第05章-脂-环-烃课件

第五章第五章脂脂环环烃烃 学习要求学习要求1、握脂环烃的命名方法和基本结构。握脂环烃的命名方法和基本结构。2、熟练掌握环烷烃和环烯烃的化学性质。、熟练掌握环烷烃和环烯烃的化学性质。3、熟练掌握环烷烃的顺、反异构现象和环、熟练掌握环烷烃的顺、反异构现象和环己烷的构象。己烷的构象。51脂环烃的分类命名和异构现脂环烃的分类命名和异构现象象 一、分类一、分类 单环烷烃的通式：单环烷烃的通式：CnH2n单环烷烃的分类：单环烷烃的分类：n=3，4小环化合物小环化合物n=5，6，7普通环化合物普通环化合物n=8，9，10，11中环化合物中环化合物n12大环化合物大环化合物二、二、异构现象异构现象 脂环烃的异构有构造异构和脂环烃的异构有构造异构和顺反异构。如顺反异构。如C5H10的环烃的异的环烃的异构有：构有：单环烷烃的异构现象单环烷烃的异构现象 C5H10的同分异构体的同分异构体碳架异构体碳架异构体（1-5）因环大小不同，侧链长短不同，侧链位置不同而）因环大小不同，侧链长短不同，侧链位置不同而引起的。引起的。顺反异构顺反异构（5和和6，5和和7）因成环碳原子单键不能自由旋转而引起）因成环碳原子单键不能自由旋转而引起的。的。旋光异构旋光异构（6和和7）三、命名三、命名 环烷烃的命名（）根据分之中成环碳原子数目，称为环某烷。（）把取代基的名称写在环烷烃的前面。（）取代基位次按“最低系列”原则列出，基团顺序按“次序规则”小的优先列出。例如：环烯烃的命名环烯烃的命名（1）称为环某烯。）称为环某烯。（2）以以双双键键的的位位次次和和取取代代基基的的位位置置最最小小为为原则。原则。例如：例如：3多环烃的命名多环烃的命名（1）桥环烃（二环、三环等）桥环烃（二环、三环等）分分子子中中含含有有两两个个或或多多个个碳碳环环的的多多环环化化合合物物中中，其其中中两两个个环环共共用用两两个个或或多多个个碳原子的化合物称为桥环化合物。碳原子的化合物称为桥环化合物。编编号号原原则则：从从桥桥的的一一端端开开始始，沿沿最最长长桥桥编编致致桥桥的的另另一一端端，再再沿沿次次长长桥桥致致始始桥桥头头，最短的桥最后编号。最短的桥最后编号。命命名名：根根据据成成环环碳碳原原子子总总数数目目称称为为环环某某烷烷，在在环环字字后后面面的的方方括括号号中中标标出出除除桥桥头头碳碳原原子子外外的的桥桥碳碳原原子子数数（大大的的数数目目排排前前，小的排后），其它同环烷烃的命名。小的排后），其它同环烷烃的命名。7，7-二甲基二环二甲基二环2，2，1庚烷庚烷例如：例如：（2）螺螺环环烃烃两两个个环环共共用用一一个个碳碳原原子子的的环环烷烃称为螺环烃烷烃称为螺环烃编编号号原原则则：从从较较小小环环中中与与螺螺原原子子相相邻邻的的一一个个碳碳原原子子开开始始，徒徒经经小小环环到到螺螺原原子子，再沿大环致所有环碳原子。再沿大环致所有环碳原子。命名：命名：根据成环碳原子的总数根据成环碳原子的总数称为环某烷，在方括号中标出称为环某烷，在方括号中标出出各碳环中除螺碳原子以外的出各碳环中除螺碳原子以外的碳碳原原子子数数目目（小小的的数数目目排排，大大的排后），其它同烷烃的命名。的排后），其它同烷烃的命名。52脂环烃的性质脂环烃的性质 一一 、普通环的性质、普通环的性质 普通脂环烃具有开链烃的通性。普通脂环烃具有开链烃的通性。环环烷烷烃烃主主要要是是起起自自由由基基取取代代反反应应，难被氧化难被氧化环烯烃具有烯烃的通性：环烯烃具有烯烃的通性：二、小环烷烃的特性反应二、小环烷烃的特性反应 1加成反应加成反应（1）加氢加氢（2）加卤素加卤素（3）加）加HX,H2SO4加成产物符合马式规则加成产物符合马式规则2氧化反应氧化反应 环丙烷对氧化剂稳定，不被高猛酸环丙烷对氧化剂稳定，不被高猛酸钾、臭氧等氧化剂氧化。例如：钾、臭氧等氧化剂氧化。例如：故可用高猛酸钾溶液来区别烯烃与故可用高猛酸钾溶液来区别烯烃与环丙烷衍生物。环丙烷衍生物。环烃性质小结环烃性质小结（）小小环环烷烷烃烃（3，4元元环环）易易加加成成，难难氧化，似烷似烯。氧化，似烷似烯。普通环以上难加成，难氧化，似烷。普通环以上难加成，难氧化，似烷。（）环环烯烯烃烃、共共轭轭二二烯烯烃烃，各各自自具具有有其其相应烯烃的通性。相应烯烃的通性。53脂环烃的结构脂环烃的结构 从环烷烃的化学性质可以看从环烷烃的化学性质可以看出，环丙烷最不稳定，环丁烷次出，环丙烷最不稳定，环丁烷次之，环戊烷比较稳定，环己烷以之，环戊烷比较稳定，环己烷以上的大环都稳定，这反映了环的上的大环都稳定，这反映了环的稳定性与环的结构有着密切的联稳定性与环的结构有着密切的联系系。一、一、环丙烷的结构与张力学说环丙烷的结构与张力学说 理论上：理论上：1饱和烃，饱和烃，C为为sp3杂化杂化,键角为键角为109.5 自相自相 2 2 三员环，成环碳原子应共平面，内角为三员环，成环碳原子应共平面，内角为60 矛盾矛盾 故三元故三元环的的结构特殊。构特殊。现现代代物物理理方方法法测测定定，环环丙丙烷烷分分子子中中：键角键角 C-C-C=105.5;H-C-H=114。所以环丙烷分子中碳原子之间的所以环丙烷分子中碳原子之间的sp3杂化轨道是以弯曲键（香蕉键）相互交杂化轨道是以弯曲键（香蕉键）相互交盖的。盖的。环丙丙烷的的结构构图：由图可见，由图可见，环丙丙 烷分子中存在着分子中存在着较大大 的的张力（角力（角张力和扭力和扭 转张力），是一个有力），是一个有张力力环，所以易开，所以易开环，所以易开所以易开环，发生加成反生加成反应。2张力学说张力学说 在在环环丙丙烷烷分分子子中中，电电子子云云的的重重叠叠不不能能沿沿着着sp3轨轨道道轴轴对对称称重重叠叠，只只能能偏偏离离键键轴轴一一定定的的角角度度以以弯弯曲曲键键侧侧面面重重叠叠，形形成成弯弯曲曲键键（香香蕉蕉键键），其其键键角角为为105.5，因因键键角角要要从从109.5压压缩缩到到105.5，故环有一定的张力（，故环有一定的张力（角张力）角张力）。另另外外环环丙丙烷烷分分子子中中还还存存在在着着另另一一种种张张力力扭扭转转张张力力（由由于于环环中中三三个个碳碳位位于于同同一一平平面面，相相邻邻的的C-H键键互互相相处处于于重重叠叠式式构构象象，有有旋旋转转成成交交叉叉式式的的趋趋向向，这这样样的的张张力力称称为为扭扭转转张张力力）。环丙烷的总张力能为环丙烷的总张力能为114KJ/mol。环烷烃的燃烧热环烷烃的燃烧热烷烃燃烧热：烷烃燃烧热：1mol纯完全燃烧生成纯完全燃烧生成CO2和水时放出的热。和水时放出的热。每个每个CH2-的燃烧热应该是相同的，约为的燃烧热应该是相同的，约为658.6KJmol-1。1930年，用热力学方法研究张力能。年，用热力学方法研究张力能。环烷烃燃烧热的实测数据环烷烃燃烧热的实测数据燃烧热的数据表明，燃烧热的数据表明，五员和五员以上的环烷烃都是稳定的。五员和五员以上的环烷烃都是稳定的。26.0027.0110.0115.5105.4与标准与标准的差值的差值662.4658.6664.0686.1697.1711.3每个每个CH2的的燃烧热燃烧热4636.73951.83320.02744.32091.21422.6分子的分子的燃烧热燃烧热n=7n=6n=5n=4n=3n=2(CH2)n二、环丁烷和环戊烷的构象二、环丁烷和环戊烷的构象 1环丁烷的构象环丁烷的构象与环丙烷相似，环丁烷分子中存在与环丙烷相似，环丁烷分子中存在着张力，但比环丙烷的着张力，但比环丙烷的小，因在环丁烷分子中小，因在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平四个碳原子不在同一平面上，见右图：面上，见右图：环丁烷的构象环丁烷的构象环环丁丁烷烷分分子子中中C-C-C键键角角为为 111.5111.5，角角张张力力也也比比环环丙丙烷烷的的小小，所所以以环环丁丁烷烷比比环丙烷要稳定些。总张力能为环丙烷要稳定些。总张力能为108KJ/mol108KJ/mol。2环戊烷的构象环戊烷的构象环环戊戊烷烷分分子子中中，C-C-C夹夹角角为为108，接接近近sp3杂杂化化轨轨道道间间夹夹角角109.5.5，环环张张力力甚甚微微，是是比比较较稳稳定定的的环环。但但若若环环为为平平面面结结构构，则则其其C-H键键都都相相互互重重叠叠，会会有有较较大大的的扭扭转转张张力力，所所以以，环环戊戊烷烷是是以以折折叠叠构构象象存存在在的的，为为非非平平面面结结构构，见右图见右图:为信封式构象。为信封式构象。这种构象的张力很小这种构象的张力很小,总张力能总张力能25KJ/mol25KJ/mol，扭扭转转张张力力在在2.5KJ/mol2.5KJ/mol以以下下，因因此此，环环戊戊烷化学性质稳定。烷化学性质稳定。三、环己烷的构象三、环己烷的构象对对拜拜尔尔张张力力学学说说提提出出,1890年年H.Sachse提出提出异议。异议。1918年年，E.Mohr提提出出非非平平面面、无无张张力力环环学学说说。指指出出用用碳碳的的四四面面体体模型可以组成两种环己烷模型模型可以组成两种环己烷模型。在在环环己己烷烷分分子子中中，六六个个碳碳原原子子不不在在同同一一平平面面内内，碳碳碳碳键键之之间间的的夹夹角角可可以以保保持持109.5.5因此环很稳定。因此环很稳定。1 1两种极限构象两种极限构象椅式和船式椅式和船式 椅式构象稳定的原因：椅式构象稳定的原因：船式构象不稳定的原因：船式构象不稳定的原因：2平伏键（平伏键（e键）与直立键（键）与直立键（a键）键）在椅式构象中在椅式构象中C-H键分为两类。第一类六键分为两类。第一类六个个C-H键与分子的对称轴平行，叫做直立键或键与分子的对称轴平行，叫做直立键或a键（其中三个向环平面上方伸展，另外三个相键（其中三个向环平面上方伸展，另外三个相换环平面下方伸展）；第二类六个换环平面下方伸展）；第二类六个C-H键与直键与直立键形成接近立键形成接近109.5.5的夹角，平伏着相环外伸的夹角，平伏着相环外伸展，叫做平伏键或展，叫做平伏键或e键。如下图：键。如下图：在在室室温温时时，环环己己烷烷的的椅椅式式构构象象可可通通过过C-C键键的的转转动动（而而不不经经过过碳碳碳碳键键的的断断裂裂），由由一一种种椅椅式式构构象象变变为为另另一一种种椅椅式式构构象象，在在互互相相转转变变中中，原来的原来的a键变成了键变成了e键，而原来的键，而原来的e键变成了键变成了a键键当当六六个个碳碳原原子子上上连连的的都都是是氢氢时时，两两种种构构象象是同一构象。连有不同基团时，则构象不同。是同一构象。连有不同基团时，则构象不同。3取代环己烷的构象取代环己烷的构象1）一元取代环己烷的构象）一元取代环己烷的构象一一元元取取代代环环己己烷烷中中，取取代代基基可可占占据据a键键，也也可可占占据据e键键，但但占占据据e键键的的构构象象更更稳定。例如：稳定。例如：原因：原因：a键取代基结构中的非键原子间斥键取代基结构中的非键原子间斥力比力比e键取代基的大（因非键原子间的距离小键取代基的大（因非键原子间的距离小于正常原子键的距离所致）。从下图中原子在于正常原子键的距离所致）。从下图中原子在空间的距离数据可清楚看出。取代基越大空间的距离数据可清楚看出。取代基越大e键键型构象为主的趋势越明显。型构象为主的趋势越明显。2）二元取代环己烷的构象）二元取代环己烷的构象（）（）1，2-二取代二取代 （2）1，3-二取代二取代 其其他他二二元元、三三元元等等取取代代环环己己烷烷的的稳稳定定构构象象，可用上述同样方法得知。可用上述同样方法得知。小结：小结：1环环己己烷烷有有两两种种极极限限构构象象（椅椅式式和和船船式式），椅式为优势构象。椅式为优势构象。2一元取代基主要以一元取代基主要以e键和环相连。键和环相连。3多多元元取取代代环环己己烷烷最最稳稳定定的的构构象象是是e键键上上取代基最多的构象。取代基最多的构象。4环环上上有有不不同同取取代代基基时时，大大的的取取代代基基在在e键上构象最稳定。键上构象最稳定。四、四、十氢合萘的构象十氢合萘的构象1.名称名称萘萘十氢合萘（暜通名）十氢合萘（暜通名）二环二环4.4.0癸烷（学名癸烷（学名）naphthaleneDecahydronaphthalene2.顺十氢合萘平面表示法顺十氢合萘平面表示法3.反十氢合萘平面表示法反十氢合萘平面表示法4.十氢合萘的构象表示和能量计算十氢合萘的构象表示和能量计算（1）顺十氢合萘）顺十氢合萘(A)环：环：有两个取代基，产生一个邻交叉。有两个取代基，产生一个邻交叉。C1-C9对对A产生两个产生两个1,3-二二直立键。直立键。(B)环：环：有两个取代基，产生一个邻交叉。有两个取代基，产生一个邻交叉。C5-C10对对B产生两个产生两个1,3-二二直立键。直立键。归纳：其中有两个归纳：其中有两个1,3-二直立键重合，所以实际上有三个二直立键重合，所以实际上有三个1,3-二直二直立键。立键。（2）反十氢合萘）反十氢合萘(A)环：环：有两个取代基，产生一个邻交叉。有两个取代基，产生一个邻交叉。(B)环：环：有两个取代基，产生一个邻交叉。有两个取代基，产生一个邻交叉。顺式比反式能量高顺式比反式能量高11.4kJ/mol写在最后写在最后成功的基成功的基础在于好的学在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits40 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日