第二章 烷烴和環(huán)烷烴

第二章烷烴和環(huán)烷烴第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三一．環(huán)烷烴(cycloalkane)環(huán)烷烴的類型(單)環(huán)烷烴通式：CnH2n橋環(huán)烴（稠環(huán)）橋環(huán)烴螺環(huán)烴（與烯烴通式相同）第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三以環(huán)為母體，名稱用“環(huán)”（英文用“cyclo”）開頭。環(huán)外基團作為環(huán)上的取代基普通環(huán)烷烴的命名環(huán)丙烷環(huán)己烷甲基環(huán)丙烷cyclopropanecyclohexanemethyl-cyclopropane1,3-二甲基環(huán)己烷1-甲基-4-異丙基環(huán)己烷1,3-dimethyl-cyclohexane1-isopropyl-4-methylcyclohexane取代基位置數(shù)字取最小第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三順反異構(gòu)用“順”或“反”注明基團相對位置。英文用“cis”和“trans”表示。順-1,3-二甲基環(huán)戊烷(cis-1,3-dimethylcyclopentane)反-1,3-二甲基環(huán)戊烷（兩者為對映異構(gòu)體）(trans-1,3-dimethylcyclopentane)順反異構(gòu)體鏡面第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三環(huán)可作為取代基（稱環(huán)基）相同環(huán)連結(jié)時，可用詞頭“聯(lián)”開頭。環(huán)丙基環(huán)己烷3-甲基-4-環(huán)丁基庚烷聯(lián)環(huán)丙烷cylcopropylcyclohexane4-cyclobutyl-3-methylheptanebicyclopropane第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三橋環(huán)烴（Bridgedhydrocarbon）的命名橋頭碳：幾個環(huán)共用的碳原子，環(huán)的數(shù)目：斷裂二根C—C鍵可成鏈狀烷烴為二環(huán)；斷裂三根C—C鍵可成鏈狀烷烴為三環(huán)橋頭碳原子數(shù)：不包括橋頭C，由多到少列出環(huán)的編號方法：從橋頭開始，先長鏈后短鏈橋頭碳原子十氫萘二環(huán)[4.4.0]癸烷bicyclo[4.4.0]decane橋頭間的碳原子數(shù)

(用"."隔開)環(huán)的數(shù)目組成橋環(huán)的碳原子總數(shù)第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三8-甲基二環(huán)[4.3.0]壬烷用","隔開bicyclo[2.2.1]heptane8-methylbicyclo[4.3.0]nonane三環(huán)[2.2.1.02,6]庚烷tricyclo[2.2.1.02,6]heptane二環(huán)[2.2.1]庚烷2,7,7-三甲基二環(huán)[2.2.1]庚烷

2,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]heptane第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三螺環(huán)烴（spirohydrocarbon）的命名編號從小環(huán)開始取代基數(shù)目取最小螺[4.5]癸烷spiro[4.5]decane4-甲基螺[2.4]庚烷4-methylspiro[2.4]heptane除螺C外的碳原子數(shù)

(用"."隔開)組成橋環(huán)的碳原子總數(shù)第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三環(huán)烷烴的其它命名方法:Decahydro-naphthalene十氫萘萘naphthalene莰烷2-莰酮（樟腦）camphanecamphor立方烷金剛烷cubaneadamantane按形象命名按衍生物命名第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三環(huán)烷烴的性質(zhì)每個CH2的燃燒(KJ/mol)

每個CH2的燃燒熱(KJ/mol)小環(huán)C3C4環(huán)丙烷697.1環(huán)丁烷686.1中環(huán)C8C11環(huán)辛烷663.8環(huán)壬烷664.6環(huán)癸烷663.6普通環(huán)C5C7環(huán)戊烷664.0環(huán)己烷658.6環(huán)庚烷662.4大環(huán)C12環(huán)十四烷658.6環(huán)十五烷659.0對比：開鏈烷烴每個CH2的燃燒熱：658.6KJ/mol環(huán)烷烴的燃燒熱數(shù)據(jù)環(huán)的大小與穩(wěn)定性穩(wěn)定性小環(huán)普通環(huán)中環(huán)>>第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三環(huán)的大小與化學性質(zhì)五元以上環(huán)烷烴鏈狀烷烴性質(zhì)相似小環(huán)環(huán)烷烴活潑，易開環(huán)!!!第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三小環(huán)化合物的特殊性質(zhì)——

易開環(huán)加成）小環(huán)化合物的催化加氫（打開一根C-C鍵）主要產(chǎn)物支鏈多較穩(wěn)定第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三小環(huán)化合物與鹵素的反應（離子型）加成反應自由基取代反應注意區(qū)分：第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三小環(huán)化合物與HI或H2O/H2SO4的反應反應選擇性與碳正離子穩(wěn)定性有關(guān)第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)及構(gòu)象環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)角張力（anglestrain）：

環(huán)的角度與sp3軌道夾角差別引起的張力Newman投影式所有C-H鍵均為重疊式構(gòu)象，有扭轉(zhuǎn)張力平面型第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三環(huán)丁烷的構(gòu)象若為平面型分子穩(wěn)定構(gòu)象角張力扭轉(zhuǎn)張力角張力稍增加,扭轉(zhuǎn)張力明顯減小90o重疊式構(gòu)象扭曲式構(gòu)象88o第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三環(huán)己烷的結(jié)構(gòu)及構(gòu)象如果環(huán)己烷的6個碳原子在同一平面上:

將有角張力

將有扭轉(zhuǎn)張力偏離109.5oC-H重疊環(huán)己烷不是平面型分子第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三環(huán)己烷碳架是折疊的椅式構(gòu)象(chairform)船式構(gòu)象(boatform)C2,C3,C5,C6共平面兩者互為構(gòu)象異構(gòu)體第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三椅式構(gòu)象H~H之間距離均大于H的VanderWaal’s半徑之和（2.40?）2.50?2.49?2.49?交叉式第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三環(huán)己烷椅式構(gòu)象的畫法相間的兩根鍵相互平行（畫Z字形）六個碳原子交替分布在兩個平面上每個碳均有一根C-H鍵在垂直方向，上平面的向上畫，下平面的向下畫其它C-H鍵分別向左（左邊的三個）或向右（右邊的三個），且上下交替第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三兩種類型C-H鍵a鍵(axialbond)豎鍵,直鍵,直立鍵e鍵(equatorialbond)橫鍵,平鍵,平伏鍵第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三椅式構(gòu)象中C-H鍵的順反關(guān)系相鄰碳上的a鍵和e鍵為順式兩個相鄰的a鍵（或e鍵）為反式a鍵和e鍵的相互轉(zhuǎn)換翻轉(zhuǎn)后,原來的a鍵轉(zhuǎn)變?yōu)閑鍵,而e鍵轉(zhuǎn)變?yōu)閍鍵第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三船式構(gòu)象2.27?2.27?1.84?有幾組H~H之間距離均小于H的VanderWaal’s半徑之和（2.40?）重疊式（有扭轉(zhuǎn)張力）旗桿鍵第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三環(huán)己烷的其它構(gòu)象式半椅式(halfchairform)扭船式(twistboatform)椅式船式椅式第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三半椅式構(gòu)象5個碳在同一平面上有角張力（C－C鍵角接近120o）平面碳上的C-H鍵為重疊式構(gòu)象（有較大的扭轉(zhuǎn)張力）扭船式構(gòu)象>1.84?扭曲式構(gòu)象第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三各種環(huán)己烷構(gòu)象的勢能圖第26頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三本次課