脂環(huán)烴教學(xué)課件

1、 u定義與分類定義與分類u脂環(huán)烴的命名脂環(huán)烴的命名 u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 u環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷的構(gòu)象 u脂環(huán)化合物的立體異構(gòu)脂環(huán)化合物的立體異構(gòu)u脂環(huán)烴的性質(zhì)脂環(huán)烴的性質(zhì) 主要內(nèi)容一一 、 定義與分類定義與分類 脂環(huán)烴脂環(huán)烴由碳原子相互連接成環(huán)，性質(zhì)與開由碳原子相互連接成環(huán)，性質(zhì)與開鏈烴相似的環(huán)狀碳?xì)浠衔铩ｆ湡N相似的環(huán)狀碳?xì)浠衔?。根?jù)根據(jù)環(huán)上碳原子的飽和程度不同，可將脂環(huán)烴環(huán)上碳原子的飽和程度不同，可將脂環(huán)烴分為環(huán)烷烴、環(huán)烯烴、環(huán)炔烴等分為環(huán)烷烴、環(huán)烯烴、環(huán)炔烴等。 脂環(huán)烴不飽和脂環(huán)烴環(huán)烯烴環(huán)二烯烴 環(huán)炔烴飽和脂環(huán)烴環(huán)烷烴如如如如. . . . . 環(huán)烷烴環(huán)烷烴可看作

2、是開鏈烷烴首尾碳可看作是開鏈烷烴首尾碳原子去掉原子去掉一個氫一個氫原子后互相連接起來的環(huán)狀原子后互相連接起來的環(huán)狀烴烴 ch2 ch2 ch2 ch2 ch2 ch2 ch2 ch2 ch2 ch2 ch2 ch2 ch2 ch2環(huán)烷烴的通式環(huán)烷烴的通式cnh2n與單烯烴一樣。與單烯烴一樣。環(huán)烴按碳環(huán)的大小可分為：環(huán)烴按碳環(huán)的大小可分為：小環(huán)：小環(huán)： 3-4 c的環(huán)；的環(huán)； 普通環(huán)：普通環(huán)： 5-7 c的環(huán)；的環(huán)；中環(huán)：中環(huán)： 8-12c的環(huán)；的環(huán)；大環(huán)：大環(huán)： 12以上以上c環(huán)；環(huán)；根據(jù)根據(jù)脂環(huán)烴分子中所含的碳環(huán)數(shù)目不脂環(huán)烴分子中所含的碳環(huán)數(shù)目不 同，分為單環(huán)、二環(huán)和多環(huán)脂環(huán)烴。同，分為單環(huán)

3、、二環(huán)和多環(huán)脂環(huán)烴。 二、 脂環(huán)烴的異構(gòu)和命名單環(huán)脂環(huán)烴單環(huán)脂環(huán)烴 二環(huán)脂環(huán)烴二環(huán)脂環(huán)烴 (甲甲) 橋環(huán)烴橋環(huán)烴 (乙乙) 螺環(huán)烴螺環(huán)烴 分子式為c5h10有碳架異構(gòu)、順反異構(gòu)、旋光異構(gòu)ch3ch3ch3c2h5ch3ch3ch3ch3hhhh環(huán)戊烷 甲基環(huán)丁烷 1,1-二甲基環(huán)丙烷乙基環(huán)丙烷 順-1,2-二甲基環(huán)丙烷 反-1,2-二甲基 環(huán)丙烷脂環(huán)烴的命名原則脂環(huán)烴的命名原則與相應(yīng)的脂肪烴基本相同，只是在名稱與相應(yīng)的脂肪烴基本相同，只是在名稱前加一環(huán)字前加一環(huán)字按取代基位置數(shù)字盡可能小的原則，將按取代基位置數(shù)字盡可能小的原則，將環(huán)編號環(huán)編號連有不同取代基時，根據(jù)次序規(guī)則，較連有不同取代基時，

4、根據(jù)次序規(guī)則，較優(yōu)基因給予較大編號優(yōu)基因給予較大編號同時有取代基及不飽和鍵時，不飽和鍵同時有取代基及不飽和鍵時，不飽和鍵以最小的號數(shù)表示以最小的號數(shù)表示單環(huán)脂環(huán)烴單環(huán)脂環(huán)烴 ch2ch2ch2ch2ch2即環(huán)戊烷ch3甲基環(huán)丁烷ch3ch31,2-二甲基環(huán)戊烷ch3h3cchch3即1-甲基-4-異丙基環(huán)己烷 反-1,4-二甲基環(huán)己烷 ch3hhch3ch3hhch3即ch33-甲基-1-環(huán)己烯ch35-甲基-1,3-環(huán)戊二烯二環(huán)脂環(huán)烴二環(huán)脂環(huán)烴 分子中含有兩個碳環(huán)的是雙環(huán)化合物。 聯(lián)二環(huán)己烷二環(huán)4,4,0癸烷螺4,4壬烷二環(huán)2,2,1庚烷(聯(lián)環(huán)烴)(螺環(huán)烴)(稠環(huán)烴)(橋環(huán)烴)兩環(huán)共用一個碳

5、原子雙環(huán)化合物的叫做螺環(huán)化合物；兩環(huán)共用兩個或更多個碳原子的叫做橋環(huán)化合物。 三、三、 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)的大小與環(huán)張力、環(huán)的穩(wěn)定性環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)環(huán)戊烷的結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn)事實(shí)：環(huán)環(huán)的穩(wěn)定性：三元環(huán)四元環(huán)五元、六元環(huán)的穩(wěn)定性：三元環(huán)四元環(huán)五元、六元環(huán) why? 結(jié)構(gòu)所致！環(huán)張力所致！環(huán)張力所致！環(huán)烷烴環(huán)烷烴的環(huán)張力越大，表明分子的能量越高，的環(huán)張力越大，表明分子的能量越高，穩(wěn)定性越差，越容易開環(huán)加成。穩(wěn)定性越差，越容易開環(huán)加成。 可用可用環(huán)烷烴每個環(huán)烷烴每個ch2單位的燃燒熱來表明環(huán)單位的燃燒熱來表明環(huán)張力的大小。張力的大小。 以上的數(shù)據(jù)說明：環(huán)越小，每個ch2的燃燒

6、熱越大，環(huán)張力越大。 一些環(huán)烷烴的燃燒熱如下所示一些環(huán)烷烴的燃燒熱如下所示：環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)物理方法測得，環(huán)丙烷分子中三個碳原子共平面。顯然，環(huán)丙烷中沒有正常的cc鍵，而是形成“彎曲鍵”： 由于環(huán)丙烷分子中的cc鍵不是沿軌道對稱軸實(shí)現(xiàn)頭對頭的最大重疊，而重疊較少，張力較大，具有較高的能量。根據(jù)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，環(huán)丙烷的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)該活潑，容易開環(huán)加成。 環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)：環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)： c：sp3雜化， 軌道夾角109.5若四個碳形成正四邊形，內(nèi)角應(yīng)為90角張力：109.59019.5 109.56049.5環(huán)丁烷的cc鍵也是“彎曲鍵”，但彎曲程度較小。 環(huán)丁烷較環(huán)丙

7、烷穩(wěn)定，但仍有相當(dāng)大的張力，屬環(huán)丁烷較環(huán)丙烷穩(wěn)定，但仍有相當(dāng)大的張力，屬不穩(wěn)定環(huán)，比較容易開環(huán)加成。不穩(wěn)定環(huán)，比較容易開環(huán)加成。 環(huán)丁烷中四個碳原子不共平面，這樣可使部分張力得以緩解。環(huán)戊烷的結(jié)構(gòu)：環(huán)戊烷的結(jié)構(gòu)： c：sp3雜化， 軌道夾角109.5 正五邊形內(nèi)角為108 角張力：109.51081.5可見可見，環(huán)戊烷分子中幾乎沒有什么角張力，故五，環(huán)戊烷分子中幾乎沒有什么角張力，故五元元環(huán)環(huán)比較穩(wěn)定，不易開環(huán)，環(huán)戊烷的性質(zhì)與開鏈比較穩(wěn)定，不易開環(huán)，環(huán)戊烷的性質(zhì)與開鏈烷烴烷烴相似相似。 環(huán)戊烷分子中的五個碳原子亦不共平面，而是以“信封式”構(gòu)象存在，使五元環(huán)的環(huán)張力可進(jìn)一步得到緩解。 環(huán)丁烷環(huán)丁

8、烷 鍵角鍵角111.5，四個，四個不在同一平面上。穩(wěn)定性比不在同一平面上。穩(wěn)定性比環(huán)丙烷強(qiáng)。環(huán)丙烷強(qiáng)。 環(huán)環(huán)戊烷戊烷鍵角接近鍵角接近109.5，五個，五個不在同一平面上。穩(wěn)定不在同一平面上。穩(wěn)定性比環(huán)丁烷強(qiáng)。性比環(huán)丁烷強(qiáng)。 環(huán)己烷環(huán)己烷 鍵角可維持在鍵角可維持在109.5， 六個六個不在同一平面上。不在同一平面上。 穩(wěn)定性強(qiáng)。穩(wěn)定性強(qiáng)。四、 環(huán)己烷的構(gòu)象椅式構(gòu)象和船式構(gòu)象椅式構(gòu)象的特點(diǎn)椅椅式構(gòu)象和船式構(gòu)象式構(gòu)象和船式構(gòu)象 環(huán)己烷分子中的六個碳不共平面，且六元環(huán)是無張力環(huán)，鍵角為109.5。環(huán)己烷有兩種構(gòu)象： 椅型船型穩(wěn)定不穩(wěn)定兩種構(gòu)象通過c-c單鍵的旋轉(zhuǎn)，可相互轉(zhuǎn)變；室溫下，環(huán)己烷主要在椅型構(gòu)

9、象存在(99.9%以上)。為什么椅型構(gòu)象穩(wěn)定? 船式與椅式翻轉(zhuǎn)，環(huán)己烷二種椅式構(gòu)象互換船式與椅式翻轉(zhuǎn)，環(huán)己烷二種椅式構(gòu)象互換椅型構(gòu)象：椅型構(gòu)象：654321123456所有兩個相鄰的碳原子的碳?xì)滏I都處于交叉式位置；所有環(huán)上氫原子間距離都相距較遠(yuǎn)，無非鍵張力。 船型構(gòu)象：船型構(gòu)象：123456123456hhc2-c3及c5-c6間的碳?xì)滏I處于重疊式位置； 船頭和船尾上的兩個碳?xì)滏I向內(nèi)伸展，相距較近， 比較擁擠，存在非鍵張力。 重點(diǎn)掌握椅型構(gòu)象。 環(huán)己烷的椅式構(gòu)象環(huán)己烷的椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象的特點(diǎn)椅式構(gòu)象的特點(diǎn)六個碳原子分布在相互平行的兩個平面上(上三，下三)：十二個碳?xì)滏I分為兩種類型：a鍵(直立鍵

10、)和e鍵(平伏鍵)，每個碳原子上都有一個a鍵和和一個e鍵： 由一種椅型構(gòu)象可翻轉(zhuǎn)為另一種椅象。同時，a、e 鍵互換： 為e 鍵為a 鍵鍵ae鍵 環(huán)上有取代基時，e鍵取代比a鍵取代更穩(wěn)定。hrrhhrrha鍵取代，r與 ch2處于順位交叉e鍵取代，r與 ch2處于對位交叉能量較低，含量較高能量較高，含量較低優(yōu)勢構(gòu)象非優(yōu)勢構(gòu)象clclclclclcl穩(wěn)定clclclclclcl能量相同ch3ch(ch3)2h3c穩(wěn)定ch(ch3)2ch3ch(ch3)2hhhh穩(wěn)定不例：五、五、 脂環(huán)化合物的立體異構(gòu)脂環(huán)化合物的立體異構(gòu)順反異構(gòu)順反異構(gòu)對映異構(gòu)對映異構(gòu)(1) 順反異構(gòu)順反異構(gòu)例例1：1,4-二甲基

11、環(huán)己烷的順反異構(gòu)二甲基環(huán)己烷的順反異構(gòu) ch3hhch3ch3hhch3即反-1,4-二甲基環(huán)己烷 順-1,4-二甲基環(huán)己烷 即hhch3ch3hch3hch3構(gòu)型式： 構(gòu)象式： h3c穩(wěn)定ch3ch3ch3hhhh穩(wěn)定不ch3ch3反-1,4-二甲基環(huán)己烷 順-1,4-二甲基環(huán)己烷 (2) 對映異構(gòu)對映異構(gòu) 例1：1,2-環(huán)丙烷二甲酸的對映異構(gòu) 對映體反式反式hhcoohhhhooccoohhooc( )i i( )i i i順式hhcooh( )ihooc內(nèi)消旋體六、六、 脂環(huán)烴的性質(zhì)脂環(huán)烴的性質(zhì) 1. 取代反應(yīng)取代反應(yīng) 2. 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 3. 加成反應(yīng)加成反應(yīng) a 加氫加氫 b 加

12、鹵素加鹵素 c 加鹵化氫加鹵化氫 4. 環(huán)烯烴的反應(yīng)環(huán)烯烴的反應(yīng)1，取代取代反應(yīng)反應(yīng) 五元、六元環(huán)易發(fā)生取代反應(yīng)。 + cl2cl光或熱+ hcl光或熱+ hcl+ cl2cl+ cl2cl+ hcl光或熱2，氧，氧化反應(yīng)化反應(yīng) 室溫下，環(huán)烷烴不能使kmno4褪色，據(jù)此可區(qū)別cc和cc。例： ch2=ch2kmno4紫色退去不退色在加熱或催化劑存在下，環(huán)烷烴可被氧化，產(chǎn)物因反應(yīng)條件而異： oho+ o2環(huán)烷酸鈷環(huán)己醇環(huán)己酮+ o2coohcooh(己二酸)濃硝酸3，加成反應(yīng)，加成反應(yīng) a 加氫加氫 + h2nich3ch2ch2ch3200 c。+ h2ni80 c。ch3ch2ch3+ h2ptch3(ch2)3ch3300 c。不易開環(huán)b加鹵素加鹵素 室溫+ br2brch2ch2ch2brccl4不易開環(huán)易開環(huán)+ br2取代產(chǎn)物取代產(chǎn)物+ br2br(ch2)4br+ br2(常溫下不反應(yīng)! )c 加鹵化氫加鹵化氫 + hbrch3ch2ch2brh2o易開環(huán)+ hbr不反應(yīng)不反應(yīng)+ hbr不易開環(huán)4 環(huán)烯烴的反應(yīng)環(huán)烯烴的反應(yīng) 環(huán)烯烴的性質(zhì)與開鏈烯烴類似，易加成、氧