第04章脂环烃.ppt

第四章第四章 脂环烃脂环烃包括：包括：脂环烃和芳香烃脂环烃和芳香烃4.1 脂环烃脂环烃脂环烃是一类性质类似于开链烃的环状烃脂环烃是一类性质类似于开链烃的环状烃.4.1.1 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名4.1.1.1 分类分类: 饱和脂环烃饱和脂环烃— 环烷烃环烷烃不饱和脂环烃不饱和脂环烃— 环烯（炔）烃环烯（炔）烃1、按照饱和程度、按照饱和程度2 据成环据成环C原子数目原子数目单环烃单环烃双环烃双环烃多环烃多环烃3 按环按环的个数的个数螺环烃：两个环之间共用一个碳原子螺环烃：两个环之间共用一个碳原子桥环烃：两环共用两个或多个碳原子桥环烃：两环共用两个或多个碳原子例例1：：例例2：： 小环小环 环上环上含含3～～4个个C常见环常见环 含含5 ～～6个个C 中环中环 含含7 ～～12个个C 大环大环 含含12个个C以上以上按其按其结合方式分为：结合方式分为：螺环烃螺环烃桥环烃桥环烃 4.1.1.2 命名命名 1、单环烃、单环烃①①选母体选母体：根据成环碳原子的个数称为环某烷或环某烯。

根据成环碳原子的个数称为环某烷或环某烯例如：例如：环丙烷环丙烷环己烷环己烷环环戊烯戊烯1,3-环戊二烯环戊二烯②②编号编号：有取代基的环烷烃：有取代基的环烷烃,按照按照“次序规则次序规则”,以连有最小基以连有最小基团的环上碳原子为团的环上碳原子为1编号编号,并使所有取代基的位次之和最小并使所有取代基的位次之和最小例例如：如：1-甲基甲基-5-丙基丙基-2- 异丙基环己烷异丙基环己烷123456 环上连有复杂基团时，将环作为取代基来命名环上连有复杂基团时，将环作为取代基来命名 例如：例如：4-甲基甲基- 1-环戊基己烷环戊基己烷 对于有取代基的环烯烃和环炔烃，应以不饱和键对于有取代基的环烯烃和环炔烃，应以不饱和键的位次的位次(之和之和)为最小；并使取代基的位次之和最小为最小；并使取代基的位次之和最小例如：例如：2,5-二甲基二甲基-1,3-环戊二烯环戊二烯命名练习命名练习1,5,5,6-四甲基四甲基-1,3-环己二烯环己二烯12345123456123456 2、桥环烃、桥环烃 桥环烷烃桥环烷烃①①选母体选母体：： 以环的个数作为词头，以环的个数作为词头， 按成环碳原子的总数称按成环碳原子的总数称为为“某烷某烷”。

各桥的碳原子数各桥的碳原子数由大到小由大到小置于词头后置于词头后的方括号内，数字之间用的方括号内，数字之间用“.”分开记作：记作：注：两环连接处的碳原子为桥头碳原子，桥上的注：两环连接处的碳原子为桥头碳原子，桥上的C 称为桥碳原子称为桥碳原子二环二环[3.3.0]辛辛烷烷二环二环[4.3.2]十一十一烷烷（取代基）位次（取代基）位次-取代基某环取代基某环 [a . b . c ] 某烷某烷除除桥头碳外每个桥头碳外每个桥上的桥上的C原子数例如：例如：23415678123456781110 9 ②②编号编号：从桥头碳开始编号；先编大环，再编次大环，：从桥头碳开始编号；先编大环，再编次大环，最短的桥最后编；有取代基时，编号应使各最短的桥最后编；有取代基时，编号应使各取代基的位次最小取代基的位次最小3,7,7-三甲基二环三甲基二环[4.1.0]庚庚烷烷412356781,8,8-三甲基二环三甲基二环[3.2.1]辛烷辛烷1234567123456781,8-二甲基二甲基-2-乙基乙基-6-氯氯 二环二环[3.2.1]辛烷辛烷螺环烷烃螺环烷烃• 二环螺环烷烃命名时，以二环螺环烷烃命名时，以“螺螺”字为词头，按成环碳原字为词头，按成环碳原子总数称为子总数称为“某烷某烷”。

• 方括号内标明两个环除螺碳原子以外的碳原子数目方括号内标明两个环除螺碳原子以外的碳原子数目,书书写顺序是写顺序是由小环到大环由小环到大环小环中与螺原子相邻的碳原子编小环中与螺原子相邻的碳原子编号为号为“1”，沿小环通过螺原子到大环沿小环通过螺原子到大环• 有取代基的，编号使其最小有取代基的，编号使其最小螺螺[2.4]庚庚烷烷螺螺[3.3]庚庚烷烷1,7—二甲基螺二甲基螺[4.5]癸癸烷烷12345671234567123456789104.1.2 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 与烷烃分子一样环烷烃分子中的碳原子也是与烷烃分子一样环烷烃分子中的碳原子也是sp3杂化v两个两个sp3杂化轨道的对称轴不可能在一条直线上重叠，只能以弯杂化轨道的对称轴不可能在一条直线上重叠，只能以弯曲的形式形成曲的形式形成σ键键v弯曲键的原子轨道有一种要达到最大重叠的倾向，这种倾向称弯曲键的原子轨道有一种要达到最大重叠的倾向，这种倾向称为为“张力张力”因键角的偏差而产生的张力又称。

因键角的偏差而产生的张力又称“角张力角张力”v环丙烷分子不稳定，能量高，易发生开环反应环丙烷分子不稳定，能量高，易发生开环反应从从环丁烷开始，组成环的碳原子均不在同一平面上环丁烷开始，组成环的碳原子均不在同一平面上环丁烷分子结构图环丁烷分子结构图环戊烷分子结构图环戊烷分子结构图v环丁烷成键原子轨道重叠程度比环丁烷成键原子轨道重叠程度比环丙烷大，角张力小，分子较环丙环丙烷大，角张力小，分子较环丙烷稳定，较难发生开环反应烷稳定，较难发生开环反应v环戊烷分子中成键轨道几乎在环戊烷分子中成键轨道几乎在其对称轴方向上重叠，其对称轴方向上重叠，C-C-C键键角为角为108o角张力很小，分子较角张力很小，分子较稳定，难于发生开环反应稳定，难于发生开环反应 环己烷、环庚烷及大环化合物的分子中，已不存环己烷、环庚烷及大环化合物的分子中，已不存在弯曲键，在弯曲键，C-C-C键角为键角为109º28´，无环张力，分子很，无环张力，分子很稳定性质类似于开链烷烃自然界中以六元环化合稳定性质类似于开链烷烃自然界中以六元环化合物存在的居多，其次是五元环物存在的居多，其次是五元环 4.1.3 环烷烃的立体结构环烷烃的立体结构 4.1.3.1 顺反异构顺反异构 环的存在限制了环的存在限制了σ 键的自由旋转，当环上有两键的自由旋转，当环上有两个或两个以上碳原子各连接不同的原子或基团时，个或两个以上碳原子各连接不同的原子或基团时，与烯烃相似，也产生顺反异构。

与烯烃相似，也产生顺反异构例如：例如：反反-1, 3-二甲基环戊烷二甲基环戊烷 顺顺-1, 3-二甲基环戊二甲基环戊烷烷 顺顺-1, 3-二甲基环丁烷二甲基环丁烷 反反-1, 3-二甲基环丁烷二甲基环丁烷 请命名请命名:4.1.3.2 环己烷及其衍生物的构象异构环己烷及其衍生物的构象异构 与烷烃相比，由于环的存在，限制了相邻与烷烃相比，由于环的存在，限制了相邻C-C单键相对单键相对旋转，但在旋转，但在环不环不开裂的范围内，只要成环的所有碳原子不开裂的范围内，只要成环的所有碳原子不在同一平面上在同一平面上,彼此间仍可扭转，也存在构象异构彼此间仍可扭转，也存在构象异构 环己烷是无张力环，六个碳原子不共平面，通过键的环己烷是无张力环，六个碳原子不共平面，通过键的旋转和键角的扭动，可以得到椅式和船式两种不同的极限旋转和键角的扭动，可以得到椅式和船式两种不同的极限构象 反反-1, 2-二甲基环己烷二甲基环己烷 顺顺-1, 2-二甲基环己二甲基环己烷烷  椅式构象椅式构象 船式构象船式构象透视式透视式1、环己烷的构象、环己烷的构象(1) 椅式构象椅式构象投影投影方向方向纽曼投影式纽曼投影式≡146523123456①① 椅椅式构式构象是环己烷最稳定的构象。

象是环己烷最稳定的构象 原因：所有的键都处于交叉式原因：所有的键都处于交叉式②② C—H键键直立键直立键 or a 键键 （（6个）个）平伏键平伏键 or e 键键 （（6个）个）③③室温下，由于分子热运动，椅式构象可以翻转室温下，由于分子热运动，椅式构象可以翻转 结果：原来结果：原来a 键变为键变为e 键，而键，而e 键变为键变为a 键123456 1234 56（（2）船式构象）船式构象投影投影方向方向透视式透视式纽曼投影式纽曼投影式123456 在在船式构象船式构象中，中，C1 与与C4 上相上相对的两个对的两个H 靠得很近，靠得很近，C2 与与C3 、、C5 与与C6 上的上的C—H键处在重叠键处在重叠式位置，式位置，∴∴船式结构中，非键斥船式结构中，非键斥力大，能量高，力大，能量高，不稳定不稳定HHHHHHHHHHHH4≡HHHHHHHHHHHH23561123456练习写环己烷的椅式构象练习写环己烷的椅式构象a 键键e 键键2、环己烷衍生物的构象、环己烷衍生物的构象（（A）） (5%) （（B）） (95%)稳定性稳定性 (A) < (B) 例如：室温下例如：室温下• 对于一元取代的环己烷，取代基在对于一元取代的环己烷，取代基在e 键上的构象稳定；键上的构象稳定；• 对于多元取代，对于多元取代，e 键取代基（尤其是大基团）越多，键取代基（尤其是大基团）越多，其椅式构象越稳定。

其椅式构象越稳定练习：练习：1. 1-甲基甲基-1-异丙基环己烷的优势构象异丙基环己烷的优势构象CH3 2. 顺顺-1--1-甲基甲基-2--2-乙基环己烷的优势构象乙基环己烷的优势构象CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH3CH3CH23. 反反-1--1-甲基甲基-2--2-乙基环己烷的优势构象乙基环己烷的优势构象思考：思考：1,3-二甲基环己烷二甲基环己烷 、、1,4-二甲基环己烷优势二甲基环己烷优势构象是顺式还是反式？构象是顺式还是反式？CH3CH3顺式顺式CH3CH3反式反式CH3CH3CH21、开环反应、开环反应(p106)氢氢解解4.1.4 化学性质化学性质卤卤解解+ Br2+ Br2+ Br2FeCl3FeCl3300o C以上室温BrCH2CH2CH2CH2BrBrCH2CH2CH2BrBr酸酸解解酸酸解解反反应应规规律律 环丙烷极其衍生物在室温下能与氢卤酸反环丙烷极其衍生物在室温下能与氢卤酸反应该反应亦符合马氏规则该反应亦符合马氏规则即：即：• 开环位置：总是在含开环位置：总是在含H 最多与最少之间；最多与最少之间；• 加成位置：加成位置：H+加在含加在含H 最多的最多的C上。

上 2、、取代反应取代反应 与开链烷烃一样，环烷烃在高温或光照下也能与开链烷烃一样，环烷烃在高温或光照下也能发生游离基取代反应发生游离基取代反应 C030 + Cl2光Cl+ Br2o以 上BrHClHBr++练习：练习：灰白灰白↓无无无无褪色褪色无无 12abc/H+用化学方法鉴别下列化合物用化学方法鉴别下列化合物。