有機(jī)化學(xué)第五章脂環(huán)烴

1、 在有機(jī)化合物中，有一類分子中具有碳環(huán)結(jié)構(gòu)，在有機(jī)化合物中，有一類分子中具有碳環(huán)結(jié)構(gòu)，性質(zhì)與鏈狀脂肪烴相似的有機(jī)化合物叫做脂肪族環(huán)性質(zhì)與鏈狀脂肪烴相似的有機(jī)化合物叫做脂肪族環(huán)烴，簡稱烴，簡稱。 脂環(huán)烴及其衍生物數(shù)目眾多，廣泛存在于自然脂環(huán)烴及其衍生物數(shù)目眾多，廣泛存在于自然界，如萜類、甾族和大環(huán)內(nèi)酯等，在生產(chǎn)和生活實(shí)界，如萜類、甾族和大環(huán)內(nèi)酯等，在生產(chǎn)和生活實(shí)際中具有重要應(yīng)用。際中具有重要應(yīng)用。 從本節(jié)課開始，我們就來學(xué)習(xí)脂環(huán)烴。從本節(jié)課開始，我們就來學(xué)習(xí)脂環(huán)烴。高高 興制作興制作 3 3. .環(huán)烷烴的性質(zhì)與用途環(huán)烷烴的性質(zhì)與用途1 1. .了解脂環(huán)烴的分類，掌握脂環(huán)烴的命名方法了解脂環(huán)烴的分

2、類，掌握脂環(huán)烴的命名方法 2 2. .了解環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的關(guān)系了解環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的關(guān)系3 3. .掌握環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用掌握環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用4 4. .掌握小環(huán)烷烴的鑒別方法掌握小環(huán)烷烴的鑒別方法 1 1. .脂環(huán)烴脂環(huán)烴的分類與命名方法的分類與命名方法2 2. .環(huán)環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性下一頁下一頁有有 機(jī)機(jī) 化化 學(xué)學(xué) 下一頁下一頁一、一、脂環(huán)烴的分類脂環(huán)烴的分類 有有 機(jī)機(jī) 化化 學(xué)學(xué)1. 按分子中有無不飽和鍵分類按分子中有無不飽和鍵分類 （1 1）飽和脂環(huán)）飽和脂環(huán)烴烴 又叫又叫，分子中沒有不飽和鍵，分子中沒有不飽和鍵 環(huán)戊烷

3、環(huán)己烷CH2 （可簡寫為 ） CH2CH2CH2CH2（可簡寫為 ）CH2CH2CH2CH2CH2CH2下一頁下一頁第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴（2 2）不飽和脂環(huán)烴）不飽和脂環(huán)烴 分子中含有雙鍵和叁鏈的脂環(huán)烴為分子中含有雙鍵和叁鏈的脂環(huán)烴為，包括，包括和和 環(huán)辛炔環(huán)戊二烯 （可簡寫為 ） CHCHCH2CHCHCH2CHCH2CH2CHCH2（可簡寫為 ）環(huán)己烯（可簡寫為 ） CC CH2CH2CH2CH2CH2CH2下一頁下一頁2. 按分子中碳環(huán)的數(shù)目分類按分子中碳環(huán)的數(shù)目分類 第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴（1 1）單環(huán)脂環(huán)烴）單環(huán)脂環(huán)烴 CHCH CH2CH2CH2CH2 CH2CH2CH2

4、CH2 CH2CH2C CH2CH2CH2CH2 （可簡寫為 ）（可簡寫為 ）二環(huán)4，4，0癸烷（十氫萘） 螺2、4庚烷分子中只有一個(gè)碳環(huán)的為分子中只有一個(gè)碳環(huán)的為（2 2）多環(huán)脂環(huán)烴）多環(huán)脂環(huán)烴分子中含有兩個(gè)以上碳環(huán)的為分子中含有兩個(gè)以上碳環(huán)的為下一頁下一頁第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴二、脂環(huán)烴的異構(gòu)現(xiàn)象二、脂環(huán)烴的異構(gòu)現(xiàn)象(單環(huán)烷烴) 與單烯烴互為同分異構(gòu)體，但不是同一系列與單烯烴互為同分異構(gòu)體，但不是同一系列 通式 ： 化學(xué)式 結(jié)構(gòu)式 異構(gòu)體 C3H6環(huán)丙烷 C4H8 環(huán)丁烷 無CH3甲基環(huán)丙烷下一頁下一頁第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴化學(xué)式 結(jié)構(gòu)式 異構(gòu)體 C5H10 環(huán)戊烷 CH3CH3

5、CH3 CH2CH3 CH3CH3 甲基環(huán)丁烷 乙基環(huán)丙烷 1,1-二甲基環(huán)丙烷 1,2-二甲基環(huán)丙烷 CH3CH3HH順1，2-二甲基環(huán)丙烷 HHCH3CH3 反1，2-二甲基環(huán)丙烷 下一頁下一頁第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴三、脂環(huán)烴的命名方法三、脂環(huán)烴的命名方法 1. 單環(huán)烷烴的命名單環(huán)烷烴的命名 與烷烴相似，只在烷烴名稱前加上與烷烴相似，只在烷烴名稱前加上“”字。字。環(huán)上有支鏈時(shí)，需將環(huán)上碳原子編號(hào)，以標(biāo)明支環(huán)上有支鏈時(shí)，需將環(huán)上碳原子編號(hào)，以標(biāo)明支鏈的位置。編號(hào)以鏈的位置。編號(hào)以為原則，為原則，當(dāng)環(huán)上有兩個(gè)以上不同取代基時(shí)，則按當(dāng)環(huán)上有兩個(gè)以上不同取代基時(shí)，則按“”決定基團(tuán)排列的先后。決

6、定基團(tuán)排列的先后。 第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴1-甲基-2-乙基環(huán)丙烷1,1-二甲基-3-乙基環(huán)戊烷下一頁下一頁 654321CH3CH2CH31-甲基-4-乙基環(huán)己烷環(huán)十二烷CH2 CH3CH3CH2CH3CH3CH312345第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴2. 環(huán)烯烴的命名環(huán)烯烴的命名 命名時(shí)，先給環(huán)上碳原子命名時(shí)，先給環(huán)上碳原子。編號(hào)應(yīng)使。編號(hào)應(yīng)使，有支，有支鏈時(shí)則應(yīng)使鏈時(shí)則應(yīng)使 。下一頁下一頁 1234554321 CH3 CH3123456 1，3-環(huán)戊二烯 （簡稱環(huán)戊二烯）5-甲基-1，3-環(huán)戊二烯（不能叫1-甲基-2，4-環(huán)戊二烯） 3-甲基-1-環(huán)己烯 （簡稱3-甲基環(huán)己烯） 給下

7、列化合物命名給下列化合物命名下一頁下一頁第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴 CH3CH3 CH3CH3 C2H5 （1） （2） （3） （5） （4） 下一頁下一頁第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴四、四、脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性 在環(huán)烷烴分子中，每個(gè)碳原子都與另外四個(gè)原子相連，在環(huán)烷烴分子中，每個(gè)碳原子都與另外四個(gè)原子相連，成鍵軌道是成鍵軌道是spsp 雜化的。雜化的。 1小環(huán)（三元、四元環(huán)）小環(huán)（三元、四元環(huán)） 彎曲鍵彎曲鍵 ：在環(huán)丙烷分子中，三個(gè)碳原子在同一平面上連接成環(huán)，形成在環(huán)丙烷分子中，三個(gè)碳原子在同一平面上連接成環(huán)，形成一個(gè)正三角形。它們的一個(gè)正三角形。它們的spsp3 3雜化

8、軌道不可能沿鍵軸方向重疊。雜化軌道不可能沿鍵軸方向重疊。相鄰兩個(gè)碳原子的兩個(gè)相鄰兩個(gè)碳原子的兩個(gè)spsp3 3雜化軌道，在形成雜化軌道，在形成CCCC鍵時(shí)，其對(duì)鍵時(shí)，其對(duì)稱軸不在同一條直線上，而是以彎曲方向重疊，形成的稱軸不在同一條直線上，而是以彎曲方向重疊，形成的CCCC鍵是彎曲的，形似鍵是彎曲的，形似“香蕉香蕉”，稱做，稱做“”。 下一頁下一頁 第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴鍵角張力：鍵角張力： 下一頁下一頁彎曲鍵比正常的彎曲鍵比正常的鍵軌道鍵軌道，于于109.5，實(shí)驗(yàn)測(cè)得，環(huán)丙烷分子中，實(shí)驗(yàn)測(cè)得，環(huán)丙烷分子中CCCC鍵的鍵角鍵的鍵角為為104。相當(dāng)于軌道向內(nèi)壓縮形成

9、的鍵，這種鍵。相當(dāng)于軌道向內(nèi)壓縮形成的鍵，這種鍵具有向外擴(kuò)張、恢復(fù)正常鍵角的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)叫具有向外擴(kuò)張、恢復(fù)正常鍵角的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)叫做做。 由于分子內(nèi)成鍵軌道重疊程度小，鍵角張力由于分子內(nèi)成鍵軌道重疊程度小，鍵角張力大，所以內(nèi)能較高，很大，所以內(nèi)能較高，很，容易破環(huán)變成穩(wěn)定，容易破環(huán)變成穩(wěn)定的鏈狀化合物。的鏈狀化合物。的情形與環(huán)丙烷相似，所以也的情形與環(huán)丙烷相似，所以也。第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴2大環(huán)（五元、六元環(huán)）大環(huán)（五元、六元環(huán)） （1 1）船式排列：）船式排列： 環(huán)己烷分子中的六個(gè)碳原子在空間有兩種排列方式環(huán)己烷分子中的六個(gè)碳原子在空間有兩種排列方式下一頁下一頁 C C1 1、C

10、 C2 2、C C4 4、C C5 5在一個(gè)平面上，在一個(gè)平面上，C C2 2和和C C6 6在平面上面。在平面上面。形狀象只船，形狀象只船，C C3 3和和C C6 6相當(dāng)船頭和船尾，故稱相當(dāng)船頭和船尾，故稱“”。船式排列 第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴（2 2）椅式排列：）椅式排列： C C1 1、C C2 2、C C4 4、C C5 5在一個(gè)平面上，在一個(gè)平面上，C C6 6和和C C3 3分別在平面的下分別在平面的下面和平面的上面，很象椅腳和椅背，故稱面和平面的上面，很象椅腳和椅背，故稱“”。下一頁下一頁椅式排列 第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴小環(huán)與大環(huán)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性比較小環(huán)與大環(huán)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性比

11、較化合物化合物 鍵角鍵角 軌道重疊軌道重疊 鍵角張力鍵角張力 內(nèi)能內(nèi)能 穩(wěn)定性穩(wěn)定性環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)己烷(船式)環(huán)己烷（椅式）104 90109.5 109.5 小小大（空間距離近）大（空間距離遠(yuǎn)）大大無無高高較低低差差 一般好下一頁下一頁第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴 1脂環(huán)烴分類脂環(huán)烴分類 環(huán)的結(jié)構(gòu)不同 飽和脂環(huán)烴： 環(huán)烷烴 不飽脂環(huán)烴 環(huán)烯烴 環(huán)炔烴 環(huán)的數(shù)目不同 單環(huán)脂環(huán)烴 多環(huán)脂環(huán)烴 2脂環(huán)烴的異構(gòu)脂環(huán)烴的異構(gòu) 構(gòu)造異構(gòu) 順反異構(gòu)：支鏈在空間的位置不同 下一頁下一頁第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴 3脂環(huán)烴的命名脂環(huán)烴的命名 4環(huán)的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性環(huán)的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性 單環(huán)烷烴：同烷烴相似，在母體名前加

12、 “環(huán)” 字 單環(huán)烯烴：同烯烴相似，在母體名前加 “環(huán)”字 三元、四元環(huán)：非正常鍵角，有張力， 內(nèi)能高，不穩(wěn)定，易破環(huán) 五元、六元環(huán)：維持或接近正常鍵角，無張力，較穩(wěn)定，不易破環(huán) 下一頁下一頁 下一頁下一頁1脂環(huán)烴的基本概念和命名脂環(huán)烴的基本概念和命名 2脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu)脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu) 通過對(duì)脂環(huán)烴結(jié)構(gòu)的討論，我們知道了小環(huán)通過對(duì)脂環(huán)烴結(jié)構(gòu)的討論，我們知道了小環(huán)與大環(huán)的結(jié)構(gòu)差異，這些差異導(dǎo)致了小環(huán)與大環(huán)與大環(huán)的結(jié)構(gòu)差異，這些差異導(dǎo)致了小環(huán)與大環(huán)的化學(xué)穩(wěn)定性也不相同，這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)的化學(xué)穩(wěn)定性也不相同，這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)。 有有 機(jī)機(jī) 化化 學(xué)學(xué) 下一頁下一頁一、環(huán)烷烴的物理性質(zhì)一、環(huán)烷烴的物理性

13、質(zhì) 有有 機(jī)機(jī) 化化 學(xué)學(xué)1. 物態(tài)物態(tài) 常溫常壓下： C3C4的環(huán)烷烴為氣體C5C11的環(huán)烷烴為液體高級(jí)環(huán)烷烴為固體 2. 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)熔點(diǎn)、沸點(diǎn) 同碳數(shù)的環(huán)烷烴的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)開鏈烷烴。 隨C數(shù)目而 變化規(guī)律：下一頁下一頁第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴 一、環(huán)烷烴的物理性質(zhì)一、環(huán)烷烴的物理性質(zhì)3. 相對(duì)密度相對(duì)密度 相應(yīng)的開鏈烷烴 環(huán)烷烴 14. 溶解性溶解性 不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑相似相溶，環(huán)烷烴是非極性分子下一頁下一頁二、環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)二、環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì) 1.取代反應(yīng)取代反應(yīng) 在光照或加熱的情況下，在光照或加熱的情況下，能與鹵素能與鹵素 發(fā)生取代發(fā)生取代 反應(yīng)，生成反應(yīng)，生成。 + BrB

14、rBr+ HBrH 光 或加熱 溴代環(huán)戊烷 第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴下一頁下一頁2. 加成反應(yīng)加成反應(yīng)(1) 催化加氫在催化劑作用下，在催化劑作用下，等小環(huán)烷烴可以等小環(huán)烷烴可以開環(huán)發(fā)生開環(huán)發(fā)生反應(yīng)，生成開鏈烷烴。反應(yīng)，生成開鏈烷烴。 雷內(nèi)鎳 80+HHCH3CH2CH3 雷內(nèi)鎳 200+HHCH3CH2CH2CH3小環(huán)的加氫反應(yīng)對(duì)于研究小環(huán)穩(wěn)定性具有參考價(jià)值小環(huán)的加氫反應(yīng)對(duì)于研究小環(huán)穩(wěn)定性具有參考價(jià)值 第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴下一頁下一頁2. 加成反應(yīng)加成反應(yīng)(2) 加鹵素 環(huán)丙烷和環(huán)丁烷都能與鹵素發(fā)生開環(huán)加成反應(yīng)。其中環(huán)丙烷環(huán)丙烷和環(huán)丁烷都能與鹵素發(fā)生開環(huán)加成反應(yīng)。其中環(huán)丙烷與鹵素的加

15、成常溫下就可進(jìn)行，環(huán)丁烷需加熱才能進(jìn)行。與鹵素的加成常溫下就可進(jìn)行，環(huán)丁烷需加熱才能進(jìn)行。 1，3-二溴丙烷室溫+Br BrBrBrCH2CH2CH2 第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴下一頁下一頁2. 加成反應(yīng)加成反應(yīng)(2) 加鹵素 1，4-二溴丁烷 雷內(nèi)鎳 200+Br BrCH2CH2CH2CH2BrBr用途用途：小環(huán)與溴發(fā)生加成反應(yīng)后，溴的紅棕色消失，現(xiàn)象變化明顯，可用于。 第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴下一頁下一頁2. 加成反應(yīng)加成反應(yīng)(3) 加鹵化氫 環(huán)丙烷和環(huán)丁烷都能與鹵化氫發(fā)生加成反應(yīng)，生成環(huán)丙烷和環(huán)丁烷都能與鹵化氫發(fā)生加成反應(yīng)，生成開鏈一鹵代烷烴。開鏈一鹵代烷烴。 1-溴丙烷 +HBrB

16、rCH3CH2CH2第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴 1-溴丁烷+HBrCH3CH2CH2CH2Br下一頁下一頁(3) 加鹵化氫分子中帶有支鏈的小環(huán)烷烴在發(fā)生開環(huán)加成反應(yīng)時(shí)，分子中帶有支鏈的小環(huán)烷烴在發(fā)生開環(huán)加成反應(yīng)時(shí)，其斷鍵位置通常發(fā)生在含氫較多與含氫較少的成環(huán)其斷鍵位置通常發(fā)生在含氫較多與含氫較少的成環(huán)碳原子之間。與鹵化氫等不對(duì)稱試劑加成時(shí)，符合碳原子之間。與鹵化氫等不對(duì)稱試劑加成時(shí)，符合。 2 - 氯丁烷 ClCH3CHCH2CH3ClH+CH3CH2CH2CH第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴下一頁下一頁3. 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)環(huán)烷烴在常溫下環(huán)烷烴在常溫下與一般的氧化劑（如高錳酸鉀與一般的氧化劑（如高

17、錳酸鉀的水溶液）的水溶液）。若環(huán)的支鏈上含有不飽。若環(huán)的支鏈上含有不飽和鍵時(shí)，則不飽和鍵被氧化斷裂，和鍵時(shí)，則不飽和鍵被氧化斷裂，。 CHCHCH3KMnO4COOHCH3COOH+ 用途：用途：小環(huán)烷烴能小環(huán)烷烴能但但 氧化，可利用這一性質(zhì)將其與烷烴、烯烴或炔烴區(qū)氧化，可利用這一性質(zhì)將其與烷烴、烯烴或炔烴區(qū) 別開來。別開來。 第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴下一頁下一頁3. 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)如果在如果在，或在催化劑存在下用空，或在催化劑存在下用空氣作氧化劑，環(huán)烷烴也氣作氧化劑，環(huán)烷烴也。 用途：工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮的方法之一。用途：工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮的方法之一。 + O2OH+O環(huán)烷酸鈷 125165，11.5Mpa （空氣） 環(huán)己醇環(huán)己酮第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴下一頁下一頁單環(huán)烷烴化學(xué)性質(zhì)可歸納為單環(huán)烷烴化學(xué)性質(zhì)可歸納為： 大環(huán)（五員、六員環(huán)）似烷，易取代；大環(huán)（五員、六員環(huán)）似烷，易取代；小環(huán)（三員、四員環(huán)）像烯，易加成；小環(huán)（三員、四員環(huán)）像烯，易加成；小環(huán)像烯不是烯，酸性氧化（小環(huán)像烯不是烯，酸性氧化（KMnO4/H+）不容易。）不容易。 1用化學(xué)方法鑒別下列各組化合物 （1）（2）CH3CH2CH3 CH3CCH CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH=CH2 CH3CH2CCH 第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴下