第五章[1].脂环烃

1、第第五五章章 环烃环烃5.1 脂环烃脂环烃5.2 芳香烃芳香烃 脂环烃：脂环烃：结构上具有环状碳骨架结构上具有环状碳骨架,而性质上与而性质上与开链烃开链烃(脂肪烃脂肪烃)相似的烃类相似的烃类,总称脂环烃总称脂环烃.根据脂环烃分子中所含碳环的数目，分为单环、二根据脂环烃分子中所含碳环的数目，分为单环、二环和多环脂环烃。环和多环脂环烃。5.1 脂环烃脂环烃5.1.1 脂环烃的命名脂环烃的命名1. 单环脂环烃单环脂环烃 单环脂环烃的命名与烃相似：单环脂环烃的命名与烃相似：母体名称：母体名称： “环某烷环某烷或或环某烯环某烯”。环上的支链作为取代基环上的支链作为取代基，将其位次号和名称放在，将其位次号

2、和名称放在环环某烷某烷或或环某烯环某烯之前。之前。(1) 环烷烃环烷烃-饱和的脂环烃叫环烷烃饱和的脂环烃叫环烷烃.通式通式CnH2n. 环丙烷环丙烷 CH2-CH2 简写简写: CH2 环丁烷环丁烷 CH2-CH2 简写简写: CH2-CH2 甲基环丙烷甲基环丙烷 CH2 简写简写: CH-CH3 CH2同分异构体同分异构体CH3(A) 以碳环作为母体以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名环上侧链作为取代基命名;侧链侧链不易命名时以环为母体。不易命名时以环为母体。(B) 环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前 加一加一“环环”字字.(C) 环上有多个取代基

3、时，应将成环碳原子编号，标环上有多个取代基时，应将成环碳原子编号，标出取代基的位号。编号时，仍遵循出取代基的位号。编号时，仍遵循“最低系列最低系列”原则，若有两种符合原则，若有两种符合“最低系列最低系列”的编号，则使的编号，则使“顺序规则顺序规则”中中“优先优先”的基团具有较大的位次的基团具有较大的位次号。号。命名命名(与烷烃相似与烷烃相似):1,1,4-三甲基环己烷三甲基环己烷3-甲基甲基-1-乙基环己烷乙基环己烷1,2-二甲基环戊烷二甲基环戊烷CH3CH312345 当环上支链不易命名时，以碳链为母体，当环上支链不易命名时，以碳链为母体，环作为取代基来命名。环作为取代基来命名。CHCH2C

4、H(CH3)2CH3CH22 甲基甲基 4 环己基己烷环己基己烷 由于碳原子连接成环由于碳原子连接成环,环上环上C-C单键不能自由旋转单键不能自由旋转.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就有构型不同的顺反异构体.顺顺-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷环烷的顺反异构环烷的顺反异构:例例: 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 -脂环烃的环上有双键脂环烃的环上有双键(或叁键或叁键). 命名与开链烃相似命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体以不饱和碳环为母体,侧链为取侧链为取代基代基. 碳环上

5、的编号顺序碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最应是不饱和键所在的位置号码最小小. 对环上没有取代基，且只有一个不饱和键的环烯对环上没有取代基，且只有一个不饱和键的环烯(或或炔炔)烃烃,双键或叁键位置可不标双键或叁键位置可不标.环辛炔环辛炔(2) 环烯环烯(炔炔)烃烃环戊烯环戊烯1,3-环己二烯环己二烯(A) 若只有一个不饱和碳上有侧链若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为该不饱和碳编号为1;(B) 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编则碳原子编号顺序除双键所在位置号码最小外号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位还要同时以侧链

6、位置号码的加和数为最小置号码的加和数为最小.3-甲基甲基-1-环己烯环己烯带有侧链的环烯烃命名带有侧链的环烯烃命名:1-甲基甲基-1-环己烯环己烯CH3123456CH3123456 CH3 CH31265-甲基甲基-1,3-环戊二烯环戊二烯CH312534534带有侧链的环烯烃命名带有侧链的环烯烃命名:1,6-二甲基二甲基-1-环己烯环己烯2. 二环二环螺环烃螺环烃两个碳环共用一个碳原子的烃叫两个碳环共用一个碳原子的烃叫螺环烃。螺环烃。(1) 定母体：根据环上碳原子总数叫定母体：根据环上碳原子总数叫螺螺 某烷某烷(某烯某烯)。(2)再把连接于螺原子的两个环的碳原子数再把连接于螺原子的两个环的

7、碳原子数(不含不含螺原螺原子子),按由按由小到大小到大的次序写在的次序写在“螺螺”和和“某烷某烷”之间的方之间的方括号里括号里,数字用圆点分开数字用圆点分开.(3) 编号：从小环邻接于螺原子的碳原子开始。编号：从小环邻接于螺原子的碳原子开始。(4) 取代基排列（同烷烃）。取代基排列（同烷烃）。5-甲基螺甲基螺2.4庚烷庚烷螺原子螺原子螺螺2.4庚烷庚烷3. 二环二环桥环烃桥环烃 两个碳环共用两个或两个以上碳原子的烃叫两个碳环共用两个或两个以上碳原子的烃叫桥环烃桥环烃 二环桥环烃都有二环桥环烃都有两个两个“桥头桥头”碳原子和碳原子和三条三条连在连在“桥头桥头”上的上的“桥桥”。(1) 定母体：根

8、据组成环的碳原子总数命名为定母体：根据组成环的碳原子总数命名为二二环环 某烷某烷(某烯某烯) 。各各“桥桥”所含碳原子数目所含碳原子数目,按由按由大到小大到小的次序写在的次序写在“二环二环”和和“某烷某烷”之间的方括号里。之间的方括号里。(2) 编号：从桥头碳开始，先长桥，后短桥。编号：从桥头碳开始，先长桥，后短桥。(3) 取代基的排列（同烷烃）。取代基的排列（同烷烃）。二环二环2.2.1庚烷庚烷二环二环2.1.0戊烷戊烷二环二环3.1.1庚烷庚烷8,8-二甲基二环二甲基二环3.2.1辛烷辛烷4.1.2 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 环烷烃随着环的大小不同，其稳定性环烷烃随着环的大

9、小不同，其稳定性不尽相同。不尽相同。燃烧热：燃烧热：+ 2O2CO2 + 2H2O + 燃燃烧烧热热CH41 mol 化合物化合物 完全燃烧完全燃烧CO2 + H2O放出的热量放出的热量表表 2.2 一些环烷烃的燃烧热一些环烷烃的燃烧热分子燃烧热分子燃烧热 / kJMol-1-CH2-的的平均燃烧热平均燃烧热 / kJ Mol-1环丙烷环丙烷 3 2091 697环丁烷环丁烷 4 2744 686环戊烷环戊烷 5 3320 664环己烷环己烷 6 3951 659环庚烷环庚烷 7 4637 662环辛烷环辛烷 8 5310 664环壬烷环壬烷 9 5981 665环癸烷环癸烷 10 6636

10、664环十五烷环十五烷 15 9885 660开链烷烃开链烷烃 659 名称名称环大小环大小与开链烷烃与开链烷烃燃烧热的差燃烧热的差/ kJMol-138275035651环烷烃的稳定性：环烷烃的稳定性：环己烷环己烷 环戊烷环戊烷 环丁烷环丁烷 环丙烷环丙烷环的张力越小，相应的环烷烃越稳定环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。 环丙烷的结构：环丙烷的结构：CH2CH3CH3109.5CCCHHHHHH60114105 丙烷及环丙烷分子中碳碳键丙烷及环丙烷分子中碳碳键 原子轨道交盖情况原子轨道交盖情况 特点特点： (1) C：sp3杂化杂化，3个个C原子共原子共平面，正三角形。平面，正三角形。 (2

11、) 弯键弯键,CCC键角键角105，偏离正常键角。偏离正常键角。两个相邻的两个相邻的C原子以原子以spsp3 3杂化轨道形成杂化轨道形成 CC 键时，以弯曲键时，以弯曲的方式交盖（存在的方式交盖（存在角张力角张力：键角偏离正：键角偏离正常键角而产生的张力），从而未能最大常键角而产生的张力），从而未能最大程度的交盖。因此，环丙烷不稳定程度的交盖。因此，环丙烷不稳定。5.1.3 环烷烃的构象环烷烃的构象 环己烷的碳骨架不是平面结构，环己烷的碳骨架不是平面结构，CC键角键角109.5109.5。通过旋转通过旋转键和键角的改变，可以得到两种典型构象：键和键角的改变，可以得到两种典型构象：椅式椅式 船式

12、船式 环己烷的椅式和船式构象环己烷的椅式和船式构象1.环己烷的构象环己烷的构象环己烷椅式构象环己烷椅式构象 环己烷船式构象环己烷船式构象 环己烷椅式和船式构象的模型环己烷椅式和船式构象的模型 椅式构象和船式构象可以相互转变，椅式构象和船式构象可以相互转变，但但椅式构象比船式构象稳定椅式构象比船式构象稳定：0.25 nm1234560.18 nm123456123456HHHHHHHHHHHHCH2CH2HHHHHHHH415632船式构象船式构象: (1) C1和和C4上的上的CH键存在非键张力键存在非键张力 (2) C2与与C3和和C5与与C6之间处于全重叠之间处于全重叠 式，存在扭转张力式

13、，存在扭转张力3HHHHHHHHHHHH12456CH2CH2HHHHHHHH145362椅式构象稳定的原因：椅式构象稳定的原因： 所有相邻所有相邻C上的键都处上的键都处于交叉式于交叉式在椅式构象中，在椅式构象中，C1、C3、C5 原子在一个原子在一个平面上；平面上；C2、C4、C6 原子在另一个平面上。原子在另一个平面上。e124563aeaeaeeaaaeaaaaaaeeeeee环己烷环己烷椅式构象中的两类椅式构象中的两类CH 键：键： a 键和键和e 键键6个个CH 键处于直立键键处于直立键(a 键键)，6个个CH 键处于平伏键键处于平伏键(e 键键)。 环己烷可以由一种椅式构象翻转成另

14、一种椅环己烷可以由一种椅式构象翻转成另一种椅式构象，原来的式构象，原来的a a键键变为变为e e键键，原来的，原来的e e键键变为变为a a键键：翻翻转转2. 环己烷衍生物的构象环己烷衍生物的构象 在在一取代的环己烷一取代的环己烷分子中，取代基可以处在分子中，取代基可以处在a a 键键上，也可以处在上，也可以处在e e 键上：键上：13CH3HHHCH3H1322445566 当取代基处在当取代基处在a a 键时，它与键时，它与1, 31, 3位的位的H H原子存在原子存在着着非键张力非键张力，使得构象不稳定而翻转。，使得构象不稳定而翻转。 同时，取代基与相邻碳原子上的同时，取代基与相邻碳原子

15、上的-CH-CH2 2- -处于处于邻位交邻位交叉叉，而当取代基处于，而当取代基处于e e 键上时，取代基与相邻碳原键上时，取代基与相邻碳原子上的子上的-CH-CH2 2- -处于处于对位交叉对位交叉( (较稳定较稳定) )。1CH32HHH1CH32HHHCH3CH2CH2HHH12CH3CH2CH2HHH12取代基处在取代基处在e 键上稳定键上稳定,是优势构象。是优势构象。 (优势构象优势构象)取代基越大，它处于取代基越大，它处于e e 键的构象越稳定：键的构象越稳定：CHHHC(CH3)3H0.01%99.9%CH3CH3H3CCH3HHHCH3H5%95%若有多个取代基若有多个取代基,

16、往往是往往是 e 键键取代基最多取代基最多的构象最稳定的构象最稳定.顺顺-4-叔丁基环己醇的两种构象叔丁基环己醇的两种构象若环上有不同取代基若环上有不同取代基,则则体积体积较大取代基在较大取代基在e 键上的构象最稳定，为优势构象键上的构象最稳定，为优势构象优势构象优势构象小结：小结：环己烷：环己烷：椅式构象为优势构象椅式构象为优势构象一取代环己烷：一取代环己烷：取代基在取代基在e 键上的构象是优势构象。键上的构象是优势构象。 多取代环己烷：多取代环己烷：e 键上键上取代基最多取代基最多的构象最稳定的构象最稳定.若环上有不同取代基若环上有不同取代基,则则体积体积较大取代基在较大取代基在e 键上键

17、上的构象最稳定，的构象最稳定，为优势构象。为优势构象。 是双环是双环4.4.0癸烷的习惯名称癸烷的习惯名称.顺十氢化萘顺十氢化萘反十氢化萘反十氢化萘(1) 平面结平面结构式构式(2) 构象构象3. 十氢化萘的结构十氢化萘的结构优势构象优势构象1.环烷烃的化学性质环烷烃的化学性质 小环环烷烃小环环烷烃存在环张力，易于开环存在环张力，易于开环 易发生加成反应易发生加成反应(1) 开环反应开环反应-也叫加成反应也叫加成反应.(A) 氢解（催化加氢）氢解（催化加氢）+H2CH3CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH2CH3Ni80Ni200Pt3005.1.4 脂环烃的

18、化学性质脂环烃的化学性质 环丙烷及其衍生物与溴分子发生加成环丙烷及其衍生物与溴分子发生加成反应，开环，生成反应，开环，生成1,3-1,3-二溴代烷。二溴代烷。与溴的加成反应，在室温下即可进行：与溴的加成反应，在室温下即可进行：+ Br2CCl425 CCH2CH2CH2BrBr1,3-二溴丙烷二溴丙烷 溴与环丁烷的加成反应需在加热的条件下溴与环丁烷的加成反应需在加热的条件下进行。溴与环戊烷、环己烷等大环烷烃在加热进行。溴与环戊烷、环己烷等大环烷烃在加热条件下不发生加成，而发生取代。条件下不发生加成，而发生取代。如何区别丙烷和环丙烷？如何区别丙烷和环丙烷？(B) 卤解（加卤素）卤解（加卤素） 同

19、样，环丙烷及其衍生物也容易与溴化氢同样，环丙烷及其衍生物也容易与溴化氢发生加成反应，开环生成一溴代烷。发生加成反应，开环生成一溴代烷。H3CCH CH2CH2+ HBrCH3CHCH2CH2BrH开环的方向：开环的方向：氢氢原子原子连连到到氢原子氢原子较多较多的一端，的一端，卤卤原子原子连到连到氢原子氢原子较少较少的一端。的一端。 (C) 酸解（加卤化氢）酸解（加卤化氢） -在光或热的引发下发生卤代反应在光或热的引发下发生卤代反应.(2) 取代反应取代反应+Cl2Cl+HCl+Cl2Cl+HCl+Br2Br+HBr光光光光热热 由下列指定化合物合成相应的卤化物，由下列指定化合物合成相应的卤化物， 用用Cl2还是还是Br2？为什么？为什么？CH3CH3XX(1)(2)解解: (1) 用溴化用溴化,因溴化反应有选择性因溴化