基础有机化学脂环烃.ppt

第五章 脂环烃 alicyclic hydrocarbon,桥环和螺环化合物的命名； 环己烷和取代环己烷的构象分析。,脂环化合物的命名； 环烷烃的典型构象和稳定性的关系； 环己烷的构象及其表示方法； 熟悉环烷烃的特性反应； 了解环的张力学说。,主要内容,重点难点,5-1 脂环烃的分类与命名,1 分类,按环上碳原子的饱和程度，可分为,环烷烃 (通式CnH2n),环烯烃 (通式CnH2n-2),环炔烃 (通式CnH2n-4),环戊烷,环己烯,环辛炔,小环C34，普通环C57， 中环C811，大环12C。,按环的大小：,按照分子中所含碳环的数目，可分为,单环脂环烃,二环脂环烃,多环脂环烃,环己烷,环戊二烯,甲基环己烷,十氢化萘,降冰片烷,螺2,4庚烷,立方烷,篮烷,金刚烷,2 命名,（A）单环脂环烃,选母体化合物：,在相应脂环烃烃名称前加“环”字，称为“环某烷”；“环某烯”；“环某炔”。,定编号：,使所有取代基编号尽可能小.,环戊烷,甲基,环己烷,1,2-二甲基,环己烷,1-甲基-3-乙基,1-甲基-4-异丙基环己烷,1-methyl-4-isopropylcyclohexane,4-环丙基辛烷,4-cyclopropyloctane,环丁烷,cyclobutane,分子中有不饱和碳碳键，命名时应使不饱和键上的碳编号最小。,3-甲基环戊烯,3-methylcyclopentene,3-甲基-1,4-环己二烯,3-methyl-1,4-cyclohexadiene,1-甲基环戊烯,1-methylcyclopentene,（B）二环烃,分子碳架中含有两个碳环的烃. 分为:,桥环烃 (桥烃),二环4.4.0癸烷 (十氢化萘),二环2.2.1庚烷 (降冰片烷),螺环烃 (螺烃),螺4.4壬烷,联环烃,联二环己烷,螺环烷烃,两个碳环共用一个碳原子的脂环烃.,母体化合物：,词头两环碳原子数目表示母体.,词头:螺 spiro,两环碳原子数目表示由小环到大环，用圆点分开.,母体:按成环碳原子总数称为 “某烷”.,螺原子,编号从较小环与螺原子相邻的碳开始，沿小环经螺原子到较大的环.,螺,2.4,庚烷,螺,5.5,十一烷,螺,3.4,辛烷,1,2,3,4,5,6,7,8,5-甲基,10-甲基螺4.5-6-癸烯,螺4.5-1,6-癸二烯,10-methylspiro4.5-6-decene,spiro4.5-1,6-decadiene,螺4.5-6-癸烯,spiro4.5-6-decene,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,桥环烃,在脂环烃分子中,两个碳环共用两个或多个碳原子时,称为桥环化合物.,桥头碳原子,母体名称：,词头桥的表示母体,词头：环数。形成开链化合物断键的次数，即为几环.,桥的表示:用阿拉伯数字表明每桥所含桥原子数目(桥头碳不包括在内), 按由大到小的顺序排列, 数字之间用小圆点分开,放在方括号中.,母体:按成环碳原子总数称为 “某烷”.,二环,3.2.1,辛烷,二环,3.2.1,辛烷,3,4,6,7,8,5,2,8-二甲基-1-乙基,编号:,编号从一个桥头开始，沿最长桥到另一桥头碳,再沿次长桥回到起始桥头碳,最后是最短桥的碳原子.,写取代基：,将取代基位次和名称放在“二环”之前即可.,1 2,二环3.2.1辛烷,bicyclo3.2.1octane,英文名中二环用词头bicyclo-表示。,1,2,3,4,5,6,7,8,二环2.2.0己烷,bicyclo2.2.0hexane,7,7-二甲基二环2.2.1庚烷,7,7-dimethylbicyclo2.2.1heptane,写出下列化合物结构,2-甲基二环3.2.1辛烷 螺2.4庚烷,知识回顾, 分类：, 重点：命名, 难点：螺环和桥环化合物命名,1,2,3,4,5,6,7,8,3,4,6,7,8,5,1 2,5-2 脂环烃的物理性质,在室温和常压下，环丙烷和环丁烷为气体，环戊烷到环十一烷为液体，环十二烷以上为固体；,环烷烃的熔点、沸点、相对密度都比含同数目碳原子的直链烷烃高；,脂环烃均不溶于水；,脂环烃的密度在0.6880.853之间。,C-C, C-H键牢固，化学性质稳定，似烷烃；,1. 取代反应,H,+,+,5-3 脂环烃的化学性质,2 氧化反应,在室温下环烷烃难以氧化，和一般的氧化剂如酸性高锰酸钾等不起反应。,可用高锰酸钾溶液来区别烯烃和环丙烷衍生物。,键,C = C,sp2-sp2 键,2p-2p 键,温 故 知 新,3. 加成反应,A 加氢,随环上碳的增多，环烷烃稳定性增大。,C3C4脂环烃易断环，环可以加成，似烯烃,CH2,CH2,CH2,+,H,H,B 加卤素,注意：不能用溴褪色的方法来区别环烷烃与烯烃。,C 加卤化氢,？,CH2,CH2,CH2,+,H,Br,取代环丙烷,断键：断含氢最多和含氢最少的碳原子之间的键。,加氢：氢加到含氢多的碳上。,三员环在常温下与X2, HX即可发生开环反应；四员环加热后，方可反应；五六元环难发生加成反应。,CH3-CH-CH2,CH2,+,H,Br,环烯烃,与烯烃相似，碳碳双键可发生加成反应，-氢原子发生取代反应。,反式加成,反-1,2-二溴环己烷, 环丙烷,环丙烷上的碳原子都是饱和碳原子，为sp3杂化。,角张力：分子内部试图恢复正常键角的力。,环丙烷分子相邻碳上的碳氢键都是重叠式构象。,扭转张力：试图恢复交叉式构象的力。,5-4 环烷烃的结构,环戊烷分子中，碳碳键的夹角为108，接近sp3杂化轨道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。,环己烷分子中6个碳原子不在同一平面上，碳原子之间的键角为10928，分子中没有张力。,2 其他环烷烃,大环原子在不同的平面内，键角接近正常的键角，为无张力环。,环三十烷, 环烷烃的燃烧热与环的稳定性,燃烧热测定数据表明：烷烃分子每增加一个CH2，其燃烧热数值的增加基本上是一个定值658.6 kJmol-1。,环烷烃可以看作是数量不等的CH2单元连接起来的化合物。但不同环烷烃中的单元CH2的燃烧热却因环的大小有着明显的差异。,一些环烷烃的燃烧热(kJmol-1)：,环烷烃单元CH2的燃烧热增大，则稳定性降低。, 顺反异构,反-1-甲基-4-乙基环己烷,trans-1-ethyl-4-methylcyclohexane,顺-1,2-二甲基环丙烷,反-1,2-二甲基环丙烷,cis-1,2-dimethylcyclopropane,trans-1,2-dimethylcyclopropane,5-5 环烷烃的立体异构, 环己烷的构象,透视式：,(1) 椅式构象和船式构象,六个碳原子均为sp3杂化，在保持键角10928不变的情况下，能以两种不同的空间形式组成六员环,椅式,船式,纽曼投影式：,椅式,船式,分子模型：,椅式构象,船式构象,椅式构象和船式构象的对比：,船式构象：无角张力;相邻碳上的碳氢键全为重叠式， 存在扭转张力； 椅式构象：无角张力;相邻碳上的碳氢键全为交叉式构 象，没有扭转张力。,船式构象：船头碳原子C1和C4上的氢原子距离较近， 斥力较大; 椅式构象：C1和C4上的氢原子距离较远，斥力较小。,(2) 直立键和平伏键,椅式构象中的碳氢键可以分为两类，6个碳氢键与分子的对称轴平行，叫做直立键或a键。,另外6个碳氢键指向环外，与直立键成10928的角，平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键。,(3) 转环作用,一个椅式构象的环己烷，可以通过碳碳单键的旋转变成另一种椅式构象，叫做转环作用。,在室温下就能迅速转环，在转环的过程中，原来的a键全都变成e键，原来的e键全都变成a键。,环己烷构象的势能关系：,E,半椅式,扭船式,46kJmol-1,23kJmol-1,30kJmol-1, 取代环己烷的构象,一元取代环己烷中，取代基占据e键的构象更稳定。,(1) 一元取代环己烷的构象,5%,95%,0.1%,99.9%,(2) 二元取代环己烷的构象,1,2-二取代：,稳定的构象是e键上取代基最多的构象，若取代基不同时，大的取代基在e键上的构象最稳定。,优势构象,优势构象,1,3-二取代：,优势构象,优势构象,环己烷1,4-二取代物，和1,2-二取代的情况类似。,如果取代基多于二个，e键上取代基最多的构象最稳定，若取代基不同时，大的取代基在e键上的构象最稳定。,画出顺-4-叔丁基环已醇的最稳定构象,练 习,4 十氢化萘,反式,顺式,这两个异构体不能自由转变，反式比顺式稳定。,反式,顺式,也可以用下面的方式表示十氢化萘的顺反异构。,