第04章脂环烃.ppt

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1、第四章第四章 脂环烃脂环烃包括：包括：脂环烃和芳香烃脂环烃和芳香烃4.1 脂环烃脂环烃脂环烃是一类性质类似于开链烃的环状烃脂环烃是一类性质类似于开链烃的环状烃.4.1.1 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名4.1.1.1 分类分类:饱和脂环烃饱和脂环烃 环烷烃环烷烃不饱和脂环烃不饱和脂环烃 环烯（炔）烃环烯（炔）烃1、按照饱和程度、按照饱和程度2 据成环据成环C原子数目原子数目单环烃单环烃双环烃双环烃多环烃多环烃3 按环按环的个数的个数螺环烃：两个环之间共用一个碳原子。螺环烃：两个环之间共用一个碳原子。桥环烃：两环共用两个或多个碳原子。桥环烃：两环共用两个或多个碳原子。例例1：例例2：小环小

2、环 环上环上含含34个个C常见环常见环 含含5 6个个C 中环中环 含含7 12个个C 大环大环 含含12个个C以上以上按其结合方式分为：按其结合方式分为：螺环烃螺环烃桥环烃桥环烃 4.1.1.2 命名命名 1、单环烃、单环烃选母体选母体：根据成环碳原子的个数称为环某烷或环某烯。：根据成环碳原子的个数称为环某烷或环某烯。例如：例如：环丙烷环丙烷环己烷环己烷环戊烯环戊烯1,3-环戊二烯环戊二烯编号编号：有取代基的环烷烃：有取代基的环烷烃,按照按照“次序规则次序规则”,以连有最小基团以连有最小基团的环上碳原子为的环上碳原子为1编号编号,并使所有取代基的位次之和最小。并使所有取代基的位次之和最小。例

3、如：例如：1-甲基甲基-5-丙基丙基-2-异丙基环己烷异丙基环己烷123456 环上连有复杂基团时，将环作为取代基来命名。环上连有复杂基团时，将环作为取代基来命名。例如：例如：4-甲基甲基-1-环戊基己烷环戊基己烷 对于有取代基的环烯烃和环炔烃，应以不饱和键对于有取代基的环烯烃和环炔烃，应以不饱和键的位次的位次(之和之和)为最小；并使取代基的位次之和最小。为最小；并使取代基的位次之和最小。例如：例如：H3CCH32,5-二甲基二甲基-1,3-环戊二烯环戊二烯命名练习命名练习1,5,5,6-四甲基四甲基-1,3-环己二烯环己二烯12345123456123456 2、桥环烃、桥环烃 桥环烷烃桥环

4、烷烃选母体选母体：以环的个数作为词头，以环的个数作为词头，按成环碳原子的总数称按成环碳原子的总数称为为“某烷某烷”。各桥的碳原子数。各桥的碳原子数由大到小由大到小置于词头后置于词头后的方括号内，数字之间用的方括号内，数字之间用“.”分开。分开。记作：记作：注：两环连接处的碳原子为桥头碳原子，桥上的注：两环连接处的碳原子为桥头碳原子，桥上的C 称为桥碳原子。称为桥碳原子。二环二环3.3.0辛烷辛烷二环二环4.3.2十一烷十一烷（取代基）位次（取代基）位次-取代基某环取代基某环 a .b .c 某烷某烷除桥头碳外每个除桥头碳外每个桥上的桥上的C原子数。原子数。例如：例如：2341567812345

5、6781110 9 编号编号：从桥头碳开始编号；先编大环，再编次大环，：从桥头碳开始编号；先编大环，再编次大环，最短的桥最后编；有取代基时，编号应使各最短的桥最后编；有取代基时，编号应使各取代基的位次最小。取代基的位次最小。3,7,7-三甲基二环三甲基二环4.1.0庚烷庚烷412356781,8,8-三甲基二环三甲基二环3.2.1辛烷辛烷123456712345678CH3CH3CH2CH3Cl1,8-二甲基二甲基-2-乙基乙基-6-氯氯 二环二环3.2.1辛烷辛烷螺环烷烃螺环烷烃 二环螺环烷烃命名时，以二环螺环烷烃命名时，以“螺螺”字为词头，按成环碳原字为词头，按成环碳原子总数称为子总数称为

6、“某烷某烷”。方括号内标明两个环除螺碳原子以外的碳原子数目方括号内标明两个环除螺碳原子以外的碳原子数目,书书写顺序是写顺序是由小环到大环由小环到大环。小环中与螺原子相邻的碳原子编。小环中与螺原子相邻的碳原子编号为号为“1”，沿小环通过螺原子到大环。，沿小环通过螺原子到大环。有取代基的，编号使其最小。有取代基的，编号使其最小。螺螺2.4庚烷庚烷螺螺3.3庚烷庚烷1,7二甲基螺二甲基螺4.5癸烷癸烷12345671234567123456789104.1.2 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 与烷烃分子一样环烷烃分子中的碳原子也是与烷烃分子一样环烷烃分子中的碳原子也是sp3杂化。杂化。v两

7、个两个sp3杂化轨道的对称轴不可能在一条直线上重叠，只能以弯杂化轨道的对称轴不可能在一条直线上重叠，只能以弯曲的形式形成曲的形式形成键键v弯曲键的原子轨道有一种要达到最大重叠的倾向，这种倾向称弯曲键的原子轨道有一种要达到最大重叠的倾向，这种倾向称为为“张力张力”。因键角的偏差而产生的张力又称。因键角的偏差而产生的张力又称“角张力角张力”。v环丙烷分子不稳定，能量高，易发生开环反应。环丙烷分子不稳定，能量高，易发生开环反应。1 10 05 5.5 5。C CC CC CC CC CC C1 10 09 9.5 5。丙丙 烷烷环环丙丙烷烷从环丁烷开始，组成环的碳原子均不在同一平面上。从环丁烷开始，

8、组成环的碳原子均不在同一平面上。环丁烷分子结构图环丁烷分子结构图环戊烷分子结构图环戊烷分子结构图v环丁烷成键原子轨道重叠程度比环丁烷成键原子轨道重叠程度比环丙烷大，角张力小，分子较环丙环丙烷大，角张力小，分子较环丙烷稳定，较难发生开环反应。烷稳定，较难发生开环反应。v环戊烷分子中成键轨道几乎在环戊烷分子中成键轨道几乎在其对称轴方向上重叠，其对称轴方向上重叠，C-C-C键键角为角为108o。角张力很小，分子较。角张力很小，分子较稳定，难于发生开环反应。稳定，难于发生开环反应。环己烷、环庚烷及大环化合物的分子中，已不存环己烷、环庚烷及大环化合物的分子中，已不存在弯曲键，在弯曲键，C-C-C键角为键

9、角为10928，无环张力，分子很，无环张力，分子很稳定。性质类似于开链烷烃。自然界中以六元环化合稳定。性质类似于开链烷烃。自然界中以六元环化合物存在的居多，其次是五元环。物存在的居多，其次是五元环。4.1.3 环烷烃的立体结构环烷烃的立体结构 4.1.3.1 顺反异构顺反异构 环的存在限制了环的存在限制了 键的自由旋转，当环上有两键的自由旋转，当环上有两个或两个以上碳原子各连接不同的原子或基团时，个或两个以上碳原子各连接不同的原子或基团时，与烯烃相似，也产生顺反异构。与烯烃相似，也产生顺反异构。例如：例如：H3CCH3HHHH3CHCH3反反-1,3-二甲基环戊烷二甲基环戊烷 顺顺-1,3-二

10、甲基环戊烷二甲基环戊烷 H3CCH3HHHH3CHCH3顺顺-1,3-二甲基环丁烷二甲基环丁烷 反反-1,3-二甲基环丁烷二甲基环丁烷 CH3CH3HHHH3CHCH3请命名请命名:4.1.3.2 环己烷及其衍生物的构象异构环己烷及其衍生物的构象异构 与烷烃相比，由于环的存在，限制了相邻与烷烃相比，由于环的存在，限制了相邻C-C单键相对单键相对旋转，但在环不开裂的范围内，只要成环的所有碳原子不旋转，但在环不开裂的范围内，只要成环的所有碳原子不在同一平面上在同一平面上,彼此间仍可扭转，也存在构象异构。彼此间仍可扭转，也存在构象异构。环己烷是无张力环，六个碳原子不共平面，通过键的环己烷是无张力环，

11、六个碳原子不共平面，通过键的旋转和键角的扭动，可以得到椅式和船式两种不同的极限旋转和键角的扭动，可以得到椅式和船式两种不同的极限构象。构象。反反-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 椅式构象椅式构象 船式构象船式构象透视式透视式1、环己烷的构象、环己烷的构象(1)椅式构象椅式构象投影投影方向方向纽曼投影式纽曼投影式HHHHHHHHHHHHHH H H H H H H H HHHHHHHHHHH146523123456 椅式构象是环己烷最稳定的构象。椅式构象是环己烷最稳定的构象。原因：所有的键都处于交叉式原因：所有的键都处于交叉式 CH键键直立键直立键 or

12、 a 键键 （6个）个）平伏键平伏键 or e 键键 （6个）个）室温下，由于分子热运动，椅式构象可以翻转。室温下，由于分子热运动，椅式构象可以翻转。结果：原来结果：原来a 键变为键变为e 键，而键，而e 键变为键变为a 键。键。HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH123456 1234 56（2）船式构象）船式构象投影投影方向方向透视式透视式纽曼投影式纽曼投影式123456 在在船式构象船式构象中，中，C1 与与C4 上相上相对的两个对的两个H 靠得很近，靠得很近，C2 与与C3、C5 与与C6 上的上的CH键处在重叠式键处在重叠式位置，位置，船式结构中，非键斥力船式结构中，非键

13、斥力大，能量高，大，能量高，不稳定不稳定。HHHHHHHHHHHH4HHHHHHHHHHHH23561123456练习写环己烷的椅式构象练习写环己烷的椅式构象a 键键e 键键2、环己烷衍生物的构象、环己烷衍生物的构象CH3CH3（A）(5%)（B）(95%)稳定性稳定性 (A)(B)例如：室温例如：室温下下 对于一元取代的环己烷，取代基在对于一元取代的环己烷，取代基在e 键上的构象稳定；键上的构象稳定；对于多元取代，对于多元取代，e 键取代基（尤其是大基团）越多，键取代基（尤其是大基团）越多，其椅式构象越稳定。其椅式构象越稳定。练习：练习：1.1-甲基甲基-1-异丙基环己烷的优势构象异丙基环己

14、烷的优势构象CH3CHH3CH3C 2.顺顺-1-1-甲基甲基-2-2-乙基环己烷的优势构象乙基环己烷的优势构象CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH3CH3CH23.反反-1-1-甲基甲基-2-2-乙基环己烷的优势构象乙基环己烷的优势构象思考：思考：1,3-二甲基环己烷二甲基环己烷、1,4-二甲基环己烷优势二甲基环己烷优势构象是顺式还是反式？构象是顺式还是反式？CH3CH3顺式顺式CH3CH3反式反式CH3CH3CH21、开环反应、开环反应()+H2NiCH3CH2CH3+H2+H2Ni80oC300o CPt120o CCH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2C

15、H34.1.4 化学性质化学性质+Br2+Br2+Br2FeCl3FeCl3300o C以上室温BrCH2CH2CH2CH2BrBrCH2CH2CH2BrBr+HBr+HBrCH3CH2CH2 BrCH3C CHCH3BrCH3CH3 环丙烷极其衍生物在室温下能与氢卤酸反环丙烷极其衍生物在室温下能与氢卤酸反应。该反应亦符合马氏规则。应。该反应亦符合马氏规则。即：即：开环位置：总是在含开环位置：总是在含H 最多与最少之间；最多与最少之间；加成位置：加成位置：H+加在含加在含H 最多的最多的C上。上。2、取代反应、取代反应 与开链烷烃一样，环烷烃在高温或光照下也能与开链烷烃一样，环烷烃在高温或光照下也能发生游离基取代反应。发生游离基取代反应。C030+Cl2光Cl+Br2o以 上BrHClHBr+练习：练习：CH2CH=CH2HBr(过量)CH3CH2CHCH2CHCH3BrBrAg（NH3）2+灰白灰白无无无无褪色褪色无无 12CH3CH2CH2CCHab CH3CH2CHCHCH3cCH2CH3abcKMnO4/H+用化学方法鉴别下列化合物用化学方法鉴别下列化合物