第五章 脂环烃课件.ppt

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1、第五章 脂环烃,一 脂环烃的分类和命名二 环烷烃的物理性质三 脂环烃的化学性质四 脂环烃的结构,一、脂环烃的分类和命名脂环烃的分类,按组成环的碳原子数目（C3C4） 小环（C5C7） 普通环（C8C11） 中环（C12以上）大环,按环上是否含有不饱和键饱和脂环烃 (环烷烃) 不饱和脂环烃(环烯、炔烃),脂环烃的命名,单环脂环烃的命名与烷烃相似，只是将碳原子数相应的链烃前面加上一个“环”字。环上的碳原子用阿拉伯字编号，使取代基有最小位次，但如果有双键，则首先使双键有最小位次；在有多个取代基时，编号应从较小的取代基开始。,脂环烃的命名,单环脂环烃的命名与烷烃相似，只是将碳原子数相应的链烃前面加上一

2、个“环”字,环上的碳原子用阿拉伯字编号，使取代基有最小位次,环 丙 烷,1，2-二甲基环丙烷,脂环烃的命名,1-甲基-2-异丙基环戊烷,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,在有多个取代基时，编号应从较小的取代基开始,脂环烃的命名,5-甲基-1，3-环己二烯,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,环烯烃的命名双键位次最小,2. 双环烃,分子的碳架中含有两个碳环的烃。,联环 桥环 螺环 稠环,1) 双环桥环烃,由两个碳环共用两个或多个碳原子的化合物。,桥头碳原子：两环共用的碳原子。,桥：两个桥头碳原子之间的碳链或一个键。,二环 3.2.1 辛烷Bicyclo3.2.1octane,2

3、) 螺环烃,螺原子：两个碳环共用的碳原子。,螺4.5癸烷,5-甲基螺3.4辛烷,2,7,7-三甲基二环2.2.1 庚烷,2,7,7-trimethylbicyclo2.2.1hepyane,两个碳环共用一个碳原子的化合物。,Spiro4.5decane,5-methylspiro3.4octane,二、环烷烃的物理性质,环烷烃的物理性质和递变规律与烷烃和烯烃相似，但亦有差别。最显著的差别是环烷烃的熔点、沸点都较含同数碳原子的烷烃和烯烃高，相对密度较含同数碳原子的直链烷烃和烯烃大，但仍比水轻。,三、脂环烃的化学性质, 环烷烃的反应 环烯烃的反应,1. 取代反应,日光,300,紫外光,与开链烷烃的

4、性质相似, 环烷烃的反应,2. 加成反应,Ni,Ni,Ni,80,200,300,（1）催化加氢,易,难,（2）加卤素或卤化氢,四碳及以上环烷烃室温下均不能与卤素或卤化氢反应,用于环丙烷的鉴别,取代环丙烷与卤化氢的加成符合马氏规则 ：环的破裂发生在含氢最多和含氢最少的两个碳原子之间，产物符合马氏规则 。,3. 氧化反应,KMnO4,H2O,可用于区别环烷烃和烯烃,常温下，饱和的环对氧化剂稳定,双键对氧化剂不稳定,O2，钴催化剂,140180，12.5MPa,HNO3,加 热,加热时用强氧化剂，或在催化剂作用下用空气直接氧化，环烷烃可被氧化成不同的产物。,环烯烃的反应（于烯烃一章学习）,1,2,

5、3,4,5,6,7,二环2.2.1-庚-5-烯-2-羧酸甲酯,二聚环戊二烯,Diels-Aider反应,工业上把环戊二烯聚合生成二聚体的性质用于苯前（头）馏分的分离,脂环烃的结构,脂环化合物的顺反异构环的结构及其稳定性环己烷及其衍生物的构象,一、脂环化合物的顺反异构 脂环化合物由于环的限制，环上所连接的原子或基团，如同连接在碳碳双键上一样，不能自由旋转。如果环上有两个或两个以上的碳原子各自连有不同的原子或基团时，便产生顺反异构。,例：,顺-1,2-二甲基环丙烷,反-1,2-二甲基环丙烷,取代基在环的同侧为顺式,取代基在环的不同侧为反式,顺-1,4-二甲基环己烷,反-1,4-二甲基环己烷,环丙烷

6、的结构：,碳原子为sp3杂化,为缓解角张力形成弯曲键。弯曲键交盖程度小，因此比一般的键弱,具有重叠构象，氢原子排斥产生“重叠张力”,三个C在同一平面上，-键角偏离正常键角，产生角张力,104,因此，环丙烷分子具有较高的内能，不稳定,二、环的结构及其稳定性,环丙烷的结构,环丁烷的结构：环丁烷的CC键与环丙烷类似也呈弯曲键，也易开环。但它的碳原子杂化轨道重叠程度比环丙烷大(弯曲程度比环丙烷小)，而且四个碳原子不在同一个平面内，主要以“蝶式”构象存在（约与平面成30角）使张力有所降低，故比环丙烷稳定。,环丁烷的结构,环己烷的结构：环己烷6个杂化的碳原子不是呈平面六角形，而是居于多个面上，每个C-C-

7、C键角保持109，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张力的环。,环己烷的椅式和船式构象(不在一个平面上，键角为：109.28),椅式,船式,环己烷的结构,椅式构象,船式构象,船式构象,椅式构象,船式构象,环己烷呈椅式构象时，相邻两个碳原子上的CH键都是出于交叉式的位置，能量较低；而当它呈船式构象时，C2与C3之间及C5与C6之间的4个CH键则是处于两两交互重叠的位置,环己烷的椅式构象和船式构象,椅式构象,船式构象,船式构象中船头和船尾的两个CH键相距较近时也产生一定的张力,椅式构象,船式构象,在环己烷的椅式构象中所有键角都接近109.5，没有张力。环己烷的椅式构象具有最低的能

8、量，相邻碳上的CH键是全交叉的，无扭转张力。所以，环己烷的椅式构象是一个无张力环，比船式构象稳定。 环己烷的六个碳原子分布在两个平面上，如图所示，C1，C3和C5在一个平面上，C2，C4和C6在另一个平面上，图中A线垂直于两个平面，是对称轴。,环己烷有12个CH键，在椅式构象中，可分为两种：一种与对称轴平行，叫做直立键或a键；另一种与对称轴成109.5的倾角，叫做平伏键或e键。 每个碳原子上都有一个a键和一个e键，在环中上下交替排列。如图：,环己烷及其衍生物的构象,当环己烷有一种椅式构象翻转为另一种椅式构象时，原来得 a 键变成 e 键，原来的 e 键变成 a 键。当六个碳上连接的都是氢原子时

9、，两种椅式构象是完全等同的。,R 处于邻位交叉位,R 处于对位交叉位,环己烷及其衍生物的构象,较稳定,取代基占据a 键,取代基占据e 键,如果两个取代基分别占据 a 键和 e 键，这种情况下，总是大的基团，如叔丁基，占据空间有利和张力最小的 e 键，因此（）是主要构象。,（）,（）,（顺式）,环己烷及其衍生物的构象,同理，反式异构的主要构象为（）式，因为这种方式的两个基团都可以占据空间有利和能量最低的 e 键。,（）,（）,（反式）,环己烷及其衍生物的构象,较稳定,当环上两个取代基相同时，则以同时占据 e 键的最为稳定，其次是一个占据 e 键，另一个占据 a 键；最不稳定的是都占据键a的构象。如：,（反式）,环己烷及其衍生物的构象,较稳定,当一个占据 e 键，另一个占据 a 键时，以大的基团占据 e 键为稳定构象： 较稳定 （又：见P86）,（顺式）,环己烷及其衍生物的构象,如果环上同时有多个取代基时，则 e 键取代最多的一般都是最稳定的构象。,环己烷及其衍生物的构象,较稳定,课堂练习,画出下列各二元取代环己烷最稳定的构象。（1）顺-1-氯-2-溴环己烷,（2）反-1-甲基-4-乙基环己烷,课堂练习,作业,P8991 5-1（2）、（3）、（4）、（6） 5-2（2）、（4） 5-3（1）、（2）、（4）、（5） 5-4（1）、（3） 5-7,