1、本章主要内容: 1.环烷烃、环烯烃的命名. 2.环烷烃的化学性质. 3.不同环烷烃的结构及其稳定性. 4.环己烷构象的基本概念及稳定性分析.,第五章 脂环烃,5.1.1 脂环烃的定义、分类 脂环烃定义:结构上具有环状碳骨架,而性质上与脂肪烃相似的烃类,总称脂环烃. 根据饱和程度分类:饱和脂环烃:环烷烃不饱和脂环烃: 环烯烃;环二烯烃环炔烃环烷烃:脂环饱和,通式为CnH2n,如环丙烷,环己烷.环烯烃:脂环含双键,通式为CnH2n-2.如环己烯. 根据环数的多少分类: 单环化合物多环化合物(螺环、桥环),脂环烃,5.1 脂环烃的定义、分类和命名,环丙烷(简式):环丁烷 (简式): :甲基环丙烷 (
2、简式): 环己烯 环戊二烯,CH3,同分异构体,螺环化合物:两个碳环共用一个碳原子. 桥环化合物:两个碳环共用两个或以上碳原子.,螺2.4庚烷,双环2.2.1庚烷,螺原子,桥头碳,桥头碳,双环化合物(分子中含有两个碳环)的结构:,(1)环烷烃的命名 a. 以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名. b. 根据环状母体含碳原子的数目称为“环某烷”. c. 取代基较多时,命名时应把取代基的位置标出. d. 环上碳原子编号,以取代基所在位置的号码加和最小为原则.例1: 1,2-二甲基环戊烷,5.1.2脂环烃的命名:,例2: 例3:,1,1,4-三甲基环己烷,次序小的取代基编号优先,1-甲基-3-乙基环
3、己烷,取代基位置值加和最小,a. 以不饱和碳环为母体,侧链为取代基. b. 碳环上的编号顺序:不饱和键所在的位置号码最小.只有一个不饱和键的环烯(或炔)烃,双键或叁键位置可不标.,环辛炔,环戊烯,1,3-环己二烯,(2) 环烯(炔)烃的命名,由于碳原子连接成环,环上C-C单键不能自由旋转.只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团,就有构型不同的顺、反异构体.,顺-1,4-二甲基环己烷, 环烷的顺反异构:,反-1,4-二甲基环己烷,例: 1,4-二甲基环己烷,c. 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1; d.若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序先使双键所在位置号码最小
4、,再考虑以侧链位置号码的加和数为最小.,3-甲基-1-环己烯 不是:6-甲基-1-环己烯,1-甲基-1-环己烯 不是:2-甲基-1-环己烯,例1,例2,带有侧链的环烯烃命名:,CH3,CH3,1,2,6,5-甲基-1,3-环戊二烯,CH3,1,2,5,3,4,5,3,4,1,6-二甲基-1-环己烯,例3,例4,有取代基的双键碳先编号,双键位次和最小,环烷烃的熔点和沸点都比同碳数的烷烃要高一些. 相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻.脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似. 环烷烃的化学特性:三、四元环结构不稳定,易开环;五、六元环结构较稳定,一般不会开环.,(一) 物理性质,(二) 化学性质,5.2
5、 脂环烃的性质,(1) 取代反应-在光或热的引发下发生卤代反应，（自由基反应）.,光,光,热,5.2.1 环烷烃的反应,思考题1,由下列指定化合物合成相应的卤化物， 用Cl2还是Br2？为什么？,(1),(2),解: (1) 用溴化,因溴化反应有选择性;3H 2H 1H.(2) 用氯化、溴化均可。,Cl2更活泼,Ni 80,Ni 200,Pt 300,条件渐高,(2) 开环反应-也叫加成反应.,(A) 催化加氢,环丙烷的烷基衍生物与HX加成，环的破裂发生在含H最多和最少的两个碳原子之间，且符合马氏规律.,四碳环不易开环，在常温下与卤素，卤化氢不反应。,(B) 加卤素或卤化氢,下列反应的产物是什
6、么？,1,1,2-三甲基环丙烷与HBr及 H2SO4的加成反应:HBr ? H2SO4 ? (CH3)2CCH(CH3)2OH,思考题2,H2O/,+,在常温下环烷烃与一般氧化剂(KMnO4,O3)不反应. 在加热、强氧化剂作用或催化剂存在时，可被空气氧化成各种氧化产物. 例如:CH2CH2COOHCH2CH2COOH,HNO3,Ba(OH)2,如何鉴别环丙烷与烯烃 ?,环己烷,己二酸,环戊酮,思考题3,(3) 氧化反应:,思考题4,下列环烯烃的氧化产物是什么?,直链烷烃每增加一个CH2,燃烧热增值基本一定,平均为658.6 kJ/mol. 环烷烃的通式为CnH2n,每增加一个 CH2,燃烧热
7、会增加.燃烧热为Hc,则平均每个 CH2 的燃烧热为Hc/n.-环丙烷的 Hc/n 为697.1 kJ/mol,比烷烃的每个 CH2高38.5 kJ/mol.这个差值就是环丙烷分子中每个 CH2的张力能.-环丙烷的总张力能38.53=115.5 kJ/mol,张力能,总张力能,5.3 环烷烃的环张力和稳定性,环丙烷的总张力能38.5 3 = 115.5 kJ/mol 环丁烷的总张力能27.6 4 = 110.4 kJ/mol 环戊烷的总张力能5.4 5 = 27.0 kJ/mol环庚烷的总张力能3.7 7 = 25.9 kJ/mol 环辛烷的总张力能5.0 8 = 40.0 kJ/mol .环
8、丙烷,环丁烷不稳定,容易开环;环己烷和以 上的大环化合物的张力能很小或等于零,它们都 是稳定的化合物.,环己烷的总张力能为 0,环烷烃的张力能越大,能量越高,分子越不稳定.,烷烃是sp3杂化,键角109.5,环烷烃的碳也是sp3 杂化,但键角不一定一样., 键轨道的交盖,交盖较好,5.4.1 环丙烷的结构- C-C弯曲键的形成:,交盖较差,弯曲成环,5.4 环烷烃的结构,弯曲键比一般的 键交盖少,但具有较高的能量. 这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力. 由于氢原子的构象重叠而引起的张力叫扭转张力.,这样的键与一般的键不一样,它的电子云没有轨道轴对称,而是分布在一条曲线上,故常称弯曲键.
9、,104 109.5,环丙烷张力能高,结构不稳定.,弯曲键,内角60,内角90. 四个碳原子不在一个平面上,通过折叠来降低C-H键的重叠，减小扭转张力.,环丁烷中的弯曲键,环丁烷的折叠式构象,5.4.2 环丁烷的结构,实际构象:折叠环的形式-“信封式”构象.,分子张力不大,因此环戊烷的化学性质比较稳定.,不是平面结构.因C-H键的重叠,有较大扭转张力，因此实际构象会因为降低张力的需要而改变。.,环戊烷的构象,5.4.3 环戊烷的结构,环己烷不是平面结构,较为稳定的构象为折叠的椅型构象和船型构象.C-C-C键角基本保持109.5,任何两个相邻的C-H键都是交叉式的.椅型构象是无环张力，结构稳定(
10、99.9%以上).,纽曼投影式,透视式,环己烷的椅型构象,5.4.4 环己烷的结构,(1) 椅型构象,所有键角也接近109.5,故也没有角张力.但相邻C-H键却并非全是交叉的.C2和C3上的C-H 键,以及C5和C6上的 C-H键都是重叠式的.C1和C4上两个向内伸的H由于距离较近而相互排斥,也使分子的能量有所升高.,透视式,纽曼投影式,环己烷的船型构象,(2) 船型构象,(3) 环己烷椅型构象中碳原子的空间分布,A,A线为构象的对称轴， 垂直于两个平面.,(4) 椅型构象中的两种 C-H 键,a键 (直立键:与A平行),e键 (平伏键:与A成 109.5),C2,C4,C6共平面P C1,C
11、3,C5共平面P,椅型构象通过C-C键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型.,a键(axial bond),e键(equatorial bond),椅型构象的翻转,两种椅型构象是等同的分子(环上连接都是H原子).,取代环己烷呢?,(5) 构象的翻转,两种椅型构象是两种不同结构的分子. 甲基连在a键上的构象具有较高的能量,比较不稳定 平衡体系中e键甲基环己烷占95%,a键的占5%,同一平面上的比较,(6) 甲基环己烷椅型构象的翻转,若环上有多个取代基,往往是 e 键取代基最多的构象最稳定. 若环上有不同取代基,则体积大的取代基连在 e键上的构象最稳定. 例1: 1,2-二甲基环己烷，顺式如下：,
12、同一平面上的比较. 两个甲基在同侧为顺: a,e 两个甲基在异侧为反: a,a;e,e.,反式(e,e)比顺式的稳定. （a,a）实际上不存在（能量太高）, 取代基在e键上的构象较稳定.,叔丁基在 e 键上的构象比在 a 键上的另一种构象要稳定的多.,例2: 顺-4-叔丁基环己醇的两种构象,分子式为C4H6的甲、乙、丙三个化合物高温催化加氢都得到正己烷。甲与浓KMnO4作用生成CH3CH2COOH;乙生成 ;丙生成 .请推测甲、乙、丙三个化合物的结构.,炔烃，环烯烃，二烯烃的通式均为CnH2n-2. 甲 CH3CH2CCH ; 乙 丙 CH2=CHCH=CH2,CH2COOH CH2COOH,COOH COOH,思考题5,本章小结,1.环烷烃通式CnH2n, 2.环烷烃可进行X2取代和与H2、X2、HX等开环加成反应 3.环烷烃由于环张力（角张力与扭转张力）作用，小环不稳定，五、六元环结构稳定. 5.环己烷的椅式构象最稳定，取代环己烷构象中取代基在e键的结构较稳定。,
