第六章-脂环烃PPT课件

1、2021/6/71 2021/6/72 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 第二节第二节 环烷烃的物理性质环烷烃的物理性质 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 第四节第四节 脂环烃的化学性质脂环烃的化学性质 2021/6/73 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 一一 脂环烃的分类脂环烃的分类 脂环烃 环碳原子的饱和程度 碳环数目 环烷烃 CnH2n 环烯烃 环炔烃 单环 双环 多环 CnH2n-2 CnH2n-4 单环环烷烃通式：单环环烷烃通式：CnH2n（与烯烃通式相同）与烯烃通式相同） 2021/6/74 第一节第一节 脂环烃的分类和命

2、名脂环烃的分类和命名 一一 脂环烃的分类脂环烃的分类 成环碳原子数 小环（C3 C4） 常见环（C5 C6） 中环（C7 C11） 大环（C12以上） 2021/6/75 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 1. 单环脂环烃的系统命名单环脂环烃的系统命名 根据环中碳原子的数目叫根据环中碳原子的数目叫“环某烃环某烃”； 环上取代基的位次和编号写在母体环烃环上取代基的位次和编号写在母体环烃 名字前面，名字前面，“编号编号”原则与链烃相同；原则与链烃相同； 若有两个取代基，则在最前面标明若有两个取代基，则在最前面标明“顺、顺、 反反”； 若取代基碳链较

3、长，则环作为取代基。若取代基碳链较长，则环作为取代基。 2021/6/76 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 1. 单环脂环烃的系统命名单环脂环烃的系统命名 甲甲基基环环丙丙烷烷 1 1, ,3 3- -二二甲甲基基环环己己烷烷 1 1, ,5 5- -二二甲甲基基环环己己烷烷 1 2 3 1 2 3 4 1 1- -甲甲基基- -4 4- -异异丙丙基基环环己己烷烷 CH3 methylcyclopropane 1, 3-dimethylcyclohexane1-isopropyl-4-methylcyclohexane 2021/6/77

4、第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 1. 单环脂环烃的命名单环脂环烃的命名 CH3 H CH3 H CH3 H H CH3 顺顺-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 cis-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 反反-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 transs-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 2021/6/78 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 1. 单环脂环烃的命名单环脂环烃的命名 CH3 H CH3 H 顺-1,3-二甲基环戊烷 (1R,3S)-1,3-二甲基环戊烷 CH3 H CH3 H C

5、H3 H CH3 H (1R,3R)-1,3-二甲基环戊烷 反-1,3-二甲基环戊烷 (1S,3S)-1,3-二甲基环戊烷 （两者为对映异构体） 2021/6/79 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 一一 脂环烃的命名脂环烃的命名 1. 单环脂环烃的系统命名单环脂环烃的系统命名 环烃基的名称环烃基的名称 环环丙丙基基环环己己烷烷3 3- -甲甲基基- -4 4- -环环丁丁基基庚庚烷烷 3 4 2021/6/710 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 2. 桥环脂环烃的系统命名桥环脂环烃的系统命名 （1）双环桥环脂环烃的命名）双

6、环桥环脂环烃的命名 确定母体名称：以参与成环的碳原子数作为母体名确定母体名称：以参与成环的碳原子数作为母体名 称；称； 注明环数：用注明环数：用“二环二环”，置于母体名称之前；，置于母体名称之前； 注明桥的结构：将各个桥上碳原子数由多到少排列，注明桥的结构：将各个桥上碳原子数由多到少排列， 并用圆点隔开，置于环数后面方括号内；并用圆点隔开，置于环数后面方括号内； 编号：从桥头开始，先长桥后短桥，同时尽可能给编号：从桥头开始，先长桥后短桥，同时尽可能给 官能团和取代基以最低编号。官能团和取代基以最低编号。 书写出化合物名称。书写出化合物名称。 2021/6/711 第一节第一节 脂环烃的分类和命

7、名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 2. 桥环脂环烃的命名桥环脂环烃的命名 （1）双环桥环脂环烃的命名）双环桥环脂环烃的命名 二环4. 4. 0癸烷 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 桥桥头头碳碳原原子子 环环的的数数目目 桥桥头头间间的的碳碳原原子子数数 ( (用用 . . 隔隔开开) ) 组组成成桥桥环环的的碳碳原原子子总总数数 二环4. 4. 0癸烷（十氢萘） Bicyclo4. 4. 0decane 2021/6/712 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 一一 脂环烃的命名脂环烃的命名 2. 桥环脂环烃的系统命名桥环脂环烃的系统命名 （1）双

8、环桥环脂环烃的命名）双环桥环脂环烃的命名 二二环环 2. 2. 1 庚庚烷烷 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 2, 7, 7- -三三甲甲基基二二环环 2. 2. 1 庚庚烷烷 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8- -甲甲基基二二环环 4. 3. 0 壬壬烷烷 2021/6/713 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 2. 桥环脂环烃的系统命名桥环脂环烃的系统命名 （2）多环桥环脂环烃的命名）多环桥环脂环烃的命名 确定母体名称：以参与成环的碳原子数作为母体名称。确定母体名称：以参与成环的碳原子数作为母体名称。 确定环数

9、：将其切开为链状化合物所需最少的切割次数。确定环数：将其切开为链状化合物所需最少的切割次数。 确定主环：含碳原子最多的环。确定主环：含碳原子最多的环。 选择主桥，标明结构：以主环内最长桥为主桥，仍有选择余地，选择主桥，标明结构：以主环内最长桥为主桥，仍有选择余地， 选择能较对称切割主环的桥。选择能较对称切割主环的桥。 编号：主环上从桥头开始，先长桥后短桥，同时尽可能给次桥编号：主环上从桥头开始，先长桥后短桥，同时尽可能给次桥 （键桥）以最低编号。（键桥）以最低编号。 标明次桥：与主环相连碳原子的编号。标明次桥：与主环相连碳原子的编号。 书写出化合物名称。书写出化合物名称。 2021/6/714

10、 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 2. 桥环脂环烃的系统命名桥环脂环烃的系统命名 （2）多环桥环脂环烃的命名）多环桥环脂环烃的命名 1 2 3 4 5 6 7 三三环环 2. 2. 1. 02, 6 庚庚烷烷 用用 , , 隔隔开开 1 2 3 45 6 7 8 9 10 三环三环3.3.1.13,7癸烷癸烷 1 2 3 4 5 6 7 8 三环三环3.2.1.02,4辛烷辛烷 2021/6/715 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 3. 螺环脂环烃的系统命名螺环脂环烃的系统命名 （1）单螺环

11、脂环烃的命名）单螺环脂环烃的命名 确定母体名称：以参与成环的碳原子数确定为螺某烃；确定母体名称：以参与成环的碳原子数确定为螺某烃； 注明螺环的结构：将各个环上碳原子数（螺原子除外）注明螺环的结构：将各个环上碳原子数（螺原子除外） 由少到多排列，并用圆点隔开，置于由少到多排列，并用圆点隔开，置于“螺螺”字后面方括字后面方括 号内；号内； 编号：从小环靠近螺原子开始，螺原子参与编号，同时编号：从小环靠近螺原子开始，螺原子参与编号，同时 尽可能给官能团和取代基以最低编号。尽可能给官能团和取代基以最低编号。 书写出化合物名称。书写出化合物名称。 2021/6/716 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂

12、环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 3. 螺环脂环烃的系统命名螺环脂环烃的系统命名 （1）单螺环脂环烃的命名）单螺环脂环烃的命名 1 2 3 4 5 6 7 8 910 螺螺 4. 5 癸癸烷烷 1 2 3 4 5 6 7 4- -甲甲基基螺螺 2. 4 庚庚烷烷 spiro4. 5decane 4-methylspiro2. 4heptane 2021/6/717 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 3. 螺环脂环烃的系统命名螺环脂环烃的系统命名 （2）多螺环脂环烃的命名）多螺环脂环烃的命名 确定母体名称：以参与成环的碳原子数确定

13、为螺烃母体。确定母体名称：以参与成环的碳原子数确定为螺烃母体。 注明螺数：根据螺原子数确定为注明螺数：根据螺原子数确定为“二螺二螺”、“三螺三螺”等，置于螺烃等，置于螺烃 母体前面。母体前面。 编号：从连接末端螺原子的小环开始，同时给所有螺原子尽可能低编号：从连接末端螺原子的小环开始，同时给所有螺原子尽可能低 的编号。的编号。 注明螺环的结构：将螺原子之间的碳原子数（螺原子除外）依次排注明螺环的结构：将螺原子之间的碳原子数（螺原子除外）依次排 列，并用圆点隔开，置于列，并用圆点隔开，置于“螺螺”字后面方括号内。字后面方括号内。 注意：尽可能给官能团和取代基以最低编号。注意：尽可能给官能团和取代

14、基以最低编号。 书写出化合物名称。书写出化合物名称。 2021/6/718 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 3. 螺环脂环烃的系统命名螺环脂环烃的系统命名 （2）多螺环脂环烃的命名）多螺环脂环烃的命名 1 2 3 45 6 7 8 9 11 12 13 14 1516 10 二螺二螺5.1.6.2十六烷十六烷 2021/6/719 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 4. 脂环烃的其它命名方法脂环烃的其它命名方法 立立方方烷烷金金刚刚烷烷 按按形形象象命命名名 十十氢氢萘萘 按按衍衍生生物物命命

15、名名 camphor 萘萘 Decahydro-naphthalene O 2-莰莰酮酮（樟樟脑脑） 莰莰烷烷 naphthalene camphane 2021/6/720 第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名 二二 脂环烃的命名脂环烃的命名 5. 不饱和度计算不饱和度计算 u = n-2 2021/6/721 第二节第二节 环烷烃的物理性质环烷烃的物理性质 一一 环烷烃的物理性质环烷烃的物理性质 环烷烃的熔点、沸点、密度均环烷烃的熔点、沸点、密度均 比相应的烷烃高。比相应的烷烃高。 2021/6/722 第二节第二节 环烷烃的物理性质环烷烃的物理性质 二二 环烷烃的燃烧热环烷

16、烃的燃烧热 CnH2n + O2CO2 H2OQ + 每个每个CH2 的燃烧热的燃烧热 每个每个CH2 的燃烧热的燃烧热 环丙烷环丙烷697.1环辛烷环辛烷663.8 环丁烷环丁烷686.1环壬烷环壬烷664.6 环戊烷环戊烷664.0环癸烷环癸烷663.6. 环己烷环己烷658.6环十四烷环十四烷658.6 环庚烷环庚烷662.4环十五烷环十五烷659.0 开链烷烃开链烷烃658.6 平均燃烧热反映环烷烃的能量高低及稳定性大小。平均燃烧热反映环烷烃的能量高低及稳定性大小。 2021/6/723 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 一环丙烷的结构一环丙烷的结构 角张力（角张

17、力（angle strain）：）：环环 的角度与的角度与sp3轨道夹角差别引轨道夹角差别引 起的张力。起的张力。 扭转张力：试图恢复扭转张力：试图恢复 交叉式构象的力。交叉式构象的力。 2021/6/724 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 一环丙烷的结构一环丙烷的结构 1885 年年Baeyer提出张力学说提出张力学说 6 60 0 。 1 10 09 9. .5 5。 。 2 24 4 。 4 44 4 2021/6/725 二二. 环丁烷环丁烷 若为平面型分子若为平面型分子 有角张力和扭转张力有角张力和扭转张力 H H H H H H H H H H H H H

18、H 1 23 4 1 2 3 4 H H 90o C1- -C2C4- -C3 相相邻邻C- -H 处处于于 重重叠叠式式构构象象 稳定构象稳定构象 角张力稍增加角张力稍增加, 扭转张力明显扭转张力明显 减小减小 H H H H H H H H 1 2 3 4 H H H H H2C 1 2 3 H2C 4 相相邻邻C- -H 处处于于 邻邻位位交交叉叉式式构构象象 88o C1- -C2 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 2021/6/726 三三. 环戊烷环戊烷 “信封信封”状分状分 子子 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 H H H H H H

19、 H H 1 2 3 4 H H 5 H H 4 H H 5 H H H H H2 C 1 2 C H2 4 H2C 3 5 C4- -C5 为为全全 重重叠叠式式构构象象 C1- -C2, C2- -C3 为为交交叉叉式式 C4- -C5 C1- -C2 环戊烷分子中，碳碳键的夹角为环戊烷分子中，碳碳键的夹角为108，接近，接近sp3杂化杂化 轨道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。轨道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。 2021/6/727 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 120o 如果如果环己烷的环己烷的 6 个碳原子在同一平面上个碳原子在

20、同一平面上: 将有角张力（偏离将有角张力（偏离109.5o） 将有扭转张力（将有扭转张力（C-H重叠）重叠） 1. 环己烷的结构环己烷的结构 2021/6/728 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 2. 环己烷的环己烷的典型构象典型构象 半半椅椅式式 (half chair form) 扭扭船船式式 (twist boat form) 最最稳稳定定 最最不不稳稳定定 较较不不稳稳定定 较较稳稳定定 向向上上翻翻 椅椅式式 (chair form) 船船式式 (boat form) 2021/6/729 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构

21、与稳定性环烷烃的结构与稳定性 2. 环己烷的环己烷的典型构象典型构象 HH H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H 椅椅式式 (chair form) 船船式式 (boat form) 1 2 3 4 56 1 2 3 4 5 6 C2, C3, C5, C6 共共平平面面 109.5o 2021/6/730 46 23.5 5.4 势势 能能 kJ / mol 扭扭转转过过程程 各种环己烷构象的势能图各种环己烷构象的势能图 2021/6/731 环己烷椅式构象的画法环己烷椅式构象的画法 H H H H H H H H H H H H 相间的两根

22、键相间的两根键相互平行（画相互平行（画 Z 字形）字形） 六个碳原子交替分布在六个碳原子交替分布在两个平面两个平面上上 每个碳均有一根每个碳均有一根C-H键在垂直方向，键在垂直方向，上平面的向上画上平面的向上画， 下平面的向下画下平面的向下画 其它其它C-H键键分别向左分别向左（左边的三个）或（左边的三个）或向右向右（右边的（右边的 三个），且上下交替三个），且上下交替 2021/6/732 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 3. 椅式构象中的两种类型椅式构象中的两种类型C-H键键 HH H H H H H HH H H H 1 2 3 4 5 6

23、CH : a键 (axial bond) 竖竖键键, , 直直键键, , 直直立立键键 CH : e键 (equatorial bond) 横横键键, , 平平键键, , 平平伏伏键键 H H H H H H H H 6 1 2 5 4 3 2021/6/733 椅式构象中椅式构象中C-H键的键的顺反关系顺反关系 HH H H H H H H H H H H 1 2 3 4 5 6 相邻碳上的相邻碳上的a键键和和e键键为顺式为顺式 两个两个相邻的相邻的a键键（或（或e键键）为）为 反式反式 a键和键和e键的相互转换键的相互转换 翻转后翻转后,原来的原来的a键键转变转变 为为e键键,而而e键键转

24、变为转变为a键键 HH H H H H H H H H H H 1 2 3 4 5 6 HH H H H H H H H H H H 1 2 3 4 5 6 翻翻转转 2021/6/734 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 4. 单取代环己烷的构象单取代环己烷的构象 H3C C H H H H H 1，3- -竖竖键键作作用用 C1- -C2 C5- -C4 1 2 3 4 5 6 H H H H H H H3C H 6 1 2 5 4 3 CH3与C3为为对对位位交交叉叉 CH3 H H H H H H H C1- -C2 C5- -C4 6 12

25、 3 4 5 1 2 6 3 5 4 CH3与C3为为邻邻位位交交叉叉 优优势势构构象象， 室室温温时时占占95%（有有排排斥斥力力） 2021/6/735 叔丁基环己烷的构象叔丁基环己烷的构象 有非常大的有非常大的1. 3-竖键作用竖键作用 (H3C)3C 室室温温: : 100% C C C C H H H H H H H H H H H 2021/6/736 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象 (1) 1,1-二取代环己烷二取代环己烷 Me Me CHMe2 Me 优势构象优势构象 2021/6/737

26、 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象 (2) 1,2-二取代环己烷二取代环己烷 CH3 CH3 H H 1, 2-cis(顺式) 1R,2S CH3 CH3 CH3 CH3 能能量量相相等等 1 2 2 1 1 2 1,2-顺式顺式 2021/6/738 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象 (2) 1,2-二取代环己烷二取代环己烷 CH3 CH3 H H 1R, 2R CH3 CH3 CH3 CH3 优优势势构构象象 1 1

27、 1 22 2 CH3 CH3 H H 1S, 2S 1 2 优优势势构构象象 1 1 2 2 CH3 CH3 CH3 CH3 1,2-反式反式 2021/6/739 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象 (2) 1,2-二取代环己烷二取代环己烷 优势构象优势构象 优势构象优势构象 CHMe2 Me Me CHMe2 2021/6/740 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象 (2) 1,2-二取代环己烷二取代环己烷 优势构象优

28、势构象 优势构象优势构象 CHMe2 Me CHMe2 Me 2021/6/741 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象 (3) 1,3-二取代环己烷二取代环己烷 2021/6/742 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象 (4) 1,4-二取代环己烷二取代环己烷 H3C CH3 H H 1, 4-cis( (顺顺式式) ) CH3 H3C H3C CH3 能能量量相相等等 1 4 4 4 1 1 H3C CH3H H 1, 4

29、-trans( (反反式式) ) 优优势势构构象象 CH3 CH3 H3C CH3 1 4 1 4 4 1 2021/6/743 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象 (4) 1,4-二取代环己烷二取代环己烷 CHMe2Me CHMe2 Me 2021/6/744 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象 2021/6/745 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 6. 多取代环己烷的构象多取

30、代环己烷的构象 MeMe Me CMe3Me Me CMe CMe3 2021/6/746 四四. 环己烷环己烷 第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 7. 十氢萘的构象十氢萘的构象 H H H H H H H H 顺顺 式式 H H H H H H H H 反反 式式 2021/6/747 第四节第四节 脂环烃的化学性质脂环烃的化学性质 一一 环烷烃的化学性质环烷烃的化学性质 1. 取代反应取代反应 rt. hv or 300oC + HBr + Br2 Br X = Cl,Br + X X X2 hv + X2 hv 2021/6/748 第四节第四节 脂环烃的化学性质脂环烃的化学性质