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本课件围绕脂肪烃和脂环烃展开，先讲烷烃、烯烃、炔烃的通式与构造异构，再系统介绍普通与系统命名法、次序规则及烯炔命名，随后分析烯烃炔烃结构、共轭体系与顺反异构，并深入讨论乙烷、丁烷、环己烷的构象与脂肪烃的物理性质。
双键和叁键称为不饱和键，烯烃和炔烃属于不饱和烃。
正丁烷：b.p. －0.5 ℃，m.p. －138.3 ℃；异丁烷：b.p. －11.7 ℃，m.p. －159.4 ℃。
碳架异构体、官能团位置异构都属于构造异构。
| 碳原子数 | 分子式 | 名称 | 可能异构体数目 |
|---|---|---|---|
| 4 | C4H10 | 丁烷 | 2 |
| 8 | C8H18 | 辛烷 | 18 |
| 30 | C30H62 | 三十烷 | 4.111×109 |
原文三十烷异构体数记为「4111×109」，缺指数与小数点，按标准值订正为 4.111×109。
紫杉醇：(2S,5R,6R)-3,3-二甲基-6-[(R)-(－)-2-氨基-2-(4-羟基苯基)乙酰氨基]-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚烷-2-甲酸三水合物。
烷烃中去掉两个氢原子后剩余的基团称为亚基；从不同碳原子上去氢时，应标明去掉氢原子的位置。
第一步选择主链：选择最长的连续碳链作为母体结构，称为某烷，支链作为取代基（烷基）；最长碳链不止一条时，选择带取代基最多的一条为主链，命名时将烷基写在母体名称之前，称为某基某烷。
第二步给定编号：烷基位置不同会引起异构，必须对母体碳链编号，用阿拉伯数字指明烷基所连碳原子，编号以离取代基最近的一端为 1。
示例位次和比较：3＋5＝8 与 4＋6＝10，取较小的一组。
第三步正确书写：相同烷基用中文数字表示数目，阿拉伯数字指明位置；位次数字间用逗号分开，数字与汉字之间用半字线「-」分开；不同烷基按次序规则由小到大排列（IUPAC 中按首字母顺序）。
示例：2,4-二甲基-3-乙基戊烷。
示例：—CH2Cl 为 —C(Cl、H、H)，—CHF2 为 —C(F、F、H)，Cl＞F，故 —CH2Cl＞—CHF2。
含有双键或叁键的基团，可认为连有两个或三个相同的原子，据此参与次序比较。
主链上连有不同取代基且距两端距离相同时，按次序规则排序，使较优基团编号为大。
选主链与编号口诀：最长、最多、最小。
第一步选择主链：选择包含碳碳双键在内的最长碳链为主链，按主链碳原子数命名为某烯；碳原子数超过 10 个时，在「烯」字前加一「碳」字。
示例：3-十三碳烯、4-甲基-2-戊烯。
第二步给定编号：使双键位次尽可能小，以双键两个碳原子中编号较小的数字表示双键位次，写在烯烃名称之前并用半字线隔开；双键在末端时可不标位次；双键恰在主链中央时，从靠近取代基的一端开始编号。
第三步正确书写：取代基命名与烷烃相同，将其位次、数目、名称分别写在烯烃名称之前。
示例：5-甲基-4-乙基-2-己烯。
第一步选择主链：选择包含碳碳叁键在内的最长碳链为主链，按主链碳原子数命名为某炔。
示例：4-乙基-2-己炔。
第二步给定编号：使叁键位次尽可能小。第三步正确书写：取代基的位次、数目、名称写在炔烃名称之前。
示例：3-丙基-1,4-己二炔。
示例：3-戊烯-1-炔、3-乙基-1-庚烯-5-炔。
烷烃的结构：甲烷分子中碳原子为 sp3 杂化。
烷烃分子中的碳原子以 sp3 杂化轨道与别的原子形成 σ 键，具有四面体结构；各碳原子键角接近 109.5°，碳链不排布在一条直线上而是曲折排布于空间，两个碳原子可以相对旋转，形成不同的空间排布。
烯烃分子的双键碳原子为 sp2 杂化，三个 sp2 杂化轨道处于同一平面，彼此夹角 120°，未参加杂化的 p 轨道垂直于该平面，p 轨道侧面重叠形成 π 键。
乙烯分子中所有碳原子和氢原子都分布在一个平面上；烯烃的两个碳原子为 sp2 杂化，碳碳双键由 1 个 σ 键和 1 个 π 键组合而成。
π 键比 σ 键活泼：C＝C 键能 611 kJ·mol-1，C—C 键能 347 kJ·mol-1。形成 π 键的 p 轨道重叠程度比 σ 键小，π 键不如 σ 键牢固。
碳碳双键键长比碳碳单键短：sp2 杂化碳原子的 s 成分比 sp3 杂化碳原子多。
C＝C 键长 0.133 nm，C—C 键长 0.154 nm。
存在立体异构（顺反异构）：π 电子云没有对称轴，C＝C 不能自由旋转；双键碳原子旋转 90° 即导致 π 键断裂。
炔烃的结构特征是分子中含有碳碳叁键的结构单元，为线性分子；三键的两个碳原子为 sp 杂化，叁键由 1 个 σ 键和 2 个 π 键组成。
乙炔分子中的 σ 键：两个 sp 杂化碳原子沿对称轴重叠形成 C—C σ 键，并各与氢形成 C—H σ 键。
乙炔的 π 键：两个未杂化 p 轨道分别侧面重叠，形成围绕 C—C 键轴的圆筒形 π 电子云。
孤立二烯烃：两个双键中间至少隔两个单键，例如 1,4-戊二烯。
1,3-丁二烯所有原子在同一平面上。
| 键型 | 乙炔/nm | 乙烯/nm | 乙烷/nm |
|---|---|---|---|
| C—C 键 | 0.120 | 0.133 | 0.154 |
| C—H 键 | 0.106 | 0.108 | 0.109 |
原文乙烷 C—H 键长缺值，按标准值补 0.109 nm。
1,3-丁二烯中四个碳均为 sp2 杂化，四个 p 轨道垂直于分子平面且彼此平行，可用分子轨道法处理共轭分子结构。
p 轨道重叠形成 π 键（C1—C2 及 C3—C4，以及 C2—C3），四个 p 电子的运动范围扩展到四个碳原子周围，称为 π 电子的离域，形成的键称离域 π 键。
1,3-丁二烯中碳碳双键键长 0.137 nm 比一般烯烃双键 0.134 nm 稍长，碳碳单键 0.147 nm 比一般烷烃单键 0.154 nm 短，即键长平均化。
1,4-戊二烯为孤立二烯烃，不属共轭体系。
π-π 共轭体系可以完全由碳碳 π 键组成，也可以由碳原子和其它原子组成的 π 键组成。
C＝C 为 ＋C 效应，C＝O 为 －C 效应；氰基（CN）、硝基（NO2）具有 －C 效应。
| 化合物 | 氢化热/(kJ·mol-1) |
|---|---|
| 1,3-戊二烯（共轭） | 226 |
| 1,4-戊二烯（孤立） | 254 |
| 离域能（差值） | 28 |
三类别之一：3 个原子共享 4 个 π 电子，为多电子共轭。
3 个原子共享 2 个 π 电子，是缺电子共轭，例如烯丙基正碳离子。
3 个原子共享 3 个 π 电子，是等电子共轭，例如烯丙基自由基。
丙烯的 σ-π 超共轭：超共轭数目越多，化合物的稳定性越强。
三种共轭体系中，π-π 共轭电子离域程度最大，共轭作用最强；p-π 共轭次之；超共轭作用最弱。碳正离子的稳定性随之增强。
顺-2-丁烯与反-2-丁烯互为顺反异构体，顺反异构体属于构型异构的一种。
顺反命名法一般在烯烃名称之前标记构型：两个相同基团处于双键同侧叫顺式，记为「顺-」（cis-）；处于异侧叫反式，记为「反-」（trans-）。
示例：顺-2-戊烯、反-2-戊烯。
当双键碳原子连有 4 个互不相同的原子或基团时，无法确定同侧或异侧的两个基团是否「相同」，难以用顺反标记法确定构型。
（Z）-1-氯-1-溴丙烯与（E）-1-氯-1-溴丙烯：顺反表示法和 Z、E 标记法之间没有必然联系，顺式构型不一定是 Z 构型，反式构型也不一定是 E 构型。
乙烷的两种典型构象：（a）重叠式结构；（b）交叉式结构。
构象用模型表示比较麻烦，在纸面上可用透视式、楔形式和纽曼式（Newman M.S）等形式表示。
乙烷构象的透视式、楔形式与纽曼式三种表示对照。
乙烷分子中各种构象的能量变化：由单键旋转而产生的异构体称构象异构体。
丁烷的构象：以丁烷的 C2—C3 键为基准，C1 和 C4 为取代基，通过 C2—C3 键轴的旋转可以得到无数种构象。
丁烷构象能量变化：全重叠式能量最高，反交叉式能量最低，是丁烷构象异构体中的优势构象。
示例偶极矩：0.35 D、0.32 D、0 D。
分子间引力小则蒸气压高、沸点低；分子间引力大则蒸气压低、沸点高。
瞬间偶极-偶极相互作用力称为色散力；烷烃分子间作用力只有色散力。分子越大色散力越强，正烷烃随碳原子数增加沸点不断升高。
示例 b.p.：－6.5 ℃、3.7 ℃、0.9 ℃。
示例 b.p.：－0.5 ℃、－6.1 ℃、8.1 ℃。
正戊烷 －129.7 ℃、异戊烷 －159.9 ℃、新戊烷 －16.8 ℃。
正烷烃的熔点随碳数增加呈升高趋势；相同碳数的同分异构体中，对称性好的异构体熔点相对高些。
脂环烃是一类环状化合物，性质类似脂肪烃。饱和的称环烷烃，含双键的称环烯烃，含叁键的称环炔烃。
示例：甲基环戊烷、环己烯、环辛炔。
示例：1,3-二甲基环己烷、1-甲基-4-乙基环己烷、3-甲基环己烯。
两个取代基在环的同侧称为顺式构型，在环的两侧称为反式构型。
当链烃结构比较复杂时，命名时可将环看成取代基。
示例：2-甲基-3-环己基丁烷、4-环丙基-2-戊烯。
示例：5-甲基螺[2.4]庚烷。
环上同时有取代基和不饱和键时，首先满足不饱和键位次最小，将不饱和键位次放在「某烃」中间，用短线隔开。
示例：6-甲基螺[4.4]壬-1-烯（不叫 1-甲基螺[4.4]壬-6-烯）。
同时有不饱和键和取代基时，首先满足不饱和键位次为小，并将不饱和键位次写在「某烃」中间，用短线隔开。
示例：7-甲基二环[4.2.1]壬-3-烯。
拜尔（Baeyer A.）于 1885 年提出张力学说：假设成环后所有碳原子在同一平面并形成正多边形，若键角为 109°28′ 则环很稳定；键角偏离则产生向内或向外的扭曲力，称为角张力或拜尔张力。
燃烧热越高说明物质内能越高、稳定性越差。
环己烷椅式构象的球棍模型、透视式与纽曼投影式。
环己烷船式构象的球棍模型、透视式与纽曼投影式。
环己烷的取代衍生物中，最大基团处在 e 键上的构象最稳定：e 键构象＞99.99%，a 键构象约 0.01%。
二取代基及多取代基环己烷中，e 键取代基越多越稳定，而且大基团在 e 键上稳定，此为优势构象。
1-甲基-4-叔丁基环己烷：反式构型主要以 ee 型存在；顺式构型主要以大取代基在 e 键上的构象存在。
环丙烷 C—H 键长 0.109 nm，C—C 键长 0.151 nm，∠HCH 为 115°，∠CCC 为 104°，比正常键角小。
弯曲键不牢固、有角张力、重叠氢原子相互排斥，故环丙烷能量高、稳定性差，易发生开环反应。
环丁烷也以弯曲键形式成键，但弯曲程度比环丙烷小，轨道重叠程度大些，故稳定性虽不高但比环丙烷好，呈蝶式构象。
环戊烷的五个碳原子不都处于同一平面，有四个碳原子在同一平面，另一个碳原子伸向平面外，像开启的信封，称「信封式构象」，这种构象比较稳定。
| 构型 | 沸点/℃ | 燃烧热/(kJ·mol-1) | e 键情况 |
|---|---|---|---|
| 反十氢萘 | 185.4 | 6277 | 2e |
| 顺十氢萘 | 194.6 | 6286 | 1e，1a |
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