【教学课件】第六章脂环烃.ppt
第六章 脂环烃,(一)脂环烃的分类(二)脂环烃的命名(三)脂环烃的性质(四)环烷烃的结构与稳定性(五)环己烷及其衍生物的构象(六)脂环化合物的立体异构(七)脂环烃的主要来源和制法(八)环戊二烯(九)萜类和甾族化合物,(一)脂环烃的分类,脂环烃由碳原子相互连接成环，性质与开链烃相似的环状碳氢化合物。根据环上碳原子的饱和程度不同，可将脂环烃分为环烷烃、环烯烃、环炔烃等。,根据脂环烃分子中所含的碳环数目不同，分为单环、二环和多环脂环烃。,(二)脂环烃的命名,单环脂环烃(2)二环脂环烃(甲)桥环烃(乙)螺环烃,(二)脂环烃的命名,(1)单环脂环烃,(2)二环脂环烃,分子中含有两个碳环的是双环化合物。,两环共用一个碳原子双环化合物的叫做螺环化合物；两环共用两个或更多个碳原子的叫做桥环化合物。,(甲)桥环烃的命名,固定格式：双环a.b.c某烃(abc)先找桥头碳（两环共用的碳原子），从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥头碳沿着次大环继续编号。分子中含有双键或取代基时，用阿拉伯数字表示其位次：,(乙)螺环烷烃的命名,固定格式：螺a.b某烃(ab)先找螺原子，编号从与螺原子相连的碳开始，沿小环编到大环。例：,(三)脂环烃的性质,取代反应(2)氧化反应(3)加成反应(甲)加氢(乙)加卤素(丙)加卤化氢(4)环烯烃的反应,(三)脂环烃的性质,(1)取代反应 五元、六元环易发生取代反应。,(2)氧化反应,室温下，环烷烃不能使KMnO4褪色，据此可区别 CC和CC。例：,在加热或催化剂存在下，环烷烃可被氧化，产物因反应条件而异：,(3)加成反应,(甲)加氢,(乙)加卤素,(丙)加卤化氢,(4)环烯烃的反应,环烯烃的性质与开链烯烃类似，易加成、氧化等。,（四)环烷烃的结构与稳定性,环的大小与环张力、环的稳定性环丙烷的结构环丁烷的结构环戊烷的结构,(四)环烷烃的结构与稳定性,实验事实：环的稳定性：三元环四元环五元、六元环 why?结构所致！环张力所致！环烷烃的环张力越大，表明分子的能量越高，稳定性越差，越容易开环加成。可用环烷烃每个CH2单位的燃烧热来表明环张力的大小。,以上的数据说明：环越小，每个CH2的燃烧热越大，环张力越大。,一些环烷烃的燃烧热如下所示：,环丙烷的结构,物理方法测得，环丙烷分子中三个碳原子共平面。显然，环丙烷中没有正常的CC键，而是形成“弯曲键”：,由于环丙烷分子中的CC键不是沿轨道对称轴实现头对头的最大重叠，而重叠较少，张力较大，具有较高的能量。根据结构与性能的关系，环丙烷的化学性质应该活泼，容易开环加成。,环丁烷的结构：,C：sp3杂化，轨道夹角109.5 若四个碳形成正四边形，内角应为90角张力：109.59019.5 109.56049.5 环丁烷中的CC键也是“弯曲键”，但弯曲程度较小。环丁烷较环丙烷稳定，但仍有相当大的张力，属不稳定环，比较容易开环加成。,事实上，环丁烷中四个碳原子不共平面，这样可使部分张力得以缓解。(动画),环戊烷的结构：,C：sp3杂化，轨道夹角109.5 正五边形内角为108 角张力：109.51081.5 可见，环戊烷分子中几乎没有什么角张力，故五元环比较稳定，不易开环，环戊烷的性质与开链烷烃相似。,事实上，环戊烷分子中的五个碳原子亦不共平面，而是以“信封式”构象存在，使五元环的环张力可进一步得到缓解。(动画),(五)环己烷及其衍生物的构象,椅式构象和船式构象椅式构象的特点,椅式构象和船式构象,环己烷分子中的六个碳不共平面，且六元环是无张力环，键角为109.5。环己烷有两种构象(动画，船式与椅式的翻转)：,两种构象通过C-C单键的旋转，可相互转变；室温下，环己烷主要在椅型构象存在(99.9%以上)。为什么椅型构象稳定?,椅型构象：(动画),所有两个相邻的碳原子的碳氢键都处于交叉式位置；所有环上氢原子间距离都相距较远，无非键张力。,船型构象：(动画),C2-C3及C5-C6间的碳氢键处于重叠式位置；船头和船尾上的两个碳氢键向内伸展，相距较近，比较拥挤，存在非键张力。我们重点掌握椅型构象。,椅式构象的特点,六个碳原子分布在相互平行的两个平面上(上三，下三)：十二个碳氢键分为两种类型：a键(直立键)和e键(平伏键)，每个碳原子上都有一个a键和和一个e键：,由一种椅型构象可翻转为另一种椅象(动画)。同时，a、e 键互换：,环上有取代基时，e键取代比a键取代更稳定。,(动画),例：,优势构象,优势构象,H,H,H,H,(六)脂环化合物的立体异构,(1)顺反异构(2)对映异构,(1)顺反异构,例1：1,4-二甲基环己烷的顺反异构,构型式：,构象式：,例2：十氢化萘的顺反异构,顺式与反式十氢萘互为构型异构体，是两种不同的化合物，它们在室温下不能相互转变。但在530、Pd-C催化剂存在下，两者可达到动态平衡：,不稳定,稳定,十氢萘有两种顺反异构体：,(2)对映异构,例1：1,2-环丙烷二甲酸的对映异构,(七)脂环烃的主要来源和制法,主要来源：石油。制法：(1)芳香族化合物催化氢化(2)分子内关环(3)其它方法,(2)分子内关环,(3)其它方法,(1)芳香族化合物催化氢化,(八)环戊二烯,(1)工业来源和制法(2)化学性质(甲)双烯合成(乙)加氢(丙)-氢原子的活泼性,(1)环戊二烯的工业来源和制法,石油热裂解的C5馏分加热至100，其中的环戊二烯聚合为二聚体，蒸出易挥发的其他C5馏分，再加热至约200，使二聚体解聚为环戊二烯：,(2)环戊二烯的化学性质,(甲)双烯合成 与开链共轭二烯相似，共轭环二烯烃也可发生双烯合成：,(乙)加氢,(丙)-氢原子的活泼性,所以，环戊二烯可与金属钾或氢氧化钾成盐，生成环戊二烯负离子：,环戊二烯钾(或钠)盐与氯化亚铁反应可得到二茂铁：,二茂铁可用作紫外线吸收剂、火箭燃料添加剂、挥发油抗震剂、烯烃定向聚合催化剂等。将其用于材料科学，可得到一系列新型材料。,(九)萜类和甾族化合物,萜类化合物广泛存在于自然界，是植物香精油的主要成分，广泛用于医药、香料工业。萜类化合物具有“异戊二烯首尾相连”的碳架。例：,异戊二烯单元,固定编号,(2)甾族化合物,甾族化合物也广泛存在于自然界的动植物体内，与动植物的生理作用密切相关。甾族化合物的结构特点是含有一个四环稠合而成的甾环。例：,本章重点：,环的大小与其稳定性（三元、四元环不稳定，易开环加成；五元、六元环稳定，不易开环加成）；环丙烷的结构、弯曲键的不稳定性；环己烷的构象：a.通过CC键的自由旋转形成椅式构象，消除张力;b.椅式构象中的a键、e键，a、e键的相互转换，e键取代稳定。,环己烷的椅式构象,环己烷的船式构象,船式与椅式翻转，环己烷二种椅式构象互换,取代环己烷的构象1,
