第五章--脂环烃优秀PPT.ppt

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1、第五章第五章 脂环烃脂环烃（alicyclic hydrocarbons）本章重点讲解：本章重点讲解：1.1.环烷烃的分类环烷烃的分类-驾驭驾驭2.2.环烷烃的命名环烷烃的命名-驾驭驾驭3.3.环烷烃的化学性质环烷烃的化学性质-了解了解4.4.环烷烃的结构环烷烃的结构-驾驭驾驭5.5.环已烷及其衍生物的构象环已烷及其衍生物的构象-理解理解分子中含有一个或多个碳环（由碳原子首分子中含有一个或多个碳环（由碳原子首尾相连而成的环状结构）尾相连而成的环状结构），性质与开链脂，性质与开链脂肪烃相像的碳氢化合物，是脂环烃。肪烃相像的碳氢化合物，是脂环烃。自然界中的脂环烃较少，但其衍生物则广自然界中的脂环烃

2、较少，但其衍生物则广泛存在，而且与生命有极亲密的关系。如泛存在，而且与生命有极亲密的关系。如:樟脑樟脑常常用用驱驱虫虫剂剂常常用用中中草草药药冰片冰片麝香麝香 n=115.1 5.1 脂环烃的分类脂环烃的分类u 按环上碳原子的饱和程度，可分为：按环上碳原子的饱和程度，可分为：环烷烃环烷烃(通式通式CnH2n)环烯烃环烯烃(通式通式CnH2n-2)环炔烃环炔烃(通式通式CnH2n-4)环戊烷环戊烷环辛炔环辛炔环己烯环己烯脂环烃的构造异构现象比脂肪烃困难。如环烷烃脂环烃的构造异构现象比脂肪烃困难。如环烷烃C5H10的的构造异构体有：构造异构体有：环戊烷环戊烷1,1-1,1-二甲基环丙烷二甲基环丙烷

3、乙基环丙烷乙基环丙烷甲基环丁烷甲基环丁烷1,2-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷u 依据分子中所含碳环的数目，可分为：单环脂环烃：单环脂环烃：二环脂环烃：二环脂环烃：多环脂环烃：多环脂环烃：环己烷环己烷环戊二烯环戊二烯甲基环己烷甲基环己烷十氢化萘十氢化萘降冰片烷降冰片烷螺螺2,42,4庚烷庚烷立方烷立方烷棱烷棱烷篮烷篮烷金刚烷金刚烷5.2 5.2 脂环烃的命名脂环烃的命名、单环烃、单环烃(1)(1)在相应烷烃名称前加在相应烷烃名称前加“环环”字，称为字，称为“环某烷环某烷”；(2)(2)使全部取代基编号尽可能小；使全部取代基编号尽可能小；甲基环戊烷甲基环戊烷1,2-1,2-二甲基环己烷二甲基环

4、己烷1-1-甲基甲基-3-3-乙基环己烷乙基环己烷(3)(3)环烯环烯(或炔或炔)烃编号时，把烃编号时，把1,21,2位留给双位留给双(或三或三)键碳原子键碳原子。4-4-乙基环戊烯乙基环戊烯3,5-3,5-二甲基环己烯二甲基环己烯5-5-甲基环辛炔甲基环辛炔4 4）长链作母体，环作取代基。）长链作母体，环作取代基。5 5）顺、反环烷烃）顺、反环烷烃 受环的限制，受环的限制，键不能自由旋转。环上取代基键不能自由旋转。环上取代基在空间的位置不同，产生在空间的位置不同，产生顺反顺反(几何几何)异构异构。顺顺(cis)(cis)：两个取代基在环同侧；两个取代基在环同侧；反反(trans)(trans

5、)：两个取代基在环异侧。两个取代基在环异侧。顺顺-1,2-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷 反反-1,3-1,3-二甲基环戊烷二甲基环戊烷 CH2-CH2-CH2-CH-CH2 CH32-2-甲基甲基-1-1-环丙基环丙基-5-5-环戊基戊烷环戊基戊烷、双环烃、双环烃 指分子碳架中含有两个碳环的烃。它又分为：指分子碳架中含有两个碳环的烃。它又分为：联环烃联环烃 螺环烃螺环烃(螺烃螺烃)桥环烃桥环烃(桥烃桥烃)联二环己烷联二环己烷螺螺4.44.4壬烷壬烷二环二环4.4.04.4.0癸烷癸烷(十氢化萘十氢化萘)二环二环2.2.12.2.1庚烷庚烷(降冰片烷降冰片烷)(1)桥环烷烃桥环烷烃桥头碳原子

6、：桥头碳原子：两环共用的碳原子。两环共用的碳原子。桥：桥：两个桥头碳原子之间的碳链或两个桥头碳原子之间的碳链或一个键。一个键。二环二环 3.2.1 3.2.1 辛烷辛烷 共用两个或两个以上碳共用两个或两个以上碳原子的多环化合物。原子的多环化合物。2,7,7-2,7,7-三甲基二环三甲基二环2.2.1 2.2.1 庚烷庚烷5,7,7-5,7,7-三甲基二环三甲基二环2.2.1-2-2.2.1-2-庚烯庚烯二环桥环烷烃命名时，按成环碳原子数称为二环二环桥环烷烃命名时，按成环碳原子数称为二环“某烷某烷”；从桥头碳开始编，先编大桥后编小桥，使（官能团）双键或取代基从桥头碳开始编，先编大桥后编小桥，使（

7、官能团）双键或取代基位次最小。位次最小。将各桥碳原子数由将各桥碳原子数由大到小大到小用数字表示，用下角圆点分开放在方括号用数字表示，用下角圆点分开放在方括号中，将括号放在中，将括号放在“二环二环”和和“某烷某烷”中间；中间；将环上取代基位次和名称放在将环上取代基位次和名称放在“二环二环”之前。之前。命名规则：命名规则：练习：练习：3,7,7-3,7,7-三甲基二环三甲基二环4.1.04.1.0庚烷庚烷2,8-2,8-二甲基二甲基-1-1-乙基二环乙基二环3.2.1 3.2.1 辛烷辛烷 123415678(2)螺环烷烃螺环烷烃螺螺2.42.4庚烷庚烷 螺原子：螺原子：两个碳环共用的碳原子。两个

8、碳环共用的碳原子。5-5-甲基螺甲基螺3.43.4辛烷辛烷螺螺5.55.5十一烷十一烷单环之间共用一个碳原子的多环烃。单环之间共用一个碳原子的多环烃。u 二环螺环烃命名时以二环螺环烃命名时以“螺螺”为词头为词头,称称“螺某烷螺某烷”；u将各环除螺原子以外的碳原子数由将各环除螺原子以外的碳原子数由小环到大环小环到大环用数字表示，用圆点分用数字表示，用圆点分开放在方括号中，括号放在开放在方括号中，括号放在“螺螺”和和“某烷某烷”中间；中间；u编号从较小环与螺原子相邻的碳开始，沿小环经螺原子到较大的环，编号从较小环与螺原子相邻的碳开始，沿小环经螺原子到较大的环，使取代基位次最小使取代基位次最小；命名

9、规则：命名规则：1,6-1,6-二甲基螺二甲基螺3.53.5壬烷壬烷1,5-1,5-二甲基螺二甲基螺3.4-6-3.4-6-辛烯辛烯练习：练习：写写出出3-甲甲基基二二环环4.2.0 辛辛烷烷的的结构结构练习：练习：5.3 5.3 环烷烃化学性质环烷烃化学性质(1)取代反应取代反应(2)加成反应加成反应a.a.加氢加氢小环易发生加成反应。小环易发生加成反应。取代反应一般在五、六元环上易发生。取代反应一般在五、六元环上易发生。b.b.加卤素加卤素不能用溴褪色的不能用溴褪色的方法来区分环烷方法来区分环烷烃与烯烃！烃与烯烃！1,4-1,4-二溴丁烷二溴丁烷1,3-1,3-二溴丙烷二溴丙烷c.c.加卤

10、化氢加卤化氢取代环丙烷加成取代环丙烷加成符合马氏规则！符合马氏规则！不对称环丙烷加不对称环丙烷加 HX HX 的规律：的规律：.开环位置：在含氢最多与含氢最少的两个碳之间。开环位置：在含氢最多与含氢最少的两个碳之间。.氢加在含氢较多的碳原子上。氢加在含氢较多的碳原子上。HBr（主）（主）5.4 5.4 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 为什么小环化合物简洁开环并且三元环比四元环更简洁开环，而五元环、六元环相对稳定？1.1.拜尔张力学说拜尔张力学说（18851885年）年）.形成环的碳原子都在同一平面上，并排成正多边形形成环的碳原子都在同一平面上，并排成正多边形。.正常正常C-CC-C键

11、之间夹角为键之间夹角为109.5109.5，环中，环中C-CC-C键之间夹角为了键之间夹角为了保持保持109.5109.5，环中的键角要扩张或压缩，从而产生张力。，环中的键角要扩张或压缩，从而产生张力。.键角变形程度越大，张力越大。键角变形程度越大，张力越大。.张力使环的稳定性降低，张力越大，环的反应性越大。张力使环的稳定性降低，张力越大，环的反应性越大。要点：要点：例：例：由上面计算可知：由上面计算可知：a.a.环戊烷、环己烷偏转角度最小，也最稳定。环戊烷、环己烷偏转角度最小，也最稳定。6090108120(109 28-60(109 28-60)24 24 4444(109 28-90(1

12、09 28-90)9 9 4444(109 28-108(109 28-108)0 0 4444(109 28-120(109 28-120)-5-5 1616环内键之间的夹角环内键之间的夹角偏转角度偏转角度b.b.环丙烷的键角偏转大于环丁烷，因此环丙烷反应活性大于环丙烷的键角偏转大于环丁烷，因此环丙烷反应活性大于 环丁烷。环丁烷。拜尔张力学说的不足之处：拜尔张力学说的不足之处：由拜尔张力学说，比六元环大的环都有偏转角，并且环越大，由拜尔张力学说，比六元环大的环都有偏转角，并且环越大，偏转角越大，张力越大，这一推论不正确。这是由于张力学偏转角越大，张力越大，这一推论不正确。这是由于张力学说前提

13、不合理，即环中碳原子在同一平面内不合理。说前提不合理，即环中碳原子在同一平面内不合理。拜尔张力学说适用于三元、四元小环中。拜尔张力学说适用于三元、四元小环中。2.2.燃烧热和环烷烃的稳定性燃烧热和环烷烃的稳定性燃烧热燃烧热纯粹的化合物完全燃烧所放出的热量。纯粹的化合物完全燃烧所放出的热量。化合物的燃烧热越大，化合物越不稳定。化合物的燃烧热越大，化合物越不稳定。环己烷（六元环）最稳定，其次是环戊烷（五元环）；环己烷（六元环）最稳定，其次是环戊烷（五元环）；大环都是稳定的；小环中的环丙烷最不稳定，其次是环丁烷。大环都是稳定的；小环中的环丙烷最不稳定，其次是环丁烷。5.5 5.5 环己烷及其衍生物的

14、构象环己烷及其衍生物的构象1.1.环己烷的构象：环己烷的构象：环己烷的六个成环碳原子不共平面，环己烷的六个成环碳原子不共平面，C CC CC C键键角为角为109.5109.5，是无张力环。环己烷有，是无张力环。环己烷有椅型和船型椅型和船型两种极限构象：两种极限构象：椅型构象和船型构象可以相互转变。船型环己烷比椅型椅型构象和船型构象可以相互转变。船型环己烷比椅型能量高能量高30kJmol-130kJmol-1，常温下平衡体系主要以稳定的椅型，常温下平衡体系主要以稳定的椅型构象存在。构象存在。船型分子中船型分子中存在扭转张存在扭转张力和氢原子力和氢原子之间的非键之间的非键张力。张力。环己烷中的碳

15、氢键可分为两种类型，每个碳原子上环己烷中的碳氢键可分为两种类型，每个碳原子上有一个有一个a a键和一个键和一个e e键，在环中上下交替排列。键，在环中上下交替排列。环己烷由一种椅型构象翻转为另一种椅型构象时，环己烷由一种椅型构象翻转为另一种椅型构象时，原来的原来的a a键都变为键都变为e e键，原来的键，原来的e e键都变为键都变为a a键。键。a a键：键：直立键直立键(竖键竖键)e e键：键：平伏键平伏键(横键横键)构构象象翻翻转转2.2.取代环己烷的构象取代环己烷的构象1 1）一取代环己烷的构象：）一取代环己烷的构象：一取代环己烷的取代基在一取代环己烷的取代基在e e键上的构象占键上的构

16、象占优势。取代基越大，这种优势越明显。优势。取代基越大，这种优势越明显。R=CH3时，时，95%处于处于e键；键；R=(CH3)3时，时，99.9%处于处于 e键键优势构象优势构象2）二取代环己烷的构象：）二取代环己烷的构象：HHCH3CH3HHCH3CH3HHeeaa反反-1,2-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷(优势构象优势构象)Heaae顺顺-1,2-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷HCH3CH3HCH3CH3HH试验测定试验测定,反式异构体比顺式异构体稳定反式异构体比顺式异构体稳定7.8kJmol-17.8kJmol-1。CH3C(CH3)3大基团在大基团在e e键键 (优势构象优势构

17、象)顺顺-1-1-甲基甲基-4-4-叔丁基环己烷叔丁基环己烷CH3(CH3)3C取代环己烷的优势构象为取代环己烷的优势构象为：(1)e(1)e键取代基最多的构象。键取代基最多的构象。(2)(2)有不同取代基时，大基团处于有不同取代基时，大基团处于e e键的构象。键的构象。练习：练习：1、写出、写出最稳定构象。最稳定构象。2、写出、写出最稳定构象。最稳定构象。3、写出、写出最稳定构象。最稳定构象。本本 章章 要要 点点THE END1.脂环烃的命名脂环烃的命名 单脂环烃单脂环烃:环某烷环某烷/烯烯/炔炔;环某基某烃环某基某烃桥环烃桥环烃:二环二环 x.y.z 某烷某烷/烯烯(xyz)螺环烃螺环烃:螺螺x.y某烷某烷/烯烯”(x y)2.环烷烃的结构和稳定性环烷烃的结构和稳定性三元环三元环 四元环四元环 五元环五元环六元环的脂环烃六元环的脂环烃3.环烷烃的性质环烷烃的性质 取代取代;加成加成(加加H2、X2、HCl等等)4.环己烷的构象异构环己烷的构象异构 船式、椅式船式、椅式优势构象优势构象:e键取代基最多的构象键取代基最多的构象;大基团处于大基团处于e键的构象。键的构象。