第五章環(huán)烷烴

1、第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴基本要求：基本要求：（1）、）、 掌握脂環(huán)烴的命名掌握脂環(huán)烴的命名（2）、掌握小環(huán)（三元環(huán)、四元環(huán)）的化學特性。）、掌握小環(huán)（三元環(huán)、四元環(huán)）的化學特性。（3）、了解環(huán)的大小與穩(wěn)定性的關(guān)系。）、了解環(huán)的大小與穩(wěn)定性的關(guān)系。（4）、掌握環(huán)已烷、取代環(huán)己烷的構(gòu)象。）、掌握環(huán)已烷、取代環(huán)己烷的構(gòu)象。一、脂環(huán)烴的分類一、脂環(huán)烴的分類5脂環(huán)烴的分類及命名脂環(huán)烴的分類及命名脂環(huán)烴脂環(huán)烴飽和脂環(huán)烴飽和脂環(huán)烴不飽和脂環(huán)烴不飽和脂環(huán)烴脂環(huán)烴脂環(huán)烴單環(huán)烴單環(huán)烴多環(huán)烴多環(huán)烴小環(huán)小環(huán)C3-C4中環(huán)中環(huán)C5-C12大環(huán)大環(huán)C12以上以上螺環(huán)烴、橋環(huán)烴螺環(huán)烴、橋環(huán)烴二、脂環(huán)烴的命名二、脂環(huán)烴的命

2、名1.單環(huán)烴的命名：單環(huán)烴的命名： 環(huán)烷烴的命名與烷烴相似，只是在烷字的前環(huán)烷烴的命名與烷烴相似，只是在烷字的前面加上一面加上一“環(huán)環(huán)”字，稱為環(huán)某烷字，稱為環(huán)某烷環(huán)丙烷環(huán)丙烷 環(huán)己烷環(huán)己烷 編號時，有兩個以上不同的取代基時，以含編號時，有兩個以上不同的取代基時，以含碳最少碳最少(次序規(guī)則排序小次序規(guī)則排序小)的取代基作為的取代基作為1位。使環(huán)位。使環(huán)上取代基的位次盡可能最小。上取代基的位次盡可能最小。 1 甲基甲基 4 異丙基環(huán)己烷異丙基環(huán)己烷 1 甲基甲基 2 乙基環(huán)戊烷乙基環(huán)戊烷 若環(huán)上取代基比較復雜，環(huán)作為取代基，鏈烴若環(huán)上取代基比較復雜，環(huán)作為取代基，鏈烴為母體。為母體。 6 6 甲

3、基甲基 2 2 環(huán)丙基辛烷環(huán)丙基辛烷 2.多環(huán)化合物的命名：多環(huán)化合物的命名： 1）、螺環(huán)化合物的命名：）、螺環(huán)化合物的命名： 螺環(huán)烴：分子中兩個碳環(huán)共用一個碳原子。螺環(huán)烴：分子中兩個碳環(huán)共用一個碳原子。 單螺環(huán)，根據(jù)成環(huán)碳原子的總數(shù)稱為螺某烴，再分單螺環(huán)，根據(jù)成環(huán)碳原子的總數(shù)稱為螺某烴，再分別把兩個碳環(huán)除螺原子后的碳原子數(shù)，用數(shù)字表示，別把兩個碳環(huán)除螺原子后的碳原子數(shù)，用數(shù)字表示，按小的在前、大的在后的次序放在按小的在前、大的在后的次序放在“螺螺”與某烴之與某烴之間的間的方括號方括號中，數(shù)字之間用中，數(shù)字之間用下角圓點下角圓點“. .”隔開。螺隔開。螺環(huán)的編號是從小環(huán)中與螺原子相鄰的一個碳原

4、子開環(huán)的編號是從小環(huán)中與螺原子相鄰的一個碳原子開始，始，編完小環(huán)再編螺原子和大環(huán)編完小環(huán)再編螺原子和大環(huán)。如果螺環(huán)有取代。如果螺環(huán)有取代基或不飽和鍵，則繞環(huán)的方向應(yīng)加選擇，務(wù)使取代基或不飽和鍵，則繞環(huán)的方向應(yīng)加選擇，務(wù)使取代基或不飽和鍵處于最小的位次?；虿伙柡玩I處于最小的位次。螺2.4庚烷螺4.4壬烷1，7-二甲基螺2.4壬烷6-甲基-1-乙基螺4.5癸烷2）.橋環(huán)化合物的命名：橋環(huán)化合物的命名： 橋環(huán)烴橋環(huán)烴 ：兩個環(huán)共用兩個或兩個以上碳原子；共有：兩個環(huán)共用兩個或兩個以上碳原子；共有的兩個碳原子為橋頭，兩橋頭之間的碳鏈為橋。的兩個碳原子為橋頭，兩橋頭之間的碳鏈為橋。 確定母體名稱。以參與

5、成環(huán)碳原子總數(shù)（不含確定母體名稱。以參與成環(huán)碳原子總數(shù)（不含支鏈）稱為某烴；支鏈）稱為某烴；注明環(huán)數(shù)。用二環(huán)、三環(huán)等注明環(huán)數(shù)。用二環(huán)、三環(huán)等做詞頭，切斷成為鏈烴的次數(shù)為環(huán)數(shù)；做詞頭，切斷成為鏈烴的次數(shù)為環(huán)數(shù)；找出橋找出橋頭碳原子頭碳原子 ，數(shù)出每條橋所含的碳原子數(shù)（橋頭數(shù)出每條橋所含的碳原子數(shù)（橋頭碳不計），按由多到少的次序用數(shù)字表示，放在碳不計），按由多到少的次序用數(shù)字表示，放在詞頭和母體名稱之間的方括號中，數(shù)字之間用下詞頭和母體名稱之間的方括號中，數(shù)字之間用下角圓點角圓點“.”隔開；隔開；將橋環(huán)碳原子編號。從一個將橋環(huán)碳原子編號。從一個 橋頭碳原子開始沿最長的橋到另一橋頭碳原子，橋頭碳原子

6、開始沿最長的橋到另一橋頭碳原子，再沿次長的橋編回到起始橋頭碳原子再沿次長的橋編回到起始橋頭碳原子, , 再循次次再循次次長橋編號，依次類推。如果環(huán)上有取代基，則從長橋編號，依次類推。如果環(huán)上有取代基，則從靠近取代基的橋頭開始編號，使取代基最小的位靠近取代基的橋頭開始編號，使取代基最小的位次，然后將取代基的位次和名稱放在詞頭之前，次，然后將取代基的位次和名稱放在詞頭之前，即得化合物的全名。即得化合物的全名。二環(huán)二環(huán)4.2.04.2.0辛烷辛烷二環(huán)二環(huán)3.2.13.2.1辛烷辛烷1 1，2 - 2 - 二甲基二環(huán)二甲基二環(huán)2.2.02.2.0己烷己烷2 2，8 8，8 -8 - 三甲基二環(huán)三甲基二

7、環(huán)3.2.13.2.1辛烷辛烷2 2，9 - 9 - 二二甲基二環(huán)甲基二環(huán)4.3.04.3.0壬烷壬烷52脂環(huán)烴的性質(zhì)脂環(huán)烴的性質(zhì)一、一、 取代反應(yīng)取代反應(yīng)H+ ClClhCl+ HCl環(huán)戊烷環(huán)戊烷 環(huán)戊基氯環(huán)戊基氯(93%)+Br2300 C o Br+HBr二、二、 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)+O2OHT P三、三、 小環(huán)反應(yīng)小環(huán)反應(yīng) 催化氫化催化氫化 與鹵素反應(yīng)與鹵素反應(yīng)小環(huán)環(huán)烷烴，小環(huán)環(huán)烷烴，環(huán)的張力，易于開環(huán)，發(fā)生加成反應(yīng)環(huán)的張力，易于開環(huán)，發(fā)生加成反應(yīng) 與鹵化氫反應(yīng)與鹵化氫反應(yīng) 環(huán)丙烷的烷基衍生物與環(huán)丙烷的烷基衍生物與HXHX加成時，符合馬氏加成時，符合馬氏規(guī)則，氫原子加在含氫較多的碳原子上

8、，規(guī)則，氫原子加在含氫較多的碳原子上，X X- -負負離子加在含氫最少的碳原子上。離子加在含氫最少的碳原子上。H3CCH CH2CH2+ HBrCH3CHCH2CH2BrH 小環(huán)烴不與高錳酸鉀反應(yīng)，但能使溴水褪色，小環(huán)烴不與高錳酸鉀反應(yīng)，但能使溴水褪色，可用于鑒別?？捎糜阼b別。53環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性 環(huán)烷烴隨著環(huán)的大小不同，其穩(wěn)定性不盡相同。環(huán)烷烴隨著環(huán)的大小不同，其穩(wěn)定性不盡相同。 拜耳的張力學說：拜耳的張力學說： 當碳與其他原子連結(jié)時，當碳與其他原子連結(jié)時，任何兩個鍵之間夾角都為四面體角任何兩個鍵之間夾角都為四面體角(109.5(109.5) ) 碳環(huán)中的碳原子都在同

9、一平面內(nèi)碳環(huán)中的碳原子都在同一平面內(nèi), ,鍵角與鍵角與 109.109. 相差越大越不穩(wěn)定。環(huán)丙烷是三角形，夾角是相差越大越不穩(wěn)定。環(huán)丙烷是三角形，夾角是6060不能是不能是1091092828，必須壓縮到適應(yīng)環(huán)的，必須壓縮到適應(yīng)環(huán)的幾何形狀，這些與正常的四面體鍵角（幾何形狀，這些與正常的四面體鍵角（109.5109.5）的偏差，引起了分子的張力，力圖恢復正常鍵角，的偏差，引起了分子的張力，力圖恢復正常鍵角，這種力稱做角張力，這樣的環(huán)叫做這種力稱做角張力，這樣的環(huán)叫做“張力環(huán)張力環(huán)”。 環(huán)烷烴的穩(wěn)定性：環(huán)烷烴的穩(wěn)定性：環(huán)己烷環(huán)己烷 環(huán)戊烷環(huán)戊烷 環(huán)丁烷環(huán)丁烷 環(huán)丙烷環(huán)丙烷環(huán)的張力越小，相應(yīng)的環(huán)

10、烷烴越穩(wěn)定。環(huán)的張力越小，相應(yīng)的環(huán)烷烴越穩(wěn)定。環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)：環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)：CH2CH3CH3109.5CCCHHHHHH60114105.5圖圖5-1 丙烷及環(huán)丙烷分子中碳碳鍵丙烷及環(huán)丙烷分子中碳碳鍵 原子軌道交蓋情況原子軌道交蓋情況蝴蝶式環(huán)丁烷環(huán)丁烷信封式半椅式環(huán)戊烷環(huán)戊烷 環(huán)己烷的碳骨架不是平面結(jié)構(gòu)，環(huán)己烷的碳骨架不是平面結(jié)構(gòu)， C鍵鍵角為角為109.5。通過旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)鍵和鍵角的改變，可以得鍵和鍵角的改變，可以得到兩種構(gòu)象：到兩種構(gòu)象：椅型椅型 船型船型 環(huán)己烷的椅式和船式構(gòu)象環(huán)己烷的椅式和船式構(gòu)象54環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷椅型構(gòu)象環(huán)己烷椅型構(gòu)象 環(huán)己烷船型構(gòu)象環(huán)己烷船型構(gòu)象

11、環(huán)己烷椅型和船型構(gòu)象的模型環(huán)己烷椅型和船型構(gòu)象的模型 椅型構(gòu)象和船型構(gòu)象可以相互轉(zhuǎn)變，椅型構(gòu)象和船型構(gòu)象可以相互轉(zhuǎn)變，但椅型構(gòu)象比船型構(gòu)象穩(wěn)定：但椅型構(gòu)象比船型構(gòu)象穩(wěn)定：0.25 nm1234560.18 nm1234563HHHHHHHHHHHH12456CH2CH2HHHHHHHH145362椅型構(gòu)象穩(wěn)定的原因：椅型構(gòu)象穩(wěn)定的原因： 所有的鍵處于交叉式所有的鍵處于交叉式123456HHHHHHHHHHHHCH2CH2HHHHHHHH415632e124563aeaeaeeaaaeeeeeee在船型構(gòu)象中，所有的在船型構(gòu)象中，所有的CH鍵處于重疊式鍵處于重疊式。 在椅型構(gòu)象中，在椅型構(gòu)象中，

12、C1、C3、C5 原子在一個平面原子在一個平面上；上；C2、C4、C6 原子在另一個平面上。原子在另一個平面上。 12個個CH 鍵分為兩類：鍵分為兩類：6個個CH 鍵處于直立鍵處于直立鍵鍵(a鍵鍵)，6個個CH 鍵處于平伏鍵鍵處于平伏鍵(e鍵鍵)。aaaaaa 翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)椅型構(gòu)象椅型構(gòu)象 紐船型構(gòu)象紐船型構(gòu)象 船型構(gòu)象船型構(gòu)象 半椅型構(gòu)象半椅型構(gòu)象 環(huán)己烷可以由一種椅型構(gòu)象翻轉(zhuǎn)成另一種椅型環(huán)己烷可以由一種椅型構(gòu)象翻轉(zhuǎn)成另一種椅型構(gòu)象，原來的構(gòu)象，原來的a鍵變?yōu)殒I變?yōu)閑鍵，原來的鍵，原來的e鍵變?yōu)殒I變?yōu)閍鍵：鍵： 一種椅型構(gòu)象經(jīng)半椅型、紐船型、船型翻轉(zhuǎn)一種椅型構(gòu)象經(jīng)半椅型、紐船型、船型翻轉(zhuǎn)成另一種

13、椅型構(gòu)象。在能量上：成另一種椅型構(gòu)象。在能量上： 在一取代的環(huán)己烷分子中，取代基可以處在在一取代的環(huán)己烷分子中，取代基可以處在a鍵上，也可以處在鍵上，也可以處在e 鍵上：鍵上：13CH3HHHCH3H1322445566 當取代基處在當取代基處在a 鍵時，它與鍵時，它與3, 5位的位的H原子存在原子存在著非鍵張力，使得構(gòu)象不穩(wěn)定而翻轉(zhuǎn)。著非鍵張力，使得構(gòu)象不穩(wěn)定而翻轉(zhuǎn)。 同時，取代基與相鄰碳原子上的同時，取代基與相鄰碳原子上的CH2處處于鄰位交叉，而當取代基處于于鄰位交叉，而當取代基處于e 鍵上時，取代基與鍵上時，取代基與相鄰碳原子上的相鄰碳原子上的CH2處于對位交叉。處于對位交叉。55取代環(huán)己烷的構(gòu)象取代環(huán)己烷的構(gòu)象1CH32HHH1CH32HHHCH3CH2CH2HHH12CH3CH2CH2HHH12取代基處在取代基處在e