第05章 脂环烃.ppt

1 第五章脂环烃 脂环烃的分类命名和异构现象 脂环烃的性质 脂环烃的结构 要点内容 2 重点 环烷烃的结构 环己烷的构象及其表示法 难点 桥环化合物及螺环化合物的命名 环己烷的椅式构象的书写方法 3 结构上具有环状碳骨架 而性质上与脂肪烃相似的烃 称为脂环烃 一 分类 5 1脂环烃的分类命名和异构现象 脂环烃 4 1 根据分子中成环碳原子数目 称为环某烷 2 把取代基的名称写在环烷烃的前面 3 取代基位次按 次序规则 小的优先列出 例如 二 命名 环烷烃的命名 1 1 二甲基 3 乙基环已烷3 Ethyl 1 1 dimethylcyclohexan 1 2 二甲基 4 环丙基环戊烷1 cyclopropyl 3 4 dimethylcyclopentane 5 练习 1 甲基 4 异丙基环己烷1 3 二甲基环己烷 反 1 4 二甲基环已烷Trans 1 4 dimethylcyclohexane 3 甲基 4 环丁基庚烷4 Cyclobutyl 3 methylheptane 顺 1 4 二甲基环已烷Cis 1 4 dimethylcyclohexane 6 1 根据分子中成环碳原子数目 称为环某烯 炔 2 以双 三 键的位次和取代基的位置最小为原则 例如 单环烯烃 环炔烃的命名 练习 练习 环辛炔 角张力的影响 室温下能稳定存在的最小的环炔烃是环辛炔 更小的环庚炔 环己炔只能作为活性中间体瞬间存在 未能分离出来 7 3 多环烃的命名 联环烃 两个或两个以上的环 彼此以单键或双键直接相连的 称为联环烃 通常由两个相同环组成的联环烃 称为联二某烃 联二环己烷 8 命名 根据成环碳原子的总数称为二螺 某烷 螺环烃spirohydrocarbon 两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃 编号原则 从较小环中与螺原子相邻的一个碳原子开始 经小环到螺原子 再沿大环致所有环碳原子 在 中标出各碳环中除螺碳原子以外的碳原子数目 小数在前 大数在后 其它同烷烃的命名 9 螺 4 5 1 6 癸二烯 练习 桥环烃bridgedhydrocarbon 二环 三环等 桥环烃 两个或多个环共用两个以上碳原子的环烃 命名 10 其它同环烷烃的命名 根据成环碳原子总数目称为几环 某烷 编号原则 从桥的一端桥头碳开始 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 在 中标出除桥头碳原子外的桥碳原子数 大数排前 小数排后 11 实例与练习 二环 3 2 1 辛烷bicyclo 3 2 1 octane 二环 1 1 0 丁烷bicyclo 1 1 0 butane 三环 3 3 1 13 7 癸烷 金刚烷 adamantane 12 三环 3 2 1 02 7 辛烷Tricyclo 3 2 1 02 7 octane 3 7 7 三甲基二环 4 1 0 庚烷3 7 7 trimethylbicyclo 4 1 0 heptane 2 7 7 三甲基二环 2 2 1 庚烷2 7 7 trimethylbicyclo 2 2 1 heptane 13 稠环烃fusedpolycyclichydrocarbon 两个环共用两个相邻 邻位 碳原子的脂环烃称为稠环脂环烃 简称稠环烃 特殊桥环烃 命名同桥环烃 二环 2 2 0 戊烷 二环 4 4 0 癸烷亦称为十氢化萘 14 脂环烃的异构有构造异构和顺反异构 如C5H10的环烃异构有 三 异构现象 15 一 普通环的性质 普通脂环烃具有开链烃的通性 环烷烃主要是起自由基取代反应 难被氧化 5 2脂环烃的化学性质 16 环烯烃具有烯烃的通性 17 1 加成反应 1 加氢 二 小环烷烃的特性反应 18 2 加卤素 马氏加成 19 3 加HX H2SO4 马氏加成 20 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 可用高猛酸钾溶液来区别烯烃与环丙烷衍生物 环烃性质小结 1 小环烷烃 3 4元环 易加成 难氧化 似烷似烯 普通环以上难加成 难氧化 似烷 2 环烯烃 共轭二烯烃 各自具有其相应烯烃的通性 2 氧化反应 21 从环烷烃的化学性质可以看出 环丙烷最不稳定 环丁烷次之 环戊烷比较稳定 环己烷以上的大环都稳定 因此环的稳定性与环的结构有着密切的联系 一 张力学说与环丙烷的结构 5 3脂环烃的结构 1 张力学说 1885年VonBaeyerA 提出了张力学说 假定所有成环的碳原子都在同一平面上 且形成正多边形 环中碳原子之间的夹角 偏离 109 5 时 将产生张力 偏离 的程度越大 环的张力越大 环的稳定性越小 张力理论局限性 不适用于大环 大环碳不会共平面 主适用于C3 C4环 22 2 环丙烷的结构 理论上 1 饱和烃 C为sp3杂化 键角为109 5 2 三碳环 成环碳原子应共平面 内角为60 两者自相矛盾三元环的结构特殊 23 角张力 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105 5 因键角要从109 5 压缩到105 5 故环有一定的张力称为角张力 由此可见 键的重叠程度小 稳定性低 电子云分布在两核连线的外侧 增加了试剂进攻的可能性 故具有不饱和烯烃的性质 24 扭转张力 由于环中三个碳位于同一平面 相邻的C H键互相处于重叠式构象 有旋转成交叉式的趋向 这样的张力称为扭转张力 环丙烷的总张力能为114KJ mol 25 1 环丁烷的构象 与环丙烷相似 环丁烷分子中存在着张力 但比环丙烷的小 环丁烷是以折叠状构象存在的非平面型结构 可以减少C H的重叠 使扭转张力减小 环丁烷分子中C C C键角为111 5 角张力也比环丙烷的小 总张力能为108KJ mol 二 环丁烷和环戊烷的构象 26 环戊烷分子中 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 2 环戊烷的构象 这种构象的张力很小 总张力能25KJ mol 扭转张力在2 5KJ mol以下 因此 环戊烷的化学性质稳定 所以 环戊烷是以折叠式构象存在的 为非平面结构 呈信封式构象 27 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 1 两种极限构象 椅式和船式 三 环己烷的构象 28 椅式构象稳定的原因 29 船式构象不稳定的原因 30 椅式构象中C H键分为两类 直立键 a键 6个与分子的对称轴平行的C H键 伸展方向 3上 3下 且上下交替 平伏键 e键 6个与直立键形成接近109 5 的夹角的C H键 平伏着向环外伸展 如下图 2 平伏键 e键 与直立键 a键 C3 31 在室温时 环己烷的椅式构象可通过C C键的转动 而不经过碳碳键的断裂 由一种椅式构象变为另一种椅式构象 在互相转变中 原来的a键变成了e键 而原来的e键变成了a键 当六个碳原子上连的都是氢时 两种构象是同一构象 连有不同基团时 则构象不同 1 1 2 2 6 6 32 一 一元取代环己烷的构象 一元取代环己烷中 取代基可占据a键 也可占据e键 但占据e键的构象更稳定 例如 3 取代环己烷的构象 33 原因 a键取代基结构中的非键原子间斥力比e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 H H H H H H H H H H H H H H H H H H 34 1 1 2 二取代 二 二元取代环己烷的构象 35 小结 1 环己烷有两种极限构象 椅式和船式