十一章环烃.ppt

1、第十一章 环烃,本 章 重 点,目的要求 1.掌握脂环烃和芳香烃的命名和化学性质。 2.理解苯的结构，苯环的定位效应。 3.了解亲电取代反应历程。 重点难点 重点：脂环烃和芳香烃的化学性质 难点：苯的结构，亲电取代反应历程和定位效应,环 烃,环烃：指由碳氢两种元素组成的环状化合物。 根据结构或性质可分为：脂环烃和芳香烃。 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,总称为脂环烃。 饱和脂环烃的通式为CnH2n，与烯烃的通式一样。 环单烯烃的通式为CnH2n-2。 芳香烃 一般是指分子中含苯环结构的碳氢化合物。,11.1.1 脂环烃的分类、命名和异构,一、脂环烃的分类 按是否存在饱

2、和键分： 饱和脂环烃(环烷烃) 不饱和脂环烃 环烯烃 环炔烃 按分子中碳环的数目分为：单环脂环烃；二环脂环烃，多环脂环烃（我们只讲单环脂环烃),二、命名,1环烷烃的命名 根据分子中成环碳原子数目,称为环某烷。 环上连有两个以上取代基时，由连有较小取代基的碳原子开始，取代基位次按“最低系列”原则列出。 把取代基的名称写在环烷烃的前面。 取代基顺序按“次序规则”小的先列出。如：,异丙基环己烷,1，4-二甲基-1-乙基环己烷,1-甲基-3-异丙基环己烷,2环烯烃的命名 称为环某烯。 以双键的位次和取代基的位置最小为原则 例如：,三、异构现象,脂环烃的异构有构造异构和顺反异构。 两个基团在环的同侧为顺

3、式,异侧为反式。 C5H10的环烃的异构有：,11.1.2 环烷的结构及环己烷的构象,1.环丙烷的结构: 环丙烷的三个碳原子在同一个平面,从理论上说碳-碳键角应该为60, 但是实际上是105。因此,环丙烷的碳-碳键具有特殊性。其分子内存在一种使电子云达到最大重叠的倾向,这种倾向叫做张力。张力的存在使得环丙烷的碳-碳键没有正常的键稳定。,环丙烷中，C-C键未达到最大重叠，键角105，偏离正常键角，没有正常键稳定，故分子内存在一种使电子云达到最大重叠的倾向的力，叫张力（角张力）。,环丁烷的构象,环丁烷分子中也存在张力，但比环丙烷要小，随着碳原子数增加，成环碳原子可以不在一个平面内，碳碳键逐渐趋于最

4、大重叠。,2.环丁烷和环戊烷的构象,信封式 半椅式,环戊烷的构象,3.环己烷的构象,椅型结构,环己烷椅型结构能量低、稳定，所以以椅型结构存在。,船型结构,环己烷分子中,六个碳原子不在同一平面内,碳碳键夹角可以保持109.5,因此环很稳定。 环己烷的两种极限构象椅型和船型,椅型环己烷的构象,椅型环己烷中， C1、C3、C5组成的平面与C2、C4、C6组成的平面平行，且位于其上。,a键 (直立键),e键 (平伏键),与分子中C1、C3、C5(或C2、C4、C6)组成的平面垂直的键叫直立键或a键； 与环平面大体平行的键,叫平伏键或e键。,直立键（a键）、平伏键（e键）,环己烷椅式构象的写法,a键和e

5、键,上者上 下者下,左归左 右归右,在取代环己烷中，取代基多以e键与环相连接。,11.1.3脂环烃的性质,脂环烃的化学性质 1、催化氢化 在催化剂存在下,可开环生成烷烃。但催化加氢的难度因环的变大而变大。,2. 与溴的作用,11.2芳香烃,芳香烃:一般是指分子中含苯环结构的碳氢化合物。 芳香二字的来由最初是指从天然树脂(香精油)中提取而得、具有芳香气的物质。 现代芳烃是指具有芳香性的一类环状化合物，它们不一定具有香味，也不一定含有苯环结构。 芳香烃具有其特征性质芳香性(易取代,难加成,难氧化)。 我们只讨论含有苯环的碳氢化合物,11.2.1芳香烃的分类及命名,按芳香烃的结构（苯环的多少）可分为

6、,芳香烃,芳香烃的命名,单环芳香烃： 一般以苯作母体,以苯环上连接的其它基团作为取代基,称为某基苯。如： 当苯环上连有-COOH,-SO3H,-NH2,-OH, -CHO,-CH=CH2或R较复杂时，则把苯环作为取代基，称作苯基某。,当苯环上有两个或两个以上取代基的时候,要标明取代基的位置。 取代基的位置用邻、间、对或1,2,3,4表示。,多环芳香烃（自学）,按苯环连接的方式,多环芳烃可分为三类： 联苯类；多苯代脂肪烃 ；稠环芳烃 联苯和联多苯类： 这类多环芳烃分子中的苯环是直接以单键相互连接，如联苯、联三苯等。,多苯代脂肪烃 这类芳烃可看作是脂肪烃中两个或两个以上的氢原子被苯基取代。如二苯甲

7、烷、三苯甲烷等 。 稠环芳烃 两个或两个以上的苯环彼此共用两个相邻碳原子连接起来的芳香烃叫做稠环芳香烃。如萘、蒽、菲等,稠环芳香烃有自己独特的名称和编号方法。,11.2.2苯的结构,1865年凯库勒从苯的分子式C6H6出发,根据苯的一元取代物只有一种(说明六个氢原子是等同的事实)，提出了苯的环状构造式。,苯的凯库勒式结构,苯分子结构的价键观点,现代物理方法测定表明，苯分子是一个平面正六边形构型，键角都是120,碳碳键长都是0.1397nm。如图：,苯分子中的碳原子都是以sp2杂化轨道成键，故键角均为120，所有原子均在同一平面上。未参与杂化的P轨道都垂直与碳环平面，彼此侧面重叠，形成一个封闭的

8、共轭体系，共轭效应使电子高度离域，电子云完全平均化，无单双键之分。,11.2.2苯的物理性质,一般是无色液体,不溶于水,可溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中。 比重都比水轻,在0.860.9之间。 燃烧时发生带浓烟的火焰。 苯及其同系物的蒸气有毒, 高浓度的苯蒸气主要作用于中枢神经,引起急性中毒;长期接触低浓度的苯蒸气,能损害造血器官,肝脏及神经系统，并能导致白血病。,11.2.4化学性质,休克尔规则： 1931年,休克尔提出,芳香性物质必须是一个环闭的共轭体系,体系中的原子在一个平面内,在这个平面的上下侧有环状的电子云,环上电子云中的p电子数为4n+2 (n= 0、1、2、3),11.2.4化学性质

9、,1.取代反应： （1）卤代,1）亲电试剂的形成,2）亲电试剂对苯环的加成,正电荷分布于邻-位和对-位碳：,3) 亲核试剂从环丁二烯正离子中除掉氢后回复稳定的芳香环结构，重新产生三溴化铁催化剂：,（2） 硝化反应,（3） 磺化反应,反应是可逆的，苯磺酸与水共热可脱去磺酸基，这一性质常被用来在苯环的某些特定位置引入某些基团。,（4） 傅氏烷基化反应,2. 加成反应,3.氧化反应:,苯环一般不易氧化,在特定的条件下, 可被氧化。 烷基苯侧链易被氧化成羧酸 (烷基有-H时),在较高的温度和催化剂作用下，苯环可以被氧化，氧化的最后产物是酸酐。 与苯环相连的侧链碳（-C）上无氢原子（-H）时，该侧链不能

10、被氧化。,不被氧化,11.2.5苯环上取代基的定位规律（定位效应）,一元取代苯的邻位、间位和对位在发生一元亲电取代反应时,都可接受亲电试剂进攻。但由于原有取代基不同,发生亲电取代反应的难易就不同,第二个取代基进入苯环的相对位置也不同。我们把原有取代基决定新取代基进入苯环位置的作用称为取代基的定位效应。 根据大量实验结果把常见的取代基的定位效应分为两类；邻对位定位基和间位定位基。,邻对位定位基 属于邻对位定位基的有： 当苯环上已经有以上基团时，再进行取代反应，第二个基团主要进入第一个基团的邻位和对位。,属于间位定位基的有： 当苯环上已经有以上基团时，再进行取代反应，第二个基团主要进入第一个基团的间位。,间位定位基,一般地：若基团中与苯环直接相连的原子带有双键或三键，则这个基团是间位定位基。反之，就是邻对位定位基。但这只是一个经验规律。 苯环上具有邻对位定位基后，更容易在苯环上进行亲电加成反应,因此邻对位定位基对苯环具有致活作用。 苯环上具有间位定位基后，在苯环上更不容易进行亲电加成反应，间位定位基对苯环具有致钝作用。 卤素虽属邻对