅 碳原子数目的关系 取决于分子的大 小，也取决于他们在晶格中的排列。 分子的对称性增加，它们在晶格中的排列越紧 密，熔点也越高。
R· R· 3° ＞ 2° ＞ 1°R· CH3· ＞
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH2
. C >
有机化学 2饱和烃
第二章 饱和脂肪烃（烷烃)
Alkanes
几个基本概念
• 烃(Hydrocarbons) • 饱和烃(Saturated hydrocarbons) • 链烷烃的通式(General formula)
CnH2n+2 • 同系列(Homologous series) • 同系物(Homologs)
第一节 烷烃(alkane)的构造和同分异构现象
§1.1烃：只由碳氢两种元素组成的有机物；也叫碳氢化 合物。
开链烃： 碳原子相连成链状的烃，叫脂肪烃。饱和脂肪 烃叫烷烃。
饱和烃 (烷烃）
开链烃 （脂 肪烃）
烃
不饱 和烃
环烃
H
HH
HCH
HC CH
H CH4 HHH
HH C2H6 HHHH
H C C C HH C C C C H
HHH
HHHH
C3H8
国际纯粹与应用化学联合会
直链烷烃系统命名与普通命名法相同，只是把“正”字取 消
带有支链的烷烃则按以下命名规则命名：
命名规则：
(1)选主链：最长碳链。取代基最多； (2)编号：a:从离支链最近的一端开始编号；
b: “位置和最小”（以前） ——“最低系列”规则（现在） (3)写出名称：a:支链烷基名称和位置写在前；
CH3
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
C11H3-C10H-C9H2-C8H-C7-C6 H2-C5 H2-C4H2-C3H-C2 H-1CH3
CH3
CH3CH2CH3
CH3CH3
2,4,5,5,9,10 – ( ) 2,3,7,7,8,10 – ( )
2,3,7, 8,10-五甲基-7-乙基十一烷
Alkanes
几个基本概念
• 烃(Hydrocarbons) • 饱和烃(Saturated hydrocarbons) • 链烷烃的通式(General formula)
CnH2n+2 • 同系列(Homologous series) • 同系物(Homologs)
第一节 烷烃(alkane)的构造和同分异构现象
§1.1烃：只由碳氢两种元素组成的有机物；也叫碳氢化 合物。
开链烃： 碳原子相连成链状的烃，叫脂肪烃。饱和脂肪 烃叫烷烃。
饱和烃 (烷烃）
开链烃 （脂 肪烃）
烃
不饱 和烃
环烃
H
HH
HCH
HC CH
H CH4 HHH
HH C2H6 HHHH
H C C C HH C C C C H
HHH
HHHH
C3H8
国际纯粹与应用化学联合会
直链烷烃系统命名与普通命名法相同，只是把“正”字取 消
带有支链的烷烃则按以下命名规则命名：
命名规则：
(1)选主链：最长碳链。取代基最多； (2)编号：a:从离支链最近的一端开始编号；
b: “位置和最小”（以前） ——“最低系列”规则（现在） (3)写出名称：a:支链烷基名称和位置写在前；
CH3
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
C11H3-C10H-C9H2-C8H-C7-C6 H2-C5 H2-C4H2-C3H-C2 H-1CH3
CH3
CH3CH2CH3
CH3CH3
2,4,5,5,9,10 – ( ) 2,3,7,7,8,10 – ( )
2,3,7, 8,10-五甲基-7-乙基十一烷
第二章 饱和烃(烷烃)
烷烃 饱和烃：
开链烃 (脂肪烃)
烃
环状烃
烯烃 不饱和烃 炔烃 二烯烃 脂环烃
芳香烃
3
2.1 同系列与同分异构
一、 烷烃的同系列 烷烃的通式: CnH2n+2 同系列：具有相同的通式，结构相似，组成上相差CH2
及其整数倍，化学性质也相似，物理性质随碳数的增加有 规律地变化的化合物系列。组成上的差叫同系差 同系物：同系列中的各化合物互为同系物。 烷烃是碳氢化合物,我们以H-H为起点，依次插入CH2 可以导出所有的烷烃：
CH2
亚甲基
CHCH3
亚乙基
CH
次甲基
8
注意异丁基与仲丁基的区别
注意叔戊基与新戊基的区别
9
二、 系统命名法 说明：IUPAC命名法与系统命名法并不等同。 IUPAC命名法:是国际纯粹与应用化学联合会(International Union of Pure and Applied Chemistry,简称IUPAC)制定的命法。 系统命名法:是中国化学会(CCS：Chinese chemical society) 根据IUPAC的命名原则，结合我国文字特点所制定的命名 法。 在系统命名法中：
H C H
H H H C C H H H
: 伸出纸平面之前 : 伸向纸平面之后 : 在纸平面之上
H H
甲烷分子的楔形式
乙烷分子的楔形式
简言之: 楔前、虚 后、实平面。 22
▲所谓直链烷烃，碳链并非是直的，只是它不含侧链而
已。 ≥ C3的直链烷烃固态时碳链呈锯齿状，气态、液态 下由于围绕σ- 键的旋转而呈多种不规则的形状：
2、根据物理性质来分离提纯化合物
32
二、烷烃的物理性质 1、熔点（m.p） 分子熔点的高低取决于分子间的作用力和晶格堆积的密 集度.烷烃分子之间只有极弱的色散力。
第二章饱和烃：烷烃和环烷烃
7CH 1 2
2
CH
8CH
CH2
3CH2
7
1
2
6CH2
CH
5
CH2
4
式中两环共用的叔碳原子（1，5）称为“桥头”
从一个桥头到另外一个桥头的链或键称为“桥”或―桥路‖
此例中有三个桥，即碳链2－3－4，碳链6－7和碳链8
29
命名原则
确定母体名称：按成环碳原子的总数称为“某烷”。 注明环数：以“二环”作词头，放在母体名称前面。 注明桥的结构：将各桥所含碳原子数按由多到少的次 序用数字表示，放在词头和母体之间的方括号中，在数 字之间的右下角用小圆点“.”隔开。 编号：从一个桥头开始循环最长的桥编到另一桥头， 然后再循余下的最长的桥编回到起始桥头。最短的桥最 后编号，且仍从起始桥头一端的碳原子开始编号。
18
例如
CH3 CH CH3 CH2 CH3
二甲基乙基甲烷
CH2CH3 CH3 C CH CH3
二甲基乙基异丙基甲烷
CH3 CH3
该命名法虽能清楚地表示分子的结构，但是不能 适用于结构较复杂的烷烃的命名。目前文献中已 很少使用。
19
(3)系统命名法（重点）
系统命名法是我国根据1892年日内瓦国际化学会议首次拟定
饱和脂肪烃（烷烃）：是指分子中的碳原子以单 键相连，其余的价键都与氢结合而成的化合物。
H H C H H H H C H H C H H H H C H H C H H C H H H H C H H C H H C H H C H H
甲烷（CH4） 乙烷（C2H6） 丙烷（C3H8） 丁烷（C4H10）
H H
H C
CH3 CH3 C H C CH3
C
2
CH
8CH
CH2
3CH2
7
1
2
6CH2
CH
5
CH2
4
式中两环共用的叔碳原子（1，5）称为“桥头”
从一个桥头到另外一个桥头的链或键称为“桥”或―桥路‖
此例中有三个桥，即碳链2－3－4，碳链6－7和碳链8
29
命名原则
确定母体名称：按成环碳原子的总数称为“某烷”。 注明环数：以“二环”作词头，放在母体名称前面。 注明桥的结构：将各桥所含碳原子数按由多到少的次 序用数字表示，放在词头和母体之间的方括号中，在数 字之间的右下角用小圆点“.”隔开。 编号：从一个桥头开始循环最长的桥编到另一桥头， 然后再循余下的最长的桥编回到起始桥头。最短的桥最 后编号，且仍从起始桥头一端的碳原子开始编号。
18
例如
CH3 CH CH3 CH2 CH3
二甲基乙基甲烷
CH2CH3 CH3 C CH CH3
二甲基乙基异丙基甲烷
CH3 CH3
该命名法虽能清楚地表示分子的结构，但是不能 适用于结构较复杂的烷烃的命名。目前文献中已 很少使用。
19
(3)系统命名法（重点）
系统命名法是我国根据1892年日内瓦国际化学会议首次拟定
饱和脂肪烃（烷烃）：是指分子中的碳原子以单 键相连，其余的价键都与氢结合而成的化合物。
H H C H H H H C H H C H H H H C H H C H H C H H H H C H H C H H C H H C H H
甲烷（CH4） 乙烷（C2H6） 丙烷（C3H8） 丁烷（C4H10）
H H
H C
CH3 CH3 C H C CH3
C
第二章饱和烃
沿最长的桥到另一个桥头碳原子，再沿次长的桥编 回到开始的桥头碳原子，最短桥上的碳原子最后编 号。
?若环上联有支链：支链作为取代基，其所在位
次即为环上碳原子的位次号，将取代基的位次和名 称放在“二环”之前，得全称。
H3C CH3
CH3
CH2CH3 CH3
2-甲基-7-乙基二环[2.2.1]
庚烷
2,8,8-三甲基-1-乙基二环[3.2.1] 辛烷
构象： 由于σ键旋转而产生的分子中原子或基团在 空间的不同排列方式。 （1）乙烷的构象
乙烷的两种极限 构象
透视式
Newman 投影式
重叠式 交叉式
交叉式 部分重叠式
H
1 C H H
H H
C 2
H
H2 H H
H H 1H
H H 2H 11
H
H
H
小于两个H 的 van der waals 半 径（1.2? ）之和， 有排斥力
最不稳定最不稳定ch22丁烷的构象丁烷的构象交叉式交叉式antianti反交叉式反交叉式部分重叠式部分重叠式邻位交叉式邻位交叉式全重叠式全重叠式邻位交叉式邻位交叉式甲基间距离最远最稳定较不稳定较稳定甲基间距离最近最不稳定ch正丁烷不同构象的能量曲线图正丁烷不同构象的能量曲线图33环己烷的构象环己烷的构象两种构象中碳碳键角均为1095无弯曲角无环张力体系稳定
? 每一个碳原子上有一个 a键，有一个 e键。如下图：
H
HH
环
5 H
H 4
H 6
3 H2
1
己
H
H
烷 两
种
HH
H
构 象
H
H
6
1 CH2
2H
H
?若环上联有支链：支链作为取代基，其所在位
次即为环上碳原子的位次号，将取代基的位次和名 称放在“二环”之前，得全称。
H3C CH3
CH3
CH2CH3 CH3
2-甲基-7-乙基二环[2.2.1]
庚烷
2,8,8-三甲基-1-乙基二环[3.2.1] 辛烷
构象： 由于σ键旋转而产生的分子中原子或基团在 空间的不同排列方式。 （1）乙烷的构象
乙烷的两种极限 构象
透视式
Newman 投影式
重叠式 交叉式
交叉式 部分重叠式
H
1 C H H
H H
C 2
H
H2 H H
H H 1H
H H 2H 11
H
H
H
小于两个H 的 van der waals 半 径（1.2? ）之和， 有排斥力
最不稳定最不稳定ch22丁烷的构象丁烷的构象交叉式交叉式antianti反交叉式反交叉式部分重叠式部分重叠式邻位交叉式邻位交叉式全重叠式全重叠式邻位交叉式邻位交叉式甲基间距离最远最稳定较不稳定较稳定甲基间距离最近最不稳定ch正丁烷不同构象的能量曲线图正丁烷不同构象的能量曲线图33环己烷的构象环己烷的构象两种构象中碳碳键角均为1095无弯曲角无环张力体系稳定
? 每一个碳原子上有一个 a键，有一个 e键。如下图：
H
HH
环
5 H
H 4
H 6
3 H2
1
己
H
H
烷 两
种
HH
H
构 象
H
H
6
1 CH2
2H
H
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CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 3 CH 3 H 3C C CH 3 CH 3
正(n-)戊烷 异(iso-)戊烷
新(neo-)戊烷
烷基 CH3CH 3
通式：CnH2n+1 ， R-。 甲基
CH
C2H5异丙基 仲丁基
乙基
CH3CH2CH2-
乙烷
C-C σ 键
- +
+
- +
C-Hσ键(SP3-S)
C-Cσ键(SP3-SP3)
σ键：价电子云具有轴对称的共价键。 σ电子： σ键上的电子。 单键是σ键，可以自由旋转。
- +
分子模型：
球棒模型 凯库勒(Kekü )模型 lé
比例模型 斯陶特(Stuart)模型
其它烷烃的结构：成锯齿型
CH 2 H 3C CH 2
1）构造（constitution）：分子中原子间的连接方式和次序； 2）构型（configuration）：一定构造的分子中，原子和基 团在空间的排布； 3）构象（conformation）：一定构型的分子中，由于单键 的旋转而导致原子和基团在空间的不同排布。 构型是固定的，而构象一般是瞬间的。构型的变化须破 坏化学键，而构象的变化则不会发生键的断裂。
CH 3 CH 2CH 2CH 3
1 2 3 4
丁烷（普通命名法：正丁烷）
• 支链烷烃： 1. 选择主链：最长、支链最多的碳链。称 “某烷”。甲、 乙、…
2. 编号：从最靠近支链的一端开始。使取代基位次最小。
3. 命名：先写取代基(标出取代基的位置)，再写某烷。
CH 3
2
CH 3 CH CH 2 CH 2 CH 3
四、沸点
正烷烃的沸点随着分子量的增加而增高。 烷烃异构体中，支链愈多，沸点愈低。
沸 点 （ ） 碳 原 子 数 目
CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3
b.p(℃ )： 36.1 m.p(℃)： -129.7
℃
正烷烃的沸点曲线
CH 3 CH 3CH CH 2CH 3 CH 3 H 3C C CH 3 CH 3
CH 2 CH 3
CH 2 H 3C CH CH 3
CH 2 CH 3
键线式
二、烷烃的构象
同一构型的化合物，由于单键的旋转而产生分子中原子在 空间不同的排列形式，称为构象。 乙烷的构象：CH3-CH3
契型式
纽曼 (Newman) 投影式
透视式
H H H H H H
交叉式
重叠式
交叉式
乙烷的典型构象有两种：
·C1 + ·Cl → C1 · 3 + · 3 → CH3CH3 CH CH · 3 + ·C1 → CH3C1 CH
链终止
四、卤代反应取代的位置与自由基的稳定性：
CH 3 CH 2 CH 3
Cl2
光，25℃
Cl Cl CH 3 CH 2 CH 2 + CH 3 CH CH 3
43%
57%
CH 3
95～150℃，1～2MPa
H 3C
CH CH 3
90%
CH 3
在炼油工业上往往利用烷烃的异构化反应，使石油馏分中的 直链烷烃异构化为支链烷烃，以提高汽油的质量。
2. 裂化反应 • 在高温（400～1000℃）及无氧条件下使烷烃分子发
生键断裂的反应叫裂化反应。
C16H34
500℃ 2～3MPa 裂化
/
R－CH2OH + R－CHO + R－COOH MnO2，O2 ～110℃
R CH 2 CH 2 R
R COOH
+ R COOH
/
工业上常用高级烷烃通过氧化反应来制备高级脂肪醇和脂肪酸
二、异构和热裂
1. 异构化
化合物从一种异构体转变成另一种异构体的反应叫异 构化反应。
AlCl3, HCl CH3CH2CH2CH3
键的离解能(kj/mol)
伯氢 伯氢 CH3-H CH3CH2CH2-H (CH3)2CH-H 435 412 395
三、取代反应 烷烃分子中的氢原子被其他原子或基团所取代的反应。 卤代反应：被卤素取代的反应。也称卤化反应。 强烈阳光
CH4 + Cl2
CH4 + Cl2 CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + Cl2 漫射光
C + 4HCl
CH3Cl + HCl CH2Cl2 + HCl CHCl3 + HCl CCl4 + HCl
二、同分异构现象 CH4 ： C2H6 ： C3H8： C4H10： CH4 CH3－CH3 CH3－CH2－CH3 CH3－CH2 －CH2 －CH3
CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 3
C
CH 3 CH 3 CH CH 3
C5H12：
CH 3 CH 3 C CH 3 CH 3
二、离子型反应：
Hale Waihona Puke 通过离子型中间体进行的反应。(正碳离子、负碳离子)
异裂：A∶B→A+ + :B正、负离子 在酸、碱、极性溶剂中进行。
三、烷烃的卤代反应历程： （以CH4 ＋ Cl2反应为例） 链引发 链增长 Cl ：Cl hγ 2Cl·
· + CH4 → ·CH3 + HC1 C1 · 3 + Cl2 → CH3C1 + · CH C1 …… …… · + CH3Cl → ·CH2C1 + HC1 C1 · 2C1 + C12 → CH2C12 + · CH C1 …… ……
1 3 4 5
2-甲基戊烷
CH 2 CH 3 CH 3 H 3 C CH 2 CH CH 2 CH
7 6 5 4 3
CH 2 CH 3
2 1
3-甲基-5-乙基庚烷
CH 3
1 2 3
CH 3
CH 3 C CH 2 CH CH 3
4 5
2，2，4-三甲基戊烷
CH 3
CH 3 CH 3 CH CH 2 CH 2 CH CH 2 CH CH 3 2,4,7-三甲基辛烷 2 5 4 3 1 8 7 6 CH 3 CH 3
CH 3 CH 2 CH CH CH
7 6 5 4 3
CH CH 3
2 1
CH 3 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 2，3，5-三甲基-4-丙基庚烷 CH 3
4. 支链上含有取代基时，要对支链进行编号和命名。
编号从与主链相连的碳原子开始。
CH 3 CH CH
2 6 1 5 4
CH 3
3 9 8 7
伯氢原子，第一氢原子
仲碳原子，第二碳原子：2。
叔碳原子，第三碳原子：3。 季碳原子，第四碳原子：4。
仲氢原子，第二氢原子
叔氢原子，第三氢原子
2-2
烷烃的命名
一.普通命名法（习惯命名法）
1.根据烷烃中碳原子的数目称为 “某烷”。 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一烷… 2.区分异构体。用“正、异、新等”区别。 例：C5H12 戊烷
C C C C C C
C6H14： C C C C C C
碳链异构
C C C C C C C C C C C C C C C C C
三、烷烃中碳原子和氢原子的类型
1 3 1 2 H3C CH2 CH CH3 CH3 。 1
伯碳原子，第一碳原子：1。
。 。
。
。
CH3 。 。 1 4 H3C C CH3 CH3
H
H
透 视 式
H
H
H H H H H
H H H
纽 曼 投 影 式
交叉式
重叠式
乙烷分子的能量曲线
交叉式最稳定 为优势构象
丁烷的构象： CH3-CH2-CH2-CH3
典型的构象有四种
对位交叉式
部分重叠式
邻位交叉式
完全重叠式
丁烷构象的势能图
能量：全重叠 > 部分重叠 > 邻位交叉
> 对位交叉
几个概念：
CH 3
3 2
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 C CH 2 CH 2 CH CH 3 CH CH CH 3
3 2 1
CH 3
1
CH 3
CH 3
2-甲基-5，5-二（1，2-二甲基丙基）壬烷 2-甲基-5，5-二-1/，2/-二甲基丙基壬烷
CH 3
1 2 3
CH 3 H 3C C CH 2 CH 3
1 2 3 4 5 6 7 8
H 3C CH CH 2 CH CH CH 2 CH 2 CH 3 H 3C CH CH 2 CH 3
2-甲基-4-仲丁基-5- ( 1,1-二甲基丙基 ) 辛烷
2-3
烷烃的结构
一、甲烷的构型、sp3杂化、σ 键 构型：指具有一定结构的分子中各原子在空间的排列
情况。 H
一、物质状态（25℃，一个大气压下）
C1~C4烷烃：气体 C5~C16正烷烃：液体 C17以上：固体
二、密度
直链烷烃的密度随分子量的增加而增大，最后趋向于 最大值0.78。烷烃异构体中，碳链分支使密度降低。
三、溶解度
烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有机溶剂。 如苯、 氯仿、四氯化碳、其它烷烃。
甲烷：CH4 正四面体结构 C-H 键长： 109pm
C H
H H
H-C-H 键角： 109.5°
甲烷的正四面体结构
C:1S22S22P2
激发 sp3杂化
正(n-)戊烷 异(iso-)戊烷
新(neo-)戊烷
烷基 CH3CH 3
通式：CnH2n+1 ， R-。 甲基
CH
C2H5异丙基 仲丁基
乙基
CH3CH2CH2-
乙烷
C-C σ 键
- +
+
- +
C-Hσ键(SP3-S)
C-Cσ键(SP3-SP3)
σ键：价电子云具有轴对称的共价键。 σ电子： σ键上的电子。 单键是σ键，可以自由旋转。
- +
分子模型：
球棒模型 凯库勒(Kekü )模型 lé
比例模型 斯陶特(Stuart)模型
其它烷烃的结构：成锯齿型
CH 2 H 3C CH 2
1）构造（constitution）：分子中原子间的连接方式和次序； 2）构型（configuration）：一定构造的分子中，原子和基 团在空间的排布； 3）构象（conformation）：一定构型的分子中，由于单键 的旋转而导致原子和基团在空间的不同排布。 构型是固定的，而构象一般是瞬间的。构型的变化须破 坏化学键，而构象的变化则不会发生键的断裂。
CH 3 CH 2CH 2CH 3
1 2 3 4
丁烷（普通命名法：正丁烷）
• 支链烷烃： 1. 选择主链：最长、支链最多的碳链。称 “某烷”。甲、 乙、…
2. 编号：从最靠近支链的一端开始。使取代基位次最小。
3. 命名：先写取代基(标出取代基的位置)，再写某烷。
CH 3
2
CH 3 CH CH 2 CH 2 CH 3
四、沸点
正烷烃的沸点随着分子量的增加而增高。 烷烃异构体中，支链愈多，沸点愈低。
沸 点 （ ） 碳 原 子 数 目
CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3
b.p(℃ )： 36.1 m.p(℃)： -129.7
℃
正烷烃的沸点曲线
CH 3 CH 3CH CH 2CH 3 CH 3 H 3C C CH 3 CH 3
CH 2 CH 3
CH 2 H 3C CH CH 3
CH 2 CH 3
键线式
二、烷烃的构象
同一构型的化合物，由于单键的旋转而产生分子中原子在 空间不同的排列形式，称为构象。 乙烷的构象：CH3-CH3
契型式
纽曼 (Newman) 投影式
透视式
H H H H H H
交叉式
重叠式
交叉式
乙烷的典型构象有两种：
·C1 + ·Cl → C1 · 3 + · 3 → CH3CH3 CH CH · 3 + ·C1 → CH3C1 CH
链终止
四、卤代反应取代的位置与自由基的稳定性：
CH 3 CH 2 CH 3
Cl2
光，25℃
Cl Cl CH 3 CH 2 CH 2 + CH 3 CH CH 3
43%
57%
CH 3
95～150℃，1～2MPa
H 3C
CH CH 3
90%
CH 3
在炼油工业上往往利用烷烃的异构化反应，使石油馏分中的 直链烷烃异构化为支链烷烃，以提高汽油的质量。
2. 裂化反应 • 在高温（400～1000℃）及无氧条件下使烷烃分子发
生键断裂的反应叫裂化反应。
C16H34
500℃ 2～3MPa 裂化
/
R－CH2OH + R－CHO + R－COOH MnO2，O2 ～110℃
R CH 2 CH 2 R
R COOH
+ R COOH
/
工业上常用高级烷烃通过氧化反应来制备高级脂肪醇和脂肪酸
二、异构和热裂
1. 异构化
化合物从一种异构体转变成另一种异构体的反应叫异 构化反应。
AlCl3, HCl CH3CH2CH2CH3
键的离解能(kj/mol)
伯氢 伯氢 CH3-H CH3CH2CH2-H (CH3)2CH-H 435 412 395
三、取代反应 烷烃分子中的氢原子被其他原子或基团所取代的反应。 卤代反应：被卤素取代的反应。也称卤化反应。 强烈阳光
CH4 + Cl2
CH4 + Cl2 CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + Cl2 漫射光
C + 4HCl
CH3Cl + HCl CH2Cl2 + HCl CHCl3 + HCl CCl4 + HCl
二、同分异构现象 CH4 ： C2H6 ： C3H8： C4H10： CH4 CH3－CH3 CH3－CH2－CH3 CH3－CH2 －CH2 －CH3
CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 3
C
CH 3 CH 3 CH CH 3
C5H12：
CH 3 CH 3 C CH 3 CH 3
二、离子型反应：
Hale Waihona Puke 通过离子型中间体进行的反应。(正碳离子、负碳离子)
异裂：A∶B→A+ + :B正、负离子 在酸、碱、极性溶剂中进行。
三、烷烃的卤代反应历程： （以CH4 ＋ Cl2反应为例） 链引发 链增长 Cl ：Cl hγ 2Cl·
· + CH4 → ·CH3 + HC1 C1 · 3 + Cl2 → CH3C1 + · CH C1 …… …… · + CH3Cl → ·CH2C1 + HC1 C1 · 2C1 + C12 → CH2C12 + · CH C1 …… ……
1 3 4 5
2-甲基戊烷
CH 2 CH 3 CH 3 H 3 C CH 2 CH CH 2 CH
7 6 5 4 3
CH 2 CH 3
2 1
3-甲基-5-乙基庚烷
CH 3
1 2 3
CH 3
CH 3 C CH 2 CH CH 3
4 5
2，2，4-三甲基戊烷
CH 3
CH 3 CH 3 CH CH 2 CH 2 CH CH 2 CH CH 3 2,4,7-三甲基辛烷 2 5 4 3 1 8 7 6 CH 3 CH 3
CH 3 CH 2 CH CH CH
7 6 5 4 3
CH CH 3
2 1
CH 3 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 2，3，5-三甲基-4-丙基庚烷 CH 3
4. 支链上含有取代基时，要对支链进行编号和命名。
编号从与主链相连的碳原子开始。
CH 3 CH CH
2 6 1 5 4
CH 3
3 9 8 7
伯氢原子，第一氢原子
仲碳原子，第二碳原子：2。
叔碳原子，第三碳原子：3。 季碳原子，第四碳原子：4。
仲氢原子，第二氢原子
叔氢原子，第三氢原子
2-2
烷烃的命名
一.普通命名法（习惯命名法）
1.根据烷烃中碳原子的数目称为 “某烷”。 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一烷… 2.区分异构体。用“正、异、新等”区别。 例：C5H12 戊烷
C C C C C C
C6H14： C C C C C C
碳链异构
C C C C C C C C C C C C C C C C C
三、烷烃中碳原子和氢原子的类型
1 3 1 2 H3C CH2 CH CH3 CH3 。 1
伯碳原子，第一碳原子：1。
。 。
。
。
CH3 。 。 1 4 H3C C CH3 CH3
H
H
透 视 式
H
H
H H H H H
H H H
纽 曼 投 影 式
交叉式
重叠式
乙烷分子的能量曲线
交叉式最稳定 为优势构象
丁烷的构象： CH3-CH2-CH2-CH3
典型的构象有四种
对位交叉式
部分重叠式
邻位交叉式
完全重叠式
丁烷构象的势能图
能量：全重叠 > 部分重叠 > 邻位交叉
> 对位交叉
几个概念：
CH 3
3 2
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 C CH 2 CH 2 CH CH 3 CH CH CH 3
3 2 1
CH 3
1
CH 3
CH 3
2-甲基-5，5-二（1，2-二甲基丙基）壬烷 2-甲基-5，5-二-1/，2/-二甲基丙基壬烷
CH 3
1 2 3
CH 3 H 3C C CH 2 CH 3
1 2 3 4 5 6 7 8
H 3C CH CH 2 CH CH CH 2 CH 2 CH 3 H 3C CH CH 2 CH 3
2-甲基-4-仲丁基-5- ( 1,1-二甲基丙基 ) 辛烷
2-3
烷烃的结构
一、甲烷的构型、sp3杂化、σ 键 构型：指具有一定结构的分子中各原子在空间的排列
情况。 H
一、物质状态（25℃，一个大气压下）
C1~C4烷烃：气体 C5~C16正烷烃：液体 C17以上：固体
二、密度
直链烷烃的密度随分子量的增加而增大，最后趋向于 最大值0.78。烷烃异构体中，碳链分支使密度降低。
三、溶解度
烷烃为非极性化合物，不溶于水，溶于某些有机溶剂。 如苯、 氯仿、四氯化碳、其它烷烃。
甲烷：CH4 正四面体结构 C-H 键长： 109pm
C H
H H
H-C-H 键角： 109.5°
甲烷的正四面体结构
C:1S22S22P2
激发 sp3杂化