环烷烃教学讲解课件

第三章环烷烃第一节（单）环烷烃的异构和命名一、单环烷烃的异构(通式CnH2n)

如环辛烷的构造异构第三章环烷烃第一节（单）环烷烃的异构和命名1

构造异构与立体异构分子中原子或原子团在空间的排列方式(相对位置)不同，称为立体异构(构象异构、顺反异构、对映异构)顺反异构：1,4-二甲基环己烷

mp:-87℃mp:-37.1℃bp:124℃bp:119.4℃二、环烷烃的命名与烷烃相似，某烷前面加“环”，有取代基时，标出取代基位置(自学)。第二节环烷烃的物理性质和化学性质构造异构与立体异构2

一、物理性质与烷烃相似环烷烃比同数碳原子的直链烷烃熔点高二、环烷烃的反应高级环烷烃与烷烃相似一般五元环以上环烷烃的反应按烷烃处理室温下：一、物理性质与烷烃相似3

加溴化氢氢加在含氢较多的碳上(马氏规则)，环丁烷、环戊烷不反应氧化反应三元环对氧化剂稳定，可与烯烃(KMnO4溶液退色)区别加溴化氢4

第三节环烷烃的来源和用途石油中0.1-1.0%环己烷及少量环戊烷和它们的取代物。纯环己烷由苯加氢得到其它单环烃可由D-A、武兹、锌粉化工原料

脱卤素等反应制备

合成纤维的重要原料第四节环的张力三元环化合物的反应活性小于含烯键的化合物，大于含四元环的化合物。一、拜尔张力学说环上碳原子在同一平面上呈正多边形，多边形的内角大于或小于正四面体的角109o28’，环中C-C键角的变形会产生张力。变形程度越大，张力越大。张力使环的稳定性降低，张力越大，反应活性越大。第三节环烷烃的来源和用途5

θ

θ=

较不稳定较稳定(对大环不适宜)二、环烷烃的燃烧热(P45)根据异构体燃烧热的大小可以推断其相对热化学稳定性三、张力能非键作用、键长变化、键角变化、扭转角变化张力能＝Enb+El+Eθ+Eф

Enb>El>Eθ>Eф

第五节环己烷的构象主要以椅式构象存在，另有船式构象等θθ=6

一、椅式构象在环己烷分子中，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°张力能＝Enb+El+Eθ+Eф=0+0+0+0=0,因此环很稳定。

(氢原子范德华半径120pm)一、椅式构象7

平伏键（e键）与直立键（a键）在椅式构象中C-H键分为两类。第一类六个C-H键与分子的对称轴平行，叫做直立键或a键（其中三个向环平面上方伸展，另外三个向环平面下方伸展）；第二类六个C-H键与直立键形成接近109.5°的夹角，平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键

a键、e键表示不明显平伏键（e键）与直立键（a键）8

构象翻转在室温时，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键构象翻转9

二、船式构象

二、船式构象10

三、扭船式构象四种构象的变化过程三、扭船式构象11

由第一个椅式构象变到第二个椅式构象时，原来的a键变为e键、原来的e键变为a键。两个椅式构象间的能垒为44.3kJ/mol，室温下环己烷的椅式构象占99.9%左右。第六节取代环己烷的构象分析一、一取代环己烷由第一个椅式构象变到第二个椅式构象时，原来的a键变为e键、12

13

约占97％>99.99%如果环己烷上有叔丁基，一般叔丁基总是在e键。（书上P51）约占97％14

二、二取代环己烷的构象（书上P52）1,2-二甲基环己烷1,3-二甲基环己烷

反式(较不稳定)

顺式(较稳定)二、二取代15

1,4-二甲基环己烷顺式(较不稳定)反式(较稳定)①具有相同取代基时，e键上取代基越多的构象越稳定。②取代基不同时，较大取代基在e键上的构象较稳定1,4-二甲基环己烷16

三、环的平面表示法楔型键(实线、虚线)第七节其它单环烷烃的构象一、小环环丙烷：现代物理方法测定，环丙烷分子中键角C-C-C=105.5°H-C-H=114°C-C键长比烷烃小

Eф

≠0

Eθ≠

0El≠0Enb≠

0三、环的平面表示法楔型键(实线、虚线)17

环丙烷中的弯曲键：

环丙烷分子中碳原子之间的sp3杂化轨道是以弯曲键（香蕉键）相互交盖的。

σ键中，原子轨道交盖较小，因此容易断开。环丙烷中的弯曲键：18

环丁烷：与环丙烷相似，环丁烷分子中也存在着张力，但比环丙烷的小，在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面上

90o

Eф

≠0

Eθ≠

0El≠0

Enb≠

0环丁烷：与环丙烷相似，环丁烷分子中也存在着张力，但比环丙烷19

根据结晶学和光谱学的证明，环丁烷是以折叠构象存在的，这种非平面型结构可以减少C-H的重叠，使扭转张力减小。折叠构象与平面构象能量相差较小(6.3kJ/mol)，因此在平衡混合物中，平面构象也占一定比例，根据结晶学和光谱学的证明，环丁烷是以折叠构象存在的，这种非20

环戊烷：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。环戊烷：环戊烷分子中，C-C-C夹角为108°接近sp3杂21

第八节多环烃一、多环烃的命名螺环烃:两个碳环共用一个碳原子。螺烃的命名是根据螺环上碳原子的总数目叫做螺某烷。编号原则：从较小环中与螺原子相邻的一个碳原子开始，徒经小环到螺原子，再沿大环致所有环碳原子。命名：根据成环碳原子的总数称为螺某烷，在方括号中标出各碳环中除螺碳原子以外的碳原子数目（小的数目排前，大的排后），其它同烷烃的命名。第八节多环烃22

桥环烃(及稠环烃)

：分子中含有两个或多个碳环的多环化合物中，其中两个环共用两个(也叫稠环)或多个碳原子的化合物称为桥环化合物。编号原则：从桥的一端开始，沿最长桥编致桥的另一端，再沿次长桥致始桥头，最短的桥最后编号。命名：根据成环碳原子总数目称为环某烷，在环字后面的方括号中标出除桥头碳原子外的桥碳原子数（大的数目排前，小的排后），其它同环烷烃的命名。桥环烃(及稠环烃)：分子中含有两个或多个碳环的多环化合物23

有些桥环烃的命名常用习惯名：顺十氢萘－高温→反十氢萘(91%)有些桥环烃的命名常用习惯名：顺十氢萘－高温→反十氢萘(9124

思考题：

三环[2.2.1.02.6]庚烷

作业：问题3.1③⑤，问题3.2①④，问题3.4①③，问题3.5①③以班为单位，下周二，交到讲台上。思考题：25第三章环烷烃第一节（单）环烷烃的异构和命名一、单环烷烃的异构(通式CnH2n)

如环辛烷的构造异构第三章环烷烃第一节（单）环烷烃的异构和命名26

构造异构与立体异构分子中原子或原子团在空间的排列方式(相对位置)不同，称为立体异构(构象异构、顺反异构、对映异构)顺反异构：1,4-二甲基环己烷

mp:-87℃mp:-37.1℃bp:124℃bp:119.4℃二、环烷烃的命名与烷烃相似，某烷前面加“环”，有取代基时，标出取代基位置(自学)。第二节环烷烃的物理性质和化学性质构造异构与立体异构27

一、物理性质与烷烃相似环烷烃比同数碳原子的直链烷烃熔点高二、环烷烃的反应高级环烷烃与烷烃相似一般五元环以上环烷烃的反应按烷烃处理室温下：一、物理性质与烷烃相似28

加溴化氢氢加在含氢较多的碳上(马氏规则)，环丁烷、环戊烷不反应氧化反应三元环对氧化剂稳定，可与烯烃(KMnO4溶液退色)区别加溴化氢29

第三节环烷烃的来源和用途石油中0.1-1.0%环己烷及少量环戊烷和它们的取代物。纯环己烷由苯加氢得到其它单环烃可由D-A、武兹、锌粉化工原料

脱卤素等反应制备

合成纤维的重要原料第四节环的张力三元环化合物的反应活性小于含烯键的化合物，大于含四元环的化合物。一、拜尔张力学说环上碳原子在同一平面上呈正多边形，多边形的内角大于或小于正四面体的角109o28’，环中C-C键角的变形会产生张力。变形程度越大，张力越大。张力使环的稳定性降低，张力越大，反应活性越大。第三节环烷烃的来源和用途30

θ

θ=

较不稳定较稳定(对大环不适宜)二、环烷烃的燃烧热(P45)根据异构体燃烧热的大小可以推断其相对热化学稳定性三、张力能非键作用、键长变化、键角变化、扭转角变化张力能＝Enb+El+Eθ+Eф

Enb>El>Eθ>Eф

第五节环己烷的构象主要以椅式构象存在，另有船式构象等θθ=31

一、椅式构象在环己烷分子中，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°张力能＝Enb+El+Eθ+Eф=0+0+0+0=0,因此环很稳定。

(氢原子范德华半径120pm)一、椅式构象32

平伏键（e键）与直立键（a键）在椅式构象中C-H键分为两类。第一类六个C-H键与分子的对称轴平行，叫做直立键或a键（其中三个向环平面上方伸展，另外三个向环平面下方伸展）；第二类六个C-H键与直立键形成接近109.5°的夹角，平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键

a键、e键表示不明显平伏键（e键）与直立键（a键）33

构象翻转在室温时，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键构象翻转34

二、船式构象

二、船式构象35

三、扭船式构象四种构象的变化过程三、扭船式构象36

由第一个椅式构象变到第二个椅式构象时，原来的a键变为e键、原来的e键变为a键。两个椅式构象间的能垒为44.3kJ/mol，室温下环己烷的椅式构象占99.9%左右。第六节取代环己烷的构象分析一、一取代环己烷由第一个椅式构象变到第二个椅式构象时，原来的a键变为e键、37

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约占97％>99.99%如果环己烷上有叔丁基，一般叔丁基总是在e键。（书上P51）约占97％39

二、二取代环己烷的构象（书上P52）1,2-二甲基环己烷1,3-二甲基环己烷

反式(较不稳定)

顺式(较稳定)二、二取代40

1,4-二甲基环己烷顺式(较不稳定)反式(较稳定)①具有相同取代基时，e键上取代基越多的构象越稳定。②取代基不同时，较大取代基在e键上的构象较稳定1,4-二甲基环己烷41

三、环的平面表示法楔型键(实线、虚线)第七节其它单环烷烃的构象一、小环环丙烷：现代物理方法测定，环丙烷分子中键角C-C-C=105.5°H-C-H=114°C-C键长比烷烃小

Eф

≠0

Eθ≠

0El≠0Enb≠

0三、环的平面表示法楔型键(实线、虚线)42

环丙烷中的弯曲键：

环丙烷分子中碳原子之间的sp3杂化轨道是以弯曲键（香蕉键）相互交盖的。

σ键中，原子轨道交盖较小，因此容易断开。环丙烷中的弯曲键：43

环丁烷：与环丙烷相似，环丁烷分子中也存在着张力，但比环丙烷的小，在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面上

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0环丁烷：与环丙烷相似，环丁烷分子中也存在着张力，但比环丙烷44

根据结晶学和光谱学的证明，环丁烷是以折叠构象存在的，这种非平面型结构可以减少C-H的重叠，使扭转张