第3章+环烷烃.ppt

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1、第三章第三章 脂环烃脂环烃Aliphatic compound本章要点本章要点 环烷烃的命名环烷烃的命名 环烷烃的化学性质环烷烃的化学性质 环烷烃的稳定性和立体异构环烷烃的稳定性和立体异构分子中碳原子以单键互相连接成闭合的碳环，剩余的价分子中碳原子以单键互相连接成闭合的碳环，剩余的价键完全与氢原子相连的烃类环烷烃键完全与氢原子相连的烃类环烷烃(cycloalkane)通式同烯烃通式同烯烃碳环一般用多边形表示：碳环一般用多边形表示：or一、环烷烃分类一、环烷烃分类环环烷烷烃烃单环单环多环多环螺环螺环桥环桥环（稠环）（稠环）单环的命名方法基本上与开链烃的命名法相同单环的命名方法基本上与开链烃的命名

2、法相同根据成环碳原子的数目将其称为环根据成环碳原子的数目将其称为环“某某”烷烷有不同的取代基时，从小的基团开始对成环碳原子进行有不同的取代基时，从小的基团开始对成环碳原子进行编号编号,取代基的位次之和要最小。取代基的位次之和要最小。1-甲基甲基-3-乙基环戊烷乙基环戊烷1-甲基甲基-4-异丙基环己烷异丙基环己烷二、环烷烃的命名二、环烷烃的命名含含双键的脂环烃称为环烯双键的脂环烃称为环烯1234564-甲基环己烯甲基环己烯1-甲基甲基-4-异丙烯基环己烯异丙烯基环己烯命名命名：（1）根据成环碳原子的总数称螺根据成环碳原子的总数称螺 某烷某烷 （2）用阿拉伯数字标出除螺原子外两个碳环的碳原子数目）

3、用阿拉伯数字标出除螺原子外两个碳环的碳原子数目写在方括号内，写在方括号内，小的数字在前，各数字之间用圆点隔开。小的数字在前，各数字之间用圆点隔开。（3）若环上有取代基，编号从）若环上有取代基，编号从小环小环中中紧连紧连螺原子的碳原子螺原子的碳原子开始，经过开始，经过螺原子螺原子到达到达大环大环，同时使得取代基位次之和最小。，同时使得取代基位次之和最小。螺环烃：螺环烃：两个碳环共有一个碳原子两个碳环共有一个碳原子12345671螺螺原子（共有碳原子）原子（共有碳原子）234567螺螺 2.4 庚烷庚烷7-甲基螺甲基螺 4.5 癸烷癸烷桥环烃：桥环烃：两个碳环共有两个或两个以上碳原子两个碳环共有两

4、个或两个以上碳原子命名命名：（1）用二环、三环等做词头，）用二环、三环等做词头，根据成环碳原子的总根据成环碳原子的总 数称某烷数称某烷 （2）在环字后面的方括号中，用阿拉伯数字标出）在环字后面的方括号中，用阿拉伯数字标出两两个桥头碳原子个桥头碳原子之间的碳原子数目，之间的碳原子数目，大的数字在前，各数字之大的数字在前，各数字之间用圆点隔开。间用圆点隔开。（3）若环上有取代基，编号从一个）若环上有取代基，编号从一个桥头碳原子桥头碳原子开始，开始，经过最长的碳桥到达另一个桥头碳，再沿着次长桥回到经过最长的碳桥到达另一个桥头碳，再沿着次长桥回到第一第一个桥头碳个桥头碳，最短的桥上的碳原子最后编号。，

5、最短的桥上的碳原子最后编号。二环二环 2.2.1 庚烷庚烷12345678二环二环 4.4.0 癸烷癸烷二环二环 2.2.1 庚烷庚烷十氢萘十氢萘12345676-氯二环氯二环 3.2.1 辛烷辛烷降降冰片烷冰片烷桥头碳桥头碳二环二环 4.1.0 庚烷庚烷1234567如如取代基为较长的碳链，将环作为取代基：取代基为较长的碳链，将环作为取代基：3-环己基己烷环己基己烷环的环的大小、侧链的长短及位置不同而产生构造异构体大小、侧链的长短及位置不同而产生构造异构体4 C5 C重点观察重点观察 1,2-二甲基环丙烷分子二甲基环丙烷分子脂环化合物中由于环的存在，环中脂环化合物中由于环的存在，环中C-C

6、键不能象链烃中那样自键不能象链烃中那样自由旋转，受到一定的限制，所以当环中两个或多个碳原子连有由旋转，受到一定的限制，所以当环中两个或多个碳原子连有不同的基团时，就存在几何异构体。不同的基团时，就存在几何异构体。顺式顺式反式反式环环平面为参考平面平面为参考平面注意：注意：此处不能用此处不能用Z、E来表示来表示顺顺-1,2-1,2-二甲基环丁烷二甲基环丁烷反反-1,2-1,2-二甲基环丁烷二甲基环丁烷顺顺-1,3-1,3-环己二醇环己二醇反反-1,3-1,3-环己二醇环己二醇(1R,3R)-(1R,3R)-环己二醇环己二醇二、环烷烃的物理性质二、环烷烃的物理性质 环烷烃物理性质及其递变规律与烷烃

7、相似。环烷烃物理性质及其递变规律与烷烃相似。随着成环碳原子数的增加，沸点和熔点升高随着成环碳原子数的增加，沸点和熔点升高。小环环烷烃常温下为气体，其他环烷烃为液体，小环环烷烃常温下为气体，其他环烷烃为液体，大环脂环烃为固体。大环脂环烃为固体。与相应的链状烷烃比较，与相应的链状烷烃比较，沸点、熔点和比重都比较高。沸点、熔点和比重都比较高。三、（小环）环烷烃的化学性质三、（小环）环烷烃的化学性质三、（小环）环烷烃的化学性质三、（小环）环烷烃的化学性质环烷烃的反应和烷烃相似（环烷烃的反应和烷烃相似（2个方面）个方面）三元环、四元环不稳定，易开环，生成开链化合物三元环、四元环不稳定，易开环，生成开链化

8、合物1、加氢、加氢Ni40 常压常压环丁烷在较高温度下反应：环丁烷在较高温度下反应：100 常压常压Ni环戊烷、环己烷等要用活性高的铂催化剂在高温下开环环戊烷、环己烷等要用活性高的铂催化剂在高温下开环Pt300 常压常压2 2、加溴、加溴、加溴、加溴1,3-二溴丙烷二溴丙烷常温常温环环丁烷、环戊烷常温下丁烷、环戊烷常温下不不和溴起加成反应和溴起加成反应高温或者光照下发生高温或者光照下发生取代反应取代反应3、加、加HBr常温下环丁烷、环戊烷不与常温下环丁烷、环戊烷不与 HBr反应反应2-溴丁烷溴丁烷键键断裂的位置是在含氢最多和含氢最少的碳原子之间断裂的位置是在含氢最多和含氢最少的碳原子之间取代环

9、丙烷与卤化氢的加成符合马氏规则取代环丙烷与卤化氢的加成符合马氏规则：碳正离子的稳定性决定开环取向碳正离子的稳定性决定开环取向较稳定的仲碳正离子较稳定的仲碳正离子4 氧化反应氧化反应KMnO4H2O常温下，饱和的环常温下，饱和的环对氧化剂稳定对氧化剂稳定双键对双键对氧化剂氧化剂不稳定不稳定可用于区别可用于区别环烷烃和烯烃环烷烃和烯烃根据环烷烃的燃烧热可推测它们的相对稳定性。不同烃所含碳根据环烷烃的燃烧热可推测它们的相对稳定性。不同烃所含碳原子和氢原子的数目不等，不能将它们的燃烧热进行直接比较。原子和氢原子的数目不等，不能将它们的燃烧热进行直接比较。但是，可以通过比较每个但是，可以通过比较每个CH

10、2的燃烧热，来考察它们的相的燃烧热，来考察它们的相对稳定性。对稳定性。四、环烷烃的结构四、环烷烃的结构四、环烷烃的结构四、环烷烃的结构名称名称环大小环大小(n)每个每个CH2的燃烧热的燃烧热环丙烷环丙烷3697.1环丁烷环丁烷4686.2环戊烷环戊烷5664.0环己烷环己烷6658.6环庚烷环庚烷7662.4环辛烷环辛烷8663.6环壬烷环壬烷开链烷烃开链烷烃9664.1658.6碳原子成键的正常碳原子成键的正常键角是键角是109.51885年年Baeyer提出了张力学说提出了张力学说:他假定他假定成环的碳原子都是成环的碳原子都是Sp3杂化，杂化，成环的碳原子在同一个平面上，并排成正多边形。成

11、环的碳原子在同一个平面上，并排成正多边形。三角形环丙烷的键角为三角形环丙烷的键角为60，要使键角由正常的，要使键角由正常的10928变为变为60（以适应环的几何形状），就必须使两个价键各向内偏转（以适应环的几何形状），就必须使两个价键各向内偏转2444。当碳原子的键角偏离当碳原子的键角偏离10928时，便会产生一种恢复时，便会产生一种恢复正常键角的力量。这种力就称为张力。键角偏离正常键正常键角的力量。这种力就称为张力。键角偏离正常键角越多，张力就越大。角越多，张力就越大。偏转角度偏转角度=210928 内角内角 N=3 4 5 6 7 偏转角度偏转角度 2444 944 44 -516 -93

12、3 从偏转角度来看，五元环应最稳定，大于五元环或小于从偏转角度来看，五元环应最稳定，大于五元环或小于五元环都将越来越不稳定。五元环都将越来越不稳定。受环的受环的几何形状的限制，不能以正常键角成键，要偏离一定角度几何形状的限制，不能以正常键角成键，要偏离一定角度,轨道的交盖也不在原子核的连线上；因此成的键重叠程度小，轨道的交盖也不在原子核的连线上；因此成的键重叠程度小，没有正常的没有正常的 键稳定，易开环。键稳定，易开环。上面所成的键是上面所成的键是弯键弯键，常称为，常称为香蕉键香蕉键 在环丙烷中，任何两个碳之间被迫采取重叠式构象，因此在环丙烷中，任何两个碳之间被迫采取重叠式构象，因此具有较大具

13、有较大 的扭转张力。的扭转张力。乙烷重叠式构象与交叉式构象的热力学能差为乙烷重叠式构象与交叉式构象的热力学能差为12.6KJ/mol，产生热力学能差的原因，可能是重叠式构象中，前，产生热力学能差的原因，可能是重叠式构象中，前后后2个碳原子上处于重叠关系的个碳原子上处于重叠关系的C-H键靠得较近，成键电键靠得较近，成键电子间的相互排斥作用，产生了一种子间的相互排斥作用，产生了一种扭转张力（重叠张力）扭转张力（重叠张力）3030环丁烷的结构：环丁烷的结构：环丁烷的结构：环丁烷的结构：环丁烷的环丁烷的环丁烷的环丁烷的C CC C键与环丙烷类似也键与环丙烷类似也键与环丙烷类似也键与环丙烷类似也呈弯曲键

14、，也易开环。但它的碳原子杂化轨道重呈弯曲键，也易开环。但它的碳原子杂化轨道重呈弯曲键，也易开环。但它的碳原子杂化轨道重呈弯曲键，也易开环。但它的碳原子杂化轨道重叠程度比环丙烷大，而且四个碳原子不在同一个叠程度比环丙烷大，而且四个碳原子不在同一个叠程度比环丙烷大，而且四个碳原子不在同一个叠程度比环丙烷大，而且四个碳原子不在同一个平面内，主要以平面内，主要以平面内，主要以平面内，主要以“蝶式蝶式蝶式蝶式”构象存在（约与平面成构象存在（约与平面成构象存在（约与平面成构象存在（约与平面成3030 角角角角）使扭转张力有所降低，故比环丙烷稳定。）使扭转张力有所降低，故比环丙烷稳定。）使扭转张力有所降低，

15、故比环丙烷稳定。）使扭转张力有所降低，故比环丙烷稳定。环丁烷的结构环丁烷的结构 这种非平面结构在能量上更有利这种非平面结构在能量上更有利信封式信封式C-C-C键角键角 108 环戊烷接近正常键角，很稳定环戊烷接近正常键角，很稳定环戊烷的结构环戊烷的结构环己烷的结构：环己烷的结构：环己烷的结构：环己烷的结构：环己烷环己烷环己烷环己烷6 6个杂化的碳原子不是呈平面六角形，个杂化的碳原子不是呈平面六角形，个杂化的碳原子不是呈平面六角形，个杂化的碳原子不是呈平面六角形，而是居于多面上，每个而是居于多面上，每个而是居于多面上，每个而是居于多面上，每个C-C-CC-C-C键角保持键角保持键角保持键角保持1

16、09.28 ，主要有椅，主要有椅，主要有椅，主要有椅式和船式两种排列方式，这两种构象都是很稳定无角张力的环。式和船式两种排列方式，这两种构象都是很稳定无角张力的环。式和船式两种排列方式，这两种构象都是很稳定无角张力的环。式和船式两种排列方式，这两种构象都是很稳定无角张力的环。环己烷的椅式和船式构象环己烷的椅式和船式构象(不在一个平面上，键角为：不在一个平面上，键角为：109.28)椅式船式椅式椅式构象构象船式构象船式构象（三）环己烷的构象（三）环己烷的构象（1 1）椅式构象）椅式构象）椅式构象）椅式构象透视式透视式相邻两个碳原子相邻两个碳原子的的C-H键都处在键都处在交叉式交叉式的位置的位置1

17、、3、5碳在同一平面上碳在同一平面上2、4、6碳在另一平面上碳在另一平面上两个平面相互平行两个平面相互平行 纽曼投影式纽曼投影式（2 2）船式构象）船式构象）船式构象）船式构象1234562、3、5、6碳在同碳在同一平面上一平面上，1、4碳碳在平面的上方在平面的上方1和和4，2和和3和和5和和6碳上的碳上的C-H键都处于键都处于全重叠全重叠的位置；的位置；1、2和和3、4及及4、5和和1、6碳碳之间的之间的C-C键也处在键也处在重叠的重叠的位置位置0.18nm船式船式构象能量高，不稳定构象能量高，不稳定常温下主要以椅式存在（常温下主要以椅式存在（1000：1）H原子相距较原子相距较远远，斥力较

18、，斥力较小小H原子相距较原子相距较近近，斥力较，斥力较大大C-H键键直立键、直立键、a键键(axial bond)平伏键、平伏键、e键键(equatorial bond)H-C-H 夹角夹角109.5 12345614翻转翻转室温下，分子热运动（两种椅式构象）室温下，分子热运动（两种椅式构象）（3）取代环己烷的构象分析）取代环己烷的构象分析一一取代环己烷：取代环己烷：翻转翻转95%5%e键取代较为稳定，能量较低，优势构象键取代较为稳定，能量较低，优势构象a甲基甲基受到环同一边受到环同一边3，5位上位上a氢的氢的排斥，位能较高，相对不稳定排斥，位能较高，相对不稳定与与邻近的邻近的H原子相距较远原

19、子相距较远斥力较小，较稳定斥力较小，较稳定e甲基甲基异丙基环己烷中异丙基环己烷中97叔丁基环己烷中几乎完全以一种构象存在叔丁基环己烷中几乎完全以一种构象存在99.99%二取代环己烷：二取代环己烷：用构象表示二甲基环己烷的同分异构体？用构象表示二甲基环己烷的同分异构体？（考虑顺反构型）（考虑顺反构型）1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷顺顺-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翻转翻转反式稳定反式稳定1,3-二甲基环己烷二甲基环己烷反反-1,3-二甲基环己烷二甲基环己烷顺顺-1,3-二甲基环己烷二甲基环己烷翻转翻转顺式稳定顺式稳定1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷翻转

20、翻转顺顺-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷反反-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷反式稳定反式稳定环己烷多元取代物中，环己烷多元取代物中，环己烷多元取代物中，环己烷多元取代物中，e e取代基最多的构象最稳定取代基最多的构象最稳定取代基最多的构象最稳定取代基最多的构象最稳定顺顺-1-甲基甲基-2-叔丁基环己烷叔丁基环己烷稳定稳定环己烷多元取代物中，体积大的取代基在环己烷多元取代物中，体积大的取代基在e位的构象较稳定位的构象较稳定较稳定 萘萘 十氢合萘（普通名）十氢合萘（普通名）二环二环4.4.0癸烷（学名癸烷（学名）naphthalene Decahydronaphthalene十氢萘的构象十氢萘

21、的构象两个环己烷稠合而成两个环己烷稠合而成顺十氢合萘平面表示法顺十氢合萘平面表示法反十氢合萘平面表示法反十氢合萘平面表示法或或顺十氢萘顺十氢萘反十氢萘反十氢萘ABABa e稠合稠合e e稠合稠合一些习题：一些习题：1、将丙烯转化成、将丙烯转化成 1,2,3-三氯丙烷三氯丙烷1.1.命名命名命名命名（1 1）（2 2）（3）（4）2.分子式为分子式为C6H12（A）的化合物，室温下不能使高锰酸钾水的化合物，室温下不能使高锰酸钾水溶液褪色，与溶液褪色，与HI反应得反应得C6H11I（B），），A氢化后得氢化后得3-甲基戊烷，甲基戊烷，推测推测A和和B的结构。的结构。3.分子式为分子式为C10H16

22、的烃，氢化时只吸收一摩尔的氢，它有多少的烃，氢化时只吸收一摩尔的氢，它有多少个环？臭氧分解后生成个环？臭氧分解后生成1，6-环癸二酮，试问它是什么烃？环癸二酮，试问它是什么烃？习习 题题1.按系统命名法命名下列化合物按系统命名法命名下列化合物2.下列化合物属于下列化合物属于Z还是还是E构型构型3.某链烃某链烃A，1克与克与1.9克溴作用恰好使溴全部褪色，克溴作用恰好使溴全部褪色，A与高与高锰酸钾一起回流后，反应液中的产物只有锰酸钾一起回流后，反应液中的产物只有推测推测A的结构及命名的结构及命名4.有三种有三种 的烯烃，（的烯烃，（1）有三个烯氢，两个烯丙位氢）有三个烯氢，两个烯丙位氢（2）有三

23、个烯氢，一个烯丙位氢（）有三个烯氢，一个烯丙位氢（3）有三个烯氢，无烯）有三个烯氢，无烯丙位氢，试写出（丙位氢，试写出（1）（）（2）（）（3）的构造式）的构造式5.三烯烃（三烯烃（A）（）（B）（）（C）经溴氧化，再用锌水处理分别经溴氧化，再用锌水处理分别得到下列三种化合物，写出（得到下列三种化合物，写出（A）（）（B）（）（C）的结构式的结构式 习题习题1.写出下列化合物的系统命名写出下列化合物的系统命名2.三种化合物三种化合物A，B，C，C5H6，在铂催化剂存在下，它们在铂催化剂存在下，它们都能吸收三分子氢形成正戊烷，都能吸收三分子氢形成正戊烷，B，C可与银氨溶液反应可与银氨溶液反应生成沉淀，生成沉淀，A不起反应，所得紫外光谱中不起反应，所得紫外光谱中A，B在在230nm附附近有最大吸收（共轭体系的特征），试推断近有最大吸收（共轭体系的特征），试推断A，B，C的结的结构式构式3.A分子量分子量82，每摩尔，每摩尔A能吸收能吸收2mol的氢气，当与氯化亚的氢气，当与氯化亚铜氨溶液反应时，没有沉淀生成，铜氨溶液反应时，没有沉淀生成，A吸收一分子氢气后所吸收一分子氢气后所得烯烃得烯烃B的破裂氧化产物只有一种羧酸，推断的破裂氧化产物只有一种羧酸，推断A的结构的结构