第3章环烷烃.ppt

第三章环烷烃 环烷烃 碳干为环状而性质与开链烷烃相似的烷烃 单环烷烃的分子通式 CnH2n 单环烷烃的不饱和度 1 一 分类 第一节环烷烃的分类和命名 环数 使环状化合物变成开链化合物所需打破的碳碳键的数目 例 1 甲基 2 异丙基环戊烷 1 单环烷烃a 按成环C数目 称为 环某烷 b 编号 从取代基最小的C开始 按较先遇到其他取代基的方向编号 二 命名 1 1 二甲基 4 乙基环己烷 环做取代基时的名称 环烷基 当环上的取代基较大时 环可以不做母体 改做取代基 3 甲基 3 环丁基戊烷 例 2 环烷烃的构型异构 顺反异构 1 立体异构体 构造相同 分子中原子在空间的排列方式不同的化合物互称为立体异构体 包括构型异构和构象异构 2 环烷烃的顺反异构 受环的限制 环上C C 键不能自由旋转 当环上连有两个或两个以上的取代基时 它们在空间的伸展方向不同会产生顺反异构现象 3 顺反异构的表示方法 顺 cis 两个取代基在环同侧 反 trans 两个取代基在环异侧 例 顺 1 4 二甲基环己烷反 1 4 二甲基环己烷 3 螺环烷烃命名 P55 1 确定螺原子 两个碳环共用的碳原子 2 根据螺环上碳原子的总数目确定母体名称为 螺某烷 3 编号从小环开始 螺 4 5 癸烷 5 甲基螺 3 4 辛烷 例 4 甲基螺 2 4 庚烷 4 桥环烷烃命名 P56 桥头碳原子 两环共用的碳原子 桥 两个桥头碳原子之间的碳链或一个键 二环 3 2 1 辛烷 2 7 7 三甲基二环 2 2 1 庚烷 3 7 7 三甲基二环 4 1 0 庚烷 2 8 二甲基 1 乙基二环 3 2 1 辛烷 一 与开链烃相似的反应 环烷烃的卤代 二 小环烷烃特有的反应 1 加氢开环 第二节环烷烃的化学性质 2 加卤素 加卤化氢开环 环丁烷在常温下不发生类似反应 环丙烷对氧化剂 如高锰酸钾 稳定 不使高锰酸钾褪色 可据此与烯烃区别开 一 Baeyer张力学说 1885年 角张力示意图 假定环烷烃都是平面正多边形结构 而SP3碳原子键角应为109 28 当不同的环中C C键之间的夹角大于或小于正常键角时 环中C C键键角的变形产生张力 这种张力具有力图恢复正常键角的趋势 这种张力被称为角张力 键角变形程度越大 张力越大 张力使环的稳定性下降 反应活性增强 Baeyer张力学说建立在错误假设 认为环烷烃都是平面结构 的基础上 只对小环适用 第三节环的张力 二 环烷烃的燃烧热 1 把每个环烷烃的燃烧热除以环内碳原子数 得到环上每个亚甲基的燃烧热 2 用环烷烃每个CH2的燃烧热 与开链烷烃每个CH2的燃烧热 658 6kJ mol 比较 其差值就是由于张力的产生使分子能量升高的数值 其差值 n即为每个环烷烃分子产生的张力能 P45表3 2 结论 环己烷 六元环 最稳定 其次是环戊烷 五元环 大环都是稳定的 小环中的环丙烷最不稳定 其次是环丁烷 三 张力能 张力能来源 P46 非键作用 Enb 键长变化 El 键角变化 E 扭转角变化 E 其中 Enb El E E 纽曼投影式 一 椅式构象 最稳定构象 第四节环己烷的构象 a 键角接近109 5 无角张力 b 交叉式 无扭转张力 c H间距 0 25nm 大于氢原子范氏半径之和 0 24nm 无范氏张力 球棒模型 椅式构象中的C H键类型 直立键 a键 凡与垂直轴平行的C H键 平伏键 e键 凡与垂直轴成109 28 的C H键 环己烷椅式构象 直立键 平伏键 非键作用 二 船式构象 球棒模型 a 键角109 5 无角张力 b 有重叠式 有扭转张力 c H间距 0 183nm 小于H原子半径之和 有范氏张力 稳定性 椅式构象环己烷 船式构象环己烷室温下 平衡有利于椅式构象 优势构象 环己烷的其它构象式 半椅式 halfchairform 扭船式 twistboatform 椅式 船式 椅式 半椅式构象 5个碳在同一平面上有角张力 C C键角接近120o 平面碳上的C H键为重叠式构象 有较大的扭转张力 扭船式构象 1 83 环己烷构象形式的转换 转环作用中的能量变化 构象翻转 一 一取代环己烷的构象 第五节取代环己烷的构象分析 甲基环己烷构象翻转的能量变化 结论 平伏键甲基环己烷比直立键甲基环己烷稳定平衡有利于 CH3处于e键的构象 优势构象 叔丁基处于e键的叔丁基环己烷1 3 二e键相互作用小 叔丁基 HUGEstericstrain 叔丁基处于a键的叔丁基环己烷1 3 二a键相互作用 叔丁基 结论 叔丁基一般总在环己烷的平伏键上P50 P51表3 3 2 二取代环己烷的构象 试比较顺式和反式1 4 二甲基环己烷的稳定性 ea键型 aa键型 ee键型 甲基ee键型异构体比甲基ea键型异构体稳定 所以 反式较稳定 讨论 1 指出下列构象异构体中哪一个是优势构象 练习 P53问题3 4 3 5 环丙烷构象 环丙烷为张力环 采取重叠式构象 所以容易破环 此外 环丙烷C C键为弯曲键 有点类似于烯烃的 键 可以发生类似于