有机化学006环烷烃课件

有机化学006环烷烃一环烷烃一环烷烃一环烷烃一环烷烃(cycloalkanecycloalkane)n n 环烷烃的类型环烷烃的类型环烷烃的类型环烷烃的类型(单单单单)环烷烃环烷烃环烷烃环烷烃通式：通式：通式：通式：C Cn nH H2n2n桥环烃（稠环）桥环烃（稠环）桥环烃（稠环）桥环烃（稠环）桥环烃桥环烃桥环烃桥环烃螺环烃螺环烃螺环烃螺环烃（与烯烃通式相同）（与烯烃通式相同）（与烯烃通式相同）（与烯烃通式相同）以环为母体，名称以环为母体，名称用用“环环”（英文（英文用用“cyclo”）开）开头。头。环外基团作为环上环外基团作为环上的取代基的取代基n n 普通环烷烃的普通环烷烃的普通环烷烃的普通环烷烃的命名命名命名命名环环环环丙烷丙烷丙烷丙烷环环环环己烷己烷己烷己烷甲基甲基甲基甲基环环环环丙烷丙烷丙烷丙烷cyclocyclopropanepropanecyclocyclohexanehexanemethylmethyl-cyclocyclopropanepropane1,3-1,3-1,3-1,3-二甲基二甲基二甲基二甲基环己烷环己烷环己烷环己烷1 1 1 1-甲基甲基甲基甲基-4 4 4 4-异丙基异丙基异丙基异丙基环己烷环己烷环己烷环己烷1,31,3-dimethyldimethyl-cyclohexanecyclohexane1 1-isopropylisopropyl-4 4-methylmethylcyclohexanecyclohexane 取代基位置数字取取代基位置数字取最小最小v分子中有不饱和碳碳键，命名时应使不饱和键上的碳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。编号最小。3-甲基环戊烯甲基环戊烯 3-methylcyclopentene 3-甲基甲基-1,4-环己二烯环己二烯 3-methyl-1,4-cyclohexadiene 1-甲基环戊烯甲基环戊烯 1-methylcyclopentene 顺反异构用顺反异构用“顺顺”或或“反反”注明注明基团相对位置。基团相对位置。英文用英文用“cis”和和“trans”表示。表示。顺顺顺顺-1,3-1,3-1,3-1,3-二甲基环戊烷二甲基环戊烷二甲基环戊烷二甲基环戊烷(ciscis-1,3-dimethylcyclopentane)-1,3-dimethylcyclopentane)反反反反-1,3-1,3-1,3-1,3-二甲基环戊烷二甲基环戊烷二甲基环戊烷二甲基环戊烷（两者为对映异构体）（两者为对映异构体）（两者为对映异构体）（两者为对映异构体）(transtrans-1,3-dimethylcyclopentane)-1,3-dimethylcyclopentane)顺反异构体顺反异构体顺反异构体顺反异构体镜镜镜镜面面面面 环可作为取代基环可作为取代基（称（称环环 基基）相同环连结时，可相同环连结时，可 用词头用词头“联联”开头。开头。环丙基环丙基环丙基环丙基环己烷环己烷环己烷环己烷3 3-甲基甲基甲基甲基-4 4-环丁基环丁基环丁基环丁基庚烷庚烷庚烷庚烷联联联联环丙烷环丙烷环丙烷环丙烷cylcopropylcylcopropylcyclohexanecyclohexane4 4-cyclobutylcyclobutyl-3 3-methylheptanemethylheptanebibicyclopropanecyclopropanen n 桥环烃（桥环烃（桥环烃（桥环烃（Bridged hydrocarbonBridged hydrocarbon）的命名的命名的命名的命名桥桥 头头 碳：碳：几个环共用的碳原子，几个环共用的碳原子，环的数目：环的数目：断裂二根断裂二根CC键可成链状烷烃为二环；断裂三根键可成链状烷烃为二环；断裂三根CC 键可成链状烷烃为三环键可成链状烷烃为三环桥头碳原子数：桥头碳原子数：不包括桥头不包括桥头C，由多到少列出，由多到少列出环的编号方法：环的编号方法：从桥头开始，先长链后短链从桥头开始，先长链后短链桥头碳原子桥头碳原子桥头碳原子桥头碳原子十氢萘十氢萘十氢萘十氢萘二环二环二环二环4.4.04.4.0癸烷癸烷癸烷癸烷bicyclobicyclo4.4.04.4.0decanedecane桥头间的碳原子数桥头间的碳原子数桥头间的碳原子数桥头间的碳原子数 (用用.隔开隔开)环的数目环的数目环的数目环的数目组成桥环的组成桥环的组成桥环的组成桥环的碳原子总数碳原子总数碳原子总数碳原子总数8 8-甲基甲基甲基甲基二环二环二环二环4.3.04.3.0壬烷壬烷壬烷壬烷用用,隔开隔开bicyclo2.2.1heptanebicyclo2.2.1heptane8 8-methylmethylbicyclo4.3.0nonanebicyclo4.3.0nonane三环三环三环三环2.2.1.2.2.1.0 02,62,6 庚烷庚烷庚烷庚烷tricyclo2.2.1.tricyclo2.2.1.0 02,62,6heptaneheptane二环二环二环二环2.2.12.2.1庚烷庚烷庚烷庚烷2,7,72,7,7-三甲基三甲基三甲基三甲基二环二环二环二环2.2.12.2.1庚烷庚烷庚烷庚烷 2,7,72,7,7-trimethyltrimethylbicyclobicyclo 2.2.1heptane 2.2.1heptanen n 螺环烃（螺环烃（螺环烃（螺环烃（spirospiro hydrocarbon hydrocarbon）的命名的命名的命名的命名 编号从小环开始编号从小环开始 取代基数目取最小取代基数目取最小螺螺螺螺4.54.5癸烷癸烷癸烷癸烷spirospiro4.5decane4.5decane4 4-甲基甲基甲基甲基螺螺螺螺2.42.4庚烷庚烷庚烷庚烷4 4-methylmethylspirospiro2.4heptane2.4heptane除螺除螺除螺除螺C C外的碳原子数外的碳原子数外的碳原子数外的碳原子数 (用用.隔开隔开)组成桥环的组成桥环的组成桥环的组成桥环的碳原子总数碳原子总数碳原子总数碳原子总数n n 环烷烃的其它命名方法环烷烃的其它命名方法环烷烃的其它命名方法环烷烃的其它命名方法 :DecahydroDecahydro-naphthalenenaphthalene十氢十氢十氢十氢萘萘萘萘萘萘萘萘naphthalenenaphthalene莰莰莰莰烷烷烷烷2-2-莰莰莰莰酮（樟脑）酮（樟脑）酮（樟脑）酮（樟脑）camphcamphaneanecamphcamphoror立方烷立方烷立方烷立方烷金刚烷金刚烷金刚烷金刚烷cubanecubaneadamantaneadamantane按形象命名按形象命名按衍生物命名按衍生物命名物理性质物理性质 v在室温和常压下，环丙烷和环丁烷为气体，环戊烷到环在室温和常压下，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十一烷为液体，环十二烷以上为固体；v环烷烃的熔点、沸点、相对密度都比含同数目碳原子的环烷烃的熔点、沸点、相对密度都比含同数目碳原子的直链烷烃高直链烷烃高；v脂环烃均不溶于水；脂环烃均不溶于水；v脂环烃的密度在脂环烃的密度在0.6880.853之间。之间。2 2环烷烃的性质环烷烃的性质环烷烃的性质环烷烃的性质每个每个CH2的燃烧的燃烧 (KJ/mol)每个每个CH2的燃烧热的燃烧热 (KJ/mol)小小环环C3C4环丙烷环丙烷 697.1环丁烷环丁烷 686.1中中环环C8 C11环辛烷环辛烷 663.8环壬烷环壬烷 664.6环癸烷环癸烷 663.6普普通通环环C5 C7环戊烷环戊烷 664.0环己烷环己烷 658.6环庚烷环庚烷 662.4大大环环C12 环十四烷环十四烷 658.6环十五烷环十五烷 659.0对比：对比：对比：对比：开链烷烃每个开链烷烃每个CHCH2 2的燃烧热：的燃烧热：658.6 KJ/mol环烷烃的燃烧热数据环烷烃的燃烧热数据环烷烃的燃烧热数据环烷烃的燃烧热数据n n 环的大小与稳定性环的大小与稳定性环的大小与稳定性环的大小与稳定性稳定性稳定性小环小环普通环普通环中环中环 n n 环的大小与化学性质环的大小与化学性质环的大小与化学性质环的大小与化学性质五元以上五元以上五元以上五元以上环烷烃环烷烃环烷烃环烷烃链状烷烃链状烷烃链状烷烃链状烷烃性质相似性质相似性质相似性质相似小环环烷烃小环环烷烃小环环烷烃小环环烷烃活泼，易开环活泼，易开环活泼，易开环活泼，易开环!n n 小环化合物的特殊性质小环化合物的特殊性质小环化合物的特殊性质小环化合物的特殊性质 易开环加成易开环加成易开环加成易开环加成）小环小环化合物化合物化合物化合物的催化加氢的催化加氢（打开一根（打开一根 C-C 键）键）主要产物主要产物主要产物主要产物支链多支链多较稳定较稳定环戊烷要用活性更高的催化剂铂，在较高的温度下才能加氢变成开环戊烷要用活性更高的催化剂铂，在较高的温度下才能加氢变成开链烷烃，环己烷则很难发生加氢反应。链烷烃，环己烷则很难发生加氢反应。小环化合物与卤素的反应小环化合物与卤素的反应小环化合物与卤素的反应小环化合物与卤素的反应（离子型）（离子型）加成反应加成反应自由基自由基取代反应取代反应注意区分：注意区分：注意区分：注意区分：小环化合物与小环化合物与小环化合物与小环化合物与 HI HI 或或或或 H H2 2O/HO/H2 2SOSO4 4的反应的反应的反应的反应反应选择性反应选择性与碳正离子与碳正离子稳定性有关稳定性有关氧化反应氧化反应 v在室温下环烷烃难以氧化，和一般的氧化剂如酸性高锰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。酸钾等不起反应。v因此，可用高锰酸钾溶液来区别烯烃和环丙烷衍生物。因此，可用高锰酸钾溶液来区别烯烃和环丙烷衍生物。v在加热条件下和强氧化剂作用，或在催化剂存在下用在加热条件下和强氧化剂作用，或在催化剂存在下用空气氧化，可生成各种氧化产物。空气氧化，可生成各种氧化产物。环己醇环己醇环己酮环己酮己二酸己二酸3 3环烷烃的结构及构象环烷烃的结构及构象环烷烃的结构及构象环烷烃的结构及构象1.1.环丙烷的结构环丙烷的结构环丙烷的结构环丙烷的结构角张力（角张力（angle strain）：）：环的角度与环的角度与sp3轨道夹轨道夹角差别引起的张力角差别引起的张力NewmanNewman投影式投影式投影式投影式所有所有C-H 键均为键均为重叠式构象，重叠式构象，有有扭转张力扭转张力平面型平面型2.2.环丁烷的构象环丁烷的构象环丁烷的构象环丁烷的构象若为平面型分子若为平面型分子若为平面型分子若为平面型分子稳定构象稳定构象稳定构象稳定构象角张力角张力扭转张力扭转张力角张力稍增角张力稍增加加,扭转张扭转张力明显减小力明显减小9090o o重叠式构象重叠式构象重叠式构象重叠式构象扭曲式构象扭曲式构象扭曲式构象扭曲式构象8888o o5.5.环戊烷的构象环戊烷的构象环戊烷的构象环戊烷的构象“信封信封信封信封”状分子状分子状分子状分子C4-C5 为全为全重叠式构象重叠式构象C1-C2,C2-C3 为交叉式为交叉式v大环原子在不同的平面内，键角接近正常的键角，为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。无张力环。环三十烷环三十烷2.2.环己烷的结构及构象环己烷的结构及构象环己烷的结构及构象环己烷的结构及构象如果环己烷的如果环己烷的如果环己烷的如果环己烷的 6 6 个碳原子在同一平面上个碳原子在同一平面上个碳原子在同一平面上个碳原子在同一平面上:将有角张力将有角张力将有角张力将有角张力 将有扭转张力将有扭转张力将有扭转张力将有扭转张力偏离偏离偏离偏离109.5109.5o oC-H C-H 重叠重叠重叠重叠n 环己烷不是平面型分子环己烷不是平面型分子n 环己烷碳架是折叠的环己烷碳架是折叠的椅式构象椅式构象椅式构象椅式构象 (chair form)(chair form)船式构象船式构象船式构象船式构象 (boat form)(boat form)C2,C3,C5,C6 C2,C3,C5,C6 共平面共平面共平面共平面两者互为构象异构体两者互为构象异构体n n 椅式构象椅式构象椅式构象椅式构象HH之间距离均之间距离均大于大于H的的Van der Waals半径之和半径之和（2.40）2.502.502.492.492.492.49交叉式交叉式交叉式交叉式l l环己烷椅式构象的画法环己烷椅式构象的画法环己烷椅式构象的画法环己烷椅式构象的画法 相间的两根键相互平行相间的两根键相互平行（画（画 Z 字形）字形）六个碳原子交替分布在两个平面上六个碳原子交替分布在两个平面上 每个碳均有一根每个碳均有一根C-H键在垂直方向，键在垂直方向，上平面的向上上平面的向上 画，下平面的向下画画，下平面的向下画 其它其它C-H键分别向左（左边的三个）或向右（右边键分别向左（左边的三个）或向右（右边 的三个），且上下交替的三个），且上下交替l l两种类型两种类型两种类型两种类型C C-H H键键键键a键键(axial bond)竖键竖键,直键直键,直立键直立键e键键(equatorial bond)横键横键,平键平键,平伏键平伏键la键和键和e键的键的相互转换相互转换翻转后翻转后,原来的原来的a键转变键转变为为e键键,而而e键转变为键转变为a键键n n 环己烷的其它构象式环己烷的其它构象式环己烷的其它构象式环己烷的其它构象式半椅式半椅式半椅式半椅式(half chair form)(half chair form)扭船式扭船式扭船式扭船式(twist boat form)(twist boat form)椅式椅式椅式椅式船式船式船式船式椅式椅式椅式椅式l l 各种环己烷构象的势能图各种环己烷构象的势能图各种环己烷构象的势能图各种环己烷构象的势能图n n 船式构象船式构象船式构象船式构象2.272.272.272.271.841.84有几组有几组HH之间距之间距离均离均小于小于H的的Van der Waals半径之半径之和（和（2.40）重叠式重叠式重叠式重叠式（有扭转张力）（有扭转张力）（有扭转张力）（有扭转张力）旗杆键旗杆键旗杆键旗杆键l l 半椅式构象半椅式构象半椅式构象半椅式构象5个碳在同一平面上个碳在同一平面上 有角张力（有角张力（CC键角接键角接 近近120o）平面碳上平面碳上的的C-H键为重叠键为重叠 式构象（有较大的扭转张式构象（有较大的扭转张 力）力）l l 扭船式构象扭船式构象扭船式构象扭船式构象1.841.84扭曲式构象扭曲式构象扭曲式构象扭曲式构象l l椅式构象中椅式构象中椅式构象中椅式构象中C-HC-HC-HC-H键的顺反关系键的顺反关系键的顺反关系键的顺反关系相邻碳上的相邻碳上的a a键和键和e e键为顺式键为顺式两个相邻的两个相邻的a a键（或键（或e e键）为反式键）为反式1.1.单单单单取代环己烷的构象分析取代环己烷的构象分析取代环己烷的构象分析取代环己烷的构象分析l l 甲基环己烷的构象甲基环己烷的构象甲基环己烷的构象甲基环己烷的构象CH3CH3与与与与C3C3为对位交叉为对位交叉为对位交叉为对位交叉优势构象，室温时占优势构象，室温时占优势构象，室温时占优势构象，室温时占95%95%CH3CH3与与与与C3C3为邻位交叉为邻位交叉为邻位交叉为邻位交叉1，3-竖键作用竖键作用l l 叔丁基环己烷的构象叔丁基环己烷的构象叔丁基环己烷的构象叔丁基环己烷的构象1.31.3-竖键作用非常大竖键作用非常大竖键作用非常大竖键作用非常大优势构象优势构象优势构象优势构象室温：室温：室温：室温：100100l cis-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷2.2.二二二二取代环己烷的构象分析取代环己烷的构象分析取代环己烷的构象分析取代环己烷的构象分析l trans-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷1,2-cis1,2-cis能量相等能量相等1,2-trans1,2-trans优势构象优势构象e,a-e,a-a,e-a,e-a,a-a,a-e,e-e,e-有有有有1.3-1.3-竖键作用竖键作用竖键作用竖键作用l cis-1,3-二甲基环己烷二甲基环己烷l trans-1,3-二甲基环己烷二甲基环己烷1,3-cis1,3-cis1,3-trans1,3-transe,a-e,a-a,e-a,e-a,a-a,a-e,e-e,e-能量相等能量相等优势构象优势构象有较大的有较大的有较大的有较大的1.3-1.3-竖键作用竖键作用竖键作用竖键作用l cis-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷l trans-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷能量相等能量相等优势构象优势构象e,a-e,a-a,e-a,e-a,a-a,a-e,e-e,e-1,4-cis1,4-cis1,4-trans1,4-trans有有有有1.3-1.3-竖键作用竖键作用竖键作用竖键作用l l 不同基团二取代环己烷不同基团二取代环己烷不同基团二取代环己烷不同基团二取代环己烷大基团总是占大基团总是占大基团总是占大基团总是占据据据据 e e e e键键键键1,2-cis1,2-cis优势构象优势构象1,3-竖键作用较大竖键作用较大l l ciscis-1,41,4-二叔丁基环己烷的构象二叔丁基环己烷的构象二叔丁基环己烷的构象二叔丁基环己烷的构象有较大的有较大的1,3-竖键作用竖键作用扭船型构象扭船型构象3.3.顺或反十氢萘的构象顺或反十氢萘的构象顺或反十氢萘的构象顺或反十氢萘的构象较稳定较稳定较稳定较稳定萘环命名体系萘环命名体系桥环系统命名体系桥环系统命名体系transcisl l 反式十氢萘的构象反式十氢萘的构象反式十氢萘的构象反式十氢萘的构象全为交叉式构象全为交叉式构象全为交叉式构象全为交叉式构象l l顺式十氢萘的构象顺式十氢萘的构象顺式十氢萘的构象顺式十氢萘的构象1.3-1.3-竖键作用竖键作用竖键作用竖键作用4.4.天然产物甾体骨架天然产物甾体骨架天然产物甾体骨架天然产物甾体骨架全反式连接全反式连接全反式连接全反式连接天然甾体化合物骨架天然甾体化合物骨架天然甾体化合物骨架天然甾体化合物骨架本次课小结和要求本次课小结和要求本次课小结和要求本次课小结和要求 掌握几种类型环烷烃掌握几种类型环烷烃掌握几种类型环烷烃掌握几种类型环烷烃（普通环烷烃）（普通环烷烃）（普通环烷烃）（普通环烷烃）的命名方法。的命名方法。的命名方法。的命名方法。了解三元和四元环化合物的活性，掌握相应的特殊化学性了解三元和四元环化合物的活性，掌握相应的特殊化学性了解三元和四元环化合物的活性，掌握相应的特殊化学性了解三元和四元环化合物的活性，掌握相应的特殊化学性质。质。质。质。掌握环丙烷和环丁烷的结构特点（有角张力）和构象。掌握环丙烷和环丁烷的结构特点（有角张力）和构象。掌握环丙烷和环丁烷的结构特点（有角张力）和构象。掌握环丙烷和环丁烷的结构特点（有角张力）和构象。熟悉并学会画环己烷的构象熟悉并学会画环己烷的构象熟悉并学会画环己烷的构象熟悉并学会画环己烷的构象（椅式、船式、半椅式和扭船（椅式、船式、半椅式和扭船（椅式、船式、半椅式和扭船（椅式、船式、半椅式和扭船式），式），式），式），了解各构象的相对稳定性，掌握了解各构象的相对稳定性，掌握了解各构象的相对稳定性，掌握了解各构象的相对稳定性，掌握椅式椅式椅式椅式的的的的a a键和键和键和键和e e键键键键及相及相及相及相邻键的顺反关系。邻键的顺反关系。邻键的顺反关系。邻键的顺反关系。了解并掌握各类取代环己烷的构象，判断其中的优势构象。了解并掌握各类取代环己烷的构象，判断其中的优势构象。谢谢！