第二章 饱和烃(II 环烷烃)(精品).ppt

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1、第二章第二章第二章第二章 饱和烃饱和烃饱和烃饱和烃任祥忠任祥忠深圳大学化学与化工学院深圳大学化学与化工学院（环烷烃）（环烷烃）环烷烃环烷烃(cycloalkane)：由饱和碳原子相互连接形成的一类碳环化合由饱和碳原子相互连接形成的一类碳环化合物物。单环烷烃通式单环烷烃通式：CnH2n 一一.分类与命名分类与命名（一）分类（一）分类环烷烃分类环烷烃分类根据成环根据成环碳原子数碳原子数小环小环（三、四员环），（三、四员环），常见环常见环（五、六员环）（五、六员环）中环中环（七（七十一员环），十一员环），大环大环（十二及以上环）（十二及以上环）根据所含根据所含环的数目环的数目单环：单环：环丙烷、环己

2、烷等环丙烷、环己烷等双环及多环：双环及多环：螺环、桥环螺环、桥环（二）命名（二）命名（1）单环烷烃的命名）单环烷烃的命名 根据成环碳原子总数，称为根据成环碳原子总数，称为“环某烷环某烷”；环上有取代基时，给取代；环上有取代基时，给取代基的位次尽量小。基的位次尽量小。环丙烷环丙烷环丁烷环丁烷环戊烷环戊烷1-甲基甲基-2-乙基乙基-6-异丙基环己烷异丙基环己烷二环烷烃二环烷烃分子的碳架中含有两个碳环的烃。分子的碳架中含有两个碳环的烃。桥环桥环：两个碳环共用两个或两个以上的碳原子：两个碳环共用两个或两个以上的碳原子螺环螺环：两个碳环共用一个碳原子：两个碳环共用一个碳原子稠环稠环：两个碳环共用两个碳原

3、子：两个碳环共用两个碳原子 （稠环是桥环的一种）（稠环是桥环的一种）联环联环桥环桥环螺环螺环稠环稠环（2）螺环烷烃）螺环烷烃 两个环共用一个碳原子的环烷烃称为两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烷烃螺环烷烃。共用的碳原子称。共用的碳原子称螺螺碳原子碳原子。如如可能情况下给取代可能情况下给取代基以尽量小的编号。基以尽量小的编号。编编 号：号：从小环与螺原子相邻的碳原子开始，沿小环编号，经过从小环与螺原子相邻的碳原子开始，沿小环编号，经过螺原子到大环。螺原子到大环。螺螺4.5癸烷癸烷母体名母体名螺螺n1.n2某烷某烷由小到大标螺原子相由小到大标螺原子相连的两环的碳原子数连的两环的碳原子数全部环上全

4、部环上碳原子数碳原子数母体为：螺母体为：螺3.4辛烷辛烷5-甲基螺甲基螺3.4辛烷辛烷（3）桥环烷烃）桥环烷烃两个环共用两个或两个以上碳原子的化合物称桥环化合物。两个环共用两个或两个以上碳原子的化合物称桥环化合物。桥头碳：桥头碳：共用的共用的C；桥：桥：两个桥头碳间的碳链或键。两个桥头碳间的碳链或键。4-甲基甲基-6-乙基螺乙基螺2.4庚烷庚烷2,7-二甲基螺二甲基螺4.5癸烷癸烷母体名母体名几环几环n1.n2.n3某某烷烷各环上碳原子数各环上碳原子数由大到小排列由大到小排列全部环上碳原子数全部环上碳原子数环的环的数目数目编编 号号 从桥头碳开始，绕最长的桥到另一个桥头，再绕次长桥回来，最后从

5、桥头碳开始，绕最长的桥到另一个桥头，再绕次长桥回来，最后再编最短的桥。再编最短的桥。可能的情况下给取代基以尽可能小的编号可能的情况下给取代基以尽可能小的编号2,8,8-三甲基双环三甲基双环3.2.1辛烷辛烷2-甲基双环甲基双环2.2.2辛烷辛烷二、环烷烃的同分异构二、环烷烃的同分异构（一）构造异构（一）构造异构（二）（二）顺反异构顺反异构顺反异构顺反异构：由于分子中与双键或环相连接的原子或原子团的相对旋转受由于分子中与双键或环相连接的原子或原子团的相对旋转受到阻碍而产生的来立体异构称之。到阻碍而产生的来立体异构称之。两个相同的原子（团）在环的同侧为顺式构型两个相同的原子（团）在环的同侧为顺式构

6、型两个相同的原子（团）在环的异侧为反式构型两个相同的原子（团）在环的异侧为反式构型开链开链环状环状分子式：分子式：C5H10构象异构和构象异构和构型异构的构型异构的异同点异同点相同点：相同点：都表示分子中原子或原子团在空间的排都表示分子中原子或原子团在空间的排布方式。布方式。不同点：不同点：一种构型变成另一种构型需要化学键一种构型变成另一种构型需要化学键的断裂与形成。一种构象变成另一种构象只需的断裂与形成。一种构象变成另一种构象只需要要键的旋转。键的旋转。顺顺-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷反反-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷三、物理性质和化学反应三、物理性质和化学反应（一）物理性质（一）

7、物理性质 环烷烃的一半物理性质如沸点、熔点、相对密度等比同碳原子的正环烷烃的一半物理性质如沸点、熔点、相对密度等比同碳原子的正构烷烃要高。构烷烃要高。（二）化学反应（二）化学反应（1）取代反应）取代反应结构分析：结构分析：C-C，C-H 键牢固，化学性质稳定，键牢固，化学性质稳定，似烷烃似烷烃，但，但C3-C4环环易断裂，环可以加成，易断裂，环可以加成，似烯烃似烯烃。（2）开环反应：）开环反应：小环烷烃，特别是环丙烷，和一些试剂作用时易发生开环。小环烷烃，特别是环丙烷，和一些试剂作用时易发生开环。催化加氢催化加氢 与卤素及卤化氢加成与卤素及卤化氢加成 三员环与三员环与X2,HX在常温下即可发生

8、开环反应，在常温下即可发生开环反应，X2,HX于常温下不使于常温下不使四员环开环，但加热后，反应可发生。四员环开环，但加热后，反应可发生。小环，易加成，开环小环，易加成，开环加成难度增加加成难度增加较大环，难加成较大环，难加成常见环烷烃稳定性常见环烷烃稳定性：四、单环烷烃的结构四、单环烷烃的结构 环烷烃的环烷烃的C也为也为SP3杂化，但为了成环，碳原子间键角很难维持杂化，但为了成环，碳原子间键角很难维持109.5 键键角因环不同而异。角因环不同而异。（一）角张力（一）角张力（angle strain）角张力：角张力：环烷烃碳原子间的键角必偏离正常键角。这种由于键角偏离正环烷烃碳原子间的键角必偏

9、离正常键角。这种由于键角偏离正常键角而引起的张力称之。常键角而引起的张力称之。碳环中碳原子键角偏离正常键角越大，角张力越大，分子越不稳定。碳环中碳原子键角偏离正常键角越大，角张力越大，分子越不稳定。（二）燃烧热（二）燃烧热（三）环丙烷（三）环丙烷 环丙烷三个原环丙烷三个原子共平面，相邻子共平面，相邻的两个的两个C上上C-H键处于重叠式，键处于重叠式，能量高。能量高。扭转张力扭转张力：由于构象是重叠式而引起的张力称之。：由于构象是重叠式而引起的张力称之。环丙烷分子中由于环丙烷分子中由于角张力和扭转张力角张力和扭转张力均存在，分子能量高，不稳定。均存在，分子能量高，不稳定。通过燃烧热的测定可以推知

10、化合物所含内能的相对大小。对环烷烃通过燃烧热的测定可以推知化合物所含内能的相对大小。对环烷烃中每个化合物的中每个化合物的CH2平均燃烧热值的比较可以推知各环烷烃相对热力平均燃烧热值的比较可以推知各环烷烃相对热力学稳定性大小。学稳定性大小。弯曲键，重叠少弯曲键，重叠少三个碳原子共平面三个碳原子共平面（一）环丙烷、环丁烷和环戊烷的构象（一）环丙烷、环丁烷和环戊烷的构象五、构象五、构象（二）环己烷的构象（二）环己烷的构象稳定的极限构象稳定的极限构象-椅式构象椅式构象环己烷的椅式构象的画法（环己烷的椅式构象的画法（Skeletal drawings）稳定性：稳定性：椅式环己烷椅式环己烷船式环己烷船式环

11、己烷 （椅式构象是优势构象）（椅式构象是优势构象）椅式构象中椅式构象中C-C-C之间夹角为之间夹角为109.5，分子中无角张力及扭转张力，为，分子中无角张力及扭转张力，为无张力环。无张力环。环己烷的船式构象（存在扭转张力及跨环张力）环己烷的船式构象（存在扭转张力及跨环张力）椅式构象中的竖键（椅式构象中的竖键（axial）和横键（和横键（equitorial）及其构象翻转）及其构象翻转 a键转变成键转变成e键，键，e键转变成键转变成a建；建；环上原子或基团的空间位置保持；环上原子或基团的空间位置保持；环己烷的其它构象环己烷的其它构象环己烷构象变化的能量曲线环己烷构象变化的能量曲线 取代环己烷的稳定构象取代环己烷的稳定构象