武汉理工大学有机化学C 脂环烃.ppt

1、有机化学,4 脂环烃 （Alicyclic compounds）,返回,环烷烃的结构及其稳定性； 环己烷及其衍生物的构象； 脂环烃的化学性质,重点要求掌握环己烷及其衍生物的构象；小环的开环规律。,基本内容和重点要求,返回,4.1 脂环烃的定义、分类和命名 4.2 脂环烃的性质 4.3 环张力与稳定性 4.4 环己烷及其衍生物的构象,4 脂环烃,返回,4.1 脂环烃的定义、分类和命名,4.1.1 定义、分类,返回,脂环烃：分子中含有碳环结构而性质与开链烃相似 的一类烃。,环丙烷,最简单的环烷烃是环丙烷，它是丙烯的构造异构体：,含四个碳原子的环烷烃有两个构造异构体：,C5：,C4：,4.1.2 脂

2、环烃的命名,返回,（1）环烷烃,将碳环作为母体，根据成环碳原子的数目叫环某烷：,1，3二甲基环己烷,1甲基3乙基环戊烷, 使各取代基的 位次之和最小, 从较小的 基团开始,返回,（1）环烷烃,如果环上有两个或两个以上的碳原子，各自所连的 两个取代基不相同，则存在顺反异构体。,返回,（2）环烯烃,（1）从双键C开始编号； （2）只有一个双键C上有支链，该C始终为“1”(若为 二烯烃，两个双键的位次之和应最小)； （3）两个双键C都有或都无支链，在符合（1）的情 况下，使各取代位次之和最小。,2，5二甲基1，3环戊二烯,母体名称：环某烯,例：,编号：,1，6二甲基1环己烯,仅共用一个碳原子的双环烃

3、叫螺环烃，共用的碳原子叫螺原子。,（3）螺环烃,例：,5-甲基螺3.4辛烷,螺4.5-2,6-癸二烯,螺原子,编号：从较小的环开始编，不从螺原子开始！,共用两个或两个以上碳原子的双环烃叫桥环烃。,（4）桥环烃,例：,8，8-二甲基双环3.2.1辛烷 （二）,双环4.4.0癸烷,编号：从较长的桥开始，并且从“桥头”原子开始！,“桥头”碳,由两个“桥头”碳和三条 “桥”组成。,4.2 脂环烃的性质,返回,脂环烃的化学性质与相应的开链烃相似，环烷烃的性质与烷烃相似，环烯烃的性质与烯烃相似。但由于碳环结构的存在，也具有其特殊性。例如，环烷烃是饱和化合物，但环烷烃中的小环化合物象环丙烷、环丁烷却具有类似

4、烯烃的不饱和性，容易开环发生加成反应。,（1） 取代反应,4.2.1 环烷烃的反应,返回,和烷烃的卤化一样，都属于自由基取代反应。,（2）加成反应,返回,小环化合物(环丙烷、丙丁烷)容易开环发生加成反应。,1）加 H2,环的稳定性：,环己烷及其以上很难！,2） 加卤素,用于环丙烷的鉴别,返回,（2）加成反应, 环的破裂发生在含氢最多和含氢最少的两个碳原子之间,常温,升温,取代反应,返回,3）加卤化氢,（2）加成反应,活性次序：HI HBr HCl,产物符合马氏规则,（3） 氧化反应,返回, 用5%KMnO4水溶液来鉴别烯烃和环烷烃（环丙烷）,己二酸,返回,4.2.1 环烷烃的反应,小结：,稳定

5、性：,环烷烃的性质既像烷烃又像烯烃；,较大的环如环己烷、环戊烷像烷烃，主要是取代反应，环 不破裂、比较稳定；,而小环如环丙烷、环丁烷像烯烃，容易进行加成反应，环易破裂、不稳定。,4.2.2 环烯烃的反应,返回,性质与一般烯烃相似，双键上既易加成，又易氧化：,-H,环戊二烯加 1分子溴时仅发生1，4-加成,返回,4.2.2 环戊二烯的反应,丙烯酸甲脂,双烯合成（Diels-Aider）反应：,共轭二烯烃,加成：,返回,4.3 环张力与稳定性,稳定性：,为什么小环化合物不稳定，而大环化合物比较稳定？这与小环化合物存在较大的角张力及扭转张力有关。,环丙烷的结构：,105,碳原子为sp3杂化,为缓解角

6、张力形成弯曲键,具有重叠构象产生扭转张力 （重叠张力）,-键角偏离正常键角产生角张力,环丙烷分子具有较高的内能，不稳定,返回,4.3 环张力与稳定性,105O,环丙烷的结构,返回,动画,环丁烷的结构,返回,动画,返回,4.3 环张力与稳定性,环丁烷与环丙烷相似，键角或多或少都要发生压缩，只不过程度要小些；另外，分子不是平面结构，有利于张力的减小，但还是不稳定。 环戊烷张力更小，比较起来要稳定些。 环己烷具有特殊性，分子不是平面结构。CC键之间的夹角为109.5O，是正常的sp3杂化轨道之间的夹角。因此不存在角张力，也不存在扭转张力，最稳定，与烷烃的稳定性相当。 环己烷以上的环烷烃是不是环越大就

7、越稳定呢？否。,稳定性：,环烷烃的张力能,环烷烃的张力越大，能量愈高，分子愈不稳定。环丙烷和环丁烷的张力能比其他的环烷烃都 大很多，因此它们最不稳定，容易开环。环戊烷和环庚烷等的张力能不太大，因此比较稳定。环己烷和C12以上的大环化合物的张力能很小或等于零，因此它们都是稳定的化合物。,返回,返回,4.4.1 环己烷的构象,4.4 环己烷及其衍生物的构象,椅式构象,船式构象,稳定,不稳定,（高30kJ/mol）,99%,透视式,船式构象,返回,下页,退出,上页,椅式构象,环己烷的构象,返回,5.4.1 环己烷的构象,1）构象转化：通过 键的旋转和键角的扭动来进行。,2）为什么椅式构象比船式构象稳

8、定？,纽曼（Newman）投影式,无角张力,无扭转（重叠）张力,无角张力,有扭转（重叠）张力,环己烷的结构,返回,动画,返回,4.4.1 环己烷的构象,直立键 （a 键）,平伏键 （e键）,a 键伸展方向：,e 键伸展方向：,沿CC键角所指竖直方向伸展。,沿所在C原子相邻的CC键反平行方向延伸。,3）a 键和e键：,4）构象的翻转：,返回,4.4.2 取代环己烷的构象,(1)甲基环己烷的构象,() (),占95%,甲基处于对位交叉位,一元取代环己烷，取代基在e 键上的构象最稳定(为优势构象)。,甲基处于邻位交叉位,稳定,不稳定,返回,(2)1，3-二甲基环己烷的构象,顺式,反式,（）,（）,（

9、）,稳定性： （） （） （）,顺式 反式,返回,(3) 顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷的构象,叔丁基体积比甲基大得多，因此叔丁基是否在e键上是 影响构象稳定性的主要因素。 或者说，体积大的叔丁基在a键上对构象引起的不稳 定性作用比体积小的甲基要大得多。 因此，（）式比（）稳定。,（）,（）,返回,4.4.2 取代环己烷的构象,构象分析规律：,（1）环己烷椅式构象最稳定；,（2）一元取代环己烷，取代基在e键上的构象最稳 定（为优势构象）；,（3）多元取代环己烷，取代基相同时，取代基在e键上多的构象较稳定；,（4）多元取代环己烷，取代基不同时，体积大的取代基在e 键上的构象一般较稳定。,上页,课堂练习,指出下列取代环己烷最稳定的构象。 （1）顺-1-氯-2-溴环己烷