有机化学第四章环烃.ppt
《有机化学第四章环烃.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《有机化学第四章环烃.ppt(114页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、2023/6/29,1,第四章 环烃(脂肪环烃和芳香烃),2023/6/29,2,本章主要内容,脂肪环烃部分包括:,命名、结构(环己烷的构象)、物理性质、化学性质。金刚烷。,芳香烃部分包括:,分类与命名;单环芳烃物理性质、化学性质。多环芳烃、致癌芳烃、石墨、富勒烯等。,2023/6/29,3,环烃:由碳和氢两种元素组成的环状化合物,根据它们的结构或性质,可以分成脂环烃和芳香烃两类;,2023/6/29,4,脂环烃,回顾:开链烃:分子中的碳原子相连成链状(非环状)而形成的化合物,开链烃亦称脂肪烃。性质与脂肪烃相似的环烃,叫做脂环烃。包括:环烷烃环烯烃环炔烃,2023/6/29,5,一、分类1.按
2、照碳原子的饱和程度可分为:环烷烃、环烯烃、环炔烃2.按碳环个数分 小环化合物 C3C4 普通环化合物 C5C7 中环化合物 C8C11 大环化合物 C12,2023/6/29,6,环己烷 环己烯 环戊二烯 环辛炔,环丙烷 环戊烷,2023/6/29,7,通式:环烃比开链烃少两个碳原子,故其通式变为:环烷烃CnH2n;环烯烃CnH2n-2;环炔烃CnH2n-4;在环烃中五、六元环最为常见。,2023/6/29,8,二命名:与烷烃命名相似,在相应烷烃名称前加一“环”字。1选主链:一般以环作为主体;2编号:取代基位置尽可能小,由连小基团的碳原子开始编号。,1,4-二甲基环己烷,1,3-二甲基环己烷,
3、1-甲基-4-异丙基环己烷,2023/6/29,9,4.某些情况下,如当简单的环上连有较长的碳链时,也可将环当作取代基,如:,环丁基戊烷,3.当环上连有取代基及不饱和键时,即为环烯(炔)烃时,不饱和键以最小的号数表示。,4-甲基环已烯,2023/6/29,10,三异构:碳骨架异构和立体顺反异构:,1、碳骨架异构 如:C8H16,2023/6/29,11,2、顺反异构:由于成环原子之间的单键不能自由旋转而引起。两个取代基在环平面同侧为顺式,不同侧为反式,顺-1,4-二甲基环己烷 反-1,4-二甲基环己烷,2023/6/29,12,十氢化萘 螺5,5十一烷 降菠烷,立方烷 金刚烷 篮烷,四 其它环
4、化合物,2023/6/29,13,环烷的结构,环丙烷中,C-C键未达到最大重叠,键角1050,偏离正常键角,没有正常键稳定,故分子内存在一种使电子云达到最大重叠的倾向的力,叫张力。,环丙烷中SP3杂化轨道重叠示意图,2023/6/29,14,使电子云达到最大重叠倾向的力,叫张力。引起张力的原因是键角的偏差,所以叫做角张力。角张力是影响环烃稳定性的几种张力因素之一。,2023/6/29,15,环丁烷分子中也存在张力,但比环丙烷要小,随着碳原子数增加,成环碳原子可以不在一个平面内,碳碳键逐渐趋于最大重叠,稳定性:五,六元环最稳定,2023/6/29,16,环己烷及其衍生物的结构,2023/6/29
5、,17,在()和()中,C2、C3、C5、C6都在一个平面内,但在()中,C1和C4在平面的同一侧,这种构象叫船式构象;而在()中,C1和C4在平面的上下两侧,这种构象叫椅式构象。,2023/6/29,18,在船式构象中,C1和C4上的两个氢原子相距极近,相互之间排斥力比较大;而且C2C3、C5C6上连接的基团为全重叠式,这种构象能量较高。而在椅式构象中,不存在这种排斥力,C2C3、C5C6上连接的基团为邻位交叉式,因而能量较低,故椅式构象是更稳定的构象,环己烷构象中通常椅式构象占优势。,2023/6/29,19,椅式构象中:C1、C3和C5处在同一个平面内,C2、C 4和C 6处在另外一个平
6、面。每个碳上的CH键都是一个垂直于平面,这个键叫直立键,以aaxial(轴向的)表示;另一个键则大致与平面平行,叫做平伏键,以eequatorial(赤道的)表示。六个a键六个e键;画法:3左3右,3上3下。,2023/6/29,20,环已烷的椅式构象的画法,2,3,4,5,6,1,2023/6/29,21,特点:1.在环已烷的椅式构象中,每一个碳原子上各有一个a键及一个e 键;2.相邻两个碳原子上的a键(或e键)都是一个向上,另一个向下(反式);3.而相隔一个碳原子的两个a键(或e键)的方向是一致的(顺式);4.处于对位(1,4)的两个碳原子上的a键(或e键)的方向又是相反的(反式)。,20
7、23/6/29,22,(I)(II),在室温下,两种椅式构象在不断地相互翻转,翻转以后C1、C3、C5形成的平面转至C2、C4、C6形成的平面之下,因此a键变为e键,而e键变为a键。,2023/6/29,23,椅式构象中,C1、C3和C5(或C2、C 4和C 6)的三个a键所连的氢原子之间的距离与两个氢原子半径大致相等,故无排斥力,若氢原子被大基团取代则会拥挤而产生排斥力。若大基团连在e键上,由于大基团伸向环外,距离较远,无排斥力,故大基团连在e键的构象是更稳定的构象。,一取代构象的稳定性:,2023/6/29,24,二取代构象稳定性根据取代基在环面的同侧或反侧,则可以产生几何异构体,如1,2
8、-二甲基环已烷,即有顺式与反式两个异构体。反式稳定,顺-1,2-二甲基环已烷(a e型),反-1,2-二甲基环已烷(e e型),2023/6/29,25,不讨论构象,只考虑构型时,可将其简写为:,课堂练习:画出顺式1,3-二甲基环已环的椅式构象图,2023/6/29,26,脂环烃的性质,一物理性质:不溶于水,液态密度小于水,沸点和相对密度比相应的烷烃高。常见脂环烃的物理常数见表4-1。,2023/6/29,27,二化学性质“大环似烷,小环似烯”,小环指3、4碳的环。角张力使其不稳定,易被打开。没达到轴向重叠,电子被束缚的程度小。1、催化氢化:Pt、Pd或Ni的催化下,环丙烷和环丁烷开环加成,在
9、上述条件下,环戊烷、环己烷以及更大环的环烷烃就不发生反应,2023/6/29,28,2、加溴:环丙烷和环丁烷与溴也发生开环加成反应,其他更大的环则发生取代反应。例如:,rt.room temprature,2023/6/29,29,金刚烷,金刚烷分子式:C10H16,因其结构与金刚石相近而得名。四个碳均与三个碳原子相连、与一个氢原子相连,属于叔碳,其余六个碳为仲碳。所有碳原子都是SP3杂化。存在于某些地区的石油中。,2023/6/29,30,球棍模型,比例模型,2023/6/29,31,金刚石的结构与金刚烷类似,没有氢只有碳,所有碳均为SP3杂化。其结构致密、硬度大,可用于切割金属、玻璃等。金
10、刚石燃烧产物是二氧化碳。,2023/6/29,32,芳香烃,“芳香烃化合物”原来指的是由树脂或香精油中取得的一些有香味的物质。如苯甲醛、苯甲醇等。因物质分子中都含有苯环,因此把含有苯环的一大类化合物叫做芳香族化合物。实际上有的不但不香,而且还有难闻的气味,该词是延用下来的。苯环具有独特的化学性质,叫做芳香性。目前用芳香族化合物的含义已经引伸。,Aromatic hydrocarbons,2023/6/29,33,芳香烃的分类,单环芳烃,2023/6/29,34,4.2.2 芳香烃的命名1、单环芳香烃 包括苯、苯的同系物和苯基取代的不饱和烃(1)一般一苯为母体,如甲苯、乙苯、丙苯、氯苯、硝基苯等
11、,氯苯 硝基苯 亚硝基苯,2023/6/29,35,(2)当苯上连有不饱和基团或多个碳原子的烷基时,则将苯环作为取代基,苯分子除去一个氢原子后,余下的部分为苯基(Ph(phenyl),,当取代基上带官能团时,苯甲醛 苯甲酸 苯磺酸,2023/6/29,36,1-苯基庚烷 2-苯基庚烷,1,2-二苯基乙烷(属于多环芳烃),2023/6/29,37,(3)苯环上有两个取代基时,就有三种异构体,要标明取代基的位置,可以分别用邻(ortho-)、间(meta-)、对(para-)表示,也可用1,2-;1,3-;1,4-表示,2023/6/29,38,(5)IUPAC规则中规定:甲苯、邻二甲苯、异丙苯、
12、苯乙烯等少数芳烃也作为母体命名。例:对叔丁基甲苯,就不叫做1-甲基-4叔丁基苯,(4)有三个取代基时,一般都用数目字表示它们的位置,2023/6/29,39,2、多环芳香烃(1)联苯类:苯环间以一个单键相连的,例如:,(6)当两个取代基相同时,则作为苯的衍生物来命名,2023/6/29,40,(2)多苯代脂肪烃:可看作脂肪烃分子中H被苯取代:,(3)稠环芳烃:并联:两个或两个以上苯环共用两个相邻碳原子。,2023/6/29,41,一、单环芳烃,1825年法拉弟(Faraday)从照明气中分离得到 分子式为C6H6,符合CnH2n-6通式,可能具有的结构式,但其性质不同于烯、炔烃,易取代,不易加
13、成,苯的结构,2023/6/29,42,18651899年,提出了各种结构表达式,Kekul,1865,Dewar,18661867,Ladenburg,1869,Armstrong-Baeyer18871888,Claus,1888,Thiele,1899,2023/6/29,43,最为人们所普遍接受的是共轭环己三烯苯,Kekul 苯能解释苯的一些现象:(a)苯的一取代物只有一种(b)苯可以加氢还原为环己烷(c)在光照条件下,苯可以和3分子氯气加成,Kekul 苯,2023/6/29,44,2023/6/29,45,苯容易发生取代反应,却难于发生加成和氧化反应 按照Kekul结构式,邻位二取
14、代苯应该有两个异构体,但实际上只有一个,Kekul苯结构式不能解释的现象:,2023/6/29,46,苯的结构(C6H6)苯分子中六个碳原子和六个氢原子处于同一平面内,六个碳原子组成一个正六边形,碳碳键长完全相等,所有键角都是 1200,2023/6/29,47,轨道解释:C原子sp2杂化,每个C原子的杂化轨道与两个C和H形成三个键,未参与杂化的p轨道垂直苯环平面,电子云相互重叠,形成一个环闭的共轭体系。离域大键,电子云密度完全平均化,无单、双键之分。,2023/6/29,48,苯的特征:(a)分子式C6H6,C:H=1:1,不饱和程度高(b)稳定性好 可由煤在1000C制取;不被KMnO4氧
15、化,不易发生加成反应。芳香族化合物的特性 芳香性(a)苯环易发生取代,难发生加成反应(b)不易氧化(c)苯环具有特殊稳定性,2023/6/29,49,芳香性(Aromaticity)与Huckl规则(P62化学性质开头部分),芳香性结构特点:碳原子以sp2杂化形成环状化合物;成环原子共平面;形成闭合环状大键,基态时电子处于成键轨道,电子数符合4n+2规则Huckl规则:一个具有共平面、环状闭合、共轭体系的单环多烯化合物,只有当其电子数符合4n+2时,才可能有芳香族的稳定性。n=0,1,2,3.,2023/6/29,50,课堂练习:下面哪些化合物具有芳香性,2023/6/29,51,物理性质无色
16、液体,难溶与水,比水轻,易溶有机溶剂,燃烧带黑烟,有毒。某些芳烃的物理常数见-表4-2化学性质,(a)苯环易发生取代,难发生加成反应(b)不易氧化(c)苯环具有特殊稳定性,2023/6/29,52,1取代反应:芳香化合物无一般的碳碳双键,不具备烯烃的典型性质:亲电加成,氧化,聚合等反应,但容易发生亲电取代反应。如卤化、硝化和磺化。,(1).卤代:在铁或铁盐的催化下加热,苯环上氢原子被氯或溴取代:,产物还可进一步被取代生成邻二溴苯或对二溴苯。,2023/6/29,53,(2).硝化:浓硝酸和浓硫酸与苯共热,苯环上氢原子被硝基取代,增加硝酸浓度,提高反应温度,可进一步硝化得到间二硝基苯,并且由于供
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 有机化学 第四 章环烃
链接地址:https://www.31ppt.com/p-5358587.html