大学有机化学 烷烃和环烷烃

1、 由碳和氢两种元素组成的化合物叫做由碳和氢两种元素组成的化合物叫做碳氢化合物碳氢化合物， 简称为简称为烃烃。一切有机化合物都可以看作是烃的衍生物，。一切有机化合物都可以看作是烃的衍生物， 所以烃是有机化合物的所以烃是有机化合物的“母体母体”。 根据碳链的骨架以及碳原子之间化学键的不同，根据碳链的骨架以及碳原子之间化学键的不同， 可以将烃作如下分类：可以将烃作如下分类： 烃烃 开开链链烃烃 ( (脂脂肪肪烃烃) ) 饱饱和和烃烃( (烷烷烃烃) ) 如如： 不不饱饱和和烃烃 烯烯烃烃 如如： 炔炔烃烃 如如： 闭闭链链烃烃 ( (环环烃烃) ) 脂脂环环烃烃 如如： 芳芳( (香香) )烃烃 如

2、如： CH3CH3 CH2CH2 CHCH 第一节第一节 烷烷 烃烃 一、烷烃的结构一、烷烃的结构 u 烷烃具有通式烷烃具有通式CnH2n+2。 。 u 烷烃的碳原子都是烷烃的碳原子都是sp3杂化，杂化轨道间杂化，杂化轨道间 的夹角是的夹角是10928。 u 烷烃分子中的烷烃分子中的 CH 键和键和 CC 键均为键均为 键。键。 109.5o 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(一、结构) 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(一、结构) 头碰头重叠形成头碰头重叠形成 CC键键 键键: 旋转不影响轨道重叠程度, 即 键可沿键轴“自由”转动; 重叠程度 大, 稳定性高; 键的极化度小. (二二)

3、通式和同系列通式和同系列 通式通式 烷烃烷烃CH4，CH3CH3， CH3CH2CH3, . CnH2n+2 单烯烃单烯烃C2H4，C3H6,.CnH2n 单炔烃单炔烃C2H2，C3H4,CnH2n-2 凡具有同一个通式，凡具有同一个通式，结构相近结构相近，在组成上相，在组成上相 差一个或几个差一个或几个-CH2- 的许多化合物组成的一个系的许多化合物组成的一个系 列列 同系列同系列， -CH2-为为系列差系列差。 同系物具有相似的化学性质同系物具有相似的化学性质，但反应速率往，但反应速率往 往有较大的差异；物理性质一般随碳原子数往有较大的差异；物理性质一般随碳原子数 的增加而呈现规律性变化。

4、同系列中的的增加而呈现规律性变化。同系列中的第一第一 个化合物个化合物往往具有明显的特性。往往具有明显的特性。 = n4+1-(n1-n3)/2不不饱饱和和度度 Uor 四价原子个数四价原子个数 三价原子个数三价原子个数 一价原子个数一价原子个数 (三三) 碳原子的类型碳原子的类型 伯碳伯碳(1(1) )：只与：只与1 1个其他碳原子直接相连个其他碳原子直接相连, , 一级碳原子一级碳原子 CH3CH2CHCH2CCH3 CH3 CH3CH3 仲碳仲碳(2(2) )：只与：只与2 2个其他碳原子直接相连个其他碳原子直接相连, , 二级碳原子二级碳原子 叔碳叔碳(3(3) )：只与：只与3 3个

5、其他碳原子直接相连个其他碳原子直接相连, , 三级碳原子三级碳原子 季碳季碳(4(4) )：只与：只与4 4个其他碳原子直接相连个其他碳原子直接相连, , 四级碳原四级碳原 子子 伯氢伯氢(1H)：伯碳上的：伯碳上的H 仲氢仲氢(2H)：仲碳上的：仲碳上的H 叔氢叔氢(3H)：叔碳上的：叔碳上的H 不同类型的氢反应活性不一样不同类型的氢反应活性不一样 CH3CH2CHCH2CCH3 CH3 CH3CH3 同分异构同分异构(isomerism)：分子式相同，但分子：分子式相同，但分子 中各原子的排列次序、结合方式或空间位置不同中各原子的排列次序、结合方式或空间位置不同 异构现象异构现象 构造异构

6、构造异构： 碳架异构、位置异构、官能团异构、碳架异构、位置异构、官能团异构、 互变异构等互变异构等 分子中原子间的排列顺序、结合方式分子中原子间的排列顺序、结合方式 立体异构立体异构： 顺反异构顺反异构 构型异构构型异构 旋光异构旋光异构 构象异构构象异构 构造相同，原子在空间排布方式不同构造相同，原子在空间排布方式不同 二、烷烃的构造异构和命名二、烷烃的构造异构和命名 碳链异构碳链异构 (carbon-chain isomerism): : 碳原子之间的连接次序和方式不同碳原子之间的连接次序和方式不同 又如又如 C6H14（5种）种） 如如 C5H12（3种）种） 烷烃的异构体数目烷烃的异构

7、体数目 碳原子数碳原子数异构体数异构体数碳原子数碳原子数异构体数异构体数 421075 5320366 319 65304 111 846 763 794062 491 178 805 831 将将直链烷烃直链烷烃叫做叫做正正某烷某烷，按天干顺序，按天干顺序甲、乙、丙、甲、乙、丙、 丁、戊、己、庚、辛、壬、癸丁、戊、己、庚、辛、壬、癸1010个字分别表示个字分别表示1010个个 以内碳原子的数目，以内碳原子的数目，1010个以上的碳原子就用个以上的碳原子就用十一、十一、 十二、十三十二、十三等数字表示。等数字表示。 含支链的烷烃用异、含支链的烷烃用异、 新等字来区别。如：新等字来区别。如： C

8、 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 正正戊戊烷烷 异异戊戊烷烷 新新戊戊烷烷 (一一) 普通命名法普通命名法(习惯命名法习惯命名法) 。 这种命名方法只适用于碳原子数较少的烷烃。这种命名方法只适用于碳原子数较少的烷烃。 一个化合物从形式上消除一个单价的原子或基一个化合物从形式上消除一个单价的原子或基 团构成团构成一价基一价基。 l 烃基及其命名烃基及其命名 烃基的名称根据相应母体的名称命名。烃基的名称根据相应母体的名称命名。 脂肪烃基：脂肪烃去掉脂肪烃基：脂肪烃去掉1个个H所剩下的部分。所剩下的部分。“R-” 芳香烃基：芳香烃去掉芳

9、香烃基：芳香烃去掉1个个H后剩下的部分。后剩下的部分。“Ar-” （二）系统命名法（二）系统命名法 C H 3 C H 3C H2 C H 3C H2C H2 , , Methyl (Me) Ethyl (Et) Propyl (Pr) Isopropyl (i-Pr) CH3CHCH3CH3CHCH3 CH3 CH3CH2CH2CH2 CH3CHCH2CH3CH3CHCH2 CH3-C CH3CH3 CH3 CH3CH2CH2CH2 CH3CHCH2CH3CH3CHCH2 CH3-C CH3CH3 Isobutyl (i-Bu) sec-Butyl (s-butyl,s-Bu) tert-B

10、utyl (t-butyl,t-Bu) Butyl (Bu) 次甲基次甲基 次乙基次乙基 CH CCH3 烷烃同一碳上去掉烷烃同一碳上去掉2个个H或或3个个H后后,分别称为分别称为 亚基亚基、次基次基。 亚甲基亚甲基 亚乙基亚乙基 CH2 CHCH3 CH2CH CH CHCH2CH2 CH3CH 乙烯基 烯丙基 丙烯基 C(CH3)3 CH(CH3)2 CH2CH3 CH3 CH2Cl CH2OH CH2NH2 (a) 按原子序数大小排列按原子序数大小排列, 大者大者 “较优较优”, 同位素中原子量大者同位素中原子量大者“较优较优” 。 I Br Cl S O N C D H : (b) 当

11、两个基团的第一个原子完全一当两个基团的第一个原子完全一 样时样时, 就比较其次连接的原子就比较其次连接的原子,依次类依次类 推推,直到比较出优先顺序为止。直到比较出优先顺序为止。 次序规则次序规则（p21） (c) 当基团为不饱和基团时，可看作是当基团为不饱和基团时，可看作是 连接两个或三个相同的原子连接两个或三个相同的原子 CH CH2 C H C C C H H ( ) ( ) 相当于C CH 相当于 ( ) ( ) C C C C C C H ( ) ( ) 相当于 C C H H C H C H CH C ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) C N 相当于 ( ) ( )

12、C N N N C C( ) ( ) 根据顺序规则，一些常见原子和基团的优先顺序根据顺序规则，一些常见原子和基团的优先顺序 如下：如下：I、Br、Cl、SH、F、OCOR、 OR、OH、NO2、NR2、NHCOR、 NHR、NH2、COOR、COOH、CONH2、 COR、CHO、CR2OH、CH2OH、CN、 C6H5、CHR2(RCH3)、CHCH2、 CH2R、CH3、D、H、孤对电子、孤对电子。 C N C CHCH CH2 比较比较CH2Cl和和COOH的大小的大小? (二二) 系统命名法系统命名法 烷、烯、炔烷、烯、炔 1) 选择最长的碳链选择最长的碳链(有官能团时必须包含之有官能

13、团时必须包含之)作为主链，作为主链， 把其它支链作为取代基把其它支链作为取代基 母母体体( (己己烷烷) ) 母母体体( (己己烷烷，不不是是戊戊烷烷) ) 母母体体( (庚庚烯烯，不不是是辛辛烷烷) ) CH3CH2CHCH2CH2CH3 CH3取取代代基基 CHCH2CH2CH3 CH3 CH2CH3 CH3CHCH2CHCH CH3CH3 CH2 CH CH2CH2CH3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2) 若有相等最长碳链可作为主链时，应选择若有相等最长碳链可作为主链时，应选择 取代基最多的链作主链取代基最多的链作主链 CH3-CH-CH-CH

14、-CH2-CH2-CH3 CH3 CH3 CH3CH CH2 CH3 123 4 5 6 7 CH 3-CH-C-CH2-CH3 CH 2 CH 3 1 23 4 3) 从主链靠近官能团从主链靠近官能团(没有官能团时靠没有官能团时靠 近取代基近取代基)的一端将主链编号。的一端将主链编号。 在不饱和烃中则首先考虑在不饱和烃中则首先考虑不饱和键不饱和键具有最低位具有最低位 次，其次考虑取代基具有最低位次。次，其次考虑取代基具有最低位次。 取代基位次与取代基名称之间用半字线隔开。取代基位次与取代基名称之间用半字线隔开。 不饱和烃中，必须注明不饱和键的位次，其位不饱和烃中，必须注明不饱和键的位次，其位

15、 次以不饱和键所在碳原子的编号中较低的一个表次以不饱和键所在碳原子的编号中较低的一个表 示，把它写在母体名称之前并用半字线隔开。示，把它写在母体名称之前并用半字线隔开。 CH2 CH3CH2CHCH2CH2CH3 CH3 123456 CH3CHCH2CH CH3 12345 4-甲基甲基-1-戊烯戊烯(不叫不叫2-甲基甲基-4-戊烯戊烯) 3-甲基己烷甲基己烷(不叫不叫4-甲基己烷甲基己烷) 4) “最低系列最低系列”原则原则 碳链从不同的方向编号时，得到碳链从不同的方向编号时，得到 两种不同编号系列，则顺次逐项比较两种不同编号系列，则顺次逐项比较 两系列的不同位次，最先遇到的位数两系列的不

16、同位次，最先遇到的位数 最小者，定为最小者，定为“最低系列最低系列”。 CH CH3 CH3CH CH3 CH CH3 CH2CH3 2,3,4-三甲基己烷三甲基己烷 (不叫不叫3,4,5-三甲基己烷三甲基己烷) 首先比较这两种编号的第一个数字，前者为首先比较这两种编号的第一个数字，前者为2后后 者为者为3，故选择前者。如果第一个数字相同，我们就，故选择前者。如果第一个数字相同，我们就 比较第二个数字，顺次逐项比较。比较第二个数字，顺次逐项比较。 2,2,4-三甲基戊烷三甲基戊烷(不叫不叫2,4,4-三甲基戊烷三甲基戊烷) CH3-C-CH2-CH-CH3 CH3 CH3CH3 5) 最低系列

17、有选择时，应使优先顺序小最低系列有选择时，应使优先顺序小 的编号低的编号低 在两种不同编号中，两个不同的取代基位于在两种不同编号中，两个不同的取代基位于 相同的位次时，应使优先顺序小的基团具有最相同的位次时，应使优先顺序小的基团具有最 低编号。低编号。 CH3-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH3 CH2CH3 CH3 3-甲基甲基-5-乙基庚乙基庚烷烷 6) 按优先顺序规则从小到大顺次列按优先顺序规则从小到大顺次列 出取代基出取代基 CH 3CH2CH2CHCH2 CHCHCH 2CH3 CH 3CH2CH2 12 3 456798 CH 3 CH 2CH3 4-甲基甲基-3-乙基乙基

18、-6-丙基壬烷丙基壬烷 (不叫不叫3-乙基乙基-4-甲基甲基-6-丙基壬烷丙基壬烷) 合并相同取代基合并相同取代基 把相同的取代基合并起来，取代基的数目用二、把相同的取代基合并起来，取代基的数目用二、 三、四等汉字表示，写在取代基的前面，位次必三、四等汉字表示，写在取代基的前面，位次必 须逐个注明，位次的数字之间要用须逐个注明，位次的数字之间要用“,”隔开。隔开。 CCH CH3 CH3 CH3 CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3 CH2 CH 6,6,7-三甲基-3-丙基-1-辛烯 Note: 碳数超过碳数超过10，且有官能团时，要在碳数和，且有官能团时，要在碳数和 母体名称间加母体名

19、称间加“碳碳”字，以免误会（字，以免误会（p69）。）。 CH3(CH2)18CH=CHCH3 2二十二二十二碳碳烯烯 2二十二烯二十二烯 CH3(CH2)6CHCHCH3CHCH 2 2，4 4 十二十二碳碳二烯二烯 总结上述命名原则，我们可以概括出总结上述命名原则，我们可以概括出“含、含、 长、多、低长、多、低”四个字。即选择含有官能团的最四个字。即选择含有官能团的最 长碳链为主链，使主链上连有尽可能多的取代长碳链为主链，使主链上连有尽可能多的取代 基，编号时应使官能团具有最低位次，其次是基，编号时应使官能团具有最低位次，其次是 取代基具有最低位次，并遵循取代基具有最低位次，并遵循“最低系

20、列原最低系列原 则则”(基团处于不同位次时基团处于不同位次时) 和和“优先顺序规优先顺序规 则则”(基团处于相同位次时基团处于相同位次时) 。 名称书写应正确使用阿拉伯数字、汉字、天名称书写应正确使用阿拉伯数字、汉字、天 干、逗号和半字线等，随意乱用或使用不规范干、逗号和半字线等，随意乱用或使用不规范 化都是不允许的。化都是不允许的。 总的原则总的原则: 判断母体判断母体 确认主链确认主链 两大原则两大原则 规规 范书写范书写 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) 三、烷烃的构象异构三、烷烃的构象异构 (conformational isomerism) 1. 乙烷的构象乙烷的构

21、象 因因单键单键旋转而使分子中原子或基团在空间产生不旋转而使分子中原子或基团在空间产生不 同的排列形象称为同的排列形象称为构象构象。每一种空间排列形象就是一。每一种空间排列形象就是一 种构象种构象, , 因构象不同而产生的异构现象称因构象不同而产生的异构现象称构象异构构象异构。 C H H H C H H H 乙烷的两种典型构象乙烷的两种典型构象 构象的表示方法：构象的表示方法：锯架式锯架式 和和 纽曼投影式纽曼投影式 交叉式交叉式 重叠式重叠式 交叉式交叉式(Staggered)重叠式重叠式(Eclipsed) 60 0 乙烷是处于交叉、重叠以及介于两者之间的乙烷是处于交叉、重叠以及介于两者

22、之间的 无数构象的动态平衡混合体系，但各种构象体存无数构象的动态平衡混合体系，但各种构象体存 在的比率不同。在的比率不同。 乙烷的乙烷的重叠式重叠式内能最高，最不稳定，内能最高，最不稳定，交叉式交叉式内内 能最低，最为稳定，所占比率最高，这种构象称为能最低，最为稳定，所占比率最高，这种构象称为 优势构象优势构象。 2. 丁烷的构象丁烷的构象 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) H CH3 H H CH3 H HH H H CH3 CH3 完全重叠式完全重叠式 对位交叉式对位交叉式 H CH3 CH3 H H H 邻位交叉式邻位交叉式 HCH3 H H CH3 H 部分重叠式部分

23、重叠式 优势优势 构象构象 丁烷各种构象的能差不大，室温下可迅速转化，正丁烷实际丁烷各种构象的能差不大，室温下可迅速转化，正丁烷实际 上是各种构象异构体的混合物，但上是各种构象异构体的混合物，但对位交叉式为优势构象，约占对位交叉式为优势构象，约占 68%68%，邻位交叉式约占，邻位交叉式约占32%32%，其它构象所占比例极小。，其它构象所占比例极小。 当正烷烃碳原子数增加时，尽管构象也随之更复 杂，但仍然主要以对位交叉式构象状态存在。所以直 链烷烃绝大多数是锯齿形的。如正戊烷主要以第 1 种 构象形式存在，第 3 种为全重叠构象，最不稳定。 正戊烷在液态和气态碳架运动的几种形式 高级直链烷烃的

24、优势构象高级直链烷烃的优势构象: 相邻碳的结构均为对位交叉相邻碳的结构均为对位交叉 癸烷癸烷 C10H22 二十烷二十烷 C20H42 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) 四、烷烃的物理性质四、烷烃的物理性质 (熔点、沸点、比重、溶解性等熔点、沸点、比重、溶解性等) 碳原子数碳原子数 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(四、物理性质) C1C4为气体为气体 C5C16为液体为液体 C17 固体固体 直链烷烃的熔沸点随碳原子数的增多而升高直链烷烃的熔沸点随碳原子数的增多而升高 CH3 CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3 CH3CH3 在同分异构

25、体中, 分支程度越高, 沸点越低。 bp() 36.1 27.9 9.5 支链烷烃的熔点也比相应的直链烷烃低，但高 度对称的支链烷烃其熔点却异乎寻常的高，这是因 为分子的对称性越高，在晶体中排列越紧密。 mp() -129.8 -159.9 -16.8 烷烃分子中只有牢固的烷烃分子中只有牢固的 CC CC 键和键和CH CH 键，极化度小，所以烷烃具有高度的化学稳定性。键，极化度小，所以烷烃具有高度的化学稳定性。 五、烷烃的化学性质五、烷烃的化学性质 (一一) 氧化反应氧化反应 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) CnH2n+2 + O2 CO2 + H2O +热量热量 烷烃可

26、以作燃料烷烃可以作燃料! 燃燃 烧烧 有机化合物分子中的氢原子（或其它原子、基 团）被另一原子或基团取代的反应称为取代反应。 被卤原子取代叫卤代 (halogenation)。 (二二) 卤代反应卤代反应 氯甲烷(Methyl chloride) HH HCH + Cl2HCCl+ HCl HH hvhv or heat HH HCH + Cl2HCCl+ HCl HH hvhv or heat 1. 甲烷的氯代反应甲烷的氯代反应 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 生成的一氯甲烷还会继续被氯代生成的一氯甲烷还会继续被氯代, , 生成生成二二 氯甲烷氯甲烷、三氯甲烷三氯甲烷和和

27、四氯化碳四氯化碳四种产物的混合四种产物的混合 物。物。 工业上把这种混合物作为溶剂使用。工业上把这种混合物作为溶剂使用。 CH3-Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl 二氯甲烷二氯甲烷 CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl 四氯化碳四氯化碳 CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl 三氯甲烷三氯甲烷 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 2. 甲烷的氯代甲烷的氯代反应机制反应机制 烷烃卤代反应是游离基的链反应(free-radical chain reaction), 其历程分 3步进行： 链引发(chain-initiating step)：形成自由基。

28、Cl H or heat light = +242 kJmol 1 Cl22 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 链增长(chain-propagating step)：延续自由基，形成产物. 在链增长阶段在链增长阶段, , 当当一氯甲烷一氯甲烷达到一定浓度时达到一定浓度时, , 氯原氯原 子除了同甲烷作用外，也可与一氯甲烷作用，结果生成子除了同甲烷作用外，也可与一氯甲烷作用，结果生成 二氯甲烷二氯甲烷。以同样方式，可生成。以同样方式，可生成氯仿氯仿及及四氯化碳四氯化碳。 Cl + CH3Cl CH2Cl + HCl CH2Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl Cl + C

29、H2Cl2 CHCl2 + HCl CHCl2 + Cl2 CHCl3 + Cl Cl + CHCl3 CCl3 + HCl CCl3 + Cl2 CCl4 + Cl 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) Cl + Cl Cl:Cl CH3 + Cl CH3Cl CH3 + CH3 CH3CH3 链终止(chain-terminating step)：消除自由基 加入少量能抑制自由基生成或降低自由基 活性的抑制剂可减慢反应速度或终止反应。 甲烷的溴代及其它烷烃的卤代反应机制与氯代相似。甲烷的溴代及其它烷烃的卤代反应机制与氯代相似。 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质

30、) 含有不同类型含有不同类型H H的烷烃氯代时的烷烃氯代时, , 可得到不同的氯代烃。可得到不同的氯代烃。 55% 45% CH3CH2CH3+ Cl2 hv CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3 Cl 伯氢与仲氢的活性比：伯氢与仲氢的活性比： 仲氢比伯氢活泼仲氢比伯氢活泼 1H 2H = 45%/6 55%/2 = 1 4 1H 2H = 45%/6 55%/2 = 1 4 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 63%37% CH3CHCH3 CH3 hv CH3CHCH2Cl CH3 + Cl2 CH3CCH3 Cl CH3 伯氢与叔氢的活性比：伯氢与叔氢的活性比：

31、1H 3H = 63%/9 37%/1 = 1 5 1H 3H = 63%/9 37%/1 = 1 5 实验结果表明：室温下实验结果表明：室温下3 3、2 2、1 1氢原子对氢原子对 氯代反应的相对活性之比约为氯代反应的相对活性之比约为5:4:1, 5:4:1, 并与烷烃并与烷烃 的结构基本无关。的结构基本无关。 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) CH3CH2CH3 Br2 光光，127 CH3CH2CH2-Br + CH3CHCH3 Br (3%)(97%) C CH 3 H 3C CH 3 H Br 2 C CH 3 H 3C CH 3 Br C CH 3 H 3C CH

32、 2Br H 99%trace hv + 99% 痕量痕量 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 溴代比氯代反应的选择性更强。溴代比氯代反应的选择性更强。 室温下室温下3。 。:2。:1。氢原子的相对活性为 氢原子的相对活性为1600:82:1 甲基、异丙基、叔丁基自由基的结构甲基、异丙基、叔丁基自由基的结构 中心碳原子为中心碳原子为sp2杂化杂化 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) E CH3H RCH2H R2CHH R3CH CH3 RCH2 R2CH R3C H=436kJ/mol H=393 H=406 H=379 E E CH3H RCH2H R2CH

33、H R3CH CH3 RCH2 R2CH R3C H=436kJ/molH=436kJ/mol H=393 H=406H=406 H=379 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 自由基的稳定性：自由基的稳定性： 3R 2R 1R CH3 自由基与医学自由基与医学( (自学自学) ) 游离基游离基( (自由基自由基) )与医学的关系十分密切，参与与医学的关系十分密切，参与 人体的生理、病理、衰老过程。人体的生理、病理、衰老过程。 NO NO 心血管系统的信号分子心血管系统的信号分子 活性氧：在自由基生物学中，超氧阴离子自由活性氧：在自由基生物学中，超氧阴离子自由 基基( (O O

34、2 2- -) )、羟自由基、羟自由基( (OH)OH)、单线态氧、单线态氧( (1 1O O2 2) )和和H H2 2O O2 2以以 及脂质发生自由基氧化过程的中间产物及脂质发生自由基氧化过程的中间产物LOLO、LOOLOO、 LOOHLOOH等较活泼的自由基或非自由基统称为活性氧。等较活泼的自由基或非自由基统称为活性氧。 在生理状况下，机体自由基一方面不断产生在生理状况下，机体自由基一方面不断产生 ，另一方面又不断清除，活性氧处于产生与清除，另一方面又不断清除，活性氧处于产生与清除 平衡状态。一旦活性氧的产生和清除失去平衡，平衡状态。一旦活性氧的产生和清除失去平衡， 过多的自由基就会造

35、成对机体的损害，从而引起过多的自由基就会造成对机体的损害，从而引起 多种疾病，并可诱发癌症和导致衰老。多种疾病，并可诱发癌症和导致衰老。 天然抗氧化酶系统：超氧化物歧化酶天然抗氧化酶系统：超氧化物歧化酶(SOD)(SOD) 、过氧化氢酶、过氧化氢酶(CAT)(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-(GSH- Px)Px) 天然抗氧剂天然抗氧剂( (自由基清除剂自由基清除剂) )：V VE E、 V Vc c、 2-2- 巯基乙胺、谷胱甘肽、辅酶巯基乙胺、谷胱甘肽、辅酶Q Qn n( (泛醌泛醌) )等等 环烃又称闭链烃，为碳骨架成环状结构的一 类碳氢化合物。根据结构和性质，

36、又可分为： 环烃 脂环烃脂环烃(alicyclic hydrocarbon) 芳香烃(aromatic hydrocarbon) 性质似脂肪烃 单脂环烃 多脂环烃 性质似苯 苯型芳香烃 非苯型芳香烃 第二节 环 烷 烃 第二章 烷烃和环烷烃 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(一、分类命名) 一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名 (一一) 分类分类 单脂环烃单脂环烃 多脂环烃多脂环烃 C3-C4 小环小环 C5-C6 普通环普通环 C7-C12 中环中环 C13以上以上 大环大环 桥环桥环 螺环螺环 根根 据据 环环 数数 多多 少少 分分 环丙烷环丙烷 环丁烷环丁烷 环戊烷环戊烷

37、环己烷环己烷 环辛烷环辛烷 1-1-甲基甲基-4-4-异丙基环己烷异丙基环己烷 cyclopropanecyclobutane cyclopentane cyclohexane cyclooctane 1. 1. 单脂环烃单脂环烃: : 在相应的烃名前加在相应的烃名前加“环环”字字; ;英文名加词头英文名加词头cyclo (二二) 命名命名 1-1-甲基甲基-3-3-叔丁基环戊烷叔丁基环戊烷 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(一、分类命名) 环烯烃的命名与烯烃相似，含双键的碳环称环烯烃的命名与烯烃相似，含双键的碳环称环环 某烯某烯，环上碳原子的编号，从双键的两个碳原子编，环上碳原子的编号，

38、从双键的两个碳原子编 起，编号方向由起，编号方向由“最低系列最低系列”规则决定。规则决定。 CH3 1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6 CH3 4-4-甲基甲基-1-1-环己烯环己烯 5-5-甲基甲基-1,3-1,3-环己二烯环己二烯 当环上有复杂取代基时，可将环作为取代基命名。当环上有复杂取代基时，可将环作为取代基命名。 2-2-甲基甲基-1-1-环丙基环丙基-5-5-环戊基戊烷环戊基戊烷 4,4-4,4-二甲基二甲基-1-1-环丙基戊烷环丙基戊烷 CH2-CH2 -CH2 -CH-CH2 CH3 CH2-CH2 -CH2 -CH-CH2 CH3 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷

39、烃(一、分类命名) CH2CH2CH2C(CH3)3 键角与轨 道的正常夹角有偏差, 造成重叠程度小, 键能下降,产生角张力。 由于几何形状上的限制，环丙烷分子虽是平面结构，但成 键的电子云并不沿轴向重叠, 而是形成一种弯曲键。 香蕉键香蕉键 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(二、结构与稳定性) 二、环烷烃的结构与稳定性二、环烷烃的结构与稳定性 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(二、结构与稳定性) 环丁烷和环戊烷的结构环丁烷和环戊烷的结构 环丁烷和环戊烷的碳原子已经不在同一环丁烷和环戊烷的碳原子已经不在同一 平面上平面上,因此成键时因此成键时,SP3杂化轨道之间扭偏的杂化轨道之间扭偏的

40、 角度减小了角度减小了,两个碳原子两个碳原子SP3杂化轨道间的重杂化轨道间的重 叠增大了叠增大了, 键的稳定性变大键的稳定性变大. 脂环烃的稳定性顺序脂环烃的稳定性顺序( (由小到大由小到大) )： 三元环三元环 四元环四元环 环丁烷环丁烷 环戊烷。环戊烷。 6 6 环烷烃更难。环烷烃更难。 ( (二二) ) 加成反应：加成反应： + H2 Ni/300 CH3CH2CH2CH2 CH3+ H2 Ni/300 CH3CH2CH2CH2 CH3 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(三、化学性质) + H 2 Ni 80 CH3CH2CH3 + H 2 Ni 200 CH3CH2CH2CH3 2

41、. 2. 加卤素加卤素 Br2 BrBr +CH2CH2CH2 室温室温 +Br2Br Br 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(三、化学性质) + HBrCH 3 CH 2 CH 2 Br CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 Br+ HBr 3. 加卤化氢加卤化氢 环丙烷的烷基取代物与环丙烷的烷基取代物与HXHX开环加成开环加成, , 环的开裂总环的开裂总 是在含最多是在含最多H H和最少和最少H H的碳原子间进行的碳原子间进行, , 氢加到含氢加到含 氢多的碳原子上。氢多的碳原子上。 + HBrCH 3 CH 2 CH 2 Br + HICH 3 CH 2 CH 2 CH 2 I H

42、Br + CH CH2C CH3 CH3 CH3 HBr + HBr + CH CH2C CH3 CH3 CH3 CH2CH CH3 C CH3 CH3 Br H 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(三、化学性质) 环丙烷及其烷基衍生物容易与卤素发生开环丙烷及其烷基衍生物容易与卤素发生开 环加成反应，而一般的烷烃不具有这样的性环加成反应，而一般的烷烃不具有这样的性 质，由此可以用质，由此可以用溴溶液溴溶液鉴别这两者；鉴别这两者； 环丙烷及其烷基衍生物虽然很容易与溴反环丙烷及其烷基衍生物虽然很容易与溴反 应，但不与高锰酸钾反应，因此可以用应，但不与高锰酸钾反应，因此可以用高锰高锰 酸钾酸钾鉴别脂环烃与烯烃。鉴别脂环烃与烯烃。 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(三、化学性质) 1. CH3CH2CH2CH2CH3; CH3CH2CH=CHCH3 2. 、 和 CH3 CH3 CH3 CH3 第二章 烷烃和环烷烃 第二节