有机化学脂环烃.pptx

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1、脂环烃-结构上具有环状碳骨架,而性质上与脂肪烃相似的烃类,总称脂环烃.(1)环烷烃-饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.环丙烷 CH2-CH2 简写:CH2环丁烷 CH2-CH2 简写:CH2-CH2甲基环丙烷 CH2 简写:CH-CH3 CH2CH3同分异构体第五章 脂环烃5.1 脂环烃的定义和命名第1页/共40页(A)以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名;(B)环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前 加一“环”字.(C)取代基较多时,命名时应把取代基的位置标出.(D)环上碳原子编号,以取代基所在位置的号码最 小为原则.例1:命名(与烷烃相似):1,2-二甲基环戊烷第2页/共40页例2:

2、例3:1,1,4-三甲基环己烷*小取代基为1位.1-甲基-3-乙基环己烷第3页/共40页 由于碳原子连接成环,环上C-C单键不能自由旋转.只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团,就有构型不同的顺反异构体.顺-1,4-二甲基环己烷环烷烃的顺反异构:例:1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷第4页/共40页 -脂环烃的环上有双键(或叁键).命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链为取代基.碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最小.对于只有一个不饱和键的环烯(或炔)烃,双键或叁键位置可不标.环辛炔(2)环烯(炔)烃环戊烯1,3-环己二烯第5页/共40页(A)若只有一个不饱和碳上有

3、侧链,该不饱和碳编号为1;(B)若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位置号码的加和数为最小.3-甲基-1-环己烯带有侧链的环烯烃命名:1-甲基-1-环己烯第6页/共40页 CH3 CH31265-甲基-1,3-环戊二烯CH312534534带有侧链的环烯烃命名:1,6-二甲基-1-环己烯第7页/共40页其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺化合物.共用两个或以上碳原子的叫桥环化合物.螺2.4庚烷双环2.2.1庚烷(3)双环化合物-分子中含有两个碳环.螺原子桥头碳桥头碳第8页/共40页(a)组成环的碳原子总数命名为“某烷”,加上词头“螺”.(b)

4、再把连接于螺原子的两个环的碳原子数(不含螺原子),按由小到大的次序写在“螺”和“某烷”之间的方括号里,数字用圆点分开.例1:螺2.4庚烷(A)螺化合物的命名:螺原子第9页/共40页例2:螺3.4辛烷 -螺环上的编号,从连接螺原子(不含)上的一个碳开始,先编较小的环,然后经过螺原子再编第二个环.编号的顺序以取代基位置号码加和数最小为原则.例3:5-甲基螺2.4庚烷(c)带支链的螺烷第10页/共40页(a)都有两个“桥头”碳原子(即两个环共用的碳 原子)和三条连在两个“桥头”上的“桥”.(b)组成环的碳原子总数命名为某烷,加词头双环.(c)各“桥”所含碳原子数目,按由大到小的次序 写在“双环”和“

5、某烷”之间的方括号里.双环2.2.1庚烷例1:(B)双桥环化合物的命名桥头碳第11页/共40页例2:双环2.1.0戊烷双环3.1.1庚烷例3:第12页/共40页(d)环上碳原子编号:从一个桥头碳原子(含)开始,先编最长的桥至第二个桥头,再编余下的较长的桥,回到第一个桥头;最后编最短的桥.(e)编号的顺序以取代基位置号码加和数为较小.例4:6-甲基双环3.2.2壬烷例5:1,7-二甲基双环3.2.2壬烷第13页/共40页例6:8,8-二甲基双环3.2.1辛烷双环2.2.2-2,5,7-辛三烯例7:第14页/共40页环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃要高一些.相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻.脂环

6、烃的化学性质与相应的脂肪烃类似.具有环状结构的特性5.2 脂环烃的性质(一)物理性质(二)化学性质第15页/共40页 -在光或热的引发下发生卤代反应.5.2.1 环烷烃的反应(1)取代反应光光热第16页/共40页 由下列指定化合物合成相应的卤化物，用Cl2还是Br2？为什么？(1)(2)解:(1)用溴化,因溴化反应有选择性,3H 2H 1H；(2)用氯化、溴化均可。第17页/共40页反应生成的有支链的化合物稳定：(2)开环反应-也叫加成反应.(A)催化加氢Ni80Ni200Pt300第18页/共40页 环丙烷的烷基衍生物与HX加成，环的破裂发生在含H最多和最少的两个碳原子之间，且符合马氏规律.

7、(B)加卤素或卤化氢四碳环不易开环，在常温下与卤素，卤化氢不反应。CH3CHCH2 +HBr CH3CHCH2CH3CH2Br第19页/共40页在常温下，环烷烃与一般氧化剂(KMnO4,O3)不反应；在加热，强氧化剂作用或催化剂存在时，可用空气氧化成各种氧化产物：例:CH2CH2COOH CH2CH2COOH HNO3(3)氧化反应:Ba(OH)2第20页/共40页易发生加氢,加卤素,加卤化氢和加硫酸等反应.例:5.2.2 环烯烃和环二烯烃的反应(1)环烯烃的加成反应第21页/共40页环烯烃的双键易被氧化剂(KMnO4,O3等)氧化而断裂成开链的氧化产物:例:(2)环烯烃的氧化反应第22页/共

8、40页与某些不饱和化合物发生双烯合成反应.例1:双环2.2.1-5-庚烯-2-羧酸甲酯双环2.2.1-2,5-庚二烯例2:环戊二烯(3)共轭环二烯烃的双烯合成反应第23页/共40页例3:环戊二烯聚合成二聚环戊二烯:受热可分解成环戊二烯.第24页/共40页(1)烷烃每增加一个CH2,燃烧热增值基本一定,平均为658.6 kJ/mol.(2)环烷烃的通式为（CH2）n:每增加一个 CH2,燃烧热也增加,平均每个 CH2 的燃烧热为 Hc/n.见表5-2 -环丙烷的 Hc/n 为697.1 kJ/mol,比烷烃的每个 CH2高38.5 kJ/mol.这个差值就是环丙烷分子中每个 CH2的张力能.-环

9、丙烷的总张力能38.5 3=115.5 kJ/mol5.3 环烷烃的环张力和稳定性张力能张力能总张力能总张力能第25页/共40页环丙烷的总张力能38.5 3=115.5 kJ/mol环丁烷的总张力能27.6 4=110.4 kJ/mol环戊烷的总张力能5.4 5=27.0 kJ/mol环庚烷的总张力能3.7 7=25.9 kJ/mol环辛烷的总张力能5.0 8=40.0 kJ/mol.环十五烷总张力能=0 kJ/mol (环丙烷,环丁烷不稳定,容易开环)环己烷和以上的大环化合物的张力能很小或等于零,它们都是稳定的化合物.环己烷的总张力能 0环烷烃的张力能越大,能量越高,分子越不稳定.为什么环烷

10、烃有张力，而其中环丙烷和环丁烷的张力有特别大？第26页/共40页烷烃是sp3杂化,键角109.5,环烷烃的碳也是sp3杂化,但键角不一定是109.5。C-C 键的形成 键轨道的交盖交盖较好5.4 环烷烃的结构5.4.1 环丙烷的结构交盖较差第27页/共40页弯曲键比一般的 键弱,并且具有较高的能量.这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力.由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力.这样的键与一般的 键不一样,它的电子云没有轨道轴对称,而是分布在一条曲线上,故常称弯曲键.内角60第28页/共40页内角90.四个碳原子不在一个平面上.环丁烷中的键环丁烷的构象折叠式构象5.4.2 环丁烷的结构第29

11、页/共40页实际构象:折叠环的形式-“信封式”构象.分子张力不大,因此环戊烷的化学性质比较稳定.不是平面结构.因C-H键的重叠,有较大扭转张力.5.4.3 环戊烷的结构第30页/共40页环己烷不是平面结构,较为稳定的构象为折叠的椅型构象和船型构象.-稳定(99.9%以上)C-C-C键角基本保持109.5,任何两个相邻的C-H键都是交叉式的.椅型构象无张力环.纽曼投影式透视式环己烷的椅型构象5.4.4 环己烷的结构(1)椅型构象第31页/共40页所有键角也接近109.5,故也没有角张力.但相邻C-H键却并非全是交叉的.C-2和C-3上的 C-H 键,以及C-5和C-6上的 C-H键都是重叠式的.

12、C-1和C-4上两个向内伸的H由于距离较近而相互排斥,也使分子的能量有所升高.透视式透视式纽曼投影式纽曼投影式环己烷的船型构象(2)船型构象第32页/共40页(3)环己烷椅型构象中碳原子的空间分布AA线为构象的对称轴(4)椅型构象中的两种 C-H 键 a键(直立键)e键(平伏键)与对称轴成 109.5？123456第33页/共40页通过C-C键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型 为 a键 为e键椅型构象的翻转两种椅型构象是等同的分子.(5)构象的翻转第34页/共40页两种椅型构象是两种不同结构的分子.甲基连在a键上的构象具有较高的能量,比较不稳定平衡体系中e键甲基环己烷占95%,a键的占5%

13、同一平面上的比较(6)甲基环己烷椅型构象的翻转第35页/共40页若有多个取代基,往往是 e 键取代基最多的构象最稳定.若环上有不同取代基,则体积大的取代基连在 e键上的构象最稳定.例1:1,2-二甲基环己烷，顺式如下：同一平面上的比较.在同侧为顺,a,e在异侧为反.a,a;e,e.反式(e,e)比顺式的稳定.（a,a）实际上不存在（能量太高）取代基在e键上的构象较稳定.第36页/共40页 叔丁基在 e 键上的构象比在 a 键上的另一种构象要稳定的多.例2:顺-4-叔丁基环己醇的两种构象第37页/共40页是双环4.4.0癸烷的习惯名称.顺十氢化萘反十氢化萘(1)平面结构式(2)构象5.4.5 十氢化萘的结构第38页/共40页-环下方几个 a 键上的氢原子比较靠拢,有些拥挤,故分子能量较高,比较不稳定.顺式异构体-不稳定.第39页/共40页感谢您的观看！第40页/共40页