同碳数的环烷烃和烷烃沸点
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本章主要内容1.环烷烃、环烯烃的命名.2.环烷烃的化学性质.
例2: 顺-4-叔丁基环己醇的两种构象
• 叔丁基在 e 键上的构象比在 a 键上的另一种构象 要稳定的多.
分子式为C4H6的甲、乙、丙三个化合物高 温催化加氢都得到正己烷。甲与浓KMnO4作用 生成CH3CH2COOH;乙生成 CH2COOH ;丙生成
CH2COOH COOH COOH
.请推测甲、乙、丙三个化合物的结构.
5.2 脂环烃的性质 (一) 物理性质 • 环烷烃的熔点和沸点都比同碳数的烷烃要高一些. • 相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻. (二) 化学性质 • 脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似. • 环烷烃的化学特性: 三、四元环结构不稳定,易开环;
五、六元环结构较稳定,一般不会开环.
5.2.1 环烷烃的反应 (1) 取代反应--在光或热的引发下发生卤代反应， （自由基反应）. Cl
每个 CH2高38.5 kJ/mol.这个差值就是环丙烷分子中 每个 CH2的张力能. 总张力能 --环丙烷的总张力能38.53=115.5 kJ/mol
张力能 --环丙烷的 Hc/n 为697.1 kJ/mol,比烷烃的
环丙烷的总张力能38.5 3 = 115.5 kJ/mol
环丁烷的总张力能27.6 4 = 110.4 kJ/mol 环戊烷的总张力能5.4 5 = 27.0 kJ/mol 环己烷的总张力能为 0 环庚烷的总张力能3.7 7 = 25.9 kJ/mol
环辛烷的总张力能5.0 8 = 40.0 kJ/mol
...................
•环烷烃的张力能越大,能量越高,分子越不稳定.
∴环丙烷,环丁烷不稳定,容易开环;环己烷和以 上的大环化合物的张力能很小或等于零,它们都 是稳定的化合物.
烷烃
12 C和14 C 6 6
相互关系 E F C A D B
白磷与红磷 正丁烷与异丁烷
H H H C C H H H
H H H H C C C H H H H
丙烷（ 丙烷（C3H8） 结构简式： 结构简式：CH3CH2CH3
乙烷（ 乙烷（C2H6） 结构简式： 结构简式：CH3CH3 CH3—CH3
H H H H C C C 丁烷（C4H10） 结构简式： 结构简式：CH3CH2CH2CH3 或CH3(CH2)2CH3 CnH2n+2（n≥1） ） CnH2n（n≥3） ）
（三）同系物
结构相似，在分子组成上相差一个或若干个 结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2 原子团的物质 相差一个或若干个 互称同系物。 互称同系物。 同：通式同，组成元素同，同类物质 通式同，组成元素同， 原子团，（分子式不同） ，（分子式不同 异：组成上相差n个CH2原子团，（分子式不同） 组成上相差 个 式量相差： 式量相差：14n 电子数相差： 电子数相差：8n
同系物一定不是同分异构体； 同系物一定不是同分异构体；同分异构体一定不是同系物
练习：选择正确答案的序号， 练习：选择正确答案的序号， 填入下表空格中 A．同位素 B．同分异构体 ． ． C．同系物 D．同素异形体 ． ． E．同一物质 F．同类物质 ． ． 物质名称 氯仿与三氯甲烷 一氯甲烷与四氯化碳 乙烷与新戊烷
气态， （1）状态：常温常压下的烷烃， C1～C4，气态， ）状态：常温常压下的烷烃， C5～C16，液态， 液态， C17及以上，固态。 及以上，固态。 （2）密度： 液态时密度均小于1g/cm3（均比水轻）。 ）密度： 液态时密度均小于 均比水轻）。 （3）溶解性：均难溶于水，易溶于有机溶剂。 ）溶解性：均难溶于水，易溶于有机溶剂。
相互关系 E F C A D B
白磷与红磷 正丁烷与异丁烷
H H H C C H H H
H H H H C C C H H H H
丙烷（ 丙烷（C3H8） 结构简式： 结构简式：CH3CH2CH3
乙烷（ 乙烷（C2H6） 结构简式： 结构简式：CH3CH3 CH3—CH3
H H H H C C C 丁烷（C4H10） 结构简式： 结构简式：CH3CH2CH2CH3 或CH3(CH2)2CH3 CnH2n+2（n≥1） ） CnH2n（n≥3） ）
（三）同系物
结构相似，在分子组成上相差一个或若干个 结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2 原子团的物质 相差一个或若干个 互称同系物。 互称同系物。 同：通式同，组成元素同，同类物质 通式同，组成元素同， 原子团，（分子式不同） ，（分子式不同 异：组成上相差n个CH2原子团，（分子式不同） 组成上相差 个 式量相差： 式量相差：14n 电子数相差： 电子数相差：8n
同系物一定不是同分异构体； 同系物一定不是同分异构体；同分异构体一定不是同系物
练习：选择正确答案的序号， 练习：选择正确答案的序号， 填入下表空格中 A．同位素 B．同分异构体 ． ． C．同系物 D．同素异形体 ． ． E．同一物质 F．同类物质 ． ． 物质名称 氯仿与三氯甲烷 一氯甲烷与四氯化碳 乙烷与新戊烷
气态， （1）状态：常温常压下的烷烃， C1～C4，气态， ）状态：常温常压下的烷烃， C5～C16，液态， 液态， C17及以上，固态。 及以上，固态。 （2）密度： 液态时密度均小于1g/cm3（均比水轻）。 ）密度： 液态时密度均小于 均比水轻）。 （3）溶解性：均难溶于水，易溶于有机溶剂。 ）溶解性：均难溶于水，易溶于有机溶剂。
2-第二章饱和烃：烷烃和环烷烃
稳定
下 降
17 稳定
2、结构与环的稳定性 、
⑴ 环丙烷的结构与稳定性 成键分析： 成键分析： 环丙烷分子中的碳为SP3杂化 环丙烷分子中的碳为 但其键角却为105.50，偏离了正常键角109.50；其成键电子云也不在 但其键角却为 偏离了正常键角 碳碳连线上，所形成的键为香蕉键或叫弯曲键；该键的特点是：轨 碳碳连线上，所形成的键为香蕉键或叫弯曲键；该键的特点是： 道交叠少，能量高，键弱。 道交叠少，能量高，键弱。 不稳定的原因： 不稳定的原因： ①角张力：键角偏离正常键角而引起的张力。 角张力：键角偏离正常键角而引起的张力。 ②扭转张力：由于构象是重叠式而引起的张力。 扭转张力：由于构象是重叠式而引起的张力。 总张力能：环烷烃比相同碳数的开链烷烃高出的能量。 总张力能：环烷烃比相同碳数的开链烷烃高出的能量。总张力能 来源 于角张力和扭转张力等。总张力能越大，环烷烃 于角张力和扭转张力等。总张力能越大， 越不稳定，越易开环。 越不稳定，越易开环。
烷烃的通式: 环烷烃的通式: 烷烃的通式 CnH2n+2，环烷烃的通式 CnH2n。 具有同一通式，组成上相差CH2及其整倍数的一系列化合物， 具有同一通式，组成上相差 及其整倍数的一系列化合物， 称为同系列。同系列中的各个化合物互为同系物。 称为系差 系差。 称为同系列。同系列中的各个化合物互为同系物。 CH2称为系差。 同系列 同系物 同系物具有类似的化学性质。 同系物具有类似的化学性质。
CH 3 CH 3 CHCH 3
(b)从靠近支链的一端（或按“最低系列”规则）编号 从靠近支链的一端（或按“最低系列”规则） 从靠近支链的一端
1 2 3 4 5 6 7
1
2
3
4
5
6
有机化学-第四章 环烃
环戊烷分子中，碳碳键的夹角为108°，接近sp3杂化轨 道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。
环己烷分子中6个碳原子不在同一平面上，碳原子之间的 键角为109°28′，分子中没有张力。
大环原子在不同的平面内，键角接近正常的键角，为
无张力环。
环三十烷
三、环己烷的构象
1 椅式构象和船式构象
六个碳原子均为sp3杂化，在保持键角109°28′不变的情况
H2SO4
NO2 NO2
甲苯硝化比苯容易，主要产物为邻位和对位取代产物。
CH3
HNO3 , H2SO4 30℃
CH3 NO2 +
CH3
NO2
(3) 磺化反应 苯与浓硫酸加热，或与发烟硫酸在室温下作用，生 成苯磺酸。苯磺酸也是强酸，酸性与硫酸接近。
浓 H2SO4 , 80℃ or H2SO4(SO3) , 室温
2 直立键和平伏键
椅式构象中的碳氢键可以分为两类，6个碳氢键与分
子的对称轴平行，叫做直立键或a键。
另外6个碳氢键指向环外，与直立键成109°28′的角， 平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键。
一个椅式构象的环己烷，可以通过碳碳单键的旋转变成 另一种椅式构象，叫做转环作用。
X
X
当环己烷上的氢原子被其它基团取代后，由于其它基团 都比氢原子大，所以取代基以e键和环相连占优势。
环己烷以上的环烷烃则很难发生加氢反应。
2 与溴的作用
环丙烷在室温下可以和溴进行亲电加成反应，生成开
链化合物。环丁烷要在加热条件下才能和溴加成。
+ Br2
BrCH2CH2CH2Br
1,3-二溴丙烷
+ Br2
Δ
BrCH2CH2CH2CH2Br
烷烃 知识点
方法一：①先求实验式(最简式)；②再求相对分子质量(摩尔质量)；③最后求分子式。
方法二：求出0.1mol该气态烃中含C、H的物质的量，进而求出1mol该气态烃中C、H的物质的量，从而求出分子式。
②同一个碳原子上连相同的烃基时，烃基等效，只需观察其中一个即可。例如：
—中的3个氢原子等效，只算其中一个即可；
中的三个甲基等效，只算其中一个即可；
中两个乙基等效，只算其中一个即可。
③处于镜面对称位置（相当于镜面成像时，物与像的关系）的氢原子等效。例如：
一氯取代物有4种，一氯取代物只有1种。
（2）二元取代物同分异构体数目的判断
(1)同系物的结构相似，主要指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。对烷烃而言，就是指碳原子间通过共价单键相连，其余价键全部结合氢原子。同系物结构相似，并不是相同。例如：和，前者有支链，而后者无支链，结构不相同，
但两者的碳原子均以单键结合成链状，结构相似，故互称为同系物。
（2）同系物的组成元素必相同。
例如：，属于环烷烃，通式为CnH2n，化学性质与烷烃相似。
2、烷烃的物理性质
烷烃的物理性质一般随着分子中碳原子数的递增而呈现规律性的变化。
（1）溶解性：烷烃均不溶于水而易溶于有机溶剂，液态烷烃本身也可以作为有机溶剂。
（2）状态：常温常压下，碳原子数小于等于4的烷烃一般呈气态，碳原子在5~16之间的烷烃常温下为液态，碳原子数大于16的烷烃常温下为固态（但新戊烷在常温下为气体）。
（3）同系物必符合同一通式。但符合同一通式且分子组成上相差一个或多个CH2原子团的物质不一定是同系物，例如： （乙烯）和（环丙烷）。
（4）同系物一定具有不同的分子式。
六、同分异构现象和同分异构体
1、定义：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，叫做同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。同分异构现象的广泛存在是造成有机物种类繁多的重要原因之一。
方法二：求出0.1mol该气态烃中含C、H的物质的量，进而求出1mol该气态烃中C、H的物质的量，从而求出分子式。
②同一个碳原子上连相同的烃基时，烃基等效，只需观察其中一个即可。例如：
—中的3个氢原子等效，只算其中一个即可；
中的三个甲基等效，只算其中一个即可；
中两个乙基等效，只算其中一个即可。
③处于镜面对称位置（相当于镜面成像时，物与像的关系）的氢原子等效。例如：
一氯取代物有4种，一氯取代物只有1种。
（2）二元取代物同分异构体数目的判断
(1)同系物的结构相似，主要指化学键类型相似，分子中各原子的结合方式相似。对烷烃而言，就是指碳原子间通过共价单键相连，其余价键全部结合氢原子。同系物结构相似，并不是相同。例如：和，前者有支链，而后者无支链，结构不相同，
但两者的碳原子均以单键结合成链状，结构相似，故互称为同系物。
（2）同系物的组成元素必相同。
例如：，属于环烷烃，通式为CnH2n，化学性质与烷烃相似。
2、烷烃的物理性质
烷烃的物理性质一般随着分子中碳原子数的递增而呈现规律性的变化。
（1）溶解性：烷烃均不溶于水而易溶于有机溶剂，液态烷烃本身也可以作为有机溶剂。
（2）状态：常温常压下，碳原子数小于等于4的烷烃一般呈气态，碳原子在5~16之间的烷烃常温下为液态，碳原子数大于16的烷烃常温下为固态（但新戊烷在常温下为气体）。
（3）同系物必符合同一通式。但符合同一通式且分子组成上相差一个或多个CH2原子团的物质不一定是同系物，例如： （乙烯）和（环丙烷）。
（4）同系物一定具有不同的分子式。
六、同分异构现象和同分异构体
1、定义：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，叫做同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。同分异构现象的广泛存在是造成有机物种类繁多的重要原因之一。
2.烷烃和环烷烃
③ 写出少二个碳原子的直链式为主链
CH3 H3C C CH3
CH3
新戊烷
第一节 分类、构造异构和碳原子的级
烃：仅由C、H两种元素组成的化合物。
烷烃 脂肪烃 烯烃 烃 脂环烃 炔烃
芳香烃
（2）单环烷烃的构造异构 环的大小和环上取代基的不同而引起的异构； 与单烯烃互为异构。
C4H8
H2C C CH3 CH3
e
四、环己烷的构象
1、椅式、船式和扭船式构象 角偏差(α) = (109.5o-120o) / 2=-5.25o 较大。
通过环内C-Cσ键旋转，调整其内角接近109.5o， 使完全无角张力——椅式和船式构象。
（1）椅式构象
H
H
H
5
H
6
H
1
H
4
3H
H
H
2
H
H
① 无角张力。
② C1、C3、C5上或C2、C4、C6上处于竖直向上或 向下的三个氢原子间距离为2.3Å，约等于氢原子范 德华半径之和(2.5Å)——无范德华排斥力(跨环张力)。
把支链作为取代基。
1、常见的烷基： 相应的烷烃去掉一个氢原子后留下的原子团。
通式：CnH2n+1
常以 R- 表示
甲基(Me)—— CH3乙基(Et) —— C2H5-
异丙基(i-Pr)—— H3C CH
CH3
正丁基(n-Bu)—— CH3CH2CH2CH2-
异丁基(i-Bu)—— H3C CH CH2
一、烷烃的结构
结构
C：sp3 Csp3-Hs Csp3-Csp3 σ键
1、σ键：轴向重叠形成的共价键(头碰头)， 呈圆柱形轴对称。
2、σ键特性 ① 原子轨道轴向重叠(重叠程度大，键较牢固)。 ② 成键轨道呈轴对称，可“自由旋转”。
第二章烷烃和环烷烃
分子间接触面积大 作用力强
bp：36℃ bp：36℃
CH3
分子间接触面积小 作用力弱
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
bp：9.5℃ bp：9.5℃
（四）密度（density） 密度（ ） 烷烃是有机化合物中密度最小的一类化 合物， 合物，都小于1g.cm-3。 溶解度（ （五）溶解度（solubility） ） 烷烃易溶于非极性、 烷烃易溶于非极性、或极性较小的有机 溶剂。而难溶于水和其它强极性溶剂。 溶剂。而难溶于水和其它强极性溶剂。
五、环烷烃的构象
（一）环丁烷的构象
环丁烷的构象
（二）环戊烷的构象
环戊烷的构象
（三）、环己烷的构象 ）、环己烷的构象
1、椅式、船式构象 椅式、
5 1 6 3 2 4 5 3 6 2 1
透视式
4
1 2 6 4 5 3 2
1 4 6 5
纽曼投影式
3
椅式
船式
在椅式构象中， 在椅式构象中，所有相邻的氢都处于交叉式 构象，再加上环的对角上的氢原子距离最大， 构象，再加上环的对角上的氢原子距离最大，这 些因素都使得环己烷的椅式构象具有较高的稳定 性。 在船式构象中C 而在船式构象中C２－C３、C５－C６之间的氢处 于重叠式状态，产生的相斥力较大。 于重叠式状态，产生的相斥力较大。因此船式不 如椅式稳定。分析结果表明， 如椅式稳定。分析结果表明，环己烷船式的内能 要比椅式高29.7kJ/mol 29.7kJ/mol。 要比椅式高29.7kJ/mol。
戊烷异构体的沸点和熔点
正戊烷 沸点/℃ 沸点 ℃ 36 熔点/℃ -130 熔点 ℃ 异戊烷 28 -160 新戊烷 9.5 -17
烷烃的物理性质强调：分子质相同、支链多、沸点低。 烷烃的物理性质强调：分子质相同、支链多、沸点低。 支链多，分子不易接近） （支链多，分子不易接近）
第三章 环烷烃
a.命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链为取代基。 b.碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最小。 c.对于只有一个不饱和键的环烯(或炔)烃,双键或叁键位置可不标。
环戊烯
环辛炔
1,3-环己二烯
带有侧链的环烯烃命名:
a. 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1; b. 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序除双 键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位置号码的加和数为最 小。
第三章 环烃
第一节 脂环烃
脂环族化合物：结构上具有环状碳骨架，性质与开链化合物相似的
一类化合物。脂环烃：只有C、H两种元素组成的脂环化合物。
一、脂环烃的分类
1、按碳环数分：单环脂环烃；二环脂环烃和多环脂环烃等
CH3
十氢化萘
降冰片烷
螺[2,4]庚烷
立方烷
棱烷
蓝烷
金刚烷
2、按成环碳原子数分：三元环、四元环、五元环脂环烃等
环己烷不是平面结构,较为稳定的构象 为折叠的船型构象和椅型构象。
1
(Ⅰ)
6 1
2
3 5 3 2 5
4
(Ⅱ)
6
4
Ⅰ
Ⅱ
在(Ⅰ)和(Ⅱ)中，C2、C3 、C5 、C6都在一个平面内，但在(Ⅱ)
中，C1和C4在平面的同一侧，这种构象叫船式构象；而在(Ⅰ)
中，C1和C4在平面的上下两侧，这种构象叫椅式构象
HH3C 3C
11
1 C1-C2 1 C1-C2
C5-C4 6 C5-C4 6 C1-C2 C1-C2 C5-C4 C5-C4
4
HH HH3C 2 3C HH HH
2
H H
6 6 44 55
环戊烯
环辛炔
1,3-环己二烯
带有侧链的环烯烃命名:
a. 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1; b. 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序除双 键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位置号码的加和数为最 小。
第三章 环烃
第一节 脂环烃
脂环族化合物：结构上具有环状碳骨架，性质与开链化合物相似的
一类化合物。脂环烃：只有C、H两种元素组成的脂环化合物。
一、脂环烃的分类
1、按碳环数分：单环脂环烃；二环脂环烃和多环脂环烃等
CH3
十氢化萘
降冰片烷
螺[2,4]庚烷
立方烷
棱烷
蓝烷
金刚烷
2、按成环碳原子数分：三元环、四元环、五元环脂环烃等
环己烷不是平面结构,较为稳定的构象 为折叠的船型构象和椅型构象。
1
(Ⅰ)
6 1
2
3 5 3 2 5
4
(Ⅱ)
6
4
Ⅰ
Ⅱ
在(Ⅰ)和(Ⅱ)中，C2、C3 、C5 、C6都在一个平面内，但在(Ⅱ)
中，C1和C4在平面的同一侧，这种构象叫船式构象；而在(Ⅰ)
中，C1和C4在平面的上下两侧，这种构象叫椅式构象
HH3C 3C
11
1 C1-C2 1 C1-C2
C5-C4 6 C5-C4 6 C1-C2 C1-C2 C5-C4 C5-C4
4
HH HH3C 2 3C HH HH
2
H H
6 6 44 55
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同碳数的环烷烃和烷烃沸点
环烷烃，又称环烃，它是一类双烯烃，其分子中有一个或多个碳原子与自身结合形成环状
结构的烃，是一类十分重要的有机化合物。由于环烷烃的碳链是环状结构，其分子式没有
明显的界定，因此可以说环烷烃的碳链中氢原子的数量可以是任意数量。环烷烃主要分为
圆环烷烃、椭圆环烷烃和多环烷烃等几类。
烷烃，又称烷醇，是羰基化合物，其分子中所有的碳原子都以单键的方式连接在一起，且
中间的氢原子以双键的方式连接在一起，整个分子以分子中的碳原子为核心，以氢原子扩
张外围的框架，是一类十分重要的有机化合物。烷烃的碳链的长度可以是任意长度，即其
分子中碳原子的数量可以是一个任意数，可以有多个碳原子，也可以只有一个碳原子。随
着碳链中碳原子数量的增加，其沸点也将相应提高。
同碳数的环烷烃和烷烃沸点是可以作比较的，在同一条碳链中，碳原子以单键结合与双键
结合会导致不同的沸点，通常，同碳数的环烷烃的沸点要比烷烃高。这是由于环烷烃分子
中的碳链是以环状结构存在的，彼此之间的分子的碰撞会更难，而且更强烈能够导致沸点
的上升。而烷烃的分子中的碳原子以单键连接在一起，彼此之间的碰撞相对来说就会比较
容易，所以同碳数的烷烃的沸点比环烷烃低。这也是同碳数的烷烃比环烷烃沸点要低的原
因。
从上面我们可以看出，环烷烃与烷烃沸点的大小之间是有一定关系的，他们都是有机化合
物中十分重要的类别，而沸点的高低主要是由其分子结构决定的，环烷烃的分子是以环状
的结构存在的，碰撞间隙比较少，因此沸点要比烷烃高。这样，我们可以根据它们的沸点
是否高于水的沸点来大体判断它们的分子大小，从而判断属于何种有机化合物。