第五章環(huán)烷烴

1、第五章第五章 脂環(huán)烴脂環(huán)烴基本要求：基本要求：（1）、）、 掌握脂環(huán)烴的命名掌握脂環(huán)烴的命名（2）、掌握小環(huán)（三元環(huán)、四元環(huán)）的化學(xué)特性。）、掌握小環(huán)（三元環(huán)、四元環(huán)）的化學(xué)特性。（3）、了解環(huán)的大小與穩(wěn)定性的關(guān)系。）、了解環(huán)的大小與穩(wěn)定性的關(guān)系。（4）、掌握環(huán)已烷、取代環(huán)己烷的構(gòu)象。）、掌握環(huán)已烷、取代環(huán)己烷的構(gòu)象。一、脂環(huán)烴的分類一、脂環(huán)烴的分類5脂環(huán)烴的分類及命名脂環(huán)烴的分類及命名脂環(huán)烴脂環(huán)烴飽和脂環(huán)烴飽和脂環(huán)烴不飽和脂環(huán)烴不飽和脂環(huán)烴脂環(huán)烴脂環(huán)烴單環(huán)烴單環(huán)烴多環(huán)烴多環(huán)烴小環(huán)小環(huán)C3-C4中環(huán)中環(huán)C5-C12大環(huán)大環(huán)C12以上以上螺環(huán)烴、橋環(huán)烴螺環(huán)烴、橋環(huán)烴二、脂環(huán)烴的命名二、脂環(huán)烴的命

2、名1.單環(huán)烴的命名：?jiǎn)苇h(huán)烴的命名： 環(huán)烷烴的命名與烷烴相似，只是在烷字的前環(huán)烷烴的命名與烷烴相似，只是在烷字的前面加上一面加上一“環(huán)環(huán)”字，稱為環(huán)某烷字，稱為環(huán)某烷環(huán)丙烷環(huán)丙烷 環(huán)己烷環(huán)己烷 編號(hào)時(shí)，有兩個(gè)以上不同的取代基時(shí)，以含編號(hào)時(shí)，有兩個(gè)以上不同的取代基時(shí)，以含碳最少碳最少(次序規(guī)則排序小次序規(guī)則排序小)的取代基作為的取代基作為1位。使環(huán)位。使環(huán)上取代基的位次盡可能最小。上取代基的位次盡可能最小。 1 甲基甲基 4 異丙基環(huán)己烷異丙基環(huán)己烷 1 甲基甲基 2 乙基環(huán)戊烷乙基環(huán)戊烷 若環(huán)上取代基比較復(fù)雜，環(huán)作為取代基，鏈烴若環(huán)上取代基比較復(fù)雜，環(huán)作為取代基，鏈烴為母體。為母體。 6 6 甲

3、基甲基 2 2 環(huán)丙基辛烷環(huán)丙基辛烷 2.多環(huán)化合物的命名：多環(huán)化合物的命名： 1）、螺環(huán)化合物的命名：）、螺環(huán)化合物的命名： 螺環(huán)烴：分子中兩個(gè)碳環(huán)共用一個(gè)碳原子。螺環(huán)烴：分子中兩個(gè)碳環(huán)共用一個(gè)碳原子。 單螺環(huán)，根據(jù)成環(huán)碳原子的總數(shù)稱為螺某烴，再分單螺環(huán)，根據(jù)成環(huán)碳原子的總數(shù)稱為螺某烴，再分別把兩個(gè)碳環(huán)除螺原子后的碳原子數(shù)，用數(shù)字表示，別把兩個(gè)碳環(huán)除螺原子后的碳原子數(shù)，用數(shù)字表示，按小的在前、大的在后的次序放在按小的在前、大的在后的次序放在“螺螺”與某烴之與某烴之間的間的方括號(hào)方括號(hào)中，數(shù)字之間用中，數(shù)字之間用下角圓點(diǎn)下角圓點(diǎn)“. .”隔開(kāi)。螺隔開(kāi)。螺環(huán)的編號(hào)是從小環(huán)中與螺原子相鄰的一個(gè)碳原

4、子開(kāi)環(huán)的編號(hào)是從小環(huán)中與螺原子相鄰的一個(gè)碳原子開(kāi)始，始，編完小環(huán)再編螺原子和大環(huán)編完小環(huán)再編螺原子和大環(huán)。如果螺環(huán)有取代。如果螺環(huán)有取代基或不飽和鍵，則繞環(huán)的方向應(yīng)加選擇，務(wù)使取代基或不飽和鍵，則繞環(huán)的方向應(yīng)加選擇，務(wù)使取代基或不飽和鍵處于最小的位次?；虿伙柡玩I處于最小的位次。螺2.4庚烷螺4.4壬烷1，7-二甲基螺2.4壬烷6-甲基-1-乙基螺4.5癸烷2）.橋環(huán)化合物的命名：橋環(huán)化合物的命名： 橋環(huán)烴橋環(huán)烴 ：兩個(gè)環(huán)共用兩個(gè)或兩個(gè)以上碳原子；共有：兩個(gè)環(huán)共用兩個(gè)或兩個(gè)以上碳原子；共有的兩個(gè)碳原子為橋頭，兩橋頭之間的碳鏈為橋。的兩個(gè)碳原子為橋頭，兩橋頭之間的碳鏈為橋。 確定母體名稱。以參與

5、成環(huán)碳原子總數(shù)（不含確定母體名稱。以參與成環(huán)碳原子總數(shù)（不含支鏈）稱為某烴；支鏈）稱為某烴；注明環(huán)數(shù)。用二環(huán)、三環(huán)等注明環(huán)數(shù)。用二環(huán)、三環(huán)等做詞頭，切斷成為鏈烴的次數(shù)為環(huán)數(shù)；做詞頭，切斷成為鏈烴的次數(shù)為環(huán)數(shù)；找出橋找出橋頭碳原子頭碳原子 ，數(shù)出每條橋所含的碳原子數(shù)（橋頭數(shù)出每條橋所含的碳原子數(shù)（橋頭碳不計(jì)），按由多到少的次序用數(shù)字表示，放在碳不計(jì)），按由多到少的次序用數(shù)字表示，放在詞頭和母體名稱之間的方括號(hào)中，數(shù)字之間用下詞頭和母體名稱之間的方括號(hào)中，數(shù)字之間用下角圓點(diǎn)角圓點(diǎn)“.”隔開(kāi)；隔開(kāi)；將橋環(huán)碳原子編號(hào)。從一個(gè)將橋環(huán)碳原子編號(hào)。從一個(gè) 橋頭碳原子開(kāi)始沿最長(zhǎng)的橋到另一橋頭碳原子，橋頭碳原子

6、開(kāi)始沿最長(zhǎng)的橋到另一橋頭碳原子，再沿次長(zhǎng)的橋編回到起始橋頭碳原子再沿次長(zhǎng)的橋編回到起始橋頭碳原子, , 再循次次再循次次長(zhǎng)橋編號(hào)，依次類推。如果環(huán)上有取代基，則從長(zhǎng)橋編號(hào)，依次類推。如果環(huán)上有取代基，則從靠近取代基的橋頭開(kāi)始編號(hào)，使取代基最小的位靠近取代基的橋頭開(kāi)始編號(hào)，使取代基最小的位次，然后將取代基的位次和名稱放在詞頭之前，次，然后將取代基的位次和名稱放在詞頭之前，即得化合物的全名。即得化合物的全名。二環(huán)二環(huán)4.2.04.2.0辛烷辛烷二環(huán)二環(huán)3.2.13.2.1辛烷辛烷1 1，2 - 2 - 二甲基二環(huán)二甲基二環(huán)2.2.02.2.0己烷己烷2 2，8 8，8 -8 - 三甲基二環(huán)三甲基二

7、環(huán)3.2.13.2.1辛烷辛烷2 2，9 - 9 - 二二甲基二環(huán)甲基二環(huán)4.3.04.3.0壬烷壬烷52脂環(huán)烴的性質(zhì)脂環(huán)烴的性質(zhì)一、一、 取代反應(yīng)取代反應(yīng)H+ ClClhCl+ HCl環(huán)戊烷環(huán)戊烷 環(huán)戊基氯環(huán)戊基氯(93%)+Br2300 C o Br+HBr二、二、 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)+O2OHT P三、三、 小環(huán)反應(yīng)小環(huán)反應(yīng) 催化氫化催化氫化 與鹵素反應(yīng)與鹵素反應(yīng)小環(huán)環(huán)烷烴，小環(huán)環(huán)烷烴，環(huán)的張力，易于開(kāi)環(huán)，發(fā)生加成反應(yīng)環(huán)的張力，易于開(kāi)環(huán)，發(fā)生加成反應(yīng) 與鹵化氫反應(yīng)與鹵化氫反應(yīng) 環(huán)丙烷的烷基衍生物與環(huán)丙烷的烷基衍生物與HXHX加成時(shí)，符合馬氏加成時(shí)，符合馬氏規(guī)則，氫原子加在含氫較多的碳原子上

8、，規(guī)則，氫原子加在含氫較多的碳原子上，X X- -負(fù)負(fù)離子加在含氫最少的碳原子上。離子加在含氫最少的碳原子上。H3CCH CH2CH2+ HBrCH3CHCH2CH2BrH 小環(huán)烴不與高錳酸鉀反應(yīng)，但能使溴水褪色，小環(huán)烴不與高錳酸鉀反應(yīng)，但能使溴水褪色，可用于鑒別?？捎糜阼b別。53環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性 環(huán)烷烴隨著環(huán)的大小不同，其穩(wěn)定性不盡相同。環(huán)烷烴隨著環(huán)的大小不同，其穩(wěn)定性不盡相同。 拜耳的張力學(xué)說(shuō)：拜耳的張力學(xué)說(shuō)： 當(dāng)碳與其他原子連結(jié)時(shí)，當(dāng)碳與其他原子連結(jié)時(shí)，任何兩個(gè)鍵之間夾角都為四面體角任何兩個(gè)鍵之間夾角都為四面體角(109.5(109.5) ) 碳環(huán)中的碳原子都在同

9、一平面內(nèi)碳環(huán)中的碳原子都在同一平面內(nèi), ,鍵角與鍵角與 109.109. 相差越大越不穩(wěn)定。環(huán)丙烷是三角形，夾角是相差越大越不穩(wěn)定。環(huán)丙烷是三角形，夾角是6060不能是不能是1091092828，必須壓縮到適應(yīng)環(huán)的，必須壓縮到適應(yīng)環(huán)的幾何形狀，這些與正常的四面體鍵角（幾何形狀，這些與正常的四面體鍵角（109.5109.5）的偏差，引起了分子的張力，力圖恢復(fù)正常鍵角，的偏差，引起了分子的張力，力圖恢復(fù)正常鍵角，這種力稱做角張力，這樣的環(huán)叫做這種力稱做角張力，這樣的環(huán)叫做“張力環(huán)張力環(huán)”。 環(huán)烷烴的穩(wěn)定性：環(huán)烷烴的穩(wěn)定性：環(huán)己烷環(huán)己烷 環(huán)戊烷環(huán)戊烷 環(huán)丁烷環(huán)丁烷 環(huán)丙烷環(huán)丙烷環(huán)的張力越小，相應(yīng)的環(huán)

10、烷烴越穩(wěn)定。環(huán)的張力越小，相應(yīng)的環(huán)烷烴越穩(wěn)定。環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)：環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)：CH2CH3CH3109.5CCCHHHHHH60114105.5圖圖5-1 丙烷及環(huán)丙烷分子中碳碳鍵丙烷及環(huán)丙烷分子中碳碳鍵 原子軌道交蓋情況原子軌道交蓋情況蝴蝶式環(huán)丁烷環(huán)丁烷信封式半椅式環(huán)戊烷環(huán)戊烷 環(huán)己烷的碳骨架不是平面結(jié)構(gòu)，環(huán)己烷的碳骨架不是平面結(jié)構(gòu)， C鍵鍵角為角為109.5。通過(guò)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)鍵和鍵角的改變，可以得鍵和鍵角的改變，可以得到兩種構(gòu)象：到兩種構(gòu)象：椅型椅型 船型船型 環(huán)己烷的椅式和船式構(gòu)象環(huán)己烷的椅式和船式構(gòu)象54環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷椅型構(gòu)象環(huán)己烷椅型構(gòu)象 環(huán)己烷船型構(gòu)象環(huán)己烷船型構(gòu)象

11、環(huán)己烷椅型和船型構(gòu)象的模型環(huán)己烷椅型和船型構(gòu)象的模型 椅型構(gòu)象和船型構(gòu)象可以相互轉(zhuǎn)變，椅型構(gòu)象和船型構(gòu)象可以相互轉(zhuǎn)變，但椅型構(gòu)象比船型構(gòu)象穩(wěn)定：但椅型構(gòu)象比船型構(gòu)象穩(wěn)定：0.25 nm1234560.18 nm1234563HHHHHHHHHHHH12456CH2CH2HHHHHHHH145362椅型構(gòu)象穩(wěn)定的原因：椅型構(gòu)象穩(wěn)定的原因： 所有的鍵處于交叉式所有的鍵處于交叉式123456HHHHHHHHHHHHCH2CH2HHHHHHHH415632e124563aeaeaeeaaaeeeeeee在船型構(gòu)象中，所有的在船型構(gòu)象中，所有的CH鍵處于重疊式鍵處于重疊式。 在椅型構(gòu)象中，在椅型構(gòu)象中，

12、C1、C3、C5 原子在一個(gè)平面原子在一個(gè)平面上；上；C2、C4、C6 原子在另一個(gè)平面上。原子在另一個(gè)平面上。 12個(gè)個(gè)CH 鍵分為兩類：鍵分為兩類：6個(gè)個(gè)CH 鍵處于直立鍵處于直立鍵鍵(a鍵鍵)，6個(gè)個(gè)CH 鍵處于平伏鍵鍵處于平伏鍵(e鍵鍵)。aaaaaa 翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)椅型構(gòu)象椅型構(gòu)象 紐船型構(gòu)象紐船型構(gòu)象 船型構(gòu)象船型構(gòu)象 半椅型構(gòu)象半椅型構(gòu)象 環(huán)己烷可以由一種椅型構(gòu)象翻轉(zhuǎn)成另一種椅型環(huán)己烷可以由一種椅型構(gòu)象翻轉(zhuǎn)成另一種椅型構(gòu)象，原來(lái)的構(gòu)象，原來(lái)的a鍵變?yōu)殒I變?yōu)閑鍵，原來(lái)的鍵，原來(lái)的e鍵變?yōu)殒I變?yōu)閍鍵：鍵： 一種椅型構(gòu)象經(jīng)半椅型、紐船型、船型翻轉(zhuǎn)一種椅型構(gòu)象經(jīng)半椅型、紐船型、船型翻轉(zhuǎn)成另一種

13、椅型構(gòu)象。在能量上：成另一種椅型構(gòu)象。在能量上： 在一取代的環(huán)己烷分子中，取代基可以處在在一取代的環(huán)己烷分子中，取代基可以處在a鍵上，也可以處在鍵上，也可以處在e 鍵上：鍵上：13CH3HHHCH3H1322445566 當(dāng)取代基處在當(dāng)取代基處在a 鍵時(shí)，它與鍵時(shí)，它與3, 5位的位的H原子存在原子存在著非鍵張力，使得構(gòu)象不穩(wěn)定而翻轉(zhuǎn)。著非鍵張力，使得構(gòu)象不穩(wěn)定而翻轉(zhuǎn)。 同時(shí)，取代基與相鄰碳原子上的同時(shí)，取代基與相鄰碳原子上的CH2處處于鄰位交叉，而當(dāng)取代基處于于鄰位交叉，而當(dāng)取代基處于e 鍵上時(shí)，取代基與鍵上時(shí)，取代基與相鄰碳原子上的相鄰碳原子上的CH2處于對(duì)位交叉。處于對(duì)位交叉。55取代環(huán)己烷的構(gòu)象取代環(huán)己烷的構(gòu)象1CH32HHH1CH32HHHCH3CH2CH2HHH12CH3CH2CH2HHH12取代基處在取代基處在e