第五章--脂环烃.ppt

第五章脂环烃,（alicyclichydrocarbons）,本章重点讲解：,1.环烷烃的分类-掌握2.环烷烃的命名-掌握3.环烷烃的化学性质-了解4.环烷烃的结构-掌握5.环已烷及其衍生物的构象-理解,分子中含有一个或多个碳环（由碳原子首尾相连而成的环状结构），性质与开链脂肪烃相似的碳氢化合物，是脂环烃。自然界中的脂环烃较少，但其衍生物则广泛存在，而且与生命有极密切的关系。如:,樟脑,常用驱虫剂,常用中草药,冰片,麝香n=11,5.1脂环烃的分类,按环上碳原子的饱和程度，可分为：环烷烃(通式CnH2n)环烯烃(通式CnH2n-2)环炔烃(通式CnH2n-4),环戊烷,环辛炔,环己烯,脂环烃的构造异构现象比脂肪烃复杂。如环烷烃C5H10的构造异构体有：,环戊烷,1,1-二甲基环丙烷,乙基环丙烷,甲基环丁烷,1,2-二甲基环丙烷,按照分子中所含碳环的数目，可分为：,单环脂环烃：二环脂环烃：多环脂环烃：,环己烷,环戊二烯,甲基环己烷,十氢化萘,降冰片烷,螺2,4庚烷,立方烷,棱烷,篮烷,金刚烷,5.2脂环烃的命名,5.1.1、单环烃,(1)在相应烷烃名称前加“环”字，称为“环某烷”；(2)使所有取代基编号尽可能小；,甲基环戊烷,1,2-二甲基环己烷,1-甲基-3-乙基环己烷,(3)环烯(或炔)烃编号时，把1,2位留给双(或三)键碳原子。,4-乙基环戊烯,3,5-二甲基环己烯,5-甲基环辛炔,4）长链作母体，环作取代基。,5）顺、反环烷烃,受环的限制，键不能自由旋转。环上取代基在空间的位置不同，产生顺反(几何)异构。,顺(cis)：两个取代基在环同侧；反(trans)：两个取代基在环异侧。,顺-1,2-二甲基环丙烷反-1,3-二甲基环戊烷,2-甲基-1-环丙基-5-环戊基戊烷,5.1.2、双环烃,指分子碳架中含有两个碳环的烃。它又分为：联环烃螺环烃(螺烃)桥环烃(桥烃),(1)桥环烷烃,共用两个或两个以上碳原子的多环化合物。,2,7,7-三甲基二环2.2.1庚烷,5,7,7-三甲基二环2.2.1-2-庚烯,二环桥环烷烃命名时，按成环碳原子数称为二环“某烷”；从桥头碳开始编，先编大桥后编小桥，使（官能团）双键或取代基位次最小。将各桥碳原子数由大到小用数字表示，用下角圆点分开放在方括号中，将括号放在“二环”和“某烷”中间；将环上取代基位次和名称放在“二环”之前。,命名规则：,练习：,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,(2)螺环烷烃,螺2.4庚烷,螺原子：两个碳环共用的碳原子。,5-甲基螺3.4辛烷,螺5.5十一烷,单环之间共用一个碳原子的多环烃。,1,6-二甲基螺3.5壬烷,1,5-二甲基螺3.4-6-辛烯,练习：,写出3-甲基二环4.2.0辛烷的结构,练习：,5.3环烷烃化学性质,(1)取代反应,(2)加成反应,a.加氢,小环易发生加成反应。,取代反应一般在五、六元环上易发生。,b.加卤素,不能用溴褪色的方法来区别环烷烃与烯烃！,1,4-二溴丁烷,1,3-二溴丙烷,c.加卤化氢,取代环丙烷加成符合马氏规则！,不对称环丙烷加HX的规律：,.开环位置：在含氢最多与含氢最少的两个碳之间。,.氢加在含氢较多的碳原子上。,HBr,5.4环烷烃的结构与稳定性,为什么小环化合物容易开环并且三元环比四元环更容易开环，而五元环、六元环相对稳定？,拜尔张力学说（1885年）,.形成环的碳原子都在同一平面上，并排成正多边形。,.正常C-C键之间夹角为109.5，环中C-C键之间夹角为了保持109.5，环中的键角要扩张或压缩，从而产生张力。,.键角变形程度越大，张力越大。,.张力使环的稳定性降低，张力越大，环的反应性越大。,要点：,例：,由上面计算可知：a.环戊烷、环己烷偏转角度最小，也最稳定。,60,90,108,120,(10928-60)2444,(10928-90)944,(10928-108)044,(10928-120)-516,环内键之间的夹角,偏转角度,b.环丙烷的键角偏转大于环丁烷，因此环丙烷反应活性大于环丁烷。,拜尔张力学说的不足之处：,由拜尔张力学说，比六元环大的环都有偏转角，并且环越大，偏转角越大，张力越大，这一推论不正确。这是由于张力学说前提不合理，即环中碳原子在同一平面内不合理。,拜尔张力学说适用于三元、四元小环中。,2.燃烧热和环烷烃的稳定性,燃烧热纯粹的化合物完全燃烧所放出的热量。,化合物的燃烧热越大，化合物越不稳定。,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。,5.5环己烷及其衍生物的构象,1.环己烷的构象：环己烷的六个成环碳原子不共平面，CCC键角为109.5，是无张力环。环己烷有椅型和船型两种极限构象：,椅型构象和船型构象可以互相转变。船型环己烷比椅型能量高30kJmol-1，常温下平衡体系主要以稳定的椅型构象存在。,船型分子中存在扭转张力和氢原子之间的非键张力。,环己烷中的碳氢键可分为两种类型，每个碳原子上有一个a键和一个e键，在环中上下交替排列。,环己烷由一种椅型构象翻转为另一种椅型构象时，原来的a键都变为e键，原来的e键都变为a键。,a键：直立键(竖键),e键：平伏键(横键),构象翻转,2.取代环己烷的构象,1）一取代环己烷的构象：一取代环己烷的取代基在e键上的构象占优势。取代基越大，这种优势越明显。,R=CH3时，95%处于e键；R=(CH3)3时，99.9%处于e键,优势构象,2）二取代环己烷的构象：,H,H,CH3,CH3,H,H,CH3,CH3,H,H,反-1,2-二甲基环己烷,(优势构象),H,实验测定,反式异构体比顺式异构体稳定7.8kJmol-1。,大基团在e键(优势构象),顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷,本,章,要,点,THEEND,1.脂环烃的命名单脂环烃:环某烷/烯/炔;环某基某烃桥环烃:二