1、第三章第三章 环烷烃环烷烃第一节第一节（单）环烷烃的异构和命名（单）环烷烃的异构和命名一、单环烷烃的异构一、单环烷烃的异构(通式通式 CnH2n)如环辛烷的构造异构如环辛烷的构造异构等.构造异构与立体异构构造异构与立体异构分子中原子或原子团在空间的排列方式分子中原子或原子团在空间的排列方式(相对位置相对位置)不同，不同，称为立体异构称为立体异构(构象异构、顺反异构、对映异构构象异构、顺反异构、对映异构)顺反异构：顺反异构：1,4-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 mp:-87 mp:-37.1mp:-87 mp:-37.1 bp:124 bp:119.4 bp:124 bp:119.4二、环烷
2、烃的命名二、环烷烃的命名与烷烃相似，某烷前面加与烷烃相似，某烷前面加“环环”，有取代基时，有取代基时，标出取代基位置标出取代基位置(自学自学)。第二节第二节 环烷烃的物理性质和化学性质环烷烃的物理性质和化学性质CH3CH3HHCH3CH3HHtrans-cis-一、物理性质一、物理性质 与烷烃相似与烷烃相似环烷烃比同数碳原子的直链烷烃熔点高环烷烃比同数碳原子的直链烷烃熔点高二、环烷烃的反应二、环烷烃的反应 高级环烷烃与烷烃相似高级环烷烃与烷烃相似一般五元环以上环烷烃的反应按烷烃处理一般五元环以上环烷烃的反应按烷烃处理室温下：室温下：H2Ni40oCCH3CH2CH3H2Ni100oCCH3CH
3、2CH2CH3H2Pt300oCCH3CH2CH2CH2CH3Br2BrCH2CH2CH2BrBrBr2hv与烷烃相似 加溴化氢加溴化氢氢加在含氢较多的碳上氢加在含氢较多的碳上(马氏规则马氏规则)，环丁烷、环戊烷不反应，环丁烷、环戊烷不反应氧化反应氧化反应三元环对氧化剂稳定，可与烯烃三元环对氧化剂稳定，可与烯烃(KMnO4溶液退色溶液退色)区别区别Br2BrBrCH3CH2CH2BrHBrCH3CH3CH2CHCH3BrHBrO2OOO 第三节第三节 环烷烃的来源和用途环烷烃的来源和用途石油中石油中0.1-1.0%0.1-1.0%环己烷及少量环戊烷和它们的取代物。环己烷及少量环戊烷和它们的取代
4、物。纯环己烷由苯加氢得到纯环己烷由苯加氢得到 其它单环烃可由其它单环烃可由 D-A D-A、武兹、锌粉、武兹、锌粉化工原料化工原料 脱卤素等反应制备脱卤素等反应制备 合成纤维的重要原料合成纤维的重要原料第四节第四节 环的张力环的张力 三元环化合物的反应活性小于含烯键的三元环化合物的反应活性小于含烯键的化合物，大于含四元环的化合物。化合物，大于含四元环的化合物。一、拜尔张力学说一、拜尔张力学说环上碳原子在同一平面上呈正多边形，多边形的内角大于或小环上碳原子在同一平面上呈正多边形，多边形的内角大于或小于正四面体的角于正四面体的角109o28，环中，环中C-C键角的变形会产生张力。键角的变形会产生张
5、力。变形程度越大，张力越大。张力使环的稳定性降低，张力越变形程度越大，张力越大。张力使环的稳定性降低，张力越大，反应活性越大。大，反应活性越大。H2催化剂催化剂O2OOH =较不稳定较不稳定 较稳定较稳定(对大环不适宜对大环不适宜)二、环烷烃的燃烧热二、环烷烃的燃烧热(P45)根据异构体燃烧热的大小可以推断其相对热化学稳定性根据异构体燃烧热的大小可以推断其相对热化学稳定性三、张力能三、张力能非键作用、键长变化、键角变化、扭转角变化非键作用、键长变化、键角变化、扭转角变化张力能张力能Enb+El+E+E Enb El E E 第五节第五节 环己烷的构象环己烷的构象主要以椅式构象存在，主要以椅式构
6、象存在，另有船式构象等另有船式构象等24o449o440o44-5o16 一、椅式构象一、椅式构象在环己烷分子中，六个碳原子不在同一平面内，碳碳键之间的在环己烷分子中，六个碳原子不在同一平面内，碳碳键之间的夹角可以保持夹角可以保持109.5张力能张力能Enb+El+E+E=0+0+0+0=0,=0+0+0+0=0,因因此环很稳定。此环很稳定。(氢原子范德华半径氢原子范德华半径120pm)平伏键（平伏键（e键）与直立键（键）与直立键（a键）键）在椅式构象中在椅式构象中C-HC-H键分为两类。第一类六个键分为两类。第一类六个C-HC-H键与分子的对称键与分子的对称轴平行，叫做直立键或轴平行，叫做直
7、立键或a a键（其中三个向环平面上方伸展，另键（其中三个向环平面上方伸展，另外三个向环平面下方伸展）；外三个向环平面下方伸展）；第二类六个第二类六个C-HC-H键与直立键形成接近键与直立键形成接近109.5109.5的夹角，平伏着向的夹角，平伏着向环外伸展，叫做平伏键或环外伸展，叫做平伏键或e e键键 a a键、键、e e键表示不明显键表示不明显C3 构象翻转构象翻转在室温时，环己烷的椅式构象可通过在室温时，环己烷的椅式构象可通过C-C键的转动键的转动（而不经过碳碳键的断裂），由一种椅式构象变为（而不经过碳碳键的断裂），由一种椅式构象变为另一种椅式构象，在互相转变中，原来的另一种椅式构象，在互
8、相转变中，原来的a键变成了键变成了e键，而原来的键，而原来的e键变成了键变成了a键键 二、船式构象二、船式构象 有 三、扭船式构象三、扭船式构象四种构象的变化过程四种构象的变化过程 由第一个椅式构象变到第二个椅式构象时，原来的由第一个椅式构象变到第二个椅式构象时，原来的a键变键变为为e键、原来的键、原来的e键变为键变为a键。两个椅式构象间的能垒为键。两个椅式构象间的能垒为44.3kJ/mol，室温下环己烷的椅式构象占，室温下环己烷的椅式构象占99.9%左右。左右。第六节第六节 取代环己烷的构象分析取代环己烷的构象分析一、一取代环己烷一、一取代环己烷 约占约占97 99.99%如果环己烷上有叔丁
9、基，一般叔丁基总是在如果环己烷上有叔丁基，一般叔丁基总是在e键。键。（书上（书上P51）CH(CH3)2C(CH3)3X(CH3)3C(CH3)3CX反式e-X 顺式a-X 二、二取代二、二取代环己烷的构象环己烷的构象（书上（书上P52）1,2-二甲基二甲基 环己烷环己烷1,3-二甲基环己烷二甲基环己烷 反式反式(较不稳定较不稳定)顺式顺式(较稳定较稳定)HCH3CH3HCH3HCH3HCH3HCH3HHCH3HCH3 1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷顺式顺式(较不稳定较不稳定)反式反式(较稳定较稳定)具有相同取代基时，具有相同取代基时，e e键上取代基越多的构象越稳定。键上取代基越多的构象越
10、稳定。取代基不同时，取代基不同时，较大取代基在较大取代基在e键上的构象较稳定键上的构象较稳定HCH3HCH3HCH3CH3HHHCH3CH3CH3CH3HH(CH3)3CHHCH3HC(CH3)3CH3H 三、环的平面表示法三、环的平面表示法 楔型键楔型键(实线、虚线实线、虚线)第七节第七节 其它单环烷烃的构象其它单环烷烃的构象一、小环一、小环环丙烷：现代物理方法测定，环丙烷分子中环丙烷：现代物理方法测定，环丙烷分子中键角键角 C-C-C=105.5 H-C-H=114C-C键长比烷烃小键长比烷烃小 E 0 E 0 El 0 Enb 0CH3CH3CH3CH3 环丙烷中的弯曲键：环丙烷中的弯曲
11、键：环丙烷分子中碳原子之间环丙烷分子中碳原子之间的的sp3杂化轨道是以弯曲键杂化轨道是以弯曲键（香蕉键）相互交盖的。（香蕉键）相互交盖的。键中，原子轨道交盖较小，键中，原子轨道交盖较小，因此容易断开。因此容易断开。环丁烷：环丁烷：与环丙烷相似，环丁烷分子中也存在着张力，与环丙烷相似，环丁烷分子中也存在着张力，但比环丙烷的小，在环丁烷分子中四个碳原子不在但比环丙烷的小，在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面上同一平面上 90o E 0 E 0 El 0 Enb 0 根据结晶学和光谱学的证明，环丁烷是以折叠构象根据结晶学和光谱学的证明，环丁烷是以折叠构象存在的，这种非平面型结构可以减少存在的，这种非
12、平面型结构可以减少C-H的重叠，的重叠，使扭转张力减小。使扭转张力减小。折叠构象与平面构象能量相差折叠构象与平面构象能量相差较小较小(6.3kJ/mol)，因此在平衡混合物中，平面构，因此在平衡混合物中，平面构象也占一定比例象也占一定比例，折叠构象 平面构象 折叠构象 环戊烷：环戊烷分子中，环戊烷：环戊烷分子中，C-C-C夹角为夹角为108接近接近sp3杂杂化轨道间夹角化轨道间夹角109.5环张力甚微，是比较稳定的环。环张力甚微，是比较稳定的环。第八节第八节 多环烃多环烃一、多环烃的命名一、多环烃的命名螺环烃螺环烃:两个碳环共用一个碳原子。两个碳环共用一个碳原子。螺烃的命名是根据螺环上碳原子的
13、螺烃的命名是根据螺环上碳原子的总数目叫做螺某烷。总数目叫做螺某烷。编号原则：从较小环中与螺原子相邻的一个碳原子开编号原则：从较小环中与螺原子相邻的一个碳原子开始，徒经小环到螺原子，再沿大环致所有环碳原子。始，徒经小环到螺原子，再沿大环致所有环碳原子。命名：根据成环碳原子的总数称为螺某烷，在方括号命名：根据成环碳原子的总数称为螺某烷，在方括号中标出各碳环中除螺碳原子以外的碳原子数目（小中标出各碳环中除螺碳原子以外的碳原子数目（小的数目排前，大的排后），其它同烷烃的命名。的数目排前，大的排后），其它同烷烃的命名。桥环烃桥环烃(及稠环烃及稠环烃)：分子中含有两个或多个碳环的多环：分子中含有两个或多个
14、碳环的多环化合物中，其中两个环共用两个化合物中，其中两个环共用两个(也叫稠环也叫稠环)或多个碳或多个碳原子的化合物称为桥环化合物。原子的化合物称为桥环化合物。编号原则：从桥的一端开始，沿最长桥编致桥的另一端，编号原则：从桥的一端开始，沿最长桥编致桥的另一端，再沿次长桥致始桥头，最短的桥最后编号。再沿次长桥致始桥头，最短的桥最后编号。命名：根据成环碳原子总数目称为环某烷，在环字后面命名：根据成环碳原子总数目称为环某烷，在环字后面的方括号中标出除桥头碳原子外的桥碳原子数（大的的方括号中标出除桥头碳原子外的桥碳原子数（大的数目排前，小的排后），其它同环烷烃的命名。数目排前，小的排后），其它同环烷烃的命名。有些桥环烃的命名常用习惯名：有些桥环烃的命名常用习惯名：顺十氢萘顺十氢萘高温高温反十氢萘反十氢萘(91%)思考题：思考题：三环三环2.2.1.02.2.1.02.62.6 庚烷庚烷 作业：问题作业：问题3.13.1，问题，问题3.23.2，问题问题3.43.4，问题，问题3.53.5以班为单位，下周二，交到以班为单位，下周二，交到讲台上。讲台上。1234567
