chapter 3 环烷烃.ppt

1、含碳环状化合物,脂环化合物,芳香化合物,杂环化合物,环烃由碳氢两种元素组成的环状化合物 (包括脂环烃和芳烃),Chapter 3 Alicyclic Hydrocarbons 第三章 脂环烃,分类和命名 桥、螺环烃的命名 结构和构象 小环烷烃的特殊性 化学性质,本章重点介绍脂环烃,根据饱和度可分为： 饱和脂环烃、不饱和脂环烃。 2. 据碳环数目可分为： 单环； 双环和多环: 联环 (两环通过C-C单键连接） 桥环（两个环共用两个C原子）； 螺环（两个环共用一个C原子）。 3. 根据环大小可分为： 大环（12个以上C原子的环）； 中环（8-12个C原子的环）； 普通环（5-7个C原子的环）； 小

2、环（3-4个C原子的环）。,一. 脂环烃的分类：,3.1 脂环烃的分类和命名,脂环烃的分类,二、同分异构 (Isomerism),构造异构分子中原子的排列顺序不同 (由链的长 短和侧链或官能团位置的不同引起) 立体异构分子中原子的排列顺序相同,但是原子 或原子团在空间伸展方向不同 (顺反或几何异构, 对映异构, 非对映 异构, 构象异构等),同分异构 (Isomerism),1 . 碳环（碳架）异构,2. 立体异构： 顺反异构 (Cis-Trans-Isomerism)、对映异构和构象异构。,三. 脂环烃的命名（系统命名）,单环烃: 一般以环为母体命名 环烷烃命名：环碳原子数前加词头“环”，命

3、名“环”某烷。 取代环烷烃命名：环上有取代基时，取代基位次要尽可能最小，编号从小基团开始。,3. 顺、反异构体命名： “环”某烷前加“顺”或“反”。,含不饱和键的脂环烃命名：依据碳环数命名为环烯或环炔，编号从双 键开始编号：,5. 如环上取代基复杂，可把碳环当做取代基。,3-甲基-4-环丙基庚烷,6. 还有很多复杂环状化合物命名困难，常用俗名，象立方烷、棱烷、金刚烷。,立方烷,棱烷,3-环已基戊烷,二环 3.2.1 辛烷,2,7,7-三甲基二环2.2.1 庚烷,桥头碳原子：两环共用的碳原子。 桥：两个桥头碳原子之间的碳链。,1)双环桥环烃命名,双环: 双环烃分子的碳架中含有两个碳环的烃,联环

4、桥环 螺环 稠环,从桥头碳开始, 依次由大环(最长桥)到另一桥头碳再经中环(次长桥),最后到小环碳 (最短桥) 依次编号。如有取代基，则使取代基位次最小(多取代基则遵循取代基数次和最小原则),螺碳原子：两个碳环共用的碳原子,2) 螺环烃两个环共用一个碳原子的环烃,螺4.5癸烷 5-甲基螺3.4辛烷,从最靠近螺环的小环上的碳原子开始,依次由小环经螺碳原子到大环对碳原子编号. 如有取代基, 则使取代基位次最小(多取代基则遵循取代基数次和最小原则),32 环烷烃的燃烧热与环的稳定性,燃烧热 (Hc) 测定数据表明：烷烃分子每增加 一个CH2，其燃烧热数值的增加基本上是一个 定值 658.6 kJ/m

5、ol。 环烷烃可以看作是数量不等的CH2单元连 接起来的化合物。 但不同环烷烃中的单元CH2的燃烧热却因环的大小有着明显的差异,一些环烷烃的燃烧热,单元CH2的燃烧热，环的稳定性。,33 环烷烃的结构,一. Baeyer 理论 张力学说（1885年提出）,平面环烷烃键角 与正常键角的差值 (109.5 ) 环丙烷: 键角 60 49.5 环丁烷: 键角 90 19.5 环戊烷: 键角 108 1.5 环己烷: 键角 120 - 10.5,环的稳定性（燃烧热实验）： 环己烷 环戊烷 环丁烷 环丙烷 不能解释环己烷, 环戊烷等的稳定性 Baeyer张力学说中的错误: 假设所有的环都是平面环不符合实

6、际。 仅考虑角张力而忽视了其他的张力如扭曲张力等。,由此可见： 键的重叠程度小，稳定性差 , 形成弯曲键; (2) 电子云分布在两核连线的外侧，增加了试剂进攻的可 能性，故具有不饱和烯烃的性质。,二. 近现代结构理论现代共价键的概念 成环C以sp3杂化,据量子力学计算,环丙烷分子中： 碳环的键角为105.5； HCH键角为114,环丙烷结构,三. 其它环烷烃结构,1环丁烷 C-C键也是弯曲的。键角115. 构象：四个C原子不在同一平面。蝶式为稳定构象,2环戊烷 键角：108，接近109.5比较稳定。 构象：五个C原子也不在同一平面。 信封式为稳定构象,4中级脂环烃（8-12C原子环）：C原子都

7、不在同一平面内，分子内由于H原子较拥挤，有较大的原子间斥力，因此体系能量较高，稳定性比大环略差一些。 5大环化合物都较稳定（12个C以上的环）：经X-射线分析，分子呈皱折状，C原子间的键角接近正常的四面体键角，无张力。,3环已烷 键角： 109.5无张力环，很稳定。 构象： 六个C原子也不在同一平面。 椅式稳定性大于船式,椅式 船式,由于单键的旋转而产生分子中的原子或基团在空间的不同排列叫构象。,四. 环已烷及其衍生物的构象,1环已烷的构象,椅式构象,Newman 投影式,透视式,船式构象,透视式,Newman 投影式,椅式与船式,椅式是稳定的构象,a 键和e 键 在椅式构象中的两种类型。,a

8、键：直立键(竖键) (axial bonds) e键：平伏键(横键) (equatorial bonds),2取代环已烷的构象,单取代环己烷：取代基在e 键上 的是稳定构象,二取代环已烷：e 键取代基多的构象更稳定,(E = 7.1 kJ /mol),多取代环已烷：e 键取代基越多的构象越稳定, 环有不同取代基：大取代基在e键的构象最稳定,十氢化萘,二环4.4.0癸烷,顺式 反式,金刚烷,由四个椅式构象形成的一个立方笼形结构的烃,分子中仅比环己烷多四个碳原子和四个氢原子, 分子式为C10H16.,34 化学性质,1开环反应,催化加氢, 加卤素, 加卤化氢,注意：加氢卤酸，环丙烷常温可反应；环丁烷与卤素或氢溴酸常温不反应，需加热才能反应。 符合马氏规则,2氧化反应, 环烯烃可被KMnO4，O3等氧化，和烯烃相似。, 环烷烃在一般条件下与KMnO4，O3不起反