有机化学（第9版）第四章 烷烃与环烷烃

有机化学（第9版）第四章

烷烃和环烷烃第一节烷烃第二节环烷烃重点难点熟悉了解掌握烷烃及环烷烃的命名，烷烃及环烷烃的构象异构，烷烃的卤代反应，环烷烃的开环加成反应。烷烃的理化性质，自由基反应的机制。药物构效关系及自由基作用在医学中的应用。烷烃第一节1.烷烃中碳原子均采用sp3杂化。2.烷烃分子存在C-Hσ键和C-Cσ键两种化学键。有机化学（第9版）一、结构甲烷的结构乙烷的结构有机化学（第9版）一、结构3.碳原子的类型4.氢原子的类型（1)概念：按直接连接的碳原子的数目分为伯、仲、叔、季碳原子，又称为一、二、三、四级碳原子。（2）表示方法：1°、2°、3°和4°。（1）概念：连在伯、仲、叔碳上的氢。（2）表示方法：1°H、2°H和3°H。有机化学（第9版）二、构造异构和命名（一）

碳链异构

由于碳链结构不同而产生的同分异构现象。（二）命名

烷烃的命名通常分为普通命名法(commonnomenclature)和系统命名法(systematicnomenclature)。C5H12(正)戊烷n-pentane(异)戊烷iso-pentane(新)戊烷neo-pentane有机化学（第9版）二、构造异构和命名常见的烷烃

中文英文结构简式中文英文结构简式甲烷methaneCH4己烷hexaneCH3(CH2)4CH3乙烷

ethaneCH3CH3庚烷heptaneCH3(CH2)5CH3丙烷propaneCH3CH2CH3辛烷octaneCH3(CH2)6CH3丁烷butaneCH3(CH2)2CH3壬烷nonaneCH3(CH2)7CH3戊烷pentaneCH3(CH2)3CH3癸烷decaneCH3(CH2)8CH3常见烷烃的结构及名称有机化学（第9版）二、构造异构和命名常见烷基的结构与名称甲基(-Me)

methyl乙基(-Et)

ethyl丙基(-Pr)

propyl异丙基(iso-Pr)

isopropyl异丁基(iso-Bu)isobutyl叔丁基(tert-Bu)tertbutyl仲丁基(sec-Bu)secbutyl有机化学（第9版）烷烃的命名规则

（1）选择含有取代基最多的最长碳链为主链，按主链所含碳原子数命名为某烷；（2）从靠近取代基的一端开始编号；（3）编号遵循依次最小原则；（4）相同基团合并写，不同基团按照“基团次序规则”优先基团后列出。常见烷基的优先顺序：异丙基>异丁基>丁基>丙基>乙基>甲基二、构造异构和命名2,4,4,6-四甲基辛烷2,4,4,6-tetramethyloctane有机化学（第9版）二、构造异构和命名基团次序规则（sequencerule）直接相连的原子，序数大者优先；直接相连的原子相同时，依次比较后面的原子，直至不同；双键或叁键可看作两个原子连接2次或3次。C,C,CC,C,HC,C,HC,H,HH,H,HC,H,HH,H,H有机化学（第9版）三、构象异构（一）

乙烷的构象

乙烷构象的表示

（1）

锯架式重叠式交叉式（2）纽曼投影式

重叠式交叉式有机化学（第9版）三、构象异构（一）

乙烷的构象

乙烷构象的能量变化及稳定性

交叉式构象中碳上氢彼此间相距最远，斥力最小，能量最低；由交叉式转换至重叠式时，碳上氢彼此间距离越来越近，斥力逐渐增大，分子内能逐渐升高；重叠式构象中碳上氢彼此间距离最近，分子内能最高；由重叠式转至交叉式时，碳上氢彼此间距离越来越远，斥力逐渐增减小，分子内能逐渐降低。乙烷分子构象能量图结论：交叉式构象是稳定的优势构象。有机化学（第9版）三、构象异构（二）丁烷的构象

丁烷的典型构象（绕C2—C3键轴旋转）C2-C3键对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式有机化学（第9版）三、构象异构（二）丁烷的构象

丁烷构象的能量变化及稳定性

对位交叉式：体积较大的甲基处于对位，相距最远，斥力最小，分子的能量最低，是优势构象；邻位交叉式：甲基处于邻位，相互距离比对位交叉式近，能量较对位交叉式高；全重叠式：甲基及氢都各处于重叠位置，相互斥力最大，分子能量最高，是最不稳定的构象；部分重叠式：甲基和氢互相重叠，能量较高，但比全重叠式的能量低。构象稳定性对位交叉式邻位交叉式全重叠式部分重叠式有机化学（第9版）三、构象异构（二）丁烷的构象

正丁烷C2—C3旋转时各种构象的能量曲线丁烷构象的能量变化及稳定性

有机化学（第9版）三、构象异构（三）药物构效关系药物分子的构象与药物作用效果存在一定的关系，通常优势构象具有更好的作用效果。

多巴胺（抗震颤麻痹药）对位交叉式有机化学（第9版）四、物理性质bp、mp、密度：随C原子数↑而↑；

烷烃支链↑，bp↓；烷烃对称性↑，mp↑；正烷烃密度＜0.8g.cm-3

；烷烃易溶于有机溶剂，难溶于水。烷烃的波谱性质：直链烷烃熔、沸点与分子中碳原子数的关系红外光谱（IR)：3000～2850cm-1（C–H的伸缩振动，一般为强吸收）1465～1340cm-1（C–C的弯曲震动，吸收较弱）核磁共振氢谱（1H-NMR）：δ

0.9～1.8有机化学（第9版）五、化学性质（一）稳定性1.甲烷的卤代反应（二）卤代反应烷烃与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂均不反应。

有机化学（第9版）五、化学性质（二）卤代反应2.卤代反应的机制烷烃的卤代反应属于自由基链反应链引发链增长链终止卤素活性顺序：F2>Cl2>Br2>I2有机化学（第9版）五、化学性质（二）卤代反应3.烷烃卤代反应的取向烷烃卤代反应的取向取决于烷烃的结构及卤素的活性有机化学（第9版）五、化学性质（二）卤代反应4.烷基自由基稳定性及构型sp2杂化甲基自由基叔丁基自由基自由基稳定性环烷烃第二节有机化学（第9版）一、命名命名原则（1）环碳原子的编号，应使环上取代基的位次最小；（2）有多个取代基时，应使它们的位次和最小；（3）书写名称时遵守基团次序规则；（4）存在顺反结构时，需标明在名称前。1-甲基-3-乙基环己烷1-ethyl-3-methylcyclohexane顺-1,3-二甲基环戊烷cis-1,3-dimethylcyclopentane反-1,3-二甲基环戊烷trans-1,3-dimethylcyclopentane有机化学（第9版）二、结构与稳定性成键角度与杂化轨道产生偏差会产生角张力，偏差越大，角张力越大，环越不稳定。环己烷>环戊烷>环丁烷>环丙烷环烷烃稳定性环丙烷分子中的弯曲键有机化学（第9版）三、化学性质催化加氢开环环丙烷丙烷环丁烷丁烷有机化学（第9版）三、化学性质亲电加成当烷基取代的环丙烷与HX作用时，碳环开环发生在连氢原子最多和连氢原子最少的两个碳原子之间。氢卤酸中的氢原子加在连氢原子较多的碳原子上，而卤原子则加在连氢原子较少的碳原子上。有机化学（第9版）四、构象（一）环戊烷的构象环戊烷较稳定的优势构象是离开平面的碳原子上的氢原子与相邻碳上的氢原子呈交叉式。从这里看有机化学（第9版）四、构象（二）环己烷的构象1.椅式构象和船式构象量能50.6KJ/M椅式构象船式构象半椅式构象扭船式构象室温下，船式和椅式构象可以互相转变。有机化学（第9版）四、构象（二）环己烷的构象2.椅式构象和船式构象的稳定性(1)椅式构象稳定性

椅式构象中既无角张力，又几乎无扭转张力和空间张力，属于优势构象。230pm有机化学（第9版）四、构象（二）环己烷的构象2.椅式构象和船式构象的稳定性(2)船式构象稳定性

船式构象中虽无角张力，但存在较大的空间张力和扭转张力，属于不稳定的构象。183pm有机化学（第9版）四、构象（二）环己烷的构象3.取代环己烷的构象分析环己烷的碳氢键6根平伏键（e键，3上3下）6根竖直键（a键，3上3下）通过翻环作用，可实现a、e键互换，但a、e键的取向不变有机化学（第9版）四、构象3.取代环己烷的构象分析一取代取代环己烷的构象e键取代为优势构象（二）环己烷的构象有机化学（第9版）四、构象

二取代取代环己烷的构象二取代环己烷存在顺、反位置上的差异，需要具体分析。（二）环己烷的构象3.取代环己烷的构象分析有机化学（第9版）四、构象二取代取代环己烷的构象顺-1,2-二甲基环己烷ee（优势构象）反-1,2-二甲基环己烷较大基团位于e键（优势构象）顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷（二）环己烷的构象