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1、烃烃烃烃:是有机物中最简单的一种，它是有机物中最简单的一种，它是有机物中最简单的一种，它是有机物中最简单的一种，它只含有只含有只含有只含有C C、HH两种两种两种两种 元素元素元素元素，这类化合物统称碳氢化合物，简称烃，这类化合物统称碳氢化合物，简称烃，这类化合物统称碳氢化合物，简称烃，这类化合物统称碳氢化合物，简称烃第二章第二章 烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃121 烷烃的结构现代物理方法测定现代物理方法测定:1)甲烷的分子为正四面体结构。(C中心，H顶点)2)甲烷中的四个C-H键完全相同。(键角10928，键长为0.110nm)2.1 2.1 烷烃的分子结构烷烃的分子结构(甲烷)2 1.碳原子的

2、碳原子的sp3杂化轨道杂化轨道杂化杂化SP3跃迁跃迁2S2Py2Px2PZ2S2P1SESP3 杂化轨道含杂化轨道含1/4 S 轨道轨道3/4 P 轨道轨道近代价键理论近代价键理论基基 态态3形状为葫芦状，一头大，一头小。形状为葫芦状，一头大，一头小。能量介于能量介于s和和p轨道之间轨道之间 四个四个sp3杂化轨道以杂化轨道以C原子原子 核为中心，分别指向正四面体核为中心，分别指向正四面体的四个顶点。每一个的四个顶点。每一个sp3杂化轨杂化轨道拥有一个单电子。道拥有一个单电子。2.sp3杂化轨道的特点：杂化轨道的特点：方向性：方向性：1个个SP3杂化轨道形状杂化轨道形状4个个SP3杂化轨道杂化

3、轨道4 甲烷的形成示意图甲烷的形成示意图键键两个原子轨道沿键轴方向重叠形成的共价键叫两个原子轨道沿键轴方向重叠形成的共价键叫键；键；形成形成键的电子叫键的电子叫电子电子51)键重叠程度大，键能较大，较牢固。键重叠程度大，键能较大，较牢固。3.键的特点：键的特点：2)键可沿键轴做自由旋转，而不破坏共价键键可沿键轴做自由旋转，而不破坏共价键6乙烷：乙烷：乙烷的结构乙烷的结构键键6个个C-H 键，键长：键，键长：0.110 nm1个个C-C 键，键长：键，键长：0.153 nm4.乙烷和其它烷烃的结构乙烷和其它烷烃的结构7sp3杂化杂化键角接近键角接近 109.5折线型折线型82.2 2.2 烷烃的

4、通式和同分异构烷烃的通式和同分异构分子式相同，结构式不同的化合物，彼此分子式相同，结构式不同的化合物，彼此称为称为同分异构体同分异构体。2、同分异构体同分异构体系列差系列差CHCH2 2，互为互为同系物同系物。1、通式：、通式：CnH2n+29这种异构现象是由于分子中原子间相互连接的顺这种异构现象是由于分子中原子间相互连接的顺这种异构现象是由于分子中原子间相互连接的顺这种异构现象是由于分子中原子间相互连接的顺序不同引起的，所以也叫序不同引起的，所以也叫序不同引起的，所以也叫序不同引起的，所以也叫构造异构构造异构构造异构构造异构。而这种构造异构。而这种构造异构。而这种构造异构。而这种构造异构是由

5、于碳骨架不同引起的，所以又叫是由于碳骨架不同引起的，所以又叫是由于碳骨架不同引起的，所以又叫是由于碳骨架不同引起的，所以又叫碳架异构碳架异构碳架异构碳架异构。正丁烷正丁烷正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷异丁烷异丁烷随着碳原子数的增加，随着碳原子数的增加，构造异构体的数目显著构造异构体的数目显著构造异构体的数目显著构造异构体的数目显著增加增加。b.p.-0.5C -11.7 C m.p.-138.3C -159.4 C 10烷烃构造异构体的数目烷烃构造异构体的数目同分异构现象是造成有机化合物数量庞大的原因之一同分异构现象是造成有机化合物数量庞大的原因之一同分异构现象是造成有机化合物数量庞大的原因之一同分

6、异构现象是造成有机化合物数量庞大的原因之一112.3 烷烃的命名烷烃的命名（1）烷基的概念）烷基的概念 （甲）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢（甲）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子原子12（乙）常见烷基乙）常见烷基 正丁基正丁基 异丁基异丁基 仲丁基仲丁基 叔丁基叔丁基13(2)习惯命名法（普通法）习惯命名法（普通法）直链烷烃叫做正直链烷烃叫做正直链烷烃叫做正直链烷烃叫做正“烷烷烷烷”，C10C10及及及及C10C10以下用以下用以下用以下用“天干天干天干天干”表示（表示（表示（表示（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸甲、乙、丙、丁、戊、己、庚

7、、辛、壬、癸甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸），），），），C C1010以上用中文以上用中文以上用中文以上用中文“十一、十二十一、十二十一、十二十一、十二”表示。表示。表示。表示。例：例：例：例：C4H10 C10H22 C11H24 C20H42丁烷丁烷癸烷癸烷十一烷十一烷二十烷二十烷14带支链的烷烃则叫做带支链的烷烃则叫做“异异”某烷某烷或或“新新”某烷某烷。普通命名法只适用于普通命名法只适用于 比较简单的烷烃。比较简单的烷烃。“异异”表示末端具有表示末端具有（CH3)2CH-结构的异构体结构的异构体“新新”表示末端具有表示末端具有(CH3)3C-结构的异构体。结构的异构体。15(

8、3)系统命名法系统命名法(IUPAC)A：直链烷烃按照分子中的碳原子数目命名为直链烷烃按照分子中的碳原子数目命名为 “某烷某烷”。B：支链烷烃可看作直链烷烃的烃基衍生物支链烷烃可看作直链烷烃的烃基衍生物.166 5 4 3 2 1 3-甲基己烷甲基己烷（2）编编号号：从从靠靠近近支支链链（取取代代基基）的的一一端端对对主主链链进进行编号，根据支链所连碳原子的编号表示支链的位次。行编号，根据支链所连碳原子的编号表示支链的位次。（3）命名）命名：将支链的位次、个数、名称写在主体名称的前面，将支链的位次、个数、名称写在主体名称的前面，中间用短线隔开。中间用短线隔开。（1）选主链：选择最长的碳链作主链

9、，按主链的碳）选主链：选择最长的碳链作主链，按主链的碳原子数命名为原子数命名为“某烷某烷”。命名规则为：命名规则为：17（4）若有多个不同的取代基）若有多个不同的取代基:简单在前，复杂在后，简单在前，复杂在后，相同基团用数字相同基团用数字“二、三、四二、三、四 ”表示基团的个数，表示基团的个数，并注明各基团的位次。并注明各基团的位次。6（5）如有两等长的最长碳链可供选择）如有两等长的最长碳链可供选择:则选连有则选连有支链最多的作为主链支链最多的作为主链2,6-二甲基二甲基-4-乙基壬烷乙基壬烷 2,5-二甲基二甲基-3,4-二乙基己烷二乙基己烷18（6）当对主链以不同方向编号，得到两种或两种以

10、当对主链以不同方向编号，得到两种或两种以上的编号时，须遵循上的编号时，须遵循“最低系列原则最低系列原则”。如如处于对称位置，优先考虑较简单的取代基。处于对称位置，优先考虑较简单的取代基。3-甲基甲基-5-乙基庚烷乙基庚烷 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 72,6,8-三甲基癸烷三甲基癸烷19 二、二、环烷烃环烷烃 饱和脂环烃，分子通式为：饱和脂环烃，分子通式为：CnH2n 环环烷烷烃烃小环（含小环（含34个碳原子）个碳原子）中环（含中环（含57个碳原子）个碳原子）大环（含大环（含12个碳原子以上）个碳原子以上）普通环（

11、含普通环（含812个碳原子）个碳原子）桥环桥环 螺环螺环 2.8 环烷烃的分类和命名环烷烃的分类和命名单环单环1、分类：、分类：202、环烷烃的命名、环烷烃的命名 1）单环）单环：根据成环碳原子数称为根据成环碳原子数称为“环某烷环某烷”，若环上有支，若环上有支链作为取代基，应对母体环编号，并尽可能使取代基链作为取代基，应对母体环编号，并尽可能使取代基的位次最小的位次最小。1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷 1，3-二甲基环戊烷二甲基环戊烷21CH3HCH3H 有两个取代基时，在有两个取代基时，在环同面称为顺式环同面称为顺式(cis)，在环的在环的异面称为反式异面称为反式(trans)。CH

12、3HHCH3顺顺-1,3-二甲基环丁烷二甲基环丁烷反反-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 在脂环烃中，由于环中碳原子互相连接，不能自由扭在脂环烃中，由于环中碳原子互相连接，不能自由扭转，导致其构型的不同，并由此产生了转，导致其构型的不同，并由此产生了顺反异构体顺反异构体。222-甲基甲基-5-乙基双环乙基双环2.2.2辛辛烷烷14567328 通过共用两个或两个以上碳原子连接的多环化合物。通过共用两个或两个以上碳原子连接的多环化合物。按照按照“桥头碳桥头碳1长桥长桥桥头碳桥头碳2中桥中桥小桥小桥”的的顺序进行编号，并尽可能使不饱和键（或官能团）或顺序进行编号，并尽可能使不饱和键（或官能团）或取

13、代基的位次最小。取代基的位次最小。7,7-二甲基双环二甲基双环4.1.0庚烷庚烷2）桥环：）桥环：232,8,8-三甲基双环三甲基双环3.2.1辛烷辛烷145673282-甲基双环甲基双环2.2.1-2-庚庚烯烯1456732243）螺环：螺环：2-甲基螺甲基螺4.5-6-癸烯癸烯 通过共用一个碳原子的双环化合物，共用碳原子通过共用一个碳原子的双环化合物，共用碳原子称为称为螺碳原子螺碳原子。按照按照“小环小环螺原子螺原子大环大环”的顺序编号，并使的顺序编号，并使不饱和键或取代基的位次尽可能小。不饱和键或取代基的位次尽可能小。5-甲基螺甲基螺3.4辛烷辛烷252.4 2.4 烷烃的构象分析：烷烃

14、的构象分析：一个分子沿单键旋转形成分子中各原子一个分子沿单键旋转形成分子中各原子在空间的不同排列方式称为构象，这些不同在空间的不同排列方式称为构象，这些不同的排列称为构象异构体。的排列称为构象异构体。换言之，所谓构象换言之，所谓构象(conformation)就是就是键键自由旋自由旋转转而而产产生的无数空生的无数空间间形象形象26（1）乙烷的构象）乙烷的构象两种极限构象两种极限构象重重叠叠式式交交叉叉式式楔形式楔形式透视式（锯架式）透视式（锯架式）纽曼（纽曼（newman）投影式投影式27交交叉叉式式构构象象最最稳稳定定，重重叠叠式式构构象象最最不不稳稳定定28 （2）丁烷的构象丁烷的构象全重

15、叠式全重叠式CH3H3CHHHH邻位交叉式邻位交叉式HHHHCH3CH3转转60部分重叠式部分重叠式CH3H3CHHHH转转60对位交叉式对位交叉式HHHHCH3CH3转转60绕绕 C2-C3 旋转旋转29稳定性：稳定性：反式交叉式反式交叉式部分交叉式部分交叉式部分重叠式部分重叠式重叠式重叠式30扭转张力：扭转张力：重叠式与交叉式构象之间的能量差，可重叠式与交叉式构象之间的能量差，可以看作是由于碳氢键之间的相互排斥产生一以看作是由于碳氢键之间的相互排斥产生一个扭转张力，能量高而不稳定。个扭转张力，能量高而不稳定。注：注：各构象转动能垒较低，可迅速互变，某一构象各构象转动能垒较低，可迅速互变，某

16、一构象停留的时间很短（停留的时间很短（仲氢仲氢伯氢伯氢 4）卤素的反应活性）卤素的反应活性:氟氟 氯氯 溴溴 碘碘48反应物转变为产物所经过的途径或过程叫做反应物转变为产物所经过的途径或过程叫做反应历程反应历程或或反应机理反应机理（reaction mechanism)2）烷烃氯代反应机理（自由基型取代反应）烷烃氯代反应机理（自由基型取代反应）通过通过反应历程反应历程可以告诉我们：可以告诉我们：反应分几步进行；反应分几步进行；反应的中心在哪里；反应的中心在哪里；分子内部如何调整分子内部如何调整（包括键的变形、电（包括键的变形、电子云分布情况、键的断裂与形成等）子云分布情况、键的断裂与形成等）4

17、9自由基反应自由基反应：链引发阶段；链增长阶段；链终止阶段链引发阶段；链增长阶段；链终止阶段 1、链的引发：、链的引发：2、链的增长（传递）：、链的增长（传递）：3、链的终止：、链的终止：Cl:Cl 2 Cl H=242.5kJ/molh.进而生成进而生成CHCl3、CCl4等等Cl +CH4 HCl +CH3CH3 +Cl2 CH3Cl +Cl Cl +CH3Cl HCl +CH2ClCH2Cl +Cl2 CH2Cl2 +Cl Cl +CH2Cl2 HCl +CHCl2Cl +Cl Cl2 CH3 +Cl CH3Cl CH3 +CH3 CH3-CH3链锁反应或链锁反应或自由基反应自由基反应5

18、0一般烷烃的卤代反应历程一般烷烃的卤代反应历程一般烷烃的卤代反应历程一般烷烃的卤代反应历程:链引发链引发链增长链增长链终止链终止51丙烷的氯化反应：丙烷的氯化反应：仲氢与伯氢活性之比为：仲氢与伯氢活性之比为：3)卤化反应的取向卤化反应的取向52异丁烷的一元氯化反应：异丁烷的一元氯化反应：叔氢与伯氢活性之比为：叔氢与伯氢活性之比为：氢原子被卤化的次序（由易到难）为：氢原子被卤化的次序（由易到难）为：3H 2H 1H 1H？53(A)各类各类CHCH键的离解能：键的离解能：4 4）卤代反应取向的理论解释）卤代反应取向的理论解释自由基的稳定性：自由基的稳定性：54因此，自由基形成的难易应为：因此，自

19、由基形成的难易应为：容易形成的自由基，一定是稳定的自由基。容易形成的自由基，一定是稳定的自由基。自由基的稳定性顺序为：自由基的稳定性顺序为：55(B)自由基稳定性的理论解释自由基稳定性的理论解释 ，p-超共轭效应超共轭效应游离基的结构：游离基的结构：甲基游离基甲基游离基（CH3 ）C HHH碳原子碳原子为为SP2 杂化，杂化，为为平面型平面型。，p-超共轭效应超共轭效应的大小与参与共轭的的大小与参与共轭的CH键数目有关键数目有关。565)5)卤素反应活性及选择性卤素反应活性及选择性卤素反应活性及选择性卤素反应活性及选择性 反应物与产物之间的能量差，叫反应物与产物之间的能量差，叫反应热反应热（h

20、eat of reaction）用）用H表示表示。键离解能键离解能 kJmol-1 435 243 349 431 H=435+243-349-431=-102（kJmol-1）如如甲烷氯代反应过程的能量变化甲烷氯代反应过程的能量变化甲烷氯代反应过程的能量变化甲烷氯代反应过程的能量变化 焓变焓变焓变焓变 ：HCl2 Br2 I2H=-427（kJmol-1）H=-34（kJmol-1）H=+5.5（kJmol-1）58 其中以氯代、溴代反应用途较广。其中以氯代、溴代反应用途较广。氯代反应活泼，氯代反应活泼，故选择性差；溴代反应活性适中，选择性强故选择性差；溴代反应活性适中，选择性强。例如：。例

21、如：59过渡态与反应物之间的能量差是形成过渡态所必需的最低能过渡态与反应物之间的能量差是形成过渡态所必需的最低能量，也是使这个反应能够进行所需要的最低能量，叫做量，也是使这个反应能够进行所需要的最低能量，叫做活化活化能能，用，用E活化活化表示。表示。6）过渡态和活化能）过渡态和活化能反应物反应物 过渡态过渡态 产物产物E60E活化=16 kJmol-1E活化=4 kJmol-1H=4kJmol-1H=-106kJmol-161 E:反应物反应物过渡态，由实验测得。过渡态，由实验测得。注意，活化能（注意，活化能（E）与反应热（与反应热（H）之间没有直接联系之间没有直接联系,决定反应速率的是决定反

22、应速率的是活化能活化能（E0）。H:反应物反应物生成物，由反应中生成物，由反应中键能键能的改变的改变近似地计算得。近似地计算得。62632、氧化反应、氧化反应 烷烃在空气中燃烧生成CO2和H2O,并放出大量的热.有机反应中，分子中加入氧或脱去氢的反应叫氧化。相应的分子中加氢去氧的反应叫还原。1.完全氧化完全氧化完全氧化完全氧化2.2.部分氧化部分氧化部分氧化部分氧化 控制适当的条件，用特殊的催化剂，则可将烷烃部分氧化成醇、醛或羧酸等一系列含氧化合物。64 烷烃是易燃易爆物质，烷烃的蒸气与空气混合达到一定比例，遇到明火就会发生爆炸，这一比例范围就称为该化合物的爆炸极限。甲烷的爆炸极限为甲烷的爆炸

23、极限为5.314。注注注注:在煤矿中，CH4（瓦斯、瓦斯气）积累到一定量遇明火或达到足够的温度就发生剧烈的爆炸引起事故。652.7 2.7 烷烃的天然来源烷烃的天然来源 （自学）（自学）烷烃的来源烷烃的来源石油石油和和天然气天然气 石油的主要成分是各种烃类石油的主要成分是各种烃类(烷烃、环烷烃和烷烃、环烷烃和芳香烃等芳香烃等)的复杂混合物的复杂混合物 天然气的主要成分为低级烷烃（天然气的主要成分为低级烷烃（75甲烷，甲烷，15乙烷，乙烷，5丙烷，丙烷，5%其它较高级的烷烃）的混其它较高级的烷烃）的混合物。合物。662.10 环烷烃的化学性质环烷烃的化学性质 1、取代反应：、取代反应：(自由基型

24、反应自由基型反应)在光或热的引发下，环烷烃可发生卤代反应。在光或热的引发下，环烷烃可发生卤代反应。672、加成反应、加成反应：（小环环烷烃特征反应小环环烷烃特征反应）1）催化加氢催化加氢68 环丙烷可使溴的四氯化碳溶液褪色；环丁烷在室环丙烷可使溴的四氯化碳溶液褪色；环丁烷在室温下与卤素的加成反应较困难，环戊烷以上的烷烃一温下与卤素的加成反应较困难，环戊烷以上的烷烃一般不能使溴的四氯化碳溶液褪色。般不能使溴的四氯化碳溶液褪色。可以鉴别可以鉴别小环环烷小环环烷烃和开链烷烃。烃和开链烷烃。2）加卤素加卤素69环戊烷、环己烷则不能与卤素发生开环加成，只环戊烷、环己烷则不能与卤素发生开环加成，只与卤素发

25、生取代反应。与卤素发生取代反应。70 环的断裂发生在取代基最多和取代基最少的碳环的断裂发生在取代基最多和取代基最少的碳原子之间。加成取向符合马氏规则，即：原子之间。加成取向符合马氏规则，即：氢加到含氢加到含氢多的碳原子上，卤素加到含氢少的碳原子上氢多的碳原子上，卤素加到含氢少的碳原子上。3）加卤化氢加卤化氢713、氧化反应：、氧化反应：在常温下，环烷烃一般不能被氧化剂及空气中的氧在常温下，环烷烃一般不能被氧化剂及空气中的氧化。不使化。不使KMnO4的水溶液褪色。的水溶液褪色。利用此性质可以区别利用此性质可以区别烯、炔和环烷烃。烯、炔和环烷烃。721）熟练掌握烷烃的结构，）熟练掌握烷烃的结构，sp3杂化和杂化和键的特点键的特点2）熟练掌握烷烃的系统命名法；）熟练掌握烷烃的系统命名法；3）了解烷烃的物理性质）了解烷烃的物理性质 如：状态、熔沸点的变化如：状态、熔沸点的变化 规律等。规律等。4）掌握烷烃的化学性质，能够理解烷烃的卤代反应）掌握烷烃的化学性质，能够理解烷烃的卤代反应 历程（自由基反应历程）。历程（自由基反应历程）。5）了解解反应热、过渡态、活化能的概念。了解解反应热、过渡态、活化能的概念。6）掌握环烷烃的结构与稳定性，会写取代环己烷的）掌握环烷烃的结构与稳定性，会写取代环己烷的 稳定构象稳定构象总结总结7）环丙烷的开环反应）环丙烷的开环反应7374