有機(jī)化學(xué)第五章脂環(huán)烴

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有機(jī)化學(xué)在有機(jī)化合物中，有一類分子中具有碳環(huán)結(jié)構(gòu)，性質(zhì)與鏈狀脂肪烴相似的有機(jī)化合物叫做脂肪族環(huán)烴，簡(jiǎn)稱脂環(huán)烴。脂環(huán)烴及其衍生物數(shù)目眾多，廣泛存在于自然界，如萜類、甾族和大環(huán)內(nèi)酯等，在生產(chǎn)和生活實(shí)際中具有重要應(yīng)用。從本節(jié)課開(kāi)始，我們就來(lái)學(xué)習(xí)脂環(huán)烴。第五章脂

環(huán)

烴有機(jī)化學(xué)高興制作本章要點(diǎn)與學(xué)習(xí)要求:【要點(diǎn)】

【學(xué)習(xí)要求】

3.環(huán)烷烴的性質(zhì)與用途1.了解脂環(huán)烴的分類，掌握脂環(huán)烴的命名方法

2.了解環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的關(guān)系3.掌握環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用4.掌握小環(huán)烷烴的鑒別方法

1.脂環(huán)烴的分類與命名方法2.環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性下一頁(yè)第五章脂

環(huán)

烴有機(jī)化學(xué)第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)

下一頁(yè)第五章脂

環(huán)

烴一、脂環(huán)烴的分類

有機(jī)化學(xué)1.按分子中有無(wú)不飽和鍵分類

（1）飽和脂環(huán)烴又叫環(huán)烷烴，分子中沒(méi)有不飽和鍵例如:

環(huán)戊烷環(huán)己烷CH2

（可簡(jiǎn)寫(xiě)為）

CH2CH2CH2CH2（可簡(jiǎn)寫(xiě)為）CH2CH2CH2CH2CH2CH2下一頁(yè)第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)（2）不飽和脂環(huán)烴

分子中含有雙鍵和叁鏈的脂環(huán)烴為不飽和脂例如:環(huán)烴，包括環(huán)烯烴和環(huán)炔烴

環(huán)辛炔環(huán)戊二烯（可簡(jiǎn)寫(xiě)為）

CHCHCH2CHCHCH2CHCH2CH2CHCH2（可簡(jiǎn)寫(xiě)為）環(huán)己烯（可簡(jiǎn)寫(xiě)為）

CC

CH2CH2CH2CH2CH2CH2下一頁(yè)2.

按分子中碳環(huán)的數(shù)目分類

第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)（1）單環(huán)脂環(huán)烴（可簡(jiǎn)寫(xiě)為）（可簡(jiǎn)寫(xiě)為）二環(huán)[4，4，0]癸烷（十氫萘）

螺[2、4]庚烷分子中只有一個(gè)碳環(huán)的為單環(huán)脂環(huán)烴（2）多環(huán)脂環(huán)烴分子中含有兩個(gè)以上碳環(huán)的為多環(huán)脂環(huán)烴例如:下一頁(yè)第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)二、脂環(huán)烴的異構(gòu)現(xiàn)象(單環(huán)烷烴)

與單烯烴互為同分異構(gòu)體，但不是同一系列

通式：

CnH2n

(n≥3)

化學(xué)式結(jié)構(gòu)式異構(gòu)體

C3H6環(huán)丙烷

C4H8環(huán)丁烷無(wú)甲基環(huán)丙烷下一頁(yè)第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)化學(xué)式結(jié)構(gòu)式異構(gòu)體

C5H10環(huán)戊烷

甲基環(huán)丁烷乙基環(huán)丙烷

1,1-二甲基環(huán)丙烷

1,2-二甲基環(huán)丙烷

順1，2-二甲基環(huán)丙烷

反1，2-二甲基環(huán)丙烷

下一頁(yè)第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)三、脂環(huán)烴的命名方法1.單環(huán)烷烴的命名

與烷烴相似，只在烷烴名稱前加上“環(huán)”字。環(huán)上有支鏈時(shí)，需將環(huán)上碳原子編號(hào)，以標(biāo)明支鏈的位置。編號(hào)以使取代基所在位次最小為原則，當(dāng)環(huán)上有兩個(gè)以上不同取代基時(shí)，則按“次序規(guī)則”決定基團(tuán)排列的先后。

第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)例如

：1-甲基-2-乙基環(huán)丙烷1,1-二甲基-3-乙基環(huán)戊烷下一頁(yè)1-甲基-4-乙基環(huán)己烷環(huán)十二烷CH2CH3CH3第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)2.

環(huán)烯烴的命名命名時(shí)，先給環(huán)上碳原子編號(hào)以標(biāo)明雙鍵的位次和支鏈的位次。編號(hào)應(yīng)使雙鍵的位次最小，有支鏈時(shí)則應(yīng)使支鏈的位次盡可能小。下一頁(yè)例如

：

1，3-環(huán)戊二烯（簡(jiǎn)稱環(huán)戊二烯）5-甲基-1，3-環(huán)戊二烯（不能叫1-甲基-2，4-環(huán)戊二烯）3-甲基-1-環(huán)己烯（簡(jiǎn)稱3-甲基環(huán)己烯）

【練習(xí)】給下列化合物命名下一頁(yè)第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)（1）

（2）

（3）

（5）

（4）

下一頁(yè)第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)四、脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性

在環(huán)烷烴分子中，每個(gè)碳原子都與另外四個(gè)原子相連，成鍵軌道是sp3雜化的。

1．小環(huán)（三元、四元環(huán)）

彎曲鍵：在環(huán)丙烷分子中，三個(gè)碳原子在同一平面上連接成環(huán)，形成一個(gè)正三角形。它們的sp3雜化軌道不可能沿鍵軸方向重疊。相鄰兩個(gè)碳原子的兩個(gè)sp3雜化軌道，在形成C—C鍵時(shí)，其對(duì)稱軸不在同一條直線上，而是以彎曲方向重疊，形成的C—C鍵是彎曲的，形似“香蕉”，稱做“彎曲鍵”。

下一頁(yè)環(huán)丙烷的彎曲鍵

第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)鍵角張力：

下一頁(yè)彎曲鍵比正常的σ鍵軌道重疊程度小，鍵角也小于109.5°，實(shí)驗(yàn)測(cè)得，環(huán)丙烷分子中C—C鍵的鍵角為104°。相當(dāng)于軌道向內(nèi)壓縮形成的鍵，這種鍵具有向外擴(kuò)張、恢復(fù)正常鍵角的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)叫做鍵角張力。環(huán)丙烷由于分子內(nèi)成鍵軌道重疊程度小，鍵角張力大，所以內(nèi)能較高，很不穩(wěn)定，容易破環(huán)變成穩(wěn)定的鏈狀化合物。環(huán)丁烷的情形與環(huán)丙烷相似，所以也不穩(wěn)定。第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)2．大環(huán)（五元、六元環(huán)）

（1）船式排列：

環(huán)己烷分子中的六個(gè)碳原子在空間有兩種排列方式下一頁(yè)

C1、C2、C4、C5在一個(gè)平面上，C2和C6在平面上面。形狀象只船，C3和C6相當(dāng)船頭和船尾，故稱“船式”。船式排列

第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)（2）椅式排列：

C1、C2、C4、C5在一個(gè)平面上，C6和C3分別在平面的下面和平面的上面，很象椅腳和椅背，故稱“椅式”。下一頁(yè)椅式排列

第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)小環(huán)與大環(huán)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性比較化合物鍵角軌道重疊

鍵角張力內(nèi)能穩(wěn)定性環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)己烷(船式)環(huán)己烷（椅式）104°90°109.5°109.5°小小大（空間距離近）大（空間距離遠(yuǎn)）大大無(wú)無(wú)高高較低低差差一般好下一頁(yè)第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)

【本課小結(jié)】1．脂環(huán)烴分類

環(huán)的結(jié)構(gòu)不同

飽和脂環(huán)烴：環(huán)烷烴

不飽脂環(huán)烴

環(huán)烯烴

環(huán)炔烴

環(huán)的數(shù)目不同

單環(huán)脂環(huán)烴

多環(huán)脂環(huán)烴

2．脂環(huán)烴的異構(gòu)

構(gòu)造異構(gòu)

順?lè)串悩?gòu)：支鏈在空間的位置不同

下一頁(yè)第五章脂環(huán)烴第一節(jié)脂環(huán)烴的分類、異構(gòu)、命名和結(jié)構(gòu)

【本課小結(jié)】3．脂環(huán)烴的命名

4．環(huán)的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性

單環(huán)烷烴：同烷烴相似，在母體名前加“環(huán)”字

單環(huán)烯烴：同烯烴相似，在母體名前加“環(huán)”字

三元、四元環(huán)：非正常鍵角，有張力，內(nèi)能高，不穩(wěn)定，易破環(huán)

五元、六元環(huán)：維持或接近正常鍵角，無(wú)張力，較穩(wěn)定，不易破環(huán)

【作業(yè)】下一頁(yè)同

學(xué)

們

再

見(jiàn)

!

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下一頁(yè)1．脂環(huán)烴的基本概念和命名

2．脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)脂環(huán)烴結(jié)構(gòu)的討論，我們知道了小環(huán)與大環(huán)的結(jié)構(gòu)差異，這些差異導(dǎo)致了小環(huán)與大環(huán)的化學(xué)穩(wěn)定性也不相同，這節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)環(huán)烷烴的性質(zhì)。

第五章脂

環(huán)

烴有機(jī)化學(xué)第二節(jié)脂環(huán)烴的性質(zhì)

下一頁(yè)第五章脂

環(huán)

烴一、環(huán)烷烴的物理性質(zhì)

有機(jī)化學(xué)1.物態(tài)

常溫常壓下：

C3～C4的環(huán)烷烴為氣體C5～C11的環(huán)烷烴為液體高級(jí)環(huán)烷烴為固體

2.熔點(diǎn)、沸點(diǎn)

同碳數(shù)的環(huán)烷烴的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)>開(kāi)鏈烷烴。

隨C數(shù)目↑而↑

變化規(guī)律：下一頁(yè)第五章脂環(huán)烴第二節(jié)脂

環(huán)

烴

的

性

質(zhì)

一、環(huán)烷烴的物理性質(zhì)3.相對(duì)密度

相應(yīng)的開(kāi)鏈烷烴

<

環(huán)烷烴

<

14.溶解性

不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑原因：相似相溶，環(huán)烷烴是非極性分子下一頁(yè)二、環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)

1.取代反應(yīng)例如:

在光照或加熱的情況下，環(huán)戊烷和環(huán)己烷能與鹵素

發(fā)生取代反應(yīng)，生成鹵代環(huán)烷烴。

+BrBrBr+HBrH

光

或加熱

溴代環(huán)戊烷

第五章脂環(huán)烴第二節(jié)脂

環(huán)

烴

的

性

質(zhì)下一頁(yè)2.加成反應(yīng)(1)催化加氫在催化劑作用下，環(huán)丙烷和環(huán)丁烷等小環(huán)烷烴可以開(kāi)環(huán)發(fā)生加氫反應(yīng)，生成開(kāi)鏈烷烴。

例如:

雷內(nèi)鎳80℃+HHCH3CH2CH3

雷內(nèi)鎳200℃+HHCH3CH2CH2CH3小環(huán)的加氫反應(yīng)對(duì)于研究小環(huán)穩(wěn)定性具有參考價(jià)值

第五章脂環(huán)烴第二節(jié)脂

環(huán)

烴

的

性

質(zhì)下一頁(yè)2.加成反應(yīng)(2)加鹵素

環(huán)丙烷和環(huán)丁烷都能與鹵素發(fā)生開(kāi)環(huán)加成反應(yīng)。其中環(huán)丙烷與鹵素的加成常溫下就可進(jìn)行，環(huán)丁烷需加熱才能進(jìn)行。

例如:1，3-二溴丙烷室溫+BrBrBrBrCH2CH2CH2

第五章脂環(huán)烴第二節(jié)脂

環(huán)

烴

的

性

質(zhì)下一頁(yè)2.加成反應(yīng)(2)加鹵素1，4-二溴丁烷

雷內(nèi)鎳200℃+BrBrCH2CH2CH2CH2BrBr例如:用途：小環(huán)與溴發(fā)生加成反應(yīng)后，溴的紅棕色消失，現(xiàn)象變化明顯，可用于鑒別三元、四元環(huán)烷烴。

第五章脂環(huán)烴第二節(jié)脂

環(huán)

烴

的

性

質(zhì)下一頁(yè)2.加成反應(yīng)(3)加鹵化氫

環(huán)丙烷和環(huán)丁烷都能與鹵化氫發(fā)生加成反應(yīng)，生成開(kāi)鏈一鹵代烷烴。例如:1-溴丙烷

+HBrBrCH3CH2CH2第五章脂環(huán)烴第二節(jié)脂

環(huán)

烴

的

性

質(zhì)1-溴丁烷+HBrCH3CH2CH2CH2Br下一頁(yè)(3)加鹵化氫例如:分子中帶有支鏈的小環(huán)烷烴在發(fā)生開(kāi)環(huán)加成反應(yīng)時(shí)，其斷鍵位置通常發(fā)生在含氫較多與含氫較少的成環(huán)碳原子之間。與鹵化氫等不對(duì)稱試劑加成時(shí)，符合馬氏規(guī)則。

2-氯丁烷

ClCH3CHCH2CH3ClH+CH3CH2CH2CH第五章脂環(huán)烴第二節(jié)脂

環(huán)

烴

的

性

質(zhì)下一頁(yè)3.氧化反應(yīng)例如:環(huán)烷烴在常溫下不能與一般的氧化劑（如高錳酸鉀的水溶液）發(fā)生氧化反應(yīng)。若環(huán)的支鏈上含有不飽和鍵時(shí)，則不飽和鍵被氧化斷裂，而環(huán)不發(fā)生破裂。

CHCHCH3KMnO4COOHCH3COOH+

用途：小環(huán)烷烴能與溴加成但不能被高錳酸鉀溶液氧化，可利用這一性質(zhì)將其與烷烴、烯烴或炔烴區(qū)別開(kāi)來(lái)。第五章脂環(huán)烴第二節(jié)脂

環(huán)

烴

的

性

質(zhì)下一頁(yè)3.氧化反應(yīng)如果在加熱下用強(qiáng)氧化劑，或在催化劑存在下用空氣作氧化劑，環(huán)烷烴也可發(fā)生氧化反應(yīng)。

用途：工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮的方法之一。例如:+O2OH+O環(huán)烷酸鈷125～165℃