大学有机化学第二章饱和烃ppt课件

第二章第二章 饱饱 和和 烃烃ChainHydrocarbons重重点点：烷烷烃烃和和环环烷烷烃烃的的命命名名;烷烷烃烃的的碳碳链链异异构构、伯伯、仲仲、叔叔、季季碳碳原原子子和和伯伯、仲仲、叔叔氢氢原原子子；乙乙烷烷与与正正丁丁烷烷的的构构象象（定定义义、稳稳定定性性、透透视视式式、纽纽曼曼投投影影式式）；环环己己烷烷及及其其衍衍生生物物的的构构象象；烷烷烃烃的的结结构构特特征征键键及及环环烷烷烃烃的的结结构构与与稳稳定定性性；烷烷烃烃的的物物理理性性质质规规律；环烷烃的化学性质；律；环烷烃的化学性质；难难点点：烷烷烃烃的的结结构构及及环环烷烷烃烃的的立立体体异异构构；取取代代环环己己烷烷的的优优势势构构象象；卤卤代代反反应应机机理理；伯伯、仲仲、叔叔碳碳自自由由基的相对稳定性及伯、仲、叔氢的反应活性。基的相对稳定性及伯、仲、叔氢的反应活性。第二章饱和烃ChainHydrocarbons重1本章内容提要本章内容提要一、烷烃的结构、通式、同系列、碳原子类型一、烷烃的结构、通式、同系列、碳原子类型二、烷烃的命名法二、烷烃的命名法三、烷烃的同分异构现象三、烷烃的同分异构现象四、烷烃的化学性质四、烷烃的化学性质 五、环烷烃的分类和命名五、环烷烃的分类和命名 六、环烷烃的结构和稳定性六、环烷烃的结构和稳定性 七、环己烷和一取代环己烷的构象七、环己烷和一取代环己烷的构象 八、环烷烃的化学性质八、环烷烃的化学性质 本章内容提要一、烷烃的结构、通式、同系列、碳原子类型二、烷2 烃的分类烃的分类苯型芳香烃苯型芳香烃非苯型芳香烃非苯型芳香烃烃烃脂肪烃脂肪烃芳香烃芳香烃饱和烃饱和烃不饱和烃不饱和烃脂环烃脂环烃烯烃烯烃炔烃炔烃链烃链烃环烃环烃烃烃（Hydrocarbons)：仅由仅由C、H两种元两种元素构成的有机化合物。素构成的有机化合物。烃的分类苯型芳香烃非苯型芳香烃烃脂肪烃芳香烃饱和烃不饱和烃3一、烷一、烷烃的结构、分子通式、同系列、烃的结构、分子通式、同系列、碳原子类型碳原子类型1、烷烃的结构烷烃的结构甲烷分子甲烷分子：碳原子为：碳原子为sp3杂化，四个杂化，四个C-H键。呈正四键。呈正四面体构型，键角面体构型，键角10928。C-H键长为键长为110pm。烷烃（烷烃（alkane）是指分子中的碳原子以单键相是指分子中的碳原子以单键相连，其余的价键都与氢完全结合而成的化合物。连，其余的价键都与氢完全结合而成的化合物。一、烷烃的结构、分子通式、同系列、碳原子类型1、烷烃的结构甲4碳原子轨道的碳原子轨道的sp3杂化杂化碳原子轨道的sp3杂化5 甲烷的棒球模型和四面体构型甲烷的棒球模型和四面体构型甲烷的棒球模型和四面体构型6乙烷的结构乙烷的结构:乙烷（乙烷（CH3-CH3）分子中的两个）分子中的两个碳原子各用一个碳原子各用一个sp3杂化轨道重叠形成杂化轨道重叠形成C-C键，键，键长键长154pm，各碳余下的，各碳余下的sp3杂化轨道与氢原子杂化轨道与氢原子的的1s轨道相重叠形成轨道相重叠形成C-H键。键。乙烷的结构:乙烷（CH3-CH3）分子中的两个碳原子各用一个7 甲甲烷烷分分子子为为正正四四面面体体构构型型，随随着着碳碳链链的的增增长长，高高级级烷烷烃烃的的碳碳链链是是锯齿状。锯齿状。甲烷分子为正四面体构型，随着碳链的增长，高级烷烃的碳链8键键的的特特点点：成成键键原原子子可可沿沿键键轴轴“自自由由”转转动；键的稳定性高。键的极化度小。动；键的稳定性高。键的极化度小。键的特点：成键原子可沿键轴“自由”转动；键的稳定性高。键的9烷烃的分子通式为烷烃的分子通式为CnH2n+2。凡凡是是具具有有同同一一分分子子通通式式和和相相同同结结构构特特征征的的一一系系列化合物称为列化合物称为同系列同系列（homologousseries）。同系列中的化合物互称同系列中的化合物互称同系物同系物（homolog）。相邻两同系物之间的组成差别相邻两同系物之间的组成差别(CH2)称称系差。系差。2、分子通式和同系列分子通式和同系列 同系物特性同系物特性同同系系物物具具有有相相似似的的化化学学性性质质，物物理理性性质质也也随着碳链的增长而表现出有规律的变化。随着碳链的增长而表现出有规律的变化。烷烃的分子通式为CnH2n+2。2、分子通式和同系列103、饱和碳原子的类型饱和碳原子的类型 伯碳伯碳(10)：与与1个其它碳原子直接相连；个其它碳原子直接相连；仲碳仲碳(20)：与与2个其它碳原子直接相连；个其它碳原子直接相连；叔碳叔碳(30)：与与3个其它碳原子直接相连；个其它碳原子直接相连；季碳季碳(40)：与与4个其它碳原子直接相连。个其它碳原子直接相连。4、伯、仲、叔氢原子伯、仲、叔氢原子3、饱和碳原子的类型伯碳(10)：与1个其它碳原子11二、烷烃的命名二、烷烃的命名NomenclatureofAlkanes 普通命名法普通命名法(commonnomenclature)系统命名系统命名(systematicnomenclature)二、烷烃的命名NomenclatureofAlkane12普通命名法仅适合简单的烷烃。普通命名法仅适合简单的烷烃。它它的的命命名名方方法法是是1-10以以内内的的碳碳原原子子数数用用天天干干字字甲甲、乙乙、丙丙、丁丁、戊戊、己己、庚庚、辛辛、壬壬、癸癸表表示示。从从十一个十一个碳原子开始用碳原子开始用中文数字中文数字表示。表示。1、普通命名法、普通命名法(commonnomenclature)直链烷烃，在名称前加一个直链烷烃，在名称前加一个“正正”（n-）字，称）字，称为正某烷。但为正某烷。但“正正”（n-）字一般略去。如：）字一般略去。如：CH3CH2CH3丙烷丙烷CH3(CH2)10CH3十二烷十二烷普通命名法仅适合简单的烷烃。1、普通命名法(common13 methane（甲烷）（甲烷）ethane（乙烷）（乙烷）propane（丙烷）（丙烷）butane（丁烷）（丁烷）pentane（戊烷）（戊烷）hexane（己烷）（己烷）烷烃的英文名称：烷烃的英文名称：表示碳原子数的词头表示碳原子数的词头+ane词尾组成词尾组成。heptane（庚烷）（庚烷）octane（辛烷）（辛烷）nonane（壬烷）（壬烷）decane（癸烷）（癸烷）undecane（十一烷）（十一烷）dodecane（十二烷）（十二烷）methane（甲烷）烷烃的英文名称：表示碳原子数的词头+14 带带有有支支链链时时，可可用用“异异”（iso-）、“新新”（neo-）等字表示：）等字表示：含有含有 端基，而别无其它支端基，而别无其它支 链的烷烃，则按碳原子总数称链的烷烃，则按碳原子总数称“异某烷异某烷”。异异丁烷丁烷（isobutane）异异戊烷戊烷(isopentane)异丁烷（isobutane）异戊烷(isopentan15 含有含有 端基，而端基，而无其无其它支链的烷烃它支链的烷烃，则称，则称“新某烷新某烷”。CH3CCH3CH3CH3CH3CCH3CH3CH2CH3新新戊烷戊烷(neopentane)新新己烷己烷(neohexane)含有端基，而无其CH3CC162、烃基的命名烃基的命名烃基：烃基：烃分子中去掉一个氢原子所剩下的原子团烃分子中去掉一个氢原子所剩下的原子团称为烃基。称为烃基。脂肪烃基：脂肪烃基：用用“R-”表示。表示。（例如：烷基（例如：烷基)芳香烃基：芳香烃基：用用“Ar-”表示。表示。常见常见的烷的烷烃基烃基甲基甲基(Me)乙基乙基(Et)丙基丙基(n-pr)异丙基异丙基(iso-pr)2、烃基的命名烃基：烃分子中去掉一个氢原子所剩下的原子团称为17丁基丁基(n-Bu)仲丁基仲丁基(sec-Bu)异丁基异丁基(iso-Bu)叔丁基叔丁基(tert-Bu)丁基(n-Bu)18烷烷烃烃同同一一碳碳原原子子上上去去掉掉二二个个氢氢原原子子或或三三个个氢氢原子原子后，分别称为后，分别称为亚基、次基，亚基、次基，如：如：亚甲基亚甲基 亚乙基亚乙基 次甲基次甲基 次乙基次乙基 烷烃同一碳原子上去掉二个氢原子或三个氢原子后，分别称为亚基、193、系统命名系统命名(systematicnomanclature)系统命名法系统命名法也叫日内瓦命名法，是也叫日内瓦命名法，是1892年日年日内瓦国际化学会议首次拟定的有机化合物命内瓦国际化学会议首次拟定的有机化合物命名原则。后经国际纯粹和应用化学联合会名原则。后经国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）多次修订，叫）多次修订，叫IUPAC命名法。我命名法。我国根据该命名原则，并结合汉字特点，制定国根据该命名原则，并结合汉字特点，制定了我国的有机化合物系统命名法，即有机化了我国的有机化合物系统命名法，即有机化学命名原则。学命名原则。3、系统命名(systematicnomanclature20 直链烷烃的系统名法与普通命名法相直链烷烃的系统名法与普通命名法相似。支链烷烃命名要点是确定主链和似。支链烷烃命名要点是确定主链和处理取代基的位置问题，概括起来处理取代基的位置问题，概括起来就是三个字：就是三个字：“长长”、“多多”、“低低”。即即选择最长的碳链作为主链，使主链上选择最长的碳链作为主链，使主链上有尽可能多的取代基，取代基的位次有尽可能多的取代基，取代基的位次最低，即最低系列原则。最低，即最低系列原则。烷烃系统命名法的要点烷烃系统命名法的要点 直链烷烃的系统名法与普通命名法相似。支链烷烃命名要点21 例如：例如：2，4-二甲基己烷二甲基己烷（最长碳链；编号方向，从先遇到取代基的（最长碳链；编号方向，从先遇到取代基的一端开始编号；相同的取代基合并）。一端开始编号；相同的取代基合并）。命名书写中常见错误：命名书写中常见错误：2-二甲基己烷、二甲基己烷、2,4-甲基己烷甲基己烷、2,4-2甲基己烷甲基己烷、2,4二甲基己烷二甲基己烷123456654321例如：2，4-二甲基己烷（最长碳链；编号方向，从22在等距离处遇到取代基，则比较第二个在等距离处遇到取代基，则比较第二个取代基的位置。取代基的位置。2，3，5-三甲基己烷三甲基己烷2,3,5-trimethylhexane654321123456在英文名称中，取代基合并数一、二、在英文名称中，取代基合并数一、二、三、四、五、六等数字相应词头分别为三、四、五、六等数字相应词头分别为mono,di,tri,tetra,penta,hexa。在等距离处遇到取代基，则比较第二个取代基的位置。2，323 有不同取代基时，按有不同取代基时，按“次序规则次序规则”将取代基将取代基先先 后列出，较优基团应后列出。英文命名后列出，较优基团应后列出。英文命名时，取代基按首字母顺序排列。时，取代基按首字母顺序排列。2-甲基甲基-4-乙基己烷乙基己烷4-ethyl-2-methylhexane主要烷基的优先次序是：主要烷基的优先次序是：叔丁基叔丁基 异丙基异丙基 异丁基异丁基 丁基丁基 丙基丙基 乙基乙基 甲基。甲基。有不同取代基时，按“次序规则”将取代基先后列出，较24课堂练习：课堂练习：P12 问题问题2-2 用衍生命名法命名下列化合物用衍生命名法命名下列化合物 问题问题2-3 用系统命名法命名下列化合物用系统命名法命名下列化合物 问题问题2-4 写烷基或结构式写烷基或结构式 课堂练习：P12问题2-2用衍生命名法命名下列25三、烷烃的同分异构现象三、烷烃的同分异构现象 同分异构现象同分异构现象(isomerism)是指分子式相同，是指分子式相同，分子中各原子的排列次序或空间位置不同，性分子中各原子的排列次序或空间位置不同，性质也不同而产生一些不同化合物的现象。质也不同而产生一些不同化合物的现象。三、烷烃的同分异构现象同分异构现象(isomerism)是26有机化合物的同分异构现象可概括为：有机化合物的同分异构现象可概括为：异构现象异构现象构造异构构造异构立体异构立体异构碳链异构碳链异构位置异构位置异构官能团异构官能团异构互变异构互变异构构型异构构型异构构象异构构象异构顺反异构顺反异构对映异构对映异构有机化合物的同分异构现象可概括为：异构现象27由于碳链的连接次序不同而产生的异由于碳链的连接次序不同而产生的异构现象称为碳链异构。构现象称为碳链异构。正戊烷正戊烷 1、烷烃的碳链异构烷烃的碳链异构(carbon-chainisomerism)异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷由于碳链的连接次序不同而产生的异构现象称为碳链异构。正28 2、烷烃的构象异构烷烃的构象异构(conformationalisomerism)单单键键旋旋转转而而使使分分子子中中原原子子或或原原子子团团在在空空间间产产生生不同排列的状态称为不同排列的状态称为构象。构象。因构象不同而产生的异构现象称为因构象不同而产生的异构现象称为构象异构。构象异构。2、烷烃的构象异构(conformationalis29（1）乙烷的两种极限构象式：乙烷的两种极限构象式：重叠式和交叉式重叠式和交叉式 构象的表示方法：构象的表示方法：锯架式锯架式(sawhorseformula)：重叠式重叠式交叉式交叉式（1）乙烷的两种极限构象式：重叠式和交叉式构象的表示方法30纽曼纽曼(Newman)投影式：投影式：重叠式重叠式交叉式交叉式纽曼(Newman)投影式：重叠式交叉式31 在在交交叉叉式式中中，两两个个碳碳原原子子上上的的氢氢原原子子间间的的距距离离最最远远，相相互互之之间间的的作作用用力力最最小小，内内能能最低，这种构象最低，这种构象叫优势构象。叫优势构象。在交叉式中，两个碳原子上的氢原子间的距离最远，相互之32 在在重重叠叠式式中中，两两个个碳碳上上的的氢氢原原子子两两两两相相对对，距距离离最最近近，相相互互作作用用力力最最大大，因因而而内能最高，是不稳定的构象。内能最高，是不稳定的构象。在重叠式中，两个碳上的氢原子两两相对，距离最近，相33 交交叉叉式式和和重重叠叠式式是是乙乙烷烷的的两两种种极极限限构构象象，其它构象介于这两种构象之间。其它构象介于这两种构象之间。交叉式和重叠式是乙烷的两种极限构象，其它构象介于这两34（2）丁烷的构象丁烷的构象丁烷的四种极限构象丁烷的四种极限构象（2）丁烷的构象丁烷的四种极限构象35四种极限构象的稳定性次序：四种极限构象的稳定性次序：对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全重叠式四种极限构象的稳定性次序：36四、烷烃的化学性质四、烷烃的化学性质 1、烷烃的卤代反应烷烃的卤代反应 取取代代反反应应(substitutionreaction)：有有机机化化合合物物中中氢氢原原子子（或或其其它它原原子子或或原原子子团团）被被另另一一原原子子或原子团取代的化学反应称取代反应。或原子团取代的化学反应称取代反应。卤卤代代反反应应(halogenation)即即有有机机化化合合物物中中氢氢原原子被卤素取代。通常指氯代和溴代。子被卤素取代。通常指氯代和溴代。四、烷烃的化学性质1、烷烃的卤代反应37烷烃的卤代反应机理：烷烃的卤代反应机理：是是自由基的链反应自由基的链反应(free-radicalchainreaction)，它的历程它的历程分三步分三步进行：进行：链的引发、链的增长、链的终止。链的引发、链的增长、链的终止。a、链的引发链的引发（1）甲烷的卤代甲烷的卤代烷烃的卤代反应机理：是自由基的链反应(free-rad38b、链的增长链的增长 H=7.5KJ/molc、链的终止、链的终止 H=-112.9KJ/molb、链的增长H=7.5KJ/molc、链的终止39其它烷烃的卤代反应也是游离基反应过程。但其它烷烃的卤代反应也是游离基反应过程。但不同的氢被卤代的难易不同的氢被卤代的难易是不一样的，它们的是不一样的，它们的次次序是序是（由易到难）：（由易到难）：叔氢叔氢 仲氢仲氢 伯氢伯氢 另另外外，不不同同碳碳所所生生成成的的自自由由基基稳稳定定性性次次序序为为（由易到难）：（由易到难）：302010CH3 讨论题讨论题 1）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？2）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？其它烷烃的卤代反应也是游离基反应过程。但不同的氢被卤代的难易40大学有机化学第二章饱和烃ppt课件41反反应物到过渡态，体系的能量不断升高，过反反应物到过渡态，体系的能量不断升高，过渡态时能量达到最高值，以后体系的能量迅速渡态时能量达到最高值，以后体系的能量迅速降低。反应物与过渡态的能量之差称活化能，降低。反应物与过渡态的能量之差称活化能，用用Ea表示。表示。为能使反应发生，由分子碰撞提供的最低能量，为能使反应发生，由分子碰撞提供的最低能量，称为称为活化能。活化能。有有效碰撞，活化分子有有效碰撞，活化分子活活化能越小，反应速率越快；活活化能越小，反应速率越快；活化能越大，反应速率越慢。活化能越大，反应速率越慢。反应速率最慢的一步反应速率最慢的一步速度控制步骤速度控制步骤反反应物到过渡态，体系的能量不断升高，过渡态时能量达到最高值42在甲烷氯代的多步反应中在甲烷氯代的多步反应中,哪一步是控制反应速率的？哪一步是控制反应速率的？甲烷氯代反应链增长阶段能量变化甲烷氯代反应链增长阶段能量变化在甲烷氯代的多步反应中,哪一步是控制反应速率的？甲烷氯代反43（2）其它烷烃的卤代其它烷烃的卤代1oH与与2oH被取代的概率为被取代的概率为:6 2氢的相对反应活性：氢的相对反应活性：1oH:2oH=(45/6):(55/2)=1:3.81oH与与3oH氢被取代的概率为氢被取代的概率为:9:1氢的相对反应活性：氢的相对反应活性：1oH:3oH=(64/9):(36/1)=1:5（2）其它烷烃的卤代1oH与2oH被取代的概率为:62氢442、氧化反应氧化反应烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。3、热裂反应热裂反应化合物在高温和无氧存在下的分解反应。化合物在高温和无氧存在下的分解反应。单电子转移用鱼钩箭头表示。单电子转移用鱼钩箭头表示。2、氧化反应烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热45五、环烷烃的分类和命名五、环烷烃的分类和命名 1、环烷烃的分类环烷烃的分类按成环碳按成环碳原子数分原子数分小环（三元环、四元环）小环（三元环、四元环）常见环（五元环、六元环）常见环（五元环、六元环）中环（七元环至十二元环）中环（七元环至十二元环）大环（多于十二个碳原子的环）大环（多于十二个碳原子的环）五、环烷烃的分类和命名1、环烷烃的分类按成环碳原子数分小46根据饱和程度分为根据饱和程度分为环烷烃环烷烃(cycloalkane)环烯烃环烯烃(cycloalkene)环炔烃环炔烃(cycloalkyne)按所含环的数目可分为：按所含环的数目可分为：单环、双环和单环、双环和多环烷烃。多环烷烃。根据饱和程度分为环烷烃(cycloalkane)环烯烃(c472、环烷烃的命名环烷烃的命名（1）单环脂烃的命名单环脂烃的命名环环烃烃的的命命名名只只是是在在相相应应的的烷烷烃烃或或烯烯烃烃之之前前加加环环字字。英英文文命命名名则则加加词词头头cyclo;从从连连接接取取代代基基的的碳碳原原子子开开始编号；始编号；将取代基的位次和名称写在将取代基的位次和名称写在“环环”字之前。字之前。1-甲基甲基-2-乙基环己烷乙基环己烷2-ethyl-1-methylcyclohexane2、环烷烃的命名（1）单环脂烃的命名环烃的命名只是48若若环环上上有有复复杂杂的的取取代代基基时时，可可将将环环作为取代基来命名作为取代基来命名。1-环丁基戊烷环丁基戊烷1-cyclobutylpentane1,2-二甲基环丙烷的顺、反两种异构体二甲基环丙烷的顺、反两种异构体。反反-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷顺顺-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷若环上有复杂的取代基时，可将环作为取代基来命名。1-49在在环环烯烯烃烃或或环环炔炔烃烃中中以以双双键键或三键的位次最小或三键的位次最小4-甲基环己烯甲基环己烯4-methylcyclohexene在环烯烃或环炔烃中以双键或三键的位次最小4-甲基环己烯50(2)桥环烃的命名桥环烃的命名*两个碳环共用两个或两个以上碳原子的称两个碳环共用两个或两个以上碳原子的称桥桥环烃。环烃。环与环相连的两个碳原子叫环与环相连的两个碳原子叫“桥头桥头”。以以“二二环环”作作词词头头，按按成成环环碳碳原原子子总总数数称为称为“某烷某烷”；两两环环连连接接处处的的碳碳原原子子作作为为桥桥头头碳碳原原子子，其其它它碳碳原原子子作作为为桥桥碳碳原原子子，各各桥桥的的碳碳原原子子数数由由大大到到小小分分别别用用数数字字表表示示，并并用用下下角角圆圆点点分分开开，放放在在方方括括号号中中，并并将将方方括括号号放放在在“二环二环”与与“某烷某烷”之间；之间；(2)桥环烃的命名*两个碳环共用两个或两个以上碳原子51环环上上的的编编号号是是从从一一个个桥桥头头碳碳原原子子开开始始，沿沿最最长长的的桥桥到到另另一一个个桥桥头头碳碳原原子子，再再沿沿次次长长的的桥桥编编回回到到开开始始的的桥桥头头碳碳原原子子，最最短短桥桥上上的的碳碳原原子子最最后后编号；编号；环环上上连连有有支支链链时时，支支链链作作为为取取代代基基，其其所所在在的的位位次次即即是是环环上上碳碳原原子子的的位位次次号号，将将取取代代基基的位次和名称放在的位次和名称放在“二环二环”之前即可之前即可。环上的编号是从一个桥头碳原子开始，沿最长的桥到另一个桥头碳522-甲基甲基-6-乙基二环乙基二环 3.1.0 己烷己烷1-甲基甲基-2-异丙基二环异丙基二环 2.2.2 辛烷辛烷5-甲基二环甲基二环 2.1.1 己烷己烷2-甲基-6-乙基二环3.1.0己烷1-甲基-2-异丙基53(3)螺环烷烃的命名螺环烷烃的命名(以二环为例以二环为例)*两两个个碳碳环环共共有有的的碳碳原原子子称称为为螺螺原原子子，以以“螺螺”作为词头；作为词头；按成环总碳原子数称为（某烷）；按成环总碳原子数称为（某烷）；用用方方括括号号中中的的阿阿拉拉伯伯数数字字按按从从小小到到大大的的顺顺序序，分分别别标标明明两两个个碳碳环环除除螺螺原原子子以以外外所所包包含含的的碳碳原子数目，数字用下角圆点分开；原子数目，数字用下角圆点分开；(3)螺环烷烃的命名(以二环为例)*两个碳环共有的碳54环环上上编编号号的的顺顺序序是是由由较较小小环环中中与与螺螺原原子子相相邻邻的的碳碳原原子子开开始始，沿沿小小环环编编号号，通通过过螺螺原原子而到较大的环；子而到较大的环；环环上上连连有有支支链链时时，支支链链作作为为取取代代基基，其其所所在在位位次次即即是是环环上上碳碳原原子子的的位位次次号号，将将取取代代基的位次和名称放在基的位次和名称放在“螺螺”字之前。字之前。环上编号的顺序是由较小环中与螺原子相邻的碳原子开始，沿小环557-甲基螺甲基螺 4.5 癸烷癸烷螺螺 5.5 十一烷十一烷1-乙基螺乙基螺 2.5 辛烷辛烷注意：注意：桥环烃和螺环烃在编号上的不同。桥环烃和螺环烃在编号上的不同。7-甲基螺4.5癸烷螺5.5十一烷1-乙基螺2.556六、环烷烃的结构和稳定性六、环烷烃的结构和稳定性 烷烃分子中，碳原子是以烷烃分子中，碳原子是以SP3SP3杂化轨道沿杂化轨道沿着轨道对称轴相互重叠形成着轨道对称轴相互重叠形成键，重叠程度好，键，重叠程度好，与其它原子所形成的夹角是与其它原子所形成的夹角是109.5。环烷烃分子中，碳原子也是以环烷烃分子中，碳原子也是以SP3杂化轨道成杂化轨道成键的，但成环碳原子所形成的键角不一定是键的，但成环碳原子所形成的键角不一定是109.5，环的大小不同，键角也不一样。环的大小不同，键角也不一样。六、环烷烃的结构和稳定性烷烃分子中，碳原子是以S571、环烷烃的稳定性及其解释、环烷烃的稳定性及其解释（1）拜尔拜尔（Baeyer）张力学说张力学说 为为解解释释三三元元和和四四元元环环不不稳稳定定,而而五五元元和和六六元元环环稳稳定的原因定的原因,提出了张力学说提出了张力学说,它的基本点是：它的基本点是：（a）按按照照碳碳原原子子的的正正四四面面体体模模型型，碳碳碳碳键键之之间间的夹角为的夹角为10928 。（b）假假设设碳碳原原子子成成环环后后，原原子子都都处处于于一一个个平平面面上。上。1、环烷烃的稳定性及其解释（1）拜尔（Baeyer）张力学说58键键角角的的偏偏转转使使分分子子内内产产生生了了角角张张力力，偏偏转角度越大，张力越大分子越不稳定。转角度越大，张力越大分子越不稳定。键角的偏转使分子内产生了角张力，偏转角度越大，张力越大分子越59环丙烷环丙烷三角形三角形,键间夹角为键间夹角为60，键向内偏转键向内偏转 2444。环丁烷环丁烷四边形四边形,键间夹角为键间夹角为90，键向内转键向内转944。环戊烷环戊烷五边形五边形,键间夹角键间夹角108，接近接近10928。环丙烷三角形,键间夹角为60，键向内偏转2444。60结论：结论：三三、四四元元环环为为张张力力环环，而而五五、六六元元环环为为无无张张力力环环，故故三三、四四元元环环不不稳稳定定，而而五五、六六元元环稳定。环稳定。张张力力学学说说虽虽然然能能成成功功解解释释一一些些现现象象。但但它它假假设设成成环环的的原原子子都都在在同同一一平平面面与与事事实实不不符符，因因此存在局限性。此存在局限性。实际上环烷烃除环丙烷以外，其余的环碳原实际上环烷烃除环丙烷以外，其余的环碳原子都不在同一平面上子都不在同一平面上。结论：三、四元环为张力环，而五、六元环为无张力环，61（2）现代理论解释）现代理论解释 开链或大环化合物中开链或大环化合物中轨道达到最大重叠轨道达到最大重叠环环丙丙烷烷分分子子中中轨轨道部分重叠道部分重叠（2）现代理论解释开链或大环化合物中轨道达到最大重叠环62 在在所所有有的的环环烷烷烃烃分分子子中中,碳碳原原子子都都是是spsp杂杂化化,键键角都接近角都接近1092810928；在在环环丙丙烷烷分分子子中中,成成键键的的电电子子云云并并不不沿沿轴轴向向重重叠叠,而而是是形形成成了了一一种种弯弯曲曲键键,称称香香蕉蕉键键。由由于于几几何何形形状状上上的的限限制制,键键角角与与轨轨道道的的正正常常夹夹角角有有偏偏差差,造造成成重重叠程度小叠程度小,键能下降键能下降,产生角张力；产生角张力；四四元元以以上上的的脂脂环环烃烃的的碳碳原原子子皆皆不不在在同同一一平平面面上上,成成键电子云重叠程度大键电子云重叠程度大,环较稳定。环较稳定。在所有的环烷烃分子中,碳原子都是sp杂化,键角都接63从环丁烷开始，组成环的碳原子均不在同一平面从环丁烷开始，组成环的碳原子均不在同一平面上。环丁烷是蝴蝶型结构，环戊烷存在两种不同上。环丁烷是蝴蝶型结构，环戊烷存在两种不同的结构的结构信封型和扭曲型。信封型和扭曲型。蝴蝶型蝴蝶型信封型信封型扭曲型扭曲型从燃烧热的数据看出，环越小，每一个亚甲基单元的从燃烧热的数据看出，环越小，每一个亚甲基单元的燃烧热越大，说明环越小，能量越高，越不稳定。因燃烧热越大，说明环越小，能量越高，越不稳定。因此，三元环、四元环的环烷烃不稳定，容易开环，进此，三元环、四元环的环烷烃不稳定，容易开环，进行加成反应，具有与不饱和烃相似的性质。行加成反应，具有与不饱和烃相似的性质。从环丁烷开始，组成环的碳原子均不在同一平面上。环丁烷是蝴蝶型64综综合合各各方方面面的的因因素素,环环的的稳定性可归纳如下稳定性可归纳如下三元环最不稳定三元环最不稳定,四元环次之。四元环次之。在十元环以内在十元环以内,六元环最稳定。六元环最稳定。七七元元环环以以上上的的环环也也是是稳稳定定的的(这这一一点点不不符符合合张张力力学学说说,这是由于张力学说本身是一种假设所致这是由于张力学说本身是一种假设所致)。综合各方面的因素,环的稳定性可归纳如下三元环最不稳定,四元65七、环己烷和一取代环己烷的构象七、环己烷和一取代环己烷的构象 构构 象象:一个已知构型的分子，仅由于单键一个已知构型的分子，仅由于单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。特定排列形式称为构象。构象异构体构象异构体:单键旋转时会产生无数个构单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体（或称旋转异象，这些构象互为构象异构体（或称旋转异构体）。构体）。七、环己烷和一取代环己烷的构象构象:一个已知构型的分661、椅式构象和船式构象椅式构象和船式构象透视式透视式纽曼投影式纽曼投影式 椅式椅式 船式船式Chairformboatform1、椅式构象和船式构象透视式纽曼投影式椅式67 在椅式构象中，所有相邻的氢都处于交叉式构象，在椅式构象中，所有相邻的氢都处于交叉式构象，再加上环的对角上的氢原子距离最大，这些因素都再加上环的对角上的氢原子距离最大，这些因素都使得环己烷的椅式构象具有较高的稳定性。使得环己烷的椅式构象具有较高的稳定性。而而在船式构象中在船式构象中CC、CC之间的氢处于之间的氢处于重叠式状态，重叠式状态，产生的相斥力较大。因此船式不如产生的相斥力较大。因此船式不如椅式稳定。分析结果表明，环己烷船式的内能要椅式稳定。分析结果表明，环己烷船式的内能要比椅式高比椅式高29.7kJ/mol。椅椅式式在椅式构象中，所有相邻的氢都处于交叉式构象，再加上68 环己烷构象转换的势能图环己烷构象转换的势能图 势能势能/kJmol1环己烷构象转换的势能图势能/kJmol1692、竖键和横竖键和横键键 在在12个碳氢键中，有个碳氢键中，有6个键与对称轴平行，叫直个键与对称轴平行，叫直立键或称立键或称(axial)键键。另外。另外6个键几乎垂直于对个键几乎垂直于对称轴，叫做平伏键或称轴，叫做平伏键或(equitorial)键键。2、竖键和横键在12个碳氢键中，有6个键与对称轴平行，叫70 翻环作用翻环作用 当当环环己己烷烷的的一一个个椅椅式式构构象象转转变变为为另另一一个个椅椅式式构构象象时时，原原来来的的键键将将转转变变为为键键，而键也相应转变为键。而键也相应转变为键。翻环作用当环己烷的一个椅式构象转变为另一个椅式构713、取代环己烷的构象取代环己烷的构象当环己烷分子中的一个氢被其它基团取代时，当环己烷分子中的一个氢被其它基团取代时，可取代键，也可以取代键。得到两种可取代键，也可以取代键。得到两种不同的构象。不同的构象。甲基环己烷甲基环己烷 优势构象优势构象3、取代环己烷的构象当环己烷分子中的一个氢被其它基团取72取代环己烷优势构象判断的一般规律：取代环己烷优势构象判断的一般规律：一元取代环己烷，一元取代环己烷，e e键取代最稳定键取代最稳定;多元取代环己烷，多元取代环己烷，e e键取代最多的构象最稳键取代最多的构象最稳定；定；若含不同的取代基，较大的基团在若含不同的取代基，较大的基团在e e键的构键的构象较稳定。象较稳定。取代环己烷优势构象判断的一般规律：一元取代环己烷，e键取代最73下面何者为优势构象？下面何者为优势构象？顺顺（、取代）（、取代）反（、取代）反（、取代）反（、取代）反（、取代）（优势构象）（优势构象）（优势构象）（优势构象）下面何者为优势构象？顺（、取代）反（、取74顺顺-1-甲基甲基-2-叔丁基环己烷叔丁基环己烷叔丁基是一个很大的基团，一般占据叔丁基是一个很大的基团，一般占据e键。键。顺-1-甲基-2-叔丁基环己烷叔丁基是一个很大的基团，一般占75某些取代环己烷，张力特别大时，环己烷某些取代环己烷，张力特别大时，环己烷的椅式构象会发生变形，甚至会转变为船的椅式构象会发生变形，甚至会转变为船式构象。式构象。某些取代环己烷，张力特别大时，环己烷的椅式构象会发生变形，甚76下列构象中哪一个是下列构象中哪一个是 的优势构象？的优势构象？下列构象中哪一个是的77 一般对优势构象的讨论，只是从取代基一般对优势构象的讨论，只是从取代基的体积影响进行分析，对于烷基这类基的体积影响进行分析，对于烷基这类基团来说是正确的。但有时非键合原子间团来说是正确的。但有时非键合原子间的其它作用力的其它作用力 如偶极如偶极-偶极间的电效应偶极间的电效应也会影响分子的构象稳定性。也会影响分子的构象稳定性。一般对优势构象的讨论，只是从取代基的体积影响进行分析78八、环烷烃的化学性质八、环烷烃的化学性质 环环烷烷烃烃的的化化学学性性质质与与链链状状烷烷烃烃相相似似，能能发发生生自自由由基基取取代代反反应应；与与强强酸酸、强强碱碱、强强氧氧化化剂剂等等试试剂剂都都不不发发生生反反应应。但但小小环环的的环环烷烷烃烃不不稳稳定定，由由于张力较大，易开环进行加成反应。于张力较大，易开环进行加成反应。1、自由基取代反应自由基取代反应 与与烷烷烃烃相相似似的的反反应应取取代代反反应应（五五元元环环、六六元元环环）与烯烃相似的反应与烯烃相似的反应加成反应（三元环、四元环）加成反应（三元环、四元环）八、环烷烃的化学性质环烷烃的化学性质与链状烷烃相79在紫外光或高温下，与卤素等反应。在紫外光或高温下，与卤素等反应。在紫外光或高温下，与卤素等反应。802、环烷烃的氧化反应、环烷烃的氧化反应2、环烷烃的氧化反应813、小环环烷烃的加成反应小环环烷烃的加成反应催化加氢催化加氢环越小越容易发生加成反应。环越小越容易发生加成反应。3、小环环烷烃的加成反应催化加氢环越小越容易发生加成反应。82加卤素加卤素 加卤素83加卤化氢加卤化氢加卤化氢84思考题：思考题：为什么环丙烷易开为什么环丙烷易开环发生亲电加成反应？环发生亲电加成反应？（1）“弯曲键弯曲键”重叠程度小，键能下降，重叠程度小，键能下降，从而产生角张力从而产生角张力恢复正常恢复正常键的倾向，键的倾向，开环后即可形成正常的开环后即可形成正常的键，所以易开环。键，所以易开环。（2）“弯曲键弯曲键”使电子云暴露在成键两原使电子云暴露在成键两原子（核连线）的外侧，类似于烯烃中的子（核连线）的外侧，类似于烯烃中的键，易受亲电试剂的进攻。键，易受亲电试剂的进攻。思考题：为什么环丙烷易开环发生亲电加成反应？（1）“弯85作业作业P29（三）、（四）、（五）（三）、（四）、（五）（六）（六）（2）（）（3）（七）、（九）（七）、（九）作业P29（三）、（四）、（五）（六）（2）（3）86