第三章環(huán)烷烴

第三章環(huán)烷烴第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月分類：1.單環(huán)烷烴：小環(huán)，普通環(huán)（正常環(huán)），中環(huán)，大環(huán)

C數(shù)：3-45-78-12>122.多環(huán)烷烴：螺環(huán)烴，稠環(huán)烴，橋環(huán)烴

*單環(huán)烷烴的通式：CnH2n

不飽和度：Ω=四價原子數(shù)+1+

三價原子數(shù)–一價原子數(shù)2第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1環(huán)烷烴的異構(gòu)和命名1.環(huán)烷烴的異構(gòu)異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)造異構(gòu)：碳鏈異構(gòu)、官能團異構(gòu)、位置異構(gòu)、互變異構(gòu)立體異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)：順反異構(gòu)、對映異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)型（configuration)：在具有一定構(gòu)造的分子中，原 子在空間的排列方式。eg.寫出環(huán)烷烴C5H10的異構(gòu)體（考慮構(gòu)型）環(huán)烷烴的順反異構(gòu)：假定環(huán)中碳原子在一個平面上，以環(huán)平面為參考平面，兩取代基在同一邊的叫順式（cis-)，否則叫反式（trans-)。第3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月eg.第4頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月順反異構(gòu)的表示方法:第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月或者表示為:構(gòu)型異構(gòu)體的互變將引起共價鍵的斷裂,這需要較高的能量,在室溫下不能實現(xiàn).m.p.:-87.4℃-37.1℃b.p.:124.3℃119.4℃

第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.環(huán)烷烴的命名：（1）單環(huán)烷烴：a.根據(jù)環(huán)中碳原子的數(shù)目叫“環(huán)某烷”；b.環(huán)上取代基的位次和編號寫在母體環(huán)烴名字前面，“編號”原則與烷烴相同；c.若有兩個取代基，則在最前面標明“順、反”；d.若取代基碳鏈較長，則環(huán)作為取代基。eg.2-甲基-3-環(huán)丙基庚烷1,1-二甲基-3-異丙基環(huán)戊烷1-甲基-3-環(huán)丁基環(huán)戊烷（1R,2R,4R)-1,2-二甲基-4-氯環(huán)己烷第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）多環(huán)烷烴①

螺環(huán)烴：a.根據(jù)成環(huán)的碳總數(shù)，叫螺[]某烷b.兩環(huán)除開共用C外的C數(shù)，由小到大，放于[]內(nèi)，并用下角原點隔開c.編號：從小環(huán)—共用C—大環(huán)（并盡可能使取代基位次?。〆g.5-甲基螺[2.4]庚烷5-氯螺[2.5]辛烷1234567第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月母體名—幾環(huán)[n1.n2.n3…]某烷環(huán)的數(shù)目各橋上碳數(shù)由大到小排全部環(huán)上碳原子數(shù)橋頭碳—共用的碳原子橋—兩個橋頭碳原子間的碳鏈(2)橋環(huán)烴（包括稠環(huán)烴）：兩個或兩個以上碳 環(huán)共用兩個以上的碳原子。第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月a.判斷環(huán)數(shù)及總碳數(shù)，稱幾環(huán)[]某烷*環(huán)數(shù)：將橋環(huán)烴變?yōu)殚_鏈化合物需要斷開的C-C鍵的最小數(shù)b.將橋上碳原子數(shù)（不包括橋頭碳）由多到少順序列在[]內(nèi)，并用下角原點隔開（有幾個橋就有幾個數(shù)字）。c.編號：從第一個橋頭碳開始，從最長的橋編到第二個橋頭碳，再沿次長的橋回到第一個橋頭碳，即按橋漸短的次序?qū)⑵溆嗟臉蛞来尉幪?。（若有取代基，則盡量使其位次較?。〆g.二環(huán)[4.2.0]辛烷2,7,7-三甲基二環(huán)[2.2.1]庚烷123456781234567第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月練習：1,2,4-三甲基二環(huán)[4.3.0]壬烷第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2環(huán)烷烴的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)一.物理性質(zhì)：狀態(tài)：氣C3-C4，液C5，m.p.d.s.二.化學性質(zhì)：共性：同烷烴相似，光照或加熱下發(fā)生自由基取代反應。（難氧化）特性：小環(huán)的開環(huán)加成（1）加氫：+H2Ni400C,常壓+H2Ni1000C,常壓Pt+H23000C,常壓第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）加溴+Br2室溫+Br2光照+Br2光照或3000C（3）加溴化氫+HBr+HBr不反應+HBr不反應第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：（1）環(huán)丙烷活性最大，不穩(wěn)定，易發(fā)生開環(huán)加成（H2、 X2、HX）；（2）其它環(huán)烷烴性質(zhì)與開鏈烷烴相似，發(fā)生X2的自由基 取代反應；（3）環(huán)丙烷衍生物開環(huán)位置：取代最多的C與取代最少 的C之間；加成位置：符合馬氏規(guī)則。eg.馬氏規(guī)則：H加成到含H較多的C上，X加成到含H較少的C上。Br2+HBr第14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3環(huán)的張力一.拜爾張力學說(A.vonBaeyer,staintheory)2.環(huán)烷烴的燃燒熱105°ＣＣＣ前提：假定所有成環(huán)C共平面（不正確）可以解釋三元環(huán)的反應活性高不足：不能解釋環(huán)已烷和大環(huán)烷烴無角張力第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)烷烴每個CH2的張力能/kJ·mol-1環(huán)丙烷38.5環(huán)丁烷27.4環(huán)戊烷5.4環(huán)己烷0環(huán)庚烷3.8環(huán)辛烷5.0環(huán)壬烷5.5環(huán)癸烷5.0環(huán)十四烷0張力能：環(huán)烷烴比對應的開鏈烷烴具有的較高能量。張力能越大分子內(nèi)能越高越不穩(wěn)定，環(huán)丙烷，環(huán)丁烷張力能最大最不穩(wěn)定，容易開環(huán)；環(huán)戊烷，環(huán)庚烷張力能不太大，較穩(wěn)定；環(huán)己烷和C12以上的大環(huán)化合物張力能小，穩(wěn)定。第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)產(chǎn)生張力的因素Enb

非鍵性相互作用：非鍵合的兩原子或原子團距 離小于其范氏半徑之和（強烈排斥）El

鍵長變化：兩成鍵原子間距離偏離正常鍵長Eθ

鍵角變化：鍵角偏離正常值E?

扭轉(zhuǎn)角變化3.張力能第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月30C-40C0.161nm40C-10C0.155nm<C(40)C(30)C(40)1160<C(10)C(40)C(30)1130第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月一.環(huán)己烷的構(gòu)象椅式船式1）椅式構(gòu)象不存在：

非鍵作用力扭轉(zhuǎn)張力；角張力3.4環(huán)己烷的構(gòu)象1.兩種極端構(gòu)象第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2）船式構(gòu)象存在：非鍵作用力扭轉(zhuǎn)張力穩(wěn)定性：椅式構(gòu)象>船式構(gòu)象室溫下，平衡有利于椅式構(gòu)象（優(yōu)勢構(gòu)象）存在：極限構(gòu)象：船式椅式（優(yōu)勢構(gòu)象）99%以上討論：為什么船式構(gòu)象不穩(wěn)定？第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3)環(huán)己烷的其它構(gòu)象第21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)己烷的各構(gòu)象轉(zhuǎn)化勢能圖

第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月椅式構(gòu)象特點：123456123456(1)六個C分別位于兩個平行平面（1，3，5共平面；2，4，6共平面，兩平面相距50pm)

2.椅式構(gòu)象特點及碳氫鍵的分類第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月a鍵(axialbonds):與對稱軸平行的鍵e鍵(equatorialbonds)：與對稱軸成109.5度的鍵(2)每個C上有兩個C-H鍵，其一為a鍵（直立）另一為e鍵（平伏）。即12個C-H鍵分為兩組，一組為a鍵，一組為e鍵。第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)相鄰兩組a鍵伸展方向相反，一個向上，一個向下，e鍵也如此。第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)上原子或基團的空間關系保持。3.構(gòu)象翻轉(zhuǎn)：當環(huán)己烷由一種椅式構(gòu)象翻轉(zhuǎn)為另一種椅式構(gòu)象時，原來的a鍵變成e鍵，原來的e鍵變成a鍵。由于六個碳上連接的都是氫原子，所以兩種椅式構(gòu)象完全等同。第27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月二.取代環(huán)己烷的構(gòu)象1.一取代環(huán)己烷的構(gòu)象第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月平衡有利于-CH3處于e鍵的構(gòu)象(優(yōu)勢構(gòu)象)，平伏鍵甲基環(huán)己烷比直立鍵甲基環(huán)己烷穩(wěn)定：7.1kJ/mol結(jié)論：取代基在e鍵上的構(gòu)象更穩(wěn)定。例：寫出甲基環(huán)己烷的的優(yōu)勢構(gòu)象第29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.多取代環(huán)己烷的構(gòu)象（ee型）優(yōu)勢構(gòu)象（aa型）（ea型）50%（ae型）50%穩(wěn)定性：順式>反式當兩個取代基相同時，以同時占據(jù)e鍵的最為穩(wěn)定，其次是一個占據(jù)e鍵，另一個占據(jù)a鍵；最不穩(wěn)定的是都占據(jù)鍵a的構(gòu)象。第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（ea型）優(yōu)勢構(gòu)象（ae型）(ee型）優(yōu)勢構(gòu)象（aa型）穩(wěn)定性：反式>順式兩個取代基不同時其優(yōu)勢構(gòu)象一般為體積較大基團處于e鍵，另外一個基團則按幾何構(gòu)型要求處于a鍵或e鍵的椅式構(gòu)象。第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)上同時有多個取代基時，則e鍵取代最多的一般都是最穩(wěn)定的構(gòu)象。較穩(wěn)定結(jié)論：1）一取代環(huán)已烷取代基在e鍵上的構(gòu)象較穩(wěn)定。2）二元取代的環(huán)己烷取代基相同時取代基都占據(jù)e鍵時，構(gòu)象較穩(wěn)定；當兩個取代基不同時，較大體積的取代基盡可能占據(jù)e鍵時，構(gòu)象較穩(wěn)定。3）多元取代的環(huán)己烷e鍵取代最多的構(gòu)象是最穩(wěn)定的構(gòu)象。第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月課堂練習：畫出下列各二元取代環(huán)己烷最穩(wěn)定的構(gòu)象。1）順-1-氯-2-溴環(huán)己烷2）反-1-甲基-4-乙基環(huán)己烷第33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月三.十氫化萘二環(huán)[4.4.0]癸烷烷式三萘順十氫化萘反十氫化萘

第34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月順式有構(gòu)象異構(gòu)體反式無構(gòu)象異構(gòu)體第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月本章要點1.環(huán)烷烴的命名（含螺環(huán)和橋環(huán)化合物）2.環(huán)烷烴的化學性質(zhì)3.環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性的解釋4.環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象及構(gòu)象分析。作業(yè)：41頁3.1,3.253頁3.4（2）（4）54頁3.5（2）（4）第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月習題課:一.命名下列化合物:第37頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月二.完成下列反應三.反應的機理與甲烷氯代相似,試寫出其