基礎化學環(huán)烴課件

1、第10章 環(huán) 烴本章教學要求1. 了解環(huán)烴的分類，掌握環(huán)烴的命名 ；2. 熟悉環(huán)烴的結構；3. 掌握環(huán)烴的化學性質10.1 脂環(huán)烴脂環(huán)烴是具有脂肪族烴類(開鏈烴)性質的環(huán)烴，分子 中都含有三個以上碳原子連成的碳環(huán)；環(huán)內兩個相鄰碳原子之間可以是單鍵、雙鍵或三鍵， 環(huán)的數目可以是一個或多個。 1,3-環(huán)戊二烯環(huán)己烷一、脂環(huán)烴的分類和命名單環(huán)脂環(huán)烴的命名：環(huán)上連有簡單的烷基以環(huán)為母體，根據成環(huán)碳原子數稱為“環(huán)某烷（或烯等）”，環(huán)上的烷基作為取代基。對于環(huán)烷烴，若分子中含有多個取代基時，則需將環(huán)上碳原子編號，即選擇簡單取代基作為第一位，編號順序遵循“最低系列”原則。對于環(huán)烯烴或其他不飽和脂環(huán)烴，編號優(yōu)

2、先考慮不飽和鍵，并使取代基的位次盡可能小。 環(huán)上連有復雜的烷基或不飽和烴基以環(huán)上的支鏈為母體，將環(huán)作為取代基，稱為“環(huán)某基”，按支鏈烴的命名原則命名。例如：環(huán)丙烷上的碳原子都是飽和碳原子，為sp3雜化。 114 105.5 角張力：分子內部試圖恢復正常鍵角的力。 60 二、環(huán)丙烷的結構 小環(huán)烷烴的結構 實際上，在三元環(huán)及四元環(huán)中，碳碳鍵并不是沿鍵軸方向重疊的鍵。而是一種非“正規(guī)”的單鍵，成鍵的強度較弱，因而容易發(fā)生斷裂。張力學說的內容 當碳原子的鍵角偏離10928時，便會產生一種恢復正常鍵角的力量。這種力就稱為張力。鍵角偏離正常鍵角越多，張力就越大。 環(huán)丙烷分子相鄰碳上的碳氫鍵都是重疊式構象。

3、 扭轉張力：試圖恢復交叉式構象的力。 由此可見：（ 1 ） 鍵的重疊程度小，穩(wěn)定性下降 。（ 2 ） 電子云分布在兩核連線的外側，增加了試劑進攻的可能性，故具有不飽和烯烴的性質。 其他環(huán)烷烴 環(huán)丁烷四個碳原子不在一個平面上，但仍存在角張力 和扭轉張力。 環(huán)戊烷分子中，碳碳鍵的夾角為108，接近sp3雜化軌 道間夾角，角張力很小，是比較穩(wěn)定的環(huán)。 環(huán)己烷分子中6個碳原子不在同一平面上，碳原子之間的 鍵角為10928，分子中沒有張力。 大環(huán)原子在不同的平面內，鍵角接近正常的鍵角，為 無張力環(huán)。 環(huán)三十烷環(huán)烷烴的穩(wěn)定性： 小環(huán)，3C4C 的環(huán)，不穩(wěn)定，容易開環(huán)發(fā)生反應。 普通環(huán)，5C7C的環(huán)，很穩(wěn)定

4、。環(huán)戊烷，五個碳原子不在一個平面上，以盡量減小扭轉張力，環(huán)己烷為無張力環(huán)。 中環(huán)，8C11C的環(huán)，不是平面結構，沒有鍵角的變形，但因成環(huán)時亞甲基上的氫原子被迫采取重疊構象，即存在扭轉張力，所以不太穩(wěn)定。 大環(huán)，12C以上的環(huán)，原子在不同的平面內，鍵角接近正常的鍵角，有兩條平行的碳鏈組成無張力環(huán)。 三、環(huán)己烷的構象 椅式構象和船式構象 六個碳原子均為sp3雜化，在保持鍵角10928不變 的情況下，能以兩種不同的空間形式組成六元環(huán)。船式構象椅式構象透視式： 椅式船式 分子模型： 椅式構象船式構象椅式構象較穩(wěn)定的原因：船式構象中相鄰碳上的碳氫鍵全部為重疊式構象，存在扭 轉張力，而椅式構象中相鄰碳上的

5、碳氫鍵全部為交叉式構 象，沒有扭轉張力。 船式構象中船頭碳原子C1和C4上的氫原子距離較近，斥力 較大。而椅式構象中C1和C4上的氫原子距離較遠，斥力較小。 直立鍵和平伏鍵 椅式構象中碳氫鍵可以分為兩類，6個碳氫鍵垂直于兩個 平面且與兩平面的對稱軸平行，叫做直立鍵或a鍵。另外6個碳氫鍵指向環(huán)外，與平面成19.5的傾斜角，平伏 著向環(huán)外伸展，叫做平伏鍵或e鍵。 每個碳上與氫原子相連的兩個鍵都是一個垂直于平面，這個鍵叫直立鍵，以a表示；另一個鍵則大致與平面平行，叫做平伏鍵，以e表示。六個a鍵六個e鍵；畫法：3左3右，3上3下。 在室溫和常壓下，環(huán)丙烷和環(huán)丁烷為氣體，環(huán)戊烷到環(huán) 十一烷為液體，環(huán)十二

6、烷以上為固體； 環(huán)烷烴的熔點、沸點、相對密度都比含同數目碳原子的 直鏈烷烴高； 脂環(huán)烴均不溶于水； 脂環(huán)烴的密度在0.6880.853之間。四、脂環(huán)烴的物理性質1. 取代反應 環(huán)烷烴的自由基取代反應，常見的是鹵代反應，反應 的活性和環(huán)的大小無關。 五、脂環(huán)烴的化學性質（小環(huán)似烯、大環(huán)似烷） 環(huán)丙烷、環(huán)丁烷在催化劑作用下與氫反應，環(huán)破裂加氫 生成開鏈烷烴，反應的活性和環(huán)的大小有關。 2. 加成反應 與烯烴類似的性質 環(huán)戊烷要用活性更高的催化劑鉑，在較高的溫度下才能加氫變成開鏈烷烴，環(huán)己烷則很難發(fā)生加氫反應。 1) 加氫2) 加鹵素 環(huán)丙烷在室溫下可以和鹵素、氫鹵酸等試劑起親電加成反 應，生成開鏈

7、化合物。可以用來區(qū)別烷烴與環(huán)烷烴3. 氧化反應 常溫下，環(huán)烷烴與一般氧化劑不起作用。在加熱下用強氧化劑或在催化劑作用下用空氣氧化，環(huán)烷烴也可以發(fā)生氧化反應?？捎酶咤i酸鉀溶液來區(qū)別烯烴、炔烴和環(huán)丙烷衍生物。 氧化條件不同，產物也不同。10.2 芳 烴 芳香烴的來源：最早是指從那些各種天然香樹脂、香精 油中提取得到且有香味的物質。第一階段：從植物膠中取得的具有芳香氣味的物質稱為芳 香化合物。 第二階段：將苯和含有苯環(huán)的化合物稱為芳香化合物。第三階段：將具有芳香特性的化合物稱為芳香化合物。 芳 烴 ：是芳香族碳氫化合物的總稱。是一類符合休克 爾規(guī)則的環(huán)狀化合物。 但通常所說的芳烴，一般仍指分子中含有

8、苯環(huán)結構的烴，而不含有苯環(huán)結構的稱為非苯芳烴。芳烴的分類：（1）單環(huán)芳烴 分子中只有一個苯環(huán)的芳烴。例如：（2）多環(huán)芳烴（3）稠環(huán)芳烴分子中含有兩個或多個苯環(huán)共用兩個相鄰碳原子的芳烴，稱為稠環(huán)芳烴，這種連接方式叫并聯。例如：聯苯類：苯環(huán)之間以一單鍵相連一、單環(huán)芳烴的命名和構造異構1）基的命名ph-苯基對甲苯基芐基甲苯乙苯異丙苯2） 烷基取代的苯以苯為母體：鄰二甲苯間二甲苯對二甲苯1,2-二甲苯1,3-二甲苯1,4-二甲苯o-二甲苯m-二甲苯p-二甲苯 苯的二元取代物有三種異構體，它們是由于取代基團在苯環(huán)上的位置不同而引起的，命名時用“鄰”表示兩個取代基團處于鄰位，用“間”表示兩個取代基團處于中

9、間相隔一個碳原子的兩個碳上，用“對”表示兩個取代基團處于對角位置。3）結構復雜的化合物以苯作為取代基：苯甲醇苯甲酸苯乙烯2-對異丁基苯基丙酸2-(4-異丁基苯基)丙酸二、苯的結構分子式：C6H6通 式 : CnH2n-60.140nm120HHHHHH0.108nmC為SP2雜化所有原子處于同一平面分子中未雜化的6個P軌道側面重疊形成閉合的、環(huán)狀的大鍵 重疊形成閉合的、環(huán)狀的電子云分布在原子所在平面兩側，一個位于平面上面，一個位于平面下面。 經能量計算，大鍵是一個很穩(wěn)定的體系。特點：具有平面和接近平面的環(huán)狀結構。鍵長接近平均化?；瘜W性質穩(wěn)定，易發(fā)生親電取代而不易發(fā)加生加成。三、單環(huán)芳烴的物理性

10、質1、苯及其同系物一般為無色液體；2、相對密度在0.86-0.9之間，均比水輕；3、一般有毒；4、不溶于水，但溶于有機溶劑；5、沸點隨相對分子質量升高而升高；6、熔點除與相對分子質量有關外，還與結構有關，通常對位異構體熔點 較高。1. 苯環(huán)上的取代反應1） 硝化反應四、單環(huán)芳烴的化學性質2）鹵代反應若反應條件強烈可得二取代產物注意：甲苯氯代比氯苯容易，為什么？ 甲苯與鹵素反應也發(fā)生環(huán)上取代反應，而且主要生成鄰和對位取代產物。比較： 在加熱和光的作用下，或有過氧化物存在時，甲苯與鹵素作用，則鹵素原子取代側鏈上的氫原子。反應類型：自由基反應例1：化學方法鑒別 苯、乙烯基苯、乙炔基苯例2：合成3）

11、磺化反應 在較高溫度下，苯磺酸可繼續(xù)與發(fā)煙硫酸反應，生成苯二磺酸，且主要生成間位異構體。甲苯比較容易進行磺化，且產物是鄰位和對位取代物。32% 62% 6% 1、磺化反應是可逆反應，苯磺酸與水共熱可以脫 去磺酸基。 2、 磺化所得鄰和對位異構體的比例，隨溫度不同而 不同，溫度越高對位異構體成為主要產物。 1、提純苯； 2、合成中占位。 例：用甲苯合成純的鄰鹵代甲苯說明： 用途： 4）烷基化反應 苯與烷基化劑在路易斯酸的催化下生成烷基苯的反應稱為付克烷基化反應。2、加成反應3、氧化反應 苯環(huán)本身很穩(wěn)定。烷基苯易氧化，氧化側鏈不管側鏈多長，都變?yōu)轸然?取代基的定位效應：一取代苯在進行親電取代反應時，苯環(huán)上原有取代基對新引進基團進入苯環(huán)的位置起制約作用，這種作用成為取代基的定位效應。苯環(huán)上原有的取代基稱為定位基。 五、苯環(huán)上取代反應的定位規(guī)律1 、兩類定位基 第一類定位基鄰對位定位基：使新引進的取代基主要進入它的鄰位和對位（鄰位和對位異構體之和大于60%）；同時除少數取代基外，一般使苯環(huán)活化，即反應速率比苯快。如規(guī)律： 基團中與苯環(huán)直接相連的原子含有孤對電子，并且該原子無雙 鍵與其他原子相連 第二類定位基間位定位基：含有此類定位基團的芳環(huán)在進行二元取代時，第二個基團主要進入第一個基團的間位。該類基團為致鈍基團，即含有此類定位基團的芳環(huán)在進行二元取代時