《有機(jī)化學(xué)》課件-第4章 脂環(huán)烴

有機(jī)化學(xué)第四章脂環(huán)烴學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解脂環(huán)烴的分類及環(huán)烷烴的大小與環(huán)的穩(wěn)定性的關(guān)系。2.了解環(huán)烷烴的構(gòu)造成異構(gòu)現(xiàn)象，掌握環(huán)烷烴和環(huán)烯烴的命名方法。3.熟悉環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)及其應(yīng)用。薄荷醇甾體化合物萜類化合物脂環(huán)烴的分類和命名脂環(huán)烴是指分子中含有碳環(huán)結(jié)構(gòu)，而性質(zhì)和脂肪烴相似的一類碳?xì)浠衔铩Ｒ?、脂環(huán)烴的分類根據(jù)脂環(huán)烴中成環(huán)碳原子數(shù)的多少可分為三元環(huán)、四元環(huán)、五元環(huán)、六元環(huán)等。根據(jù)碳環(huán)內(nèi)有無不飽和鍵，又可分為飽和脂環(huán)烴和不飽和脂環(huán)烴。本章重點(diǎn)介紹單環(huán)飽和脂環(huán)烴脂環(huán)烴的分類和命名一、脂環(huán)烴的分類單環(huán)飽和脂環(huán)烴亦稱環(huán)烷烴，環(huán)上碳原子彼此單鍵σ鍵相連。例如：CH2CH2H2CH2CH2CCH2CH2CH2CH2CH2H2CH2CA.B.C.環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)戊烷脂環(huán)烴的分類和命名一、脂環(huán)烴的分類不飽和脂環(huán)烴，環(huán)上含有不飽和鍵，含有雙鍵的叫環(huán)烯烴，含有三鍵的叫環(huán)炔烴。例如：D.E.CH2CH2HCCH2CH2HCH2CH2CCH2CH2CH2H2C—C≡C—環(huán)己烯環(huán)辛炔脂環(huán)烴的分類和命名一、脂環(huán)烴的分類為了方便，脂環(huán)化合物的構(gòu)造式，可以用簡(jiǎn)單的幾何圖形來表示。上述脂環(huán)烴構(gòu)造式可分別簡(jiǎn)寫為：又如：CH2H2CCH—CH2CH3CH—CH—CH3CH3CH2CH3—HCCH2CH2CH2可簡(jiǎn)寫為：可簡(jiǎn)寫為：—CH2CH3乙基環(huán)丙烷CH3——CH—CH3CH31—甲基—4—異丙基—環(huán)己烷A.B.C.D.E.≡脂環(huán)烴的分類和命名二、脂環(huán)烴的命名環(huán)烷烴的命名根據(jù)成環(huán)碳原子的數(shù)目，以相應(yīng)烷烴的名稱冠以“環(huán)”字叫環(huán)某烷。例如：環(huán)丙烷環(huán)己烷環(huán)辛烷脂環(huán)烴的分類和命名二、脂環(huán)烴的命名環(huán)上的支鍵作為取代基，若取代基不止一個(gè)時(shí)，則將成環(huán)碳原子編號(hào)，選取較小的取代基位次為1，然后將其他取代基位次按盡可能小的方向順序編號(hào)，取代基列出次序由小到大，并將取代基的位次和名稱寫在”環(huán)某烷”之前。CH3CH3CH3甲基環(huán)戊烷1，2—二甲基環(huán)己烷C2H5CH31—甲基—3—乙基環(huán)己烷—CH3C2H5CH3CH2CH2—1234561—甲基—2—乙基—4—正丙基環(huán)己烷脂環(huán)烴的分類和命名二、脂環(huán)烴的命名不飽和脂環(huán)烴環(huán)上含有不飽和鍵，含有雙鍵的叫環(huán)烯烴，含有三鍵的叫環(huán)炔烴。以不飽和碳環(huán)作為母體，環(huán)上連的支鏈作為取代基，環(huán)上碳原子的編號(hào)順序應(yīng)使不飽和鍵所在位次最小。對(duì)于只有一個(gè)不飽和鍵的脂環(huán)烴，不飽和鍵的位置可以不標(biāo)出來。例如：1234561212345H3C—環(huán)己烯3—甲基環(huán)戊烯1，3—環(huán)己二烯≡環(huán)辛炔脂環(huán)烴的分類和命名隨堂練一練給下列化合物命名：1.2.命名為：

。命名為：

。3.4.命名為：

。命名為：

。環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象環(huán)烷烴比相同碳原子數(shù)的烷烴少2個(gè)氫原子，所以環(huán)烷烴的通式為CnH2n

，與烯烴為同一個(gè)通式，因此環(huán)烷烴與相同碳原子數(shù)的烯烴互為構(gòu)造異構(gòu)體。例如：丙烯與環(huán)丙烷互為構(gòu)造異構(gòu)體n=3CH2CH2H2CC3H6（烯烴）CH3—CH＝CH2（丙烯）C3H6（環(huán)烷烴）（環(huán)丙烷）環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象可因成環(huán)碳原子數(shù)目的不同，取代基的不同（碳原子的數(shù)目和碳鏈構(gòu)造不同）以及取代基在環(huán)上相對(duì)位置的不同都可產(chǎn)生異構(gòu)現(xiàn)象。例如C5H10

的環(huán)烷烴，就有五種異構(gòu)體?！狢H3CH3H3C—CH3CH3環(huán)戊烷甲基環(huán)丁烷—CH2CH3乙基環(huán)丙烷1，1—二甲基環(huán)丙烷1，2—二甲基環(huán)丙烷環(huán)烷烴的物理性質(zhì)名稱熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃密度(20℃)/(g/Cm3)環(huán)丙烷—127.6—32.90.720(—79℃）環(huán)丁烷—80130.703(0℃)環(huán)戊烷—94490.745甲基環(huán)戊烷—142.4720.779環(huán)己烷—6.580.80.779甲基環(huán)己烷—126.5100.80.779環(huán)庚烷—121180.810環(huán)辛烷141490.836表4—1環(huán)烷烴的物理常數(shù)常溫下，環(huán)丙烷和環(huán)丁烷為氣體，環(huán)戊烷為液體，高級(jí)環(huán)烷烴為固體。環(huán)烷烴的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)和密度都比含相同數(shù)目碳原子的烷烴高。環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用環(huán)的大小與穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：中環(huán)＞普通環(huán)＞小環(huán)環(huán)的大小與化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系：五元以上環(huán)烷烴性質(zhì)相似烷烴，較穩(wěn)定，只能發(fā)生取代及氧化反應(yīng)Cl2/hrH2/Pt催化加氫H2/Ni催化加氫Cl不反應(yīng)不反應(yīng)小環(huán)烷烴不穩(wěn)定易發(fā)生開環(huán)反應(yīng)環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用開環(huán)加成反應(yīng)催化加氫更高溫度+H—HNi80℃CH3CH2CH3較高溫度+H—HNi200℃CH3CH2CH2CH3+H—HNi300℃以上CH3CH2CH2CH2CH3環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用加鹵素小環(huán)與溴發(fā)生加成反應(yīng)后，溴的紅棕色消失現(xiàn)象明顯，可用來鑒別三元環(huán)、四元環(huán)與烷烴。環(huán)戊烷、環(huán)己烷在加熱下也不易與溴發(fā)生加成反應(yīng)。+Br—BrCH2—CH2—CH2BrBrCCl4室溫1，3—二溴丙烷+Br—BrCH2—CH2—CH2—CH2BrBr△1，4—二溴丁烷環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用加鹵素+Br—BrCH2—CH2—CH2BrBrCCl4室溫1，3—二溴丙烷1，3—二溴丙烷——

對(duì)水生生物有毒，可能對(duì)水體環(huán)境產(chǎn)生長期不良影響。如何處理？環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用對(duì)接生活1,3-二溴丙烷和1,4-二溴丁烷是重要的有機(jī)合成原料，其中1,4-二溴丁烷主要用于合成鎮(zhèn)咳藥物氨茶堿、咳必清等。由1,4-二溴丁烷合成的藥環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用烷基環(huán)丙烷與鹵化氫進(jìn)行加成反應(yīng)時(shí)。環(huán)的破裂發(fā)生在含氫最多和含氫最少的兩個(gè)碳原子之間。例如：H3C—+H—BrCH3—CH—CH2—CH3Br2—溴丁烷H3CH3CCH3HHH+H—BrCH3—C—CH—CH3

CH3BrH3C2，3—二甲基—2—溴丁烷加鹵化氫環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用取代反應(yīng)+Br2Br紫外光或300℃+HBr溴代環(huán)戊烷+Cl2Cl紫外光或熱+HCl氯代環(huán)己烷環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用氧化反應(yīng)KMnO4水溶液室溫不能與環(huán)丙烷等環(huán)烷烴反應(yīng)，但在室溫下可以用高錳酸鉀水溶液來鑒別環(huán)烷烴和烯烴。當(dāng)環(huán)丙烷含有微量丙烯時(shí)，也可用高錳酸鉀水溶液洗滌除去丙烯。在加熱下利用強(qiáng)氧化劑或在催化劑存在下利用空氣或氧氣進(jìn)行氧化，則環(huán)烷烴也可被氧化。例如：OH空氣，環(huán)烷酸鈷（錳）125~165℃，0.8~1.5MPa+＝環(huán)己醇O環(huán)己酮環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用氧化反應(yīng)綜上所述，環(huán)烷烴既像烷烴又像烯烴。環(huán)戊烷和環(huán)己烷等較大的環(huán)比較穩(wěn)定像烷烴，主要進(jìn)行取代和氧化反應(yīng)，而環(huán)丙烷和環(huán)丁烷等小環(huán)容易開環(huán)與烯烴相似，易進(jìn)行開環(huán)加成反應(yīng)。環(huán)丙烷既可使溴水褪色（與烷烴區(qū)別），又不能使高錳酸鉀水溶液褪色（與烯烴區(qū)別）。環(huán)烯烴、環(huán)炔烴的性質(zhì)與相應(yīng)的烯烴、炔烴性質(zhì)相似。環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用完成下列反應(yīng)1.2.重要的環(huán)烷烴——環(huán)己烷脂環(huán)烴及其衍生物廣泛存在于自然界中，我們所熟悉的松節(jié)油、樟腦、薄荷、麝香及高效、低毒農(nóng)藥除蟲工菊素等都屬于脂環(huán)烴及其衍生物。石油是環(huán)烷烴的主要來源。石油中所含的環(huán)烷烴主要是環(huán)戊烷、環(huán)己烷及它們的烷基衍生物。環(huán)己烷是最重要的環(huán)烷烴。

環(huán)己烷為無色液體，沸點(diǎn)80.8℃、密度0.779g/Cm3，比水輕，易揮發(fā)和易燃燒，不溶于水而溶于有機(jī)溶劑。重要的環(huán)烷烴——環(huán)己烷工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)己烷主要采取石油鎦分分離法和苯催化加氫法，其中苯催化加氫法是目前普遍采用的方法，以鎳為催化劑，在180~250℃進(jìn)行苯的加氫生成環(huán)己烷。+3H2Ni180~250℃此反應(yīng)產(chǎn)率很高，而且產(chǎn)品純度也高。

環(huán)己烷是重要的化工原料，主要用于合成尼龍纖維。也是大量使用的工業(yè)溶劑，如用于塑料工業(yè)中，溶解導(dǎo)線涂層的樹脂，還用作油漆的脫漆劑等。不飽和度及其應(yīng)用一、不飽和度不飽和度又名缺氫指數(shù)，用希臘字母Δ表示，它是反映有機(jī)分子不飽和和度的量化標(biāo)志，由于烷烴分子飽和和度最大，規(guī)定其Δ=0，烴分子中每增加一個(gè)雙鍵盤或一個(gè)飽和脂環(huán)，氫原子就減少兩個(gè)，其不飽和度就增加1。烴及其衍生物的不飽和度的計(jì)算公式為：2C+2－H－X+N2Δ＝式中：C、H、X、N分別代表分子中碳、氫、鹵素、氮的原子數(shù)。一個(gè)單位的不飽和度相當(dāng)于一個(gè)雙鍵和一個(gè)飽和脂環(huán)結(jié)構(gòu)，對(duì)于含氧化合物，不飽和度與氧無關(guān)。不飽和度及其應(yīng)用二、不飽和度的應(yīng)用可以輔助判斷同分異構(gòu)體。本方法適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物，若兩種有機(jī)物互為同分異構(gòu)體，其分子式必相同，則其不飽和度也必然相等。也就是說，若兩個(gè)有機(jī)物的分子式相同，構(gòu)造式不同，當(dāng)其不飽和度相等時(shí)，兩個(gè)有機(jī)物一定互為同分異構(gòu)體，可以輔助推測(cè)有機(jī)物的構(gòu)造。根據(jù)化學(xué)性質(zhì)推測(cè)有機(jī)物的構(gòu)造，通常解題思路是先確定分子式，根據(jù)分子式確定其不飽和度，以此來初步推測(cè)分子中是否含有飽和脂環(huán)、苯環(huán)（苯環(huán)的Δ＝4）、、（Δ＝2)、（Δ＝1）及其他不飽和烴，然后根據(jù)各步化學(xué)性質(zhì)推出其各種可能的構(gòu)造，推出可能的構(gòu)造后，再從前后逐步驗(yàn)證。C＝C—C≡C—C＝O例題【例4—1】化合物A和B的分子式均為C4H6，室溫下它們都能使溴的CCl4溶液褪色，當(dāng)使用等物質(zhì)的量的樣品與溴反應(yīng)時(shí)；B所需溴的量是A的二倍；它們都能與HBr反應(yīng)，而得到C4H7Br的C和D；B能與硝酸銀的氨溶液作用生成白色沉淀。試推測(cè)A和B的構(gòu)造式，并寫出有關(guān)化學(xué)反應(yīng)式。2×4－6＋22解由A和B的分子式C4H8可以算出它的不飽和度Δ＝

＝2，A和B分子中可能含有兩個(gè)C＝C或一個(gè)—C≡Ｃ—或一個(gè)環(huán)烯烴構(gòu)造,它們?cè)谑覝叵露寄苁逛宓腃Cl4溶液褪色，當(dāng)使用等物質(zhì)的量的樣品與溴反應(yīng)時(shí)，B所需的量是A的二倍，它們都與HBr反應(yīng)，但得到C4H7Br的C和D，說明A分子是只含一個(gè)子C＝C雙鍵的環(huán)烯烴，A的構(gòu)造式可能是，B分子中可能含有一個(gè)—或兩個(gè)C＝C雙鍵。C≡Ｃ—例題又根據(jù)B能與硝酸銀的氨溶液作用生成白色沉淀，說明分子中含有—構(gòu)造，推測(cè)B的構(gòu)造式可能為CH3CH2，各步化學(xué)反應(yīng)式如下：C≡CHC≡CH+BrBr2CCl4BrBrACH3CH2

C≡CHBr2CCl4CH3CH2

C＝CHBrBrBr2CCl4CH3CH2

C＝CHBrBrBrBrB+HBrHBrCCH3CH2

C≡CHCH3CH2

C＝CH2BrD+HBr例題根據(jù)以上化學(xué)反應(yīng)驗(yàn)證，A、B的構(gòu)造分別為：A：B：CH3CH2

C≡CHCH3CH2

C≡CH+Ag（NH3）NO32CH3CH2

C≡CAg↓+NH4NO3+NH3（白色）B本章總結(jié)

環(huán)烷烴的通式為CnH2n，與烯烴相同,因此，環(huán)烷烴與相同碳原子數(shù)的烯烴互為同分異構(gòu)體。

環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)：可因成環(huán)碳原子的數(shù)目不同，取代基的不同以及取代基在環(huán)上位置的不同產(chǎn)生構(gòu)造異構(gòu)體。

環(huán)烷烴和單環(huán)環(huán)烯烴的命名與相應(yīng)的烷烴和烯烴相似，命名時(shí)在相應(yīng)的烷烴和烯烴名稱前加一”環(huán)”字。本章總結(jié)

環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)催化劑H2加成反應(yīng)加氫CH3—CH2—CH3催化劑H2CH3—CH2—CH2—CH3加鹵素CH2—CH2—CH2BrBrBr2室溫CH2—CH2—CH2—CH2BrBr△Br2加溴化氫—CH3CH3—CH—CH2—CH3BrHBrHBrCH3—CH2—CH2—Br加氫碘酸HICH3—CH—CH2—CH2I本章總結(jié)

環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)取代反應(yīng)氧化反應(yīng)溴代+Br2Br紫外光或加熱+HBr氯代+Cl2Cl紫外光或加熱+HClOH空氣，催化劑加熱，加壓+＝O習(xí)題⒈給下列化合物命名：⑴—CH2CH3CH3⑵CH3CHCH3⑶⑷CH2CH3CH3⑸—CH═CH—CH3CH2CH3C2H5⑹習(xí)題⒉寫出下列化