第五章大学有机化学徐寿昌PPT.ppt

第五章脂环烃,教材:徐寿昌主编高等教育出版社,有机化学OrganicChemistry,脂环烃-结构上具有环状碳骨架,而性质上与脂肪烃相似的烃类,总称脂环烃.(1)环烷烃-饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.环丙烷CH2-CH2简写:CH2环丁烷CH2-CH2简写:CH2-CH2甲基环丙烷CH2简写:CH-CH3CH2,CH3,同分异构体,第五章脂环烃,5.1脂环烃的定义和命名,以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名;环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前加一“环”字.(C)取代基较多时,命名时应把取代基的位置标出.(D)环上碳原子编号,以取代基所在位置的号码最小为原则.例1:,命名(与烷烃相似):,1,2-二甲基环戊烷,例2:例3:,1,1,4-三甲基环己烷,*小取代基为1位.,1-甲基-3-乙基环己烷,由于碳原子连接成环,环上C-C单键不能自由旋转.只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团,就有构型不同的顺反异构体.,顺-1,4-二甲基环己烷,环烷的顺反异构:,例:1,4-二甲基环己烷,反-1,4-二甲基环己烷,3,-脂环烃的环上有双键(或叁键).命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链为取代基.碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最小.对于只有一个不饱和键的环烯(或炔)烃,双键或叁键位置可不标.,环辛炔,(2)环烯(炔)烃,环戊烯,1,3-环己二烯,(A)若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1;(B)若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位置号码的加和数为最小.,3-甲基-1-环己烯,带有侧链的环烯烃命名:,1-甲基-1-环己烯,CH3,CH3,1,2,6,5-甲基-1,3-环戊二烯,CH3,1,2,5,3,4,5,3,4,带有侧链的环烯烃命名:,1,6-二甲基-1-环己烯,其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺化合物.共用两个或以上碳原子的叫桥环化合物.,螺2.4庚烷,双环2.2.1庚烷,(3)双环化合物-分子中含有两个碳环.,螺原子,桥头碳,桥头碳,(a)组成环的碳原子总数命名为“某烷”,加上词头“螺”.(b)再把连接于螺原子的两个环的碳原子数(不含螺原子),按由小到大的次序写在“螺”和“某烷”之间的方括号里,数字用圆点分开.例1:,螺2.4庚烷,(A)螺化合物的命名:,螺原子,例2:,螺3.4辛烷,-螺环上的编号,从连接螺原子(不含)上的一个碳开始,先编较小的环,然后经过螺原子再编第二个环.编号的顺序以取代基位置号码加和数最小为原则.,例3:,5-甲基螺2.4庚烷,(c)带支链的螺烷,(a)都有两个“桥头”碳原子(即两个环共用的碳原子)和三条连在两个“桥头”上的“桥”.(b)组成环的碳原子总数命名为某烷,加词头双环.(c)各“桥”所含碳原子数目,按由大到小的次序写在“双环”和“某烷”之间的方括号里.,双环2.2.1庚烷,例1:,(B)双桥环化合物的命名,桥头碳,例2:,双环2.1.0戊烷,双环3.1.1庚烷,例3:,(d)环上碳原子编号:从一个桥头碳原子(含)开始,先编最长的桥至第二个桥头,再编余下的较长的桥,回到第一个桥头;最后编最短的桥.(e)编号的顺序以取代基位置号码加和数为较小.例4:,6-甲基双环3.2.2壬烷,例5:,1,7-二甲基双环3.2.2壬烷,例6:,8,8-二甲基双环3.2.1辛烷,双环2.2.2-2,5,7-辛三烯,例7:,烷烃是sp3杂化,键角109.5,环烷烃的碳也是sp3杂化,但键角不一定一样.C-C键的形成,键轨道的交盖,交盖较好,5.2环烷烃的结构,5.2.1环丙烷的结构,交盖较差,弯曲键比一般的键弱,并且具有较高的能量.这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力.由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力.,这样的键与一般的键不一样,它的电子云没有轨道轴对称,而是分布在一条曲线上,故常称弯曲键.,内角60,内角90.四个碳原子不在一个平面上.,环丁烷中的键,环丁烷的构象,折叠式构象,5.4.2环丁烷的结构,实际构象:折叠环的形式-“信封式”构象.,分子张力不大,因此环戊烷的化学性质比较稳定.,不是平面结构.因C-H键的重叠,有较大扭转张力.,5.4.3环戊烷的结构,环己烷不是平面结构,较为稳定的构象为折叠的椅型构象和船型构象.-稳定(99.9%以上)C-C-C键角基本保持109.5,任何两个相邻的C-H键都是交叉式的.椅型构象无张力环.,纽曼投影式,透视式,环己烷的椅型构象,5.4.4环己烷的结构,(1)椅型构象,所有键角也接近109.5,故也没有角张力.但相邻C-H键却并非全是交叉的.C-2和C-3上的C-H键,以及C-5和C-6上的C-H键都是重叠式的.C-1和C-4上两个向内伸的H由于距离较近而相互排斥,也使分子的能量有所升高.,透视式,纽曼投影式,环己烷的船型构象,(2)船型构象,(3)环己烷椅型构象中碳原子的空间分布,A,A线为构象的对称轴,(4)椅型构象中的两种C-H键,a键(直立键),e键(平伏键),与对称轴成109.5,通过C-C键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型,为a键,为e键,椅型构象的翻转,两种椅型构象是等同的分子.,(5)构象的翻转,两种椅型构象是两种不同结构的分子.甲基连在a键上的构象具有较高的能量,比较不稳定平衡体系中e键甲基环己烷占95%,a键的占5%,同一平面上的比较,(6)甲基环己烷椅型构象的翻转,若有多个取代基,往往是e键取代基最多的构象最稳定.若环上有不同取代基,则体积大的取代基连在e键上的构象最稳定.例1:1,2-二甲基环己烷，顺式如下：,同一平面上的比较.在同侧为顺,a,e在异侧为反.a,a;e,e.,反式(e,e)比顺式的稳定.（a,a）实际上不存在（能量太高）,取代基在e键上的构象较稳定.,叔丁基在e键上的构象比在a键上的另一种构象要稳定的多.,例2:顺-4-叔丁基环己醇的两种构象,是双环4.4.0癸烷的习惯名称.,顺十氢化萘,反十氢化萘,(1)平面结构式,(2)构象,5.4.5十氢化萘的结构,-环下方几个a键上的氢原子比较靠拢,有些拥挤,故分子能量较高,比较不稳定.,顺式异构体-不稳定.,环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃要高一些.相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻.脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似.具有环状结构的特性,5.2脂环烃的性质,(一)物理性质,(二)化学性质,-在光或热的引发下发生卤代反应.,5.2.1环烷烃的反应,(1)取代反应,光,光,热,(2)开环反应-也叫加成反应.,(A)催化加氢,Ni80,Ni200,Pt300,环丙烷的烷基衍生物与HX加成，环的破裂发生在含H最多和最少的两个碳原子之间，且符合马氏规律.,(B)加卤素或卤化氢,四碳环不易开环，在常温下与卤素，卤化氢不反应。,在常温下，环烷烃与一般氧化剂(KMnO4,O3)不反应；在加热，强氧化剂作用或催化剂存在时，可用空气氧化成各种氧化产物：例:CH2CH2COOHCH2CH2COOH,HNO3,(3)氧化反应:,Ba(OH)2,思考：如何鉴别环丙烷与烯烃?,易发生加氢,加卤素,加卤化氢和加硫酸等反应.例:,5.2.2环烯烃和环二烯烃的反应,(1)环烯烃的加成反应,环烯烃的双键易被氧化剂(KMnO4,O3等)氧化而断裂成开链的氧化产物:例:,(2)环烯烃的氧化反应,思考题2,与某些不饱和化合物发生双烯合成反应.例1:,双环2.2.1-5-庚烯-2-羧酸甲酯,双环2.2.1-2,5-庚二烯,例2:,环戊二烯,(3)共轭环二烯烃的双烯合成反应,思考题3,下列反应中哪些是能进行的？写出产物.,不能发生，因为S-反式的共轭双烯烃不能发生A-D反应,例3:环戊二烯聚合成二聚环戊二烯:,受热可分解成环戊二烯.,萜类化合物-又称萜烯类化合物.天然有机化合物.香精的主要成分.特点:都具有聚的碳骨架.分为:单萜(2个异戊二烯单元),薄荷醇,樟脑半倍萜(3个异戊二烯单元),姜烯二萜(4个异戊二烯单元),维生素A三萜(6个异戊二烯单元),鲨鱼烯四萜(8个异戊二烯单元),-胡萝卜素,5.5萜(t