1、第五章第五章 脂环烃脂环烃 教材教材: :徐寿昌徐寿昌 主编主编 高等教育出版社高等教育出版社有机化学有机化学 Organic Chemistry作业（作业（P109P109）1 (11 (1、3 3、4 4、7)7)2 (42 (4、6)6)4 (14 (1、5)5)6 6、8 8 9 9第五章第五章 脂环烃脂环烃 脂环烃脂环烃-结构上具有环状碳骨架结构上具有环状碳骨架,而性质上与脂肪烃相而性质上与脂肪烃相似的烃类似的烃类,总称脂环烃总称脂环烃.环烷烃环烷烃-饱和的脂环烃叫环烷烃饱和的脂环烃叫环烷烃.通式通式CnH2n.环丙烷环丙烷 CH2-CH2 简写简写: CH2环丁烷环丁烷 CH2-C
2、H2 简写简写: CH2-CH2甲基环丙烷甲基环丙烷 CH2 简写简写: CH-CH3 CH2CH3同分异构体同分异构体5.1 脂环烃的定义和命名脂环烃的定义和命名(A) 以碳环作为母体以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名环上侧链作为取代基命名;(B) (B) 环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前 加一加一“环环”字字.(C) 取代基较多时取代基较多时,命名时应把取代基的位置标出命名时应把取代基的位置标出.(D) 环上碳原子编号环上碳原子编号,以取代基所在位置的号码最以取代基所在位置的号码最 小为原则小为原则.例例1:命名命名(与烷烃相似与烷烃相似):
3、1,2-二甲基环戊烷二甲基环戊烷CH3CH312345 例例2: 例例3:1,1,4-三甲基环己烷三甲基环己烷*小取代基为小取代基为1位位.1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷 由于碳原子连接成环由于碳原子连接成环,环上环上C-C单键不能自由旋转单键不能自由旋转.只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团,就有构型不同的顺反异构体就有构型不同的顺反异构体.顺顺-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷环烷的顺反异构环烷的顺反异构:例例: 1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷反反-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷自学自学桥环化合物的命名、桥环化合物的命名、螺化合物
4、的命名螺化合物的命名 环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃要高一些环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃要高一些. 相对密度也比相应的烷烃高相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻但比水轻. 脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似. 具有环状结构的特性具有环状结构的特性5.2 脂环烃的性质脂环烃的性质(一一) 物理性质物理性质(二二) 化学性质化学性质 -在光或热的引发下发生卤代反应在光或热的引发下发生卤代反应.5.2.1 环烷烃的反应环烷烃的反应(1) 取代反应取代反应+Cl2Cl+HCl+Cl2Cl+HCl+Br2Br+HBr光光光光热热 由下列指定化合物合成相应的卤化物，由
5、下列指定化合物合成相应的卤化物， 用用Cl2还是还是Br2？为什么？为什么？CH3CH3XX(1)(2)解解: (1) 用溴化用溴化,因溴化反应有选择性因溴化反应有选择性,3H 2H 1H； (2) 用氯化、溴化均可。用氯化、溴化均可。CH2CH2CH2CH3反应生成的反应生成的有支链有支链的化合物稳定：的化合物稳定：(2) 开环反应开环反应-也叫加成反应也叫加成反应.(A) 催化加氢催化加氢+H2CH3CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH2CH3Ni80Ni200Pt300 环丙烷环丙烷的烷基衍生物与的烷基衍生物与HX加成，环的破裂发生在含加成，环的破裂发生
6、在含H最多最多和和最少最少的两个碳原子之间，且的两个碳原子之间，且符合马氏符合马氏规律规律.(B) 加卤素或卤化氢加卤素或卤化氢四碳环不易开环四碳环不易开环，在常温下与卤素，卤化氢不反应。，在常温下与卤素，卤化氢不反应。+Br2BrCH2CH2CH2BrCCl4+HCH3CH2CH2BrH2OBrCH3CHCH2 + HBr CH3CHCH2CH3CH2Br 在在常温常温下，下，环烷烃环烷烃与一般氧化剂与一般氧化剂(KMnO4,O3)不反不反应；应； 在加热，强氧化剂作用或催化剂存在时，可用空气在加热，强氧化剂作用或催化剂存在时，可用空气氧化成各种氧化产物：氧化成各种氧化产物：例例: CH2C
7、H2COOH CH2CH2COOH HNO3(3) 氧化反应氧化反应:Ba(OH)2O思考：如何鉴别环丙烷与烯烃思考：如何鉴别环丙烷与烯烃 ? 5.3 5.3 环烷烃的环张力和稳定性环烷烃的环张力和稳定性 燃烧热、张力能的概念燃烧热、张力能的概念 环烷烃的张力越大，能量越高，体系越不环烷烃的张力越大，能量越高，体系越不稳定。稳定。 环己烷为无张力环。环己烷为无张力环。 思考：思考：为什么大多数环烷烃有张力，且环为什么大多数环烷烃有张力，且环丙烷、环丁烷的张力特别大？丙烷、环丁烷的张力特别大？ 烷烃是烷烃是sp3杂化杂化,键角键角109.5,环烷烃的碳也是环烷烃的碳也是sp3杂杂化化,但键角不一
8、定一样但键角不一定一样. C-C 键的形成键的形成 键轨道的交盖键轨道的交盖交盖较好交盖较好5.4 环烷烃的结构环烷烃的结构5.4.1 环丙烷的结构环丙烷的结构交盖较差交盖较差弯曲键比一般的弯曲键比一般的 键弱键弱,并且具有较高的能量并且具有较高的能量.这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力角张力.由于构象是重叠式而引起的张力叫由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力扭转张力.这样的键与一般的这样的键与一般的 键不键不一样一样,它的电子云没有轨道它的电子云没有轨道轴对称轴对称,而是分布在一条曲而是分布在一条曲线上线上,故常称故常称弯曲键弯曲键.内角内角60
9、 内角内角90. 四个碳原子不在一个平面上四个碳原子不在一个平面上.环丁烷中的键环丁烷中的键环丁烷的构象环丁烷的构象折叠式构象折叠式构象5.4.2 环丁烷的结构环丁烷的结构 实际构象实际构象:折叠环的形式折叠环的形式-“信封式信封式”构象构象.分子张力不大分子张力不大,因此环戊烷的化学性质比较稳定因此环戊烷的化学性质比较稳定. 不是平面结构不是平面结构.因因C-H键的重叠键的重叠,有较大扭转张力有较大扭转张力.5.4.3 环戊烷的结构环戊烷的结构 环己烷不是平面结构环己烷不是平面结构,较为稳定的构较为稳定的构象为折叠的椅型构象和船型构象象为折叠的椅型构象和船型构象. -稳定稳定(99.9%以上
10、以上) C-C-C键角基本保持键角基本保持109.5,任何两任何两个相邻的个相邻的C-H键都是键都是交叉式交叉式的的.椅型构椅型构象无张力环象无张力环.纽曼投影式纽曼投影式透视式透视式环己烷的椅型构象环己烷的椅型构象5.4.4 环己烷的结构环己烷的结构(1) 椅型构象椅型构象 所有键角也接近所有键角也接近109.5,故也没有角故也没有角张力张力.但相邻但相邻C-H键却并非全是交叉键却并非全是交叉的的.C-2和和C-3上的上的 C-H 键键,以及以及C-5和和C-6上的上的 C-H键都是重叠式的键都是重叠式的. C-1和和C-4上两个向内伸的上两个向内伸的H由于距由于距离较近而相互排斥离较近而相
11、互排斥,也使分子的能量也使分子的能量有所升高有所升高.透视式透视式纽曼投影式纽曼投影式环己烷的船型构象环己烷的船型构象(2) 船型构象船型构象(3) 环己烷椅型构象中碳原子的空间分布环己烷椅型构象中碳原子的空间分布AA线为构象的线为构象的对称轴对称轴(4) 椅型构象中的两种椅型构象中的两种 C-H 键键 a键键 (直立键直立键) e键键 (平伏键平伏键)与对称轴与对称轴成成 109.5 通过通过C-C键的不断扭动键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型一种椅型翻转为另一种椅型 为为 a键键 为为e键键椅型构象的翻转椅型构象的翻转两种椅型构象是两种椅型构象是等同的分子等同的分子.(5) 构象的翻转
12、构象的翻转椅式结椅式结构构船式结构船式结构甲基连在甲基连在a键上的构象具有较高的能量键上的构象具有较高的能量,比较不稳定比较不稳定平衡体系中平衡体系中e键甲基环己烷占键甲基环己烷占95%,a键的占键的占5%同一平面同一平面上的比较上的比较(6) 甲基甲基环己烷椅型构象的翻转环己烷椅型构象的翻转 若有多个取代基若有多个取代基,往往是往往是 e 键键取代基最多取代基最多的构象最稳的构象最稳定定. 若环上有不同取代基若环上有不同取代基,则则体积体积大的取代基连在大的取代基连在 e键键上上的构象最稳定的构象最稳定.例例1: 1,2-二甲基环己烷，顺式如下：二甲基环己烷，顺式如下：同一平面上的比较同一平面上的比较.在同侧为在同侧为顺顺, a,e在异侧为在异侧为反反.a,a;e,e.反式反式(e,e)比顺式的稳定比顺式的稳定. （a,a）实际上不存在（能量太高）实际上不存在（能量太高）取代基在取代基在e键上的构象较稳定键上的构象较稳定. 叔丁基在叔丁基在 e 键上的构象比在键上的构象比在 a 键上的另一种构象键上的另一种构象要稳定的多要稳定的多.例例2: 顺顺-4-叔丁基环己醇的两种构象叔丁基环己醇的两种构象本章小结本章小结 环状烃与链烃在性质上的相似性和不同点环状烃与链烃在性质上的相似性和不同点 环烃的构象环烃的构象 环己烷构象环己烷构象
