有机化学 第五章 脂环烃.ppt.Convertor.doc

第五章 脂环烃碳原子相互连接成环状结构而性质与开链脂肪烃相似的一类碳环化合物称为脂肪族环烃，简称为脂环烃。第一节 脂环烃的结构、分类、异构和命名一、脂环烃的结构与稳定性在脂环烃中，参与成环的碳原子数目与环的的稳定性密切相关。此外，具有相同碳原子数目的脂环烃，由于碳原子在空间的排列方式（构型）不同，其稳定性也不相同。1.分子的燃烧热与稳定性燃烧热:指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和水所放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。由环丙烷到环戊烷，随环增大，每个亚甲基单元的燃烧热依次降低；由环己烷开始，亚甲基单元的燃烧热趋于恒定。由此说明环戊烷、环己烷分子的内能较低，比较稳定。2.分子的结构与稳定性（环的角张力学说）环丙烷分子中的弯曲键环丙烷分子中三个碳原子共平面，在环丙烷分子中，电子云的重叠不能沿着sp3轨道轴对称重叠，只能偏离键轴一定的角度以弯曲键侧面重叠，形成弯曲键（香蕉键），其键角为 104，因键角要从109.5压缩到104，故环有一定的张力（角张力）。环张力越大，表明分子的能量越高，稳定性越差，越容易开环加成 。与环丙烷相似，环丁烷分子中存在着张力，但比环丙烷的小，因在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面上，见下图： 环丁烷 环戊烷 环丁烷比环丙烷要稳定些。环戊烷分子（见上图）中，C-C-C夹角为108，接近sp3杂化轨道间夹角109.5，环张力甚微，是比较稳定的环。环戊烷分子中几乎没有什么角张力，故五元环比较稳定，不易开环，环戊烷的性质与开链烷烃相似。 在环己烷分子中，六个碳原子不在同一平面内，碳碳键之间的夹角可以保持109.5，因此环很稳定。椅式排列 船式排列椅式排列比船式排列稳定，这是由于椅式排列比中两个碳原子分别处于平面的上下方，空间距离远，斥力最小，能量最低，也最稳定。二、脂环烃的分类1.按饱和程度脂环烃可分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃。2.按分子中含有碳环的数目，脂环烃可分为单环脂环烃和多环（桥环，螺环）脂环烃。例如：三、脂环烃的异构现象（单环烷烃的同分异构现象）碳链异构环的大小不同、环上支链的位置不同构造异构官能团异构与单烯烃通式相同，官能团不同同分异构构型异构顺反异构例如：C5H10(环烷烃)有5个碳链异构体：其中1，2-二甲基环丙烷有顺反异构：四、脂环烃的命名方法 1.单环烷烃的命名单环烷烃的命名是根据组成环的碳原子数目称为环某烷。环上如果有取代基时，取代基的位次尽可能采用最小数字标出; 若有不同取代基时，则按“次序规则” 决定原子或基团排列的顺序。以较小的原子或取代基所连的碳原子作为1号碳。例如： 乙基环己烷 1,4-二甲基-2-乙基环己烷 2.单环烯烃的命名 单环烯烃的命名是根据组成环的碳原子数目称为环某烯。编号时，把1、2号位次留给双键的碳原子。若有取代基时，取代基的位置数则以双键为准依次排列。5甲基3异丙基环己烯 3.多环脂环烃的命名（1）桥环烃的命名 两个环共用两个或两个以上碳原子的烃叫桥环烃。编号时从桥的一端开始，沿最长桥编至桥的另一端，再沿次长桥至始桥头，最短的桥最后编号。命名时根据成环碳原子总数目称为环某烷，在环字后面的方括号中标出除桥头碳原子外的桥碳原子数（大的数目排前，小的排后）。其它同烷烃的命名。例如： 7，7-二甲基二环2，2，1庚烷（2）螺环烃的命名 脂环烃分子中两个碳环共有一个碳原子的环烃称为螺环烃。 编号时从较小环中与螺原子相邻的一个碳原子开始，徒经小环到螺原子，再沿大环致所有环碳原子。命名时根据成环碳原子的总数称为环某烷，在方括号中标出各碳环中除螺碳原子以外的碳原子数目（小的数目排，大的排后），其它同烷烃的命名。1- 溴-5-甲基螺3,4辛烷三环3,3,1,13,7癸烷（金刚烷）第二节 环烷烃的性质一、环烷烃的物理性质1.物态 温常压下，环丙烷、环丁烷为气体，环戊烷至环十一烷是液体，其它高级环烷烃为固体。2.熔点、沸点 环烷烃的熔点、沸点比相应的烷烃高一些。3.相对密度 相对密度仍小于1。4.溶解性 常不溶于水，易溶于有机溶剂。二、环烷烃的化学性质从化学键的角度来分析，环烷烃与烷烃相似; 但是，由于脂环烃具有环状构造，小环烃会出现一些特殊的化学性质，主要表现在环的稳定性上，小环较不稳定，大环则较稳定。1.取代反应 环戊烷、环己烷和氯气在光照下反应，生成一氯环烷烃。2.加成反应 （1）催化加氢环烷烃可进行催化氢化反应，加氢后环被打开，两端碳原子与氢原子结合而生成链状的烷烃。环烷烃加氢反应的活性：环丙烷环丁烷环戊烷。环己烷或大环环烷烃加氢开环非常困难。（2）与卤素加成环丙烷、环丁烷与烯烃相似，在常温下可以与卤素发生加成反应。而环戊烷、环己烷与溴并不发生上述反应。上述反应可用于鉴别三元、四元环烷烃。（3）与氢卤酸加成 环丙烷及其衍生物很容易与卤化氢发生加成反应。开环发生在含氢最多和含氢最少的两个碳原子之间，加成反应遵循“马氏规则”。例如：环丁烷及以上的环烷烃，在室温下难以与卤代氢发生加成反应。3.氧化反应在常温下，饱和环烷烃对氧化剂稳定，不被高锰酸钾等氧化剂氧化。环己醇和环己酮是制造己二酸的原料。利用烷烃和环烷烃的部分氧化反应制备化工产品，原料便宜、易得，但产物选择性差，副产物多，分离提纯困难。第三节 环烷烃的来源和重要的脂环族化合物一、环烷烃的来源与制备 石油中有一些五元和六元环烷烃及它们的衍生物，含量约0.1%