第章脂环烃1ppt课件

1 环烷烃的特性反响；环烷烃的特性反响；环己烷和取代环己烷的构象分析。环己烷和取代环己烷的构象分析。脂环化合物的命名；脂环化合物的命名；环烷烃的典型构象和稳定性的关系；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；环己烷的构象及其表示方法；熟习环烷烃的特性反响；熟习环烷烃的特性反响；2脂环烃不饱和脂环烃环烯烃环二烯烃 环炔烃饱和脂环烃环烷烃如如如如.一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名1、脂环烃的分类、脂环烃的分类根据分子中能否含有重键根据分子中能否含有重键:根据环的大小根据环的大小:小环小环34C,普通环普通环57C,中环中环811C,大环大环12C。根据环的个数根据环的个数:单环烃、双环烃、多环烃。单环烃、双环烃、多环烃。3双环双环体系体系螺环烃螺环烃:桥环烃桥环烃:螺原子螺原子 桥头碳原子桥头碳原子 化合物中环数目是根据将环状化合物变为开链化化合物中环数目是根据将环状化合物变为开链化合物需求断开的键的数目而确定。需求断开几个合物需求断开的键的数目而确定。需求断开几个CC键就是几环。键就是几环。金刚烷金刚烷:三环三环 4甲基环戊烷甲基环戊烷 1-甲基甲基-4-异丙基环己烷异丙基环己烷 CH3CH3C2H51,1,4-三甲基环己烷三甲基环己烷 1-甲基甲基-3-丙基环己烷丙基环己烷 CH3CH3反反-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷顺顺-1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷2、脂环烃的命名、脂环烃的命名1)单环体系单环体系 成环碳原子数成环碳原子数,环某烷。环上的支链作为取代基环某烷。环上的支链作为取代基,数个取代基要编号数个取代基要编号(取小位次取小位次)。较优基团后置较优基团后置(较大编号较大编号),较小基前置较小基前置(较小编号较小编号)5 分子中有不饱和碳碳键分子中有不饱和碳碳键,命名时应使不饱命名时应使不饱和键上的碳编号最小。和键上的碳编号最小。3-甲基环戊烯甲基环戊烯 1-甲基环戊烯甲基环戊烯 3-甲基甲基-1,4-环己二烯环己二烯 1,4-环己二烯环己二烯 12331244556CH3CH(CH3)2CH3CH2CH3 3-甲基-5-乙基环已烯1-甲基-2-异丙基环戊烷62)双环体系双环体系(螺环和桥环烃螺环和桥环烃)螺环烃：两个环共用一个碳原子螺环烃：两个环共用一个碳原子(螺原螺原子子)。根据成环碳原子总数目称为螺某烷或螺某烯根据成环碳原子总数目称为螺某烷或螺某烯;在螺字后在螺字后面的方括号内面的方括号内,用阿拉伯数字标出两个碳环除了共有碳原子用阿拉伯数字标出两个碳环除了共有碳原子以外的碳原子数目以外的碳原子数目,小的数在前小的数在前,大的数在后大的数在后,用圆点隔开用圆点隔开;编编号从小环到大环号从小环到大环(从小环中与螺原子相邻的碳原子开场从小环中与螺原子相邻的碳原子开场)。1 2 3 4 5 6 7 8 螺螺3.4辛烷辛烷 8 91 2 3 4 5 6 7 10螺螺4.5-6-癸烯癸烯 螺a.b某烃 (ab)螺螺4.5-1,6-癸二烯癸二烯 1234567710-甲基螺甲基螺4.5-6-癸烯癸烯 总结总结:小前小前,大后大后,从小到大。从小到大。(螺环螺环)123456781,5-二甲基螺二甲基螺3.4-6-辛烯辛烯 CH3CH376543211,3-二甲基螺3.5-5-壬烯5-甲基螺2.4庚烷7123456H3C1,3-二甲基二甲基3.5-5-壬烷壬烷 8 桥环烃桥环烃:两个碳环共用两个或两个以上碳原两个碳环共用两个或两个以上碳原子。子。根据成环碳原子总数目称为二环某烷根据成环碳原子总数目称为二环某烷;编号从大环到编号从大环到小环小环(一个桥头碳开场沿最长的桥到另一个桥头碳原子一个桥头碳开场沿最长的桥到另一个桥头碳原子,然后再回到第一个桥头碳上然后再回到第一个桥头碳上)。方括号内。方括号内,大的数在前大的数在前,小的数在后。小的数在后。双环双环a.b.c某烃某烃(abc)二环二环3.2.1辛烷辛烷 1 2 3 4 5 6 7 8 CH3CH3CH3CH3123456789101113123456712345678912CH3CH3CH3CH31234567891011131234567123456789122-甲基双环甲基双环4.3.0壬烷壬烷5,7,7-三甲基双环三甲基双环2.2.1-2-庚烯庚烯对于一样大小的环，以双键位置较小为宜对于一样大小的环，以双键位置较小为宜 9总结总结:大前大前,小后小后,从大到小。从大到小。(桥环桥环)CH2 CH CH2CH2 CH CH2CH3CCH37,7-二甲基二环二甲基二环2.2.1庚烷庚烷 CH3CH CH CH2CH2CH2 CH CH2CH25-甲基二环甲基二环2.2.2-2-辛烯辛烯 二环二环2.2.0己烷己烷 10二、脂环烃的化学性质二、脂环烃的化学性质1、和开链烃类似的反响、和开链烃类似的反响 环烷烃的自在基取代反响环烷烃的自在基取代反响,常见的是卤代反响常见的是卤代反响,反响的活性和环的大小无关。反响的活性和环的大小无关。+Cl2 Clh CH3+Cl2hCH3Cl+HCl+Br2BrHBr+300+Cl2hvCl+HCl甲基环丙烷甲基环丙烷 11+Br2CCl4BrBrCH3 CH3CCH2CH2CH2CHOOO3Zn,H2OCH3+Cl2500CH3Cl+CH3Cl环烯烃也具有和开链烯烃类似的反响。如亲电加成、环烯烃也具有和开链烯烃类似的反响。如亲电加成、氧化反响、氧化反响、-卤代等。卤代等。HH12练习练习:推测构造推测构造 O3 H2O/ZnCH3CH3OHC-CH-CH2-CH-CHOKMnO4 /H+CH3CH3HOOC-CH-CH2-CH-COOHCHH3C-CHCH-CH3CHCH2CH3完成以下反响式完成以下反响式马氏加成马氏加成过氧化物效应过氧化物效应:反马氏加成反马氏加成-H取代取代131)催化加氢催化加氢 环丙烷、环丁烷在催化剂作用下与氢反响环丙烷、环丁烷在催化剂作用下与氢反响,环破裂环破裂加氢生成开链烷烃加氢生成开链烷烃,反响的活性和环的大小有关。反响的活性和环的大小有关。+H2CH3CH2CH3Ni80+H2NiCH3CH2CH2CH3100 环戊烷要用活性更高的催化剂铂环戊烷要用活性更高的催化剂铂,在较高的温度下在较高的温度下才干加氢变成开链烷烃才干加氢变成开链烷烃,环己烷那么很难发生加氢反响。环己烷那么很难发生加氢反响。+H2PtCH3(CH2)3CH33002、脂环烃的特性反响、脂环烃的特性反响 由于遭到环的影响由于遭到环的影响,特别是小环构造的环烷烃特别是小环构造的环烷烃,具有一些开链烷烃不同的特性。具有一些开链烷烃不同的特性。“小环似烯小环似烯,大环似烷大环似烷142)亲电加成反响亲电加成反响 环丙烷在室温下可以和卤素、氢卤酸等试剂起环丙烷在室温下可以和卤素、氢卤酸等试剂起亲电加成反响亲电加成反响,生成开链化合物。生成开链化合物。+Cl2ClCH2CH2CH2ClFeCl3+Br2BrCH2CH2CH2CH2Br 环丁烷在加热条件下可以和卤素发生加成反响环丁烷在加热条件下可以和卤素发生加成反响;环戊烷及以上环戊烷及以上,在加热条件下也不起加成反响。在加热条件下也不起加成反响。室温+Br2BrCH2CH2CH2BrCCl4不易开环易开环+Br2取代产物取代产物+Br2Br(CH2)4Br+Br2(常温下不反应!)“小环似烯小环似烯,大环似烷大环似烷15+HBrCH3CH3CH3CH3 C CH CH3CH3BrCH3环丙烷的烷基衍生物和氢卤酸加成时环丙烷的烷基衍生物和氢卤酸加成时,符合马氏规那么。符合马氏规那么。CH3+HBrCH3CHCH2CH3Br断键规律断键规律:发生在含氢最多和含氢最少的碳碳键之间。发生在含氢最多和含氢最少的碳碳键之间。163)氧化反响氧化反响 在室温下环烷烃在室温下环烷烃(包括环丙烷包括环丙烷)难以氧化难以氧化,和普通和普通的氧化剂如酸性高锰酸钾等不起反响。的氧化剂如酸性高锰酸钾等不起反响。KMnO4CH3CH3CH CCH3CH3H+CH3CH3COOH+O CCH3CH3室温下室温下,环烷烃不能使环烷烃不能使KMnO4褪色褪色,据此可区别据此可区别CC和和CC。例例:CH2CH2KMnO4紫色退去不退色HNO3(浓浓)HOOC(CH2)4COOH17+HBr1、练习练习:完成以下反响式完成以下反响式+H22、Ni+Br23、光光+Br24、18三、脂环烃的构造三、脂环烃的构造1、环丙烷的构造、环丙烷的构造环丙烷上的碳原子都是饱和碳原子环丙烷上的碳原子都是饱和碳原子,为为sp3杂化。杂化。104 60 HH角张力角张力:分子内部试图恢复正常键角的力。分子内部试图恢复正常键角的力。电子云偏向环平面外侧电子云偏向环平面外侧,容易遭到亲电容易遭到亲电试剂进攻试剂进攻,故似烯烃进展加成反响。故似烯烃进展加成反响。弯曲键弯曲键115 19环丁烷和环戊烷的构象环丁烷和环戊烷的构象 环丁烷的四个碳原子不在一个平面上。环丁烷的四个碳原子不在一个平面上。半椅式信封式环戊烷可以半椅式和信封式构象存在，环戊烷可以半椅式和信封式构象存在，二者的能量相差不大，二者的能量相差不大，两种构象可以相互转变。这两种构象的角张力和改动张力都比两种构象可以相互转变。这两种构象的角张力和改动张力都比较小，因此，环戊烷的化学性质比较稳定。但信封式构象是优较小，因此，环戊烷的化学性质比较稳定。但信封式构象是优势构象。势构象。202、环己烷的构象、环己烷的构象1)椅式构象和船式构象椅式构象和船式构象 六个碳原子均为六个碳原子均为sp3杂化杂化,在坚持键角在坚持键角10928不变不变的情况下的情况下,能以两种不同的空间方式组成六员环。能以两种不同的空间方式组成六员环。透视式：透视式：椅型船型稳定不稳定12345621相邻碳上碳氢键全为重叠式构象相邻碳上碳氢键全为重叠式构象,存在改动张力存在改动张力;C1和和C4上氢原子间上氢原子间隔较近隔较近,斥力较大斥力较大椅式构象较稳定的缘由：椅式构象较稳定的缘由：改动张力改动张力 由于键的改动而产生的斥力。由于键的改动而产生的斥力。船式构象船式构象C1与与C4碳原子上氢原子相对间隔碳原子上氢原子相对间隔只需只需183pm,远小于范德华半径之远小于范德华半径之和和(248pm),产生斥力。产生斥力。22重点掌握椅式构象重点掌握椅式构象 全为交叉式全为交叉式;C1和和C4上氢原子上氢原子间隔较远间隔较远,斥力较小斥力较小一切化学键的夹角都是一切化学键的夹角都是109.5椅式构象椅式构象232)直立键和平伏键直立键和平伏键 椅式构象中的碳氢键可以分为两类椅式构象中的碳氢键可以分为两类,6个碳氢键与分子个碳氢键与分子的对称轴平行的对称轴平行,叫做直立键或叫做直立键或a(axial)键。另外键。另外6个碳氢键个碳氢键指向环外指向环外,与直立键成与直立键成10928的角的角,平伏着向环外伸展平伏着向环外伸展,叫叫做平伏键或做平伏键或e(equatorial)键。键。三上三下三上三下;三左三右三左三右;三平行三平行直立键或直立键或a键键平伏键或平伏键或e键键Ring-flip在室温下就能迅速转环在室温下就能迅速转环,在转在转环的过程中环的过程中,a键、键、e键互变键互变24123456六个六个a键六个键六个e键键;画法画法:3左左3右右,3上上3下。下。253)、取代环己烷的构象、取代环己烷的构象、一元取代环己烷的构象、一元取代环己烷的构象 一元取代环己烷中，取代基占据一元取代环己烷中，取代基占据e键的构象更稳定。键的构象更稳定。CH3CH3室 温5%95%HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH缘由缘由:a键上的甲基和环同一边相邻键上的甲基和环同一边相邻的两个的两个a键氢原子间隔较近键氢原子间隔较近,存在较存在较大的斥力。大的斥力。CHHHHHH0.255nm 0.233nm 2个个H范德华半径之和范德华半径之和(248pm)26CH3CH3室 温HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH99.9%C(CH3)3C(CH3)3室 温C(CH3)3C(CH3)3室 温空间张力空间张力 指二个非键合的原子或原子团指二个非键合的原子或原子团在空间产生相互排斥作用力也叫范德华张在空间产生相互排斥作用力也叫范德华张力力空间张力空间张力27二元取代环己烷的构象二元取代环己烷的构象 当有多个取代基时，书写时在满足取代基的顺反当有多个取代基时，书写时在满足取代基的顺反异构关系后，让尽能够多的取代基处于异构关系后，让尽能够多的取代基处于e e键。当有多个键。当有多个不同的取代基时，大的取代基处于不同的取代基时，大的取代基处于e e键稳定。键稳定。简言之简言之:最大的基团尽能够在最大的基团尽能够在e键上键上尽能够多的基团在尽能够多的基团在e键上键上留意顺反异构景象留意顺反异构景象28v1,2-二取代：二取代：优势构象优势构象 CH3CH3HHCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3HH等价等价在透视图中构型判别在透视图中构型判别:键同向键同向(同向上或向下同向上或向下)为顺式为顺式;反向为反式构型反向为反式构型29CH3CH3室 温HHHHHHHHHCH3HHHHHHHHH HH3CHC(CH3)3C(CH3)3室 温C(CH3)3C(CH3)3室 温CH3C(CH3)3HH优势构象优势构象 30环己烷的环己烷的1,4-二取代物和二取代物和1,2-二取代的情况类似。二取代的情况类似。v1,4-二取代二取代 自学不讲自学不讲 顺式顺式反式反式ClC(CH3)3ClC(CH3)3HHHHClC(CH3)3IHHClC(CH3)3IIHHClC(CH3)3IIIHHIVClC(CH3)3HH优势构象优势构象 优势构象优势构象 31v1,3-二取代：二取代：ClClClClClCl稳定ClClClClClCl能量相同CH3CH(CH3)2H3C稳定CH(CH3)2CH3CH(CH3)2HHHH稳定不CH3C(CH3)3HH优势构象优势构象 ClClClClClCl稳定32总总 结结二二元元取取代代顺位顺位反位反位1,2-位：位：1个个e键，键，1个个a键键1,3-位：位：2个个e键键(2个个a键键)1,4-位：位：1个个e键，键，1个个a键键1,2-位：位：2个个a键键(2个个e键键)1,3-位：位：1个个e键，键，1个个a键键1,4-位：位：2个个e键键(2个个a键键)