1、第四章 环 烃, 脂环烃 芳香烃,一、分类及命名 (Classification and Nomenclature), 脂环烃,二、结构 (Structure),三、性质 (Properties),根据碳环数目分类,单环,双环及多环,脂环烃,螺环烃,桥环烃,芳香烃,一、分类及命名, 脂环烃,根据成环的碳原子数目分类,小环,普通环,中环,大环,环丙烷(cyclopropane),环丁烷(cyclobutane),环戊烷cyclopentane,环己烷(cyclohexane),C7C12, C13,通式： CnH2n.,定义：碳链具有环状的结构、性质上类似于开链饱和烃或不饱和烃的一类化合物。,命
2、名：,（一）、单环饱和脂环烃：环某烃，并且环上取代基的位次最小。,环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷,乙基环丙烷,3-甲基环己烯 3-methylcyclohexene,（二）、不饱和脂环烃：环上碳原子编号时，要使 双键或三键的位次最小。,1,3-环戊二烯 1,3-cyclopentadiene,1,5-二甲基-1,3环己二烯 1,5-dimethyl-1,3cyclohexadiene,当环上有复杂取代基时，可将环作为取代基命名。,2-甲基-1-环丙基-5-环戊基戊烷 1-cyclopropyl-2-methyl-5-cyclopentylpentane,异丙基环丙烷 isopropylcycl
3、opropane,1-环丙基丁烷 1-Cyclopropylbutane Butylcyclopropane,1,3-环己基丙烷 1,3-Dicyclohexylpropane,（三）、多环脂环烃的命名,1、桥环烃：具有两个或两个以上的碳环，碳环间共用两个或两个以上碳原子的环烃称为桥环烃。命名时编号顺序：,编号：,桥头碳,另一个桥头碳,回到桥头碳,二环2.2.1-2-庚烯 Bicyclo2.2.1-2-heptene,二环4.2.0辛烷 Bicyclo4.2.0octane,5,6-二甲基-二环 2.2.2-2-辛烯 5,6-dimethyl-bicyclo2.2.2-2-octene,2、螺
4、环烃：两个碳环共用一个碳原子的脂环烃称为螺环烃。构成螺环的共用碳原子特称为螺原子。,编号顺序：较小的环螺原子较大的环,螺3.5壬烷 Spiro3.5nonane,1-甲基螺3.5-5-壬烯 1-methylspiro3.-5-nonene,命名下列化合物：,练习：,二、 环烷烃的结构,1、环烷烃的燃烧热与环的稳定性,单元CH2的燃烧热，环的稳定性。,为什么小环化合物不稳定？,2、小环烷烃的结构,Baeyer理论 张力学说（1885年提出）：,环丙烷的结构及构象,电子云分布在两核连线的外侧，增加了试剂进攻的可能性，故具有不饱和烯烃的性质。,环丁烷的结构及构象,环戊烷的结构及构象,船式结构,椅式结
5、构,环己烷的结构及构象,在环烷烃分子中，由于环限制了碳碳单键的自由旋转；所以当环上两个碳原子连有不同的原子或基团时，就存在着顺反异构现象。,3、顺反异构,例如，1,2-二氯环丙烷就有顺式和反式两种异构体,对于成环的两个碳原子各有一个取代基，两个取代基位于环平面的同侧称为顺式；位于异侧，则称为反式。,顺-1，2-二甲基环丙烷,反-1，2-二甲基环丙烷,顺-1,2-二氯环丙烷 反-1,2-二氯环丙烷,椅式,船式,4、环己烷的结构及构象,183pm,eclipsed Hs,旗杆 H,锯架式,纽曼投影式,环己烷的船式构象,250pm,staggered,Staggered Hs,椅式 99.9% 船式
6、 0.1%,环己烷的椅式构象,a,e,a,e,环己烷椅式构象的画法,45.2Kj/mol 106 /s,环己烷的互变异构,e a,a e,二取代环己烷的构象,1,2-二取代环己烷的平面表示法,1,2-二取代环己烷,(1). 反-1-甲基-4-异丁基环己烷,有二个不同取代基的环己烷衍生物,(2). 顺-1-甲基-4-氯环己烷,规律： (1) 一元取代环己烷中，取代基在e键上为优势构象.,5% 95% (2) 多元取代环己烷中，e键多者为优势构象。 (3) 环上有不同取代基时，最大取代基处于e键上的构象最稳定。,5、稠环环烷烃 十氢化萘,手性分子：既无对称面，也无对称中心，有旋光性。,非手性分子：
7、有对称中心，无旋光性。,稳定性：反式 顺式,三、环烷烃的化学性质,（一）、加成反应,1、氢解,大环、中环化合物的化学性质与链烷烃相似。,小环和普通环化合物的性质对比如下：,2、酸 解,符合马氏规则，极性大的键易打开；三元环比四元环易发生此反应，其它环不发生此反应。,1,1,2-三甲基环丙烷 2,3-二甲基-2-溴丁烷,在高温或光照射下，环烷烃与烷烃一样能发生游离基取代反应。,（二）、取代反应,（三）、氧化反应,环烷烃不能被酸性高锰酸钾氧化,问题 如何用简便化学方法区别2-戊烯和环戊烷,苯系芳烃,非苯芳烃,单环芳烃,多环芳烃,稠环芳烃, 芳烃,分类 (Classification),单环芳烃,一
8、、同分异构及命名 (Isomerism and nomenclature) 二、苯的分子结构 (Structure of benzene) 三、性质 (properties) 四、定位效应的解释(Reactivity and Orientation) 五、稠环芳烃(Fused Arenes) 六、非苯芳烃,一、单环芳烃的同分异构及命名,1、二取代苯的同分异构,邻二甲苯 o-Dimethylbenzene o-Xylene,间二甲苯 m-Dimethylbenzene m-Xylene,对二甲苯 p-Dimethylbenzene p-Xylene,邻-硝基甲苯 o-Nitrotoluene,(
9、4-硝基氯苯) 4-nitro-1-bromobenzene,一、单环芳烃的同分异构及命名,2、三取代苯的同分异构,连三甲苯 1,2,3-Trimethylbenzene,均三甲苯 1,3,5-Trimethylbenzene,偏三甲苯 1,2,4-Trimethylbenzene,3、命名,均三甲苯 1,3,5-Trimethylbenzene,(1)、定母体,简单的取代基:环为母体,复杂的取代基:环为取代基,甲苯 toluene,乙苯 Ethylbenzene,(2)、编号,取代基位次最小,练习：,2-甲基-3-苯基戊烷 2-methyl-3-benzylpentane,1-乙基-5-丙基
10、-2-异丙基苯 1-ethyl-5-propyl-2-isopropylbenzene,硝基苯nitrobenzene,苯乙烯 Styrene (Vinylbenzene),苯乙炔 Phenylethylyne,-苯丙烯Allylbenzene,官能团优先次序：,-COOH-SO3H -COOR -CHO -OH-R,对甲基苯磺酸 p-Methylbenzenesulfonic acid,间甲基苯甲酸 m-Methylbenzoic acid,3-氨基-5-溴苯酚 3-animo-5-bromophenol,2-氨基-5-羟基苯甲醛 2-animo-5-hydroxybenzaldehyde,
11、邻羟基苯甲酸 o-Hydroxybenzoic acid,二、苯的结构,三、单环芳烃的性质,(一) 亲电取代反应 Electrophilic substitution reactions,卤代、硝化、磺化、烷基化、酰基化,(二) 加成反应 Addition reactions,催化氢化、加卤素,(三 ) 侧链的反应 Reactions of Side Chain,卤代反应、氧化反应,(一) 亲电取代反应 Electrophilic substitution reactions,1、卤代(Halogenation), + -,反应机理(mechanism of reaction)：,2、硝化(N
12、itration),反应机理：,3、磺化(Sulfonation),反应机理：,4、烷基化反应(Alkylation),烷基化试剂:卤代烃、烯烃、醇,5、酰基化反应(Acylation),(二) 加成反应 Addition reactions,1、 卤代 (halogenation),(三 ) 侧链的反应 Reactions of Side Chain,2、 氧化反应 (Oxidation reactions),-H氧化为COOH,四、苯环亲电取代反应的定位规律解释,表面看：,事实上：,1、邻、对位定位基：,-O-,-N(CH3)2,-NH2,-OH,-OR,-NHCOR,-CH3,R,-X,
13、-N+(CH3)3, -NO2, -CN, -SO3H, -CHO, -COR, -COOH, -COOR, -CONH2,2、间位定位基：,作用：使苯环活化,作用：使苯环钝化,(1) 甲基,(2) 羟基,共轭诱导,(3) 硝基,3、二元取代物的定位规律,(1) 、两个定位基一致服从共同确定的位置,(2) 作用矛盾,同类服从强的定位基,异类服从邻、对位定位基,选择合适的路线合成下列化合物,定位规律的应用,完成下列转变,先酰化，再硝化。,先磺化，再硝化。,烷基化、氯化、氧化。,五、 稠环芳香烃,萘,蒽、菲互为同分异构体，9、10位易取代。,致癌烃 (carcinogenic aromatic hydrocarbon),苯并b芘,六、非苯型芳香烃,即必须同时符合以下三个条件：环状共轭体系 环共平面性 环内有+个电子,环戊二烯负离子，电子数，有芳香性。,环丙烯正碳离子具有芳香性,
