第二章烷烃和环烷烃优秀PPT.ppt

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1、碳氢化合物：仅由碳和氢组成的化合物，简称碳氢化合物：仅由碳和氢组成的化合物，简称烃烃.第一节第一节 烷烃烷烃第一页，本课件共有80页 一、通式和同系物一、通式和同系物 烷烃分子组成通式烷烃分子组成通式:C Cn nH H2n+22n+2同系列：同系列：具有相同分子具有相同分子通式通式和和结构特征结构特征的一系列的一系列 化合物。化合物。同系物：同系物：同系列中的各化合物互称为同系物同系列中的各化合物互称为同系物 。同系差：同系差：相邻两个同系物在组成上的不变差数相邻两个同系物在组成上的不变差数CHCH2 2 称称为同系差为同系差 。同系物的结构相似，化学性质也相近，但同系物的结构相似，化学性质

2、也相近，但反应速反应速率率往往有较大的差异。往往有较大的差异。物理性质物理性质则随着碳原子数则随着碳原子数的增加而呈现规律性的变化的增加而呈现规律性的变化 。第二页，本课件共有80页二构造异构二构造异构构造异构体：构造异构体：分子式相同，而分子式相同，而结结构式不同的化合构式不同的化合 物，互称物，互称 C4H10CH3CH2CH2CH3正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷构造：构造：分子中原子间相互连接的次序和方式。分子中原子间相互连接的次序和方式。构造异构：构造异构：分子式相同，分子中原子之间相互分子式相同，分子中原子之间相互 连接的次序和方式不同。连接的次序和方式不同。第三页，本课件共有80页 C5

3、H12：CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷第四页，本课件共有80页 三、饱和碳原子和氢原子的分类三、饱和碳原子和氢原子的分类烷烃中的碳原子按照与它直接连接的其他碳原子烷烃中的碳原子按照与它直接连接的其他碳原子的个数不同，可分为的个数不同，可分为伯、仲、叔、季伯、仲、叔、季碳原子。碳原子。伯伯碳原子（一级碳原子）：以碳原子（一级碳原子）：以 11表示，是只与表示，是只与 1 1 个其他碳原子直接相连的碳原子。个其他碳原子直接相连的碳原子。仲仲碳原子碳原子（二级碳原子）：以（二级碳原子）：以 22 表示，是与表示，是与2 2 个其他碳原子直接相连的碳原子。个其他碳原

4、子直接相连的碳原子。叔叔碳原子（三级碳原子）：以碳原子（三级碳原子）：以 33 表示，是与表示，是与3 3 个其他碳原子直接相连的碳原子。个其他碳原子直接相连的碳原子。季季碳原子（四级碳原子）：以碳原子（四级碳原子）：以 44 表示，是与表示，是与4 4 个其他碳原子直接相连的碳原子。个其他碳原子直接相连的碳原子。第五页，本课件共有80页 如：除季碳原子外，伯、仲、叔碳原子上的氢原子，除季碳原子外，伯、仲、叔碳原子上的氢原子，分别称为分别称为伯伯氢原子（氢原子（11氢原子）、氢原子）、仲仲氢原子（氢原子（22氢原子）、氢原子）、叔叔氢原子（氢原子（33氢原子）。氢原子）。第六页，本课件共有80

5、页四、命名四、命名（一）、普通命名法（一）、普通命名法 1 11010个碳原子的直个碳原子的直链烷烃链烷烃，分，分别别用用词头词头甲、乙、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳原子的个表示碳原子的个数，再加上数，再加上词词尾尾“烷烷”。如如：C C3 3H H8 8（丙烷）（丙烷）10 10个碳原子以上的烷烃用个碳原子以上的烷烃用中文数字中文数字命名。命名。如：如：C C1212H H2626（十二烷）（十二烷）“正正”（-）表示直链；）表示直链；“异异”（i-i-）表示在碳）表示在碳链的一段具有异丙基链的一段具有异丙基(CH(CH3 3)2 2CH-CH-

6、；“新新”（neo-neo-）表示在碳链的一端有叔丁基表示在碳链的一端有叔丁基(CH(CH3 3)3 3CH-CH-第七页，本课件共有80页如：如：CH3CH2CH3 丙烷丙烷 CH3(CH2)10CH3 十二烷十二烷 异丁烷异丁烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷新己烷新己烷第八页，本课件共有80页（二）系统命名法（二）系统命名法(IUPAC(IUPAC法法)直链烷烃的系统命名法同普通命名法，只直链烷烃的系统命名法同普通命名法，只是不写是不写“正正”；含支链的烷烃则可看作直链烷烃；含支链的烷烃则可看作直链烷烃的烷基取代的衍生物。的烷基取代的衍生物。、烃基的命名、烃基的命名v烃基：烃分子中去掉一个氢

7、原子所剩下的烃基：烃分子中去掉一个氢原子所剩下的原子团称为烃基。原子团称为烃基。v 脂肪烃基：用脂肪烃基：用“R-”“R-”表示。表示。v芳香烃基：用芳香烃基：用“Ar-”“Ar-”表示表示。第九页，本课件共有80页甲基甲基(Me)异丙基异丙基(iso-pr)(iso-pr)v丁基丁基(n-Bu)v仲丁基仲丁基(sec-Bu)v异丁基异丁基(iso-Bu)v叔丁基叔丁基(tert-Bu)第十页，本课件共有80页、系统命名法要点：、系统命名法要点：（1 1）选主链选主链：选择含取代基最多的碳链为主链：选择含取代基最多的碳链为主链 （2 2）编号编号：从靠近取代基一端开始，尽量使小：从靠近取代基一

8、端开始，尽量使小 的基团具有最低位次。的基团具有最低位次。（3 3）命名命名：用二、三、四等大写数字表示相同的取代基的：用二、三、四等大写数字表示相同的取代基的个数；各取代基的位次都应标出，且各位次的数字之间用个数；各取代基的位次都应标出，且各位次的数字之间用“,”隔开；取代基的位次与名之间用隔开；取代基的位次与名之间用“”连接起来，连接起来，写在母体化合物的名称前面。写在母体化合物的名称前面。第十一页，本课件共有80页3-3-乙基己烷乙基己烷 2,3,3,5-2,3,3,5-四甲基己烷四甲基己烷 3 3，3-3-二甲基二甲基-5-5-乙基庚烷乙基庚烷 第十二页，本课件共有80页v主链上连有不

9、同的取代基，应按按主链上连有不同的取代基，应按按“次序规则次序规则”将取代基先后列出，较优基团应后列出。将取代基先后列出，较优基团应后列出。v 主要烷基的主要烷基的优先次序优先次序是：是：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。2,5-二甲基二甲基-3-乙基己烷乙基己烷（3-ethyl-2,5-dimethylhexane）第十三页，本课件共有80页含复杂支链的烷烃含复杂支链的烷烃第十四页，本课件共有80页五、结构五、结构vv（一）（一）烷烃中碳碳单键和碳氢单键的形成烷烃中碳碳单键和碳氢单键的形成甲烷分子：碳甲烷分子：碳spsp3 3杂化，四个杂化，四个C-H C

10、-H 键。正四面体构型，键。正四面体构型，键角键角1092810928。C-H C-H 键长键长110nm110nm。第十五页，本课件共有80页甲烷分子的形成过程甲烷分子的形成过程 第十六页，本课件共有80页第十七页，本课件共有80页键键性性质质的的特特点点：成成键键原原子子可可沿沿键键轴轴“自自由由”转动转动；键的；键的稳稳定性高。键的定性高。键的极化度小极化度小。第十八页，本课件共有80页乙烷的结构乙烷的结构v乙烷（乙烷（CH3-CH3）分子中的两碳）分子中的两碳原子各出一个原子各出一个sp3杂化轨道而重杂化轨道而重叠形成叠形成C-C键，键，键长键长154pm；各碳余下的各碳余下的sp3杂

11、化轨道与氢的杂化轨道与氢的1s轨道相重叠形成轨道相重叠形成C-H键。键。第十九页，本课件共有80页 甲甲烷烷分分子子为为正正四四面面体体的的构构型型，随随着着碳碳链链的的增增长长，高高级级烷烷烃烃固固态态是是呈呈锯齿状锯齿状。第二十页，本课件共有80页（二）构象（二）构象 构象：构象：由于碳碳单键的旋转，导致分子中原子由于碳碳单键的旋转，导致分子中原子或原子团在空间的不同排列方式。或原子团在空间的不同排列方式。构象异构体构象异构体：因单键的旋转而产生的异构体。因单键的旋转而产生的异构体。构象异构体的分子构造相同，但其空间排列不构象异构体的分子构造相同，但其空间排列不同，故构象异构是同，故构象异

12、构是立体异构立体异构中的一种。中的一种。第二十一页，本课件共有80页 乙烷的两种典型的构象乙烷的两种典型的构象交叉式和重叠式，交叉式和重叠式，常用两种三维式表示，即锯架式和常用两种三维式表示，即锯架式和NewmanNewman投影式。投影式。（1 1）交叉式构象）交叉式构象 锯架式锯架式 NewmanNewman投影式投影式 1 1、乙烷的构象乙烷的构象 伞形式伞形式第二十二页，本课件共有80页（2 2）重叠式构象）重叠式构象伞形式伞形式锯架式锯架式 NewmanNewman投影式投影式 交交叉叉式式和和重重叠叠式式是是乙乙烷烷的的两两种种极极端端构构象象，其其它它构构象象介介于这两种构象之间

13、，称为于这两种构象之间，称为扭曲式扭曲式。第二十三页，本课件共有80页重叠式旋转角度图2-3 乙烷分子构象的能量曲线 交叉式（交叉式（优势构象优势构象）能量扭曲式扭曲式第二十四页，本课件共有80页（二）正丁烷的构象（二）正丁烷的构象 对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全重叠式 四四种种典典型型构构象象第二十五页，本课件共有80页稳定性次序：稳定性次序：对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重式部分重式 全重叠式全重叠式 第二十六页，本课件共有80页v在化学反应中，分子在化学反应中，分子不一定不一定以优势构象参与反以优势构象参与反应。应。v影响构

14、象稳定性的因素除了扭转张力和范德华影响构象稳定性的因素除了扭转张力和范德华斥力外，有时还有偶极斥力外，有时还有偶极-偶极相互作用以及氢偶极相互作用以及氢键的影响，在这些情况下，分子优势构象键的影响，在这些情况下，分子优势构象不一不一定都定都是对位交叉式。是对位交叉式。vIUPAC规定的表示构象的方法中，对位交叉称规定的表示构象的方法中，对位交叉称反叠式反叠式，邻位交叉称，邻位交叉称顺错式顺错式，部分重叠称，部分重叠称反错反错式式，全重叠称，全重叠称顺叠式顺叠式。第二十七页，本课件共有80页六、物理性质六、物理性质 取决于它们的结构和分子间的作用力取决于它们的结构和分子间的作用力v（一）分子间作

15、用力（一）分子间作用力v偶极偶极-偶极相互作用的吸引力（如图偶极相互作用的吸引力（如图A B C）v在极性分子间产生在极性分子间产生（a）偶极偶极-偶极相互作用偶极相互作用第二十八页，本课件共有80页v范德华引力范德华引力（伦敦力、色散力）（伦敦力、色散力）v相反偶极之间的微小作用力，在极性与非极性相反偶极之间的微小作用力，在极性与非极性分子中均存在分子中均存在v有加和性有加和性v只能在近距离内有效作用只能在近距离内有效作用v范德华吸引力的影响随分子复杂性增加而增强范德华吸引力的影响随分子复杂性增加而增强A A B(b)分子分子A中的瞬时偶极中的瞬时偶极 （c）在在A诱导下，诱导下，B产生产生

16、 瞬时偶极瞬时偶极第二十九页，本课件共有80页v氢键氢键 氢原子和电负性较大而原子半径较小的氢原子和电负性较大而原子半径较小的原子原子X形成共价键时，电子云偏向于该原子，形成共价键时，电子云偏向于该原子，导致氢核几近裸露。裸氢核受到导致氢核几近裸露。裸氢核受到另一分子另一分子中中带有部分负电荷带有部分负电荷Y的强烈吸引形成氢键。的强烈吸引形成氢键。v具有具有饱和性饱和性和和方向性方向性v弱于共价键，键能约弱于共价键，键能约20KJ/mlFHFH第三十页，本课件共有80页（1 1）物态）物态 常温常压下，甲烷至丁烷是气体，戊烷至十七烷常温常压下，甲烷至丁烷是气体，戊烷至十七烷是液体，十八烷以上是

17、固体。是液体，十八烷以上是固体。（2 2）沸点）沸点 正烷烃的沸点随碳数增多而规律性的升高。在同碳正烷烃的沸点随碳数增多而规律性的升高。在同碳数的碗烃异构体中，支链越多，沸点就降低越多。数的碗烃异构体中，支链越多，沸点就降低越多。主要决定因素：主要决定因素：分子间引力的大小分子间引力的大小。(二二)物理性质物理性质第三十一页，本课件共有80页v正烷烃的熔点随碳数增多而升高，而变化不正烷烃的熔点随碳数增多而升高，而变化不如沸点有规则。取代基对称性较好的烷烃比如沸点有规则。取代基对称性较好的烷烃比直链烷烃高。含偶数碳原子的正烷烃熔点比直链烷烃高。含偶数碳原子的正烷烃熔点比含奇数碳的正烷烃高。含奇数

18、碳的正烷烃高。原原因因：对对称称性性较较好好，晶晶格格排排列列越越紧紧密密，分分子子间间作用力增大。作用力增大。（3）熔点：）熔点：正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷沸点沸点/36 28 9.5熔点熔点/-130 -160 -17第三十二页，本课件共有80页第三十三页，本课件共有80页v（4）密度）密度 烷烃是有机化合物中密度最小的一类化合物，烷烃是有机化合物中密度最小的一类化合物，都小于都小于1g.cm-3。v（5）溶解度）溶解度 烷烃易溶于非极性、或极性较小的有机溶剂。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。而难溶于水和其它强极性溶剂。相似相溶。相似相溶。

19、第三十四页，本课件共有80页七、烷烃的化学反应七、烷烃的化学反应 分子中只存在分子中只存在CC CC 键键 和和CH CH 键键,故烷故烷 烃具有高度的化学烃具有高度的化学稳定性稳定性。（一）（一）卤代反应卤代反应1 1、甲烷的卤代、甲烷的卤代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bp161.524.24061.776.8利用利用4种卤代烷的沸点差距，采用精馏的方法将它们分开。种卤代烷的沸点差距，采用精馏的方法将它们分开。第三十五页，本课件共有80页 取代反应：取代反应：有机化合物分子中的氢原子（或其他原有机化合物分子中的氢原子（或其他原子）或基团被另一原子或

20、基团取代的化学反应。子）或基团被另一原子或基团取代的化学反应。卤代反应：卤代反应：烷烃分子中的氢原子被卤素原子取代的烷烃分子中的氢原子被卤素原子取代的反应。反应。卤素与甲烷的反应活性顺序为：卤素与甲烷的反应活性顺序为：F F2 2ClCl2 2BrBr2 2II2 2 第三十六页，本课件共有80页2 2、卤代反应的机理、卤代反应的机理（1 1）自由基链锁反应自由基链锁反应 可分为可分为链引发链引发、链增长链增长和和链终止链终止3 3个阶段个阶段 链引发：链引发：形成自由基形成自由基+243 kJmol-1 反应机理：反应机理：对某个化学反应逐步变化过程的详细对某个化学反应逐步变化过程的详细描述

21、。描述。第三十七页，本课件共有80页链增长：链增长：延续自由基、形成产物延续自由基、形成产物 +4kJmol-1-108 kJmol-1 第三十八页，本课件共有80页 CH3Cl +Cl CH2Cl +HCl CH2Cl +Cl2 CH2Cl2 +Cl CH2Cl2 +Cl CHCl2 +HCl CHCl2 +Cl2 CHCl3 +Cl CHCl3 +Cl CCl3 +HCl CCl3 +Cl2 CCl4 +Cl 链终止链终止：消除自由基：消除自由基 Cl+Cl Cl2 CH3+CH3 CH3CH3 第三十九页，本课件共有80页对一些实验事实的解释对一些实验事实的解释v（1）甲烷一氯代反应得到

22、的是混合物）甲烷一氯代反应得到的是混合物v（2）容易分解并产生自由基的物质对反应有催化作用。）容易分解并产生自由基的物质对反应有催化作用。如：如：四乙基铅（易产生乙基自由基）可催化氯气和四乙基铅（易产生乙基自由基）可催化氯气和乙烷反应乙烷反应v（3）能够结合自由基的化合物，对反应有阻止作用。）能够结合自由基的化合物，对反应有阻止作用。这种能使自由基反应减慢或停止的物质称自由基反应这种能使自由基反应减慢或停止的物质称自由基反应抑抑制剂制剂。第四十页，本课件共有80页3 3、烷基自由基的结构、烷基自由基的结构 甲基自由基中的甲基自由基中的C C为为spsp2 2杂化，杂化，3 3个个spsp2 2

23、杂化轨道杂化轨道与与3 3个个H H原子的原子的1S1S轨道重叠，形成的轨道重叠，形成的3 3条条CH CH 键处于同一平面，未成对单电子处于未杂化的键处于同一平面，未成对单电子处于未杂化的p p轨道中，且垂直于该平面。轨道中，且垂直于该平面。甲基自由基的结构 第四十一页，本课件共有80页4、反应热、反应热在标准状态下，反应物和产物的热焓差（在标准状态下，反应物和产物的热焓差（H）就是就是反应热反应热。反应H（kJ/mol）F2 Cl2 Br2 I2X-X 2XCH3-H+X CH3 +HXCH3+X-X CH3-X+X总总CH4+X2 CH3X+HX+159-130-293-423+243+

24、4-105-104+192+67-101-34+151+140-83+55负号负号 表示放热，正号表示放热，正号+表示吸热表示吸热第四十二页，本课件共有80页5 5、活化能、过渡态和决定反应速度的步骤、活化能、过渡态和决定反应速度的步骤v过渡态理论认为：反应是从反应物到产物逐渐过过渡态理论认为：反应是从反应物到产物逐渐过渡的一个过程，要经过一个渡的一个过程，要经过一个过渡态过渡态，才能转变成，才能转变成产物。过渡态符号产物。过渡态符号 v反反应物与物与过渡渡态之之间的能量差，就是反的能量差，就是反应的的活化活化能能，用，用Ea表示。表示。第四十三页，本课件共有80页第四十四页，本课件共有80页

25、CH3HClCH3ClCl第四十五页，本课件共有80页v对于一个多步反应，对于一个多步反应，活化能最高活化能最高的一步反应速度最的一步反应速度最慢慢，是是决定反应速度的步骤决定反应速度的步骤。故在甲烷氯代反应中，链增长。故在甲烷氯代反应中，链增长的第一步是决速步骤。的第一步是决速步骤。v活化能活化能Ea和反应热和反应热H之间没有直接的联系，不能从之间没有直接的联系，不能从H预测形成过渡态的预测形成过渡态的Ea的大小。的大小。v6、卤素的相对反应活性、卤素的相对反应活性 甲烷的氟代、氯代、溴代、碘代的链增长的第一步的活甲烷的氟代、氯代、溴代、碘代的链增长的第一步的活化能，分别为化能，分别为4.0

26、、16.7、77.7、140.0kJ/molv故故 卤素的相对反应活性次序如下：卤素的相对反应活性次序如下：v F2Cl2Br2I2第四十六页，本课件共有80页7 7、其它烷烃的卤代反应和烷基自由基的相对稳定性、其它烷烃的卤代反应和烷基自由基的相对稳定性 2-氯丙烷(55%)1-氯丙烷（45%）氯代反应氯代反应的实验结果表明：室温下的实验结果表明：室温下3 3o o、2 2o、11氢原子的相对活性之比为氢原子的相对活性之比为5 5：3.83.8：1 1，并与烷烃的，并与烷烃的结构基本无关。结构基本无关。氯代反应氯代反应第四十七页，本课件共有80页 溴代反应 1-溴丙烷(3%)2-溴丙烷(97%

27、)2-甲基-1-溴丙烷(痕量)2-甲基-2-溴丙烷(99%)溴代反应溴代反应中，中，33、22、11氢原子的相对反应活性比为氢原子的相对反应活性比为 1600:82:11600:82:1 。结论：结论：三种类型氢原子的相对反应三种类型氢原子的相对反应活性次序活性次序为：为：3 30 0 H H2 20 0 H H1 10 0 H H第四十八页，本课件共有80页 3 3、根据离解能大小比较，自由基相对稳定性的次序、根据离解能大小比较，自由基相对稳定性的次序为为:(CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH3 叔叔(3)仲仲(2)伯伯(1)甲基自由基甲基自由基 三种氢的活性次序的解释：三种氢的活

28、性次序的解释：1、烷烃卤代反应中决速步骤是链增长的第一步，即生、烷烃卤代反应中决速步骤是链增长的第一步，即生成烷基自由基的那一步；成烷基自由基的那一步；2、生成自由基的离解能越大，自由基越不稳定；、生成自由基的离解能越大，自由基越不稳定；4、R 越稳定，相应氢的活性越大。越稳定，相应氢的活性越大。第四十九页，本课件共有80页氯原子与丙烷反应生成氯原子与丙烷反应生成1O 、2O自由基的能量变化自由基的能量变化对于同类反应来说，烷基自由基的稳定性和过渡态对于同类反应来说，烷基自由基的稳定性和过渡态的稳定性是一致的，可以直接的稳定性是一致的，可以直接从自由基的相对稳定从自由基的相对稳定性来判断氢性来

29、判断氢 的活性的活性。第五十页，本课件共有80页溴原子与丙烷反应生成溴原子与丙烷反应生成1O 、2O自由基的能量变化自由基的能量变化第五十一页，本课件共有80页8、卤素对氢、卤素对氢 的反应选择性的反应选择性v溴代活性较低；选择性较高溴代活性较低；选择性较高1-溴丙烷溴丙烷（3%）2-溴丙烷溴丙烷（97%）叔丁基溴叔丁基溴（99%）异丁基溴异丁基溴（痕量）（痕量）第五十二页，本课件共有80页（二）氧化与燃烧（二）氧化与燃烧v有机化学中的氧化指有机化学中的氧化指加氧加氧或或去氢去氢。v烷烃的燃烧就是一种剧烈的氧化反应。烷烃的燃烧就是一种剧烈的氧化反应。v大多数证据表明燃烧属于自由基链锁反应。大多

30、数证据表明燃烧属于自由基链锁反应。v1mol烷烃完全燃烧所放出的热量称为烷烃完全燃烧所放出的热量称为燃烧热燃烧热。v直链烷烃每增加一个系差直链烷烃每增加一个系差CH2,燃烧热平均增燃烧热平均增加加658.6kJ/mol;同分异构体中，带支链的烷同分异构体中，带支链的烷烃比直链烷烃的燃烧热小。烃比直链烷烃的燃烧热小。v烷烃在适当条件下可与氧发生烷烃在适当条件下可与氧发生部分部分氧化反应。氧化反应。第五十三页，本课件共有80页（三）热裂反应（三）热裂反应v烷烃在没有氧的条件下加热到烷烃在没有氧的条件下加热到400以上，则以上，则C-C键和键和C-H键发生断裂，生成键发生断裂，生成较小较小分子的反分

31、子的反应称为应称为热裂反应热裂反应。v石油工业上的这些反应从本质上来看，无非石油工业上的这些反应从本质上来看，无非是是C-C键和键和C-H键的断裂分解后再重新结合的键的断裂分解后再重新结合的过程。过程。八、生物自由基（八、生物自由基（自学自学）第五十四页，本课件共有80页第二节第二节 环烷烃环烷烃 一一环烷烃的分类、同分异构和命名环烷烃的分类、同分异构和命名 （一）（一）环烷烃的分类环烷烃的分类 环烷烃：环烷烃：链状烷烃碳链的首尾两个碳原子以单键链状烷烃碳链的首尾两个碳原子以单键 相连，所形成的具有环状结构的烷烃。相连，所形成的具有环状结构的烷烃。根据环烷烃分子中所含的根据环烷烃分子中所含的碳

32、环数目碳环数目，可分为，可分为单单环、环、双双环和环和多多环环烷烃。环环烷烃。分子中只有一个碳环结构的烷烃，称为分子中只有一个碳环结构的烷烃，称为单环单环环烷烃环烷烃 ，其分子通式为，其分子通式为C Cn nH H2n2n 。单环环烷烃分类单环环烷烃分类：小环（三元环、四元环）：小环（三元环、四元环）普通环（五元环、六元环）普通环（五元环、六元环）中环（七元环十二元环）中环（七元环十二元环）大环（十二元环以上）环烷烃大环（十二元环以上）环烷烃第五十五页，本课件共有80页v双环或多环环烷烃中，两环共用个碳原子称双环或多环环烷烃中，两环共用个碳原子称螺环螺环烷烃，共用碳原子称烷烃，共用碳原子称螺原

33、子螺原子。含一个螺原。含一个螺原子的称子的称单螺环单螺环烷烃。烷烃。v两环间共用个或个以上的碳原子称两环间共用个或个以上的碳原子称桥环烷桥环烷烃烃，共用碳原子称，共用碳原子称桥头碳原子桥头碳原子（简称（简称桥原子桥原子）螺原子螺原子桥原子桥原子第五十六页，本课件共有80页（二）（二）同分异构同分异构 构造异构：构造异构：如：如：顺顺-1-1，2-2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷反反-1-1，2-2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷 顺反异构：顺反异构：分子中原子或原子团在空间的排列方式称为构型，分子中原子或原子团在空间的排列方式称为构型，顺反异构是一种顺反异构是一种构型异构构型异构第五十七页，本课件共有8

34、0页（三）命名（三）命名、单环环烷烃的命名单环环烷烃的命名 与烷烃相似，只是在同数碳原子的链状烷烃的名称与烷烃相似，只是在同数碳原子的链状烷烃的名称前加前加“环环”字。环碳原子的编号，应使环上取代基字。环碳原子的编号，应使环上取代基的位次最小。的位次最小。环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 环辛烷 第五十八页，本课件共有80页甲基环戊烷 1，3-二乙基环己烷 当环上有复杂取代基时，可将环看为取代基当环上有复杂取代基时，可将环看为取代基1 1，4-4-二环丙基丁烷二环丙基丁烷 1-1-环丁基戊烷环丁基戊烷 第五十九页，本课件共有80页、螺环烃螺环烃 在成环碳原子总数的烷烃名称前加上在成环碳原

35、子总数的烷烃名称前加上“螺螺”字。字。编号：编号：从螺原子的邻位碳开始，由小环经螺原子至从螺原子的邻位碳开始，由小环经螺原子至大环，并使环上取代基的位次最小。大环，并使环上取代基的位次最小。、螺环烃和桥环烃的命名螺环烃和桥环烃的命名第六十页，本课件共有80页命名：命名：将连接在螺原子上的两个环的碳原子数，将连接在螺原子上的两个环的碳原子数，按由少到多的次序写在方括号中，数字按由少到多的次序写在方括号中，数字 之间用下角圆点隔开，标在之间用下角圆点隔开，标在“螺螺”字与烷字与烷 烃名之间。烃名之间。螺 3.4 辛烷 第六十一页，本课件共有80页、桥环烃桥环烃 1 1、环数的确定、环数的确定 环数

36、是使一个环状化合物转变成开环数是使一个环状化合物转变成开链化合物所需断开的最少的碳碳链化合物所需断开的最少的碳碳键的数目。键的数目。2 2、母体名称确定、母体名称确定 桥环的全体碳原子数所相当的桥环的全体碳原子数所相当的某烷，作为桥环的母体名称某烷，作为桥环的母体名称3 3、桥头碳原子、桥头碳原子 一般为分支最多的碳原子一般为分支最多的碳原子 4 4、编号顺序、编号顺序 从一个桥头开始，沿最长桥路到第从一个桥头开始，沿最长桥路到第二桥头，再沿次长桥路回到第一桥头，最后给最二桥头，再沿次长桥路回到第一桥头，最后给最短桥路编号，并使取代基位次最小。短桥路编号，并使取代基位次最小。没有通过桥头的碳链

37、（又称副桥），用数字标明没有通过桥头的碳链（又称副桥），用数字标明它的位置，数字之间用逗号分开。它的位置，数字之间用逗号分开。第六十二页，本课件共有80页1-甲基二环4.1.0庚烷 二环2.2.2辛烷 三环三环 3.2.1.02,4 辛烷辛烷第六十三页，本课件共有80页v(一一)稳定性稳定性(通过通过比较比较燃烧热燃烧热)v三元环、四元环内能高，不稳定；六元环最三元环、四元环内能高，不稳定；六元环最稳定；其余环较稳定。稳定；其余环较稳定。二单环烷烃的结构二单环烷烃的结构第六十四页，本课件共有80页环十七烷664.4环壬烷659.0环十五烷664.2环辛烷657.9环十四烷662.3环庚烷659

38、.6环十三烷658.6环己烷658.8环十二烷664.0环戊烷662.3环十一烷 686.2环丁烷663.6 环癸烷697.0环丙烷每个CH2的燃烧热名称每个每个CH2的燃烧热的燃烧热名称657.1 环烷烃的燃烧热（环烷烃的燃烧热（kJmol-1）第六十五页，本课件共有80页（二）拜尔（二）拜尔（A.von BaeyerA.von Baeyer）张力学说）张力学说 张力学说要点：张力学说要点：适用于具有平面的分子结构，并适用于具有平面的分子结构，并根据正四面体的模型，假设成环后键角为根据正四面体的模型，假设成环后键角为1092810928的环状化合物不仅稳定，且容易形成。的环状化合物不仅稳定，

39、且容易形成。环丙烷分子轨道的重叠 第六十六页，本课件共有80页角张力：角张力：由于键角的偏转使分子内部产生的张力由于键角的偏转使分子内部产生的张力.键的偏转角度越大，张力也越大，环就越键的偏转角度越大，张力也越大，环就越不稳定而易发生开环反应，以解除张力，生成较不稳定而易发生开环反应，以解除张力，生成较稳定的开链化合物。稳定的开链化合物。现代理论认为：环烷烃分子中的碳原子都以现代理论认为：环烷烃分子中的碳原子都以spsp3 3杂化轨道成键，当键角为杂化轨道成键，当键角为1092810928时，碳原子的时，碳原子的spsp3 3杂化轨道才能达到最大重叠。杂化轨道才能达到最大重叠。环丙烷分子中，两

40、条环丙烷分子中，两条CCCC键的键的夹角夹角为为6060，所，所以以spsp3 3 杂化轨道彼此不能沿键轴方向达到最大程杂化轨道彼此不能沿键轴方向达到最大程度的重叠，从而减弱了键的强度和稳定性。度的重叠，从而减弱了键的强度和稳定性。第六十七页，本课件共有80页v（一）环丙烷、环丁烷和环戊烷的构象三、单环烷烃的构象三、单环烷烃的构象 环环丙丙烷烷中中的的键键第六十八页，本课件共有80页环丁烷的构象环丁烷的构象 蝶式蝶式平面式平面式 信封式信封式 环戊烷的构象环戊烷的构象第六十九页，本课件共有80页（二）环己烷的构象（二）环己烷的构象 1、椅式构象和船式构象 椅式构象椅式构象 船式构象船式构象 环

41、己烷的椅式构象和船式构象 第七十页，本课件共有80页2直立键（a键）和平伏键（e键）图2-12 椅式环己烷a键和e键的互变 椅式环己烷的画法第七十一页，本课件共有80页2 2、环己烷构象的翻环作用、环己烷构象的翻环作用环己烷很容易通过环上碳环己烷很容易通过环上碳-碳键的旋转从一碳键的旋转从一种椅式翻转成种椅式翻转成另外一种另外一种椅式构象椅式构象 ，称为椅，称为椅式构象的翻环作用。式构象的翻环作用。半椅式半椅式扭船式扭船式船式船式扭船式扭船式半椅式半椅式第七十二页，本课件共有80页 影响构象稳定性的因素影响构象稳定性的因素 v 1 1、角张力、角张力：任何原子都倾向于使其键角与成：任何原子都倾

42、向于使其键角与成键轨道的角度相匹配，与键轨道的角度相匹配，与spsp3 3杂化碳原子相匹配杂化碳原子相匹配的键角是的键角是1092810928，存在与正常键角的任何偏，存在与正常键角的任何偏差就会产生角张力。差就会产生角张力。v 2 2、扭转张力、扭转张力：相互连接的两个：相互连接的两个spsp3 3杂化碳原子，杂化碳原子，都倾向于它们的键成交叉式构象，与交叉式排都倾向于它们的键成交叉式构象，与交叉式排列的任何偏差都会引起扭转张力。列的任何偏差都会引起扭转张力。v 3 3、空间张力、空间张力:非键合的原子或基团间相距等于非键合的原子或基团间相距等于或大于它们的范德华半径之和时，就相互吸引，或大

43、于它们的范德华半径之和时，就相互吸引，小于范德华半径之和，它们就彼此排斥，从而小于范德华半径之和，它们就彼此排斥，从而产生范德华张力，即空间张力。产生范德华张力，即空间张力。第七十三页，本课件共有80页 环己烷的环己烷的椅式椅式构象中构象中 ：v 角张力：角张力：碳原子成键的角度为碳原子成键的角度为1092810928，完全消除了角张力的影响。完全消除了角张力的影响。v 扭转张力：扭转张力：环上相邻碳上所有的氢原子均为环上相邻碳上所有的氢原子均为交叉式，扭转张力很低。交叉式，扭转张力很低。v空间张力：空间张力：C1C1、C3C3、C5C5或或C2C2、C4C4、C6 C6 上的三上的三个竖氢原

44、子间的距离均为个竖氢原子间的距离均为230pm230pm，与氢原子的，与氢原子的van der Waals van der Waals 半径之和半径之和240pm 240pm 相近，无相近，无van der Waalsvan der Waals斥力，即没有空间张力。斥力，即没有空间张力。第七十四页，本课件共有80页椅式构象 船式构象 图2-15 环己烷的空间张力 椅式构象能量最低，是最稳定的构象，在椅式构象能量最低，是最稳定的构象，在1000个个环己烷分子中，环己烷分子中，999个是椅式构象，个是椅式构象，1个是船式构象。个是船式构象。第七十五页，本课件共有80页（三）一取代环己烷的构象（三）

45、一取代环己烷的构象 甲基环己烷中的甲基环己烷中的1 1，3-3-直立键效应直立键效应 总之，一取代环己烷的总之，一取代环己烷的椅式椅式构象比船式构象稳定，最稳定构象比船式构象稳定，最稳定的椅式构象是的椅式构象是最大基团在平伏键最大基团在平伏键的构象。的构象。第七十六页，本课件共有80页四、环烷烃的物理性质四、环烷烃的物理性质 1 1、小环为气体，普通环为液体，中环及大环为、小环为气体，普通环为液体，中环及大环为固体。固体。2 2、单键旋转受到一定限制，因此分子具有一定的、单键旋转受到一定限制，因此分子具有一定的对称性和刚性，沸点、熔点和相对密度都比相应对称性和刚性，沸点、熔点和相对密度都比相应的开链烷烃高。的开链烷烃高。五、环烷烃的化学性质五、环烷烃的化学性质 与烷烃有与烷烃有相似相似之处。之处。三元环和四元环易发生三元环和四元环易发生开环开环反应。反应。第七十七页，本课件共有80页（1 1）与氢反应与氢反应 第七十八页，本课件共有80页（2 2）与卤素反应）与卤素反应（3 3）与卤化氢反应）与卤化氢反应第七十九页，本课件共有80页 碳环开环多发生在连氢原子最多和连氢原子最少碳环开环多发生在连氢原子最多和连氢原子最少的两个碳原子之间。的两个碳原子之间。环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷的反应活性环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷的反应活性顺序：顺序：第八十页，本课件共有80页