有機(jī)化學(xué)環(huán)烷烴

1、12環(huán)環(huán) 烷烷 烴烴第一節(jié)：環(huán)烷烴的分類(lèi)、命名及同分異構(gòu)第一節(jié)：環(huán)烷烴的分類(lèi)、命名及同分異構(gòu)第二節(jié)：環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)第二節(jié)：環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)第三節(jié)：環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)第三節(jié)：環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)第四節(jié)：環(huán)己烷的構(gòu)象第四節(jié)：環(huán)己烷的構(gòu)象第五節(jié)：取代環(huán)己烷的構(gòu)象第五節(jié)：取代環(huán)己烷的構(gòu)象第六節(jié)：十氫化萘的構(gòu)象第六節(jié)：十氫化萘的構(gòu)象3第一節(jié)第一節(jié) 分類(lèi)、命名與同分異構(gòu)分類(lèi)、命名與同分異構(gòu)一、分類(lèi)：一、分類(lèi)：?jiǎn)螁苇h(huán)環(huán)烴烴多多環(huán)環(huán)烴烴環(huán)環(huán)烯烯烴烴環(huán)環(huán)炔炔烴烴:（環(huán)環(huán)己己烯烯）（環(huán)環(huán)辛辛炔炔）脂脂環(huán)環(huán)烴烴不不飽飽和和脂脂環(huán)環(huán)烴烴飽飽和和脂脂環(huán)環(huán)烴烴3 3- -4 4 員員 小小環(huán)環(huán)5 5- -7 7 員員 普普通通環(huán)環(huán)8

2、 8- -1 11 1員員 中中環(huán)環(huán) 1 12 2 員員 大大環(huán)環(huán)4多多環(huán)環(huán)烴烴螺螺環(huán)環(huán)烴烴：兩兩個(gè)個(gè)碳碳環(huán)環(huán)共共用用一一個(gè)個(gè)碳碳原原子子的的多多環(huán)環(huán)烴烴叫叫螺螺 環(huán)環(huán)烴烴. . 共共用用碳碳叫叫做做螺螺碳碳原原子子. .橋橋環(huán)環(huán)烴烴：兩兩個(gè)個(gè)碳碳環(huán)環(huán)共共用用兩兩個(gè)個(gè)或或多多個(gè)個(gè)碳碳原原子子的的多多環(huán)環(huán) 烴烴叫叫橋橋環(huán)環(huán)烴烴. .CH2CCH2CH2CH2CH2CHCH3CH2CH25H3CCH3HHH3CCH3HHH3CCH3HH(1)(2)(3)2、順?lè)串悩?gòu)、順?lè)串悩?gòu)二、單環(huán)烴的異構(gòu)現(xiàn)象二、單環(huán)烴的異構(gòu)現(xiàn)象CH3C2H5CH3CH3CH3CH312345具有構(gòu)造異構(gòu)和順?lè)串悩?gòu)具有構(gòu)造異構(gòu)和

3、順?lè)串悩?gòu).以以C5H10為例為例:1、構(gòu)造異構(gòu)、構(gòu)造異構(gòu)對(duì)映異構(gòu)對(duì)映異構(gòu)61.1.單環(huán)烴單環(huán)烴: :三、命名三、命名取代基編號(hào)最小，取代基先簡(jiǎn)單后復(fù)雜取代基編號(hào)最小，取代基先簡(jiǎn)單后復(fù)雜環(huán)上環(huán)上C數(shù)稱(chēng)環(huán)某烷數(shù)稱(chēng)環(huán)某烷取代基同側(cè)為順（取代基同側(cè)為順（cis-）異側(cè)為反）異側(cè)為反(trans-)CH3CH2CH3123456CH3CH3CH(CH3)2124531甲基甲基3乙基環(huán)己烷乙基環(huán)己烷1,1二甲基二甲基3異丙基異丙基環(huán)戊烷環(huán)戊烷7命名中要使得母體烯烴的編號(hào)盡可能小命名中要使得母體烯烴的編號(hào)盡可能小.乙基環(huán)己烷 1-甲基-4-異丙基環(huán)己烷(較小的烷基應(yīng)有較小的編號(hào))CH2CH3CH3CH(CH

4、3)2CH3123H3CCH32345613-甲基環(huán)己烯2,5-二甲基-1,3-環(huán)己二烯8 H3CCH3HHH3CCH3HH順順- -1 1, ,2 2- -二二甲甲基基環(huán)環(huán)丙丙烷烷 反反- -1 1, ,2 2- -二二甲甲基基環(huán)環(huán)丙丙烷烷某些情況下，如當(dāng)簡(jiǎn)單的環(huán)上連有較長(zhǎng)的碳鏈時(shí)，某些情況下，如當(dāng)簡(jiǎn)單的環(huán)上連有較長(zhǎng)的碳鏈時(shí)，也可將環(huán)當(dāng)作取代基，如：也可將環(huán)當(dāng)作取代基，如：2-甲基甲基-4-環(huán)丙基戊烷環(huán)丙基戊烷CHCH2CCH3CH3CH3順?lè)串悩?gòu)順?lè)串悩?gòu)92 2、多環(huán)烴、多環(huán)烴(1).(1).單螺環(huán)的命名單螺環(huán)的命名1、靠近螺靠近螺C開(kāi)始編號(hào)（不含螺開(kāi)始編號(hào)（不含螺C），）， 3、 環(huán)除螺

5、原子外的環(huán)碳原子個(gè)數(shù)，數(shù)字間用環(huán)除螺原子外的環(huán)碳原子個(gè)數(shù)，數(shù)字間用“” 隔開(kāi)。隔開(kāi)。取代基名稱(chēng)取代基名稱(chēng)+ 螺螺 小小 大大母體名稱(chēng)母體名稱(chēng)2 2、先小環(huán)后大環(huán)，方括號(hào)內(nèi)先小后大先小環(huán)后大環(huán)，方括號(hào)內(nèi)先小后大1012345678910CH31,7-二二甲甲基基螺螺 4 4 5 5 癸癸烷烷. .4-甲基螺4 5-1,6-癸二烯.CH3CH31234567891011(2) 橋環(huán)烴的命名橋環(huán)烴的命名:1 1、將環(huán)斷鍵為直鏈，斷鍵次數(shù)為環(huán)數(shù)，從橋頭將環(huán)斷鍵為直鏈，斷鍵次數(shù)為環(huán)數(shù)，從橋頭C C開(kāi)始開(kāi)始編號(hào)，先大環(huán)后小環(huán)。編號(hào)，先大環(huán)后小環(huán)。 2 2、環(huán)上的、環(huán)上的C C數(shù)（不含橋頭數(shù)（不含橋頭C C

6、）先大環(huán)后小環(huán)寫(xiě)在方括）先大環(huán)后小環(huán)寫(xiě)在方括號(hào)內(nèi)，方括號(hào)外稱(chēng)某烷（含橋頭號(hào)內(nèi)，方括號(hào)外稱(chēng)某烷（含橋頭C C）。）。橋：連接橋頭碳橋：連接橋頭碳C的碳鏈或鍵叫做橋的碳鏈或鍵叫做橋橋頭橋頭C：兩個(gè)或多個(gè)環(huán)連接處的碳原子叫橋頭：兩個(gè)或多個(gè)環(huán)連接處的碳原子叫橋頭C。3 3、取代基編號(hào)，先簡(jiǎn)單后復(fù)雜。取代基編號(hào)，先簡(jiǎn)單后復(fù)雜。取代基名稱(chēng)取代基名稱(chēng)+ 環(huán)數(shù)環(huán)數(shù)大大 小小母體名稱(chēng)母體名稱(chēng)121,9-二甲基-3-乙基二環(huán)4.2.1壬烷CH2CCH2CHCH2CH3CH2CH2CHCH3CHCH3CH31234567891 12345678910二二環(huán)環(huán) 4 4 4 4 0 0 癸癸烷烷ClCl12345677

7、,7-二二氯氯二二環(huán)環(huán) 4 4 1 1 0 0 庚庚烷烷. . .13第二節(jié)第二節(jié) 脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì)脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì) 學(xué)習(xí)脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì),應(yīng)有意識(shí)地應(yīng)有意識(shí)地將其與烷烴和烯烴的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較將其與烷烴和烯烴的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較: 烷烴烷烴:主要進(jìn)行自由基取代反應(yīng)主要進(jìn)行自由基取代反應(yīng).烯烴烯烴:主要進(jìn)行親電加成反應(yīng)主要進(jìn)行親電加成反應(yīng).脂環(huán)烴的性質(zhì)可主要總結(jié)如下脂環(huán)烴的性質(zhì)可主要總結(jié)如下:一、大環(huán)似烷一、大環(huán)似烷,小環(huán)似烯小環(huán)似烯14光照BrBr2HBrCI2CIHCI光照(一一)取代反應(yīng)取代反應(yīng)（二）開(kāi)環(huán)加成（二）開(kāi)環(huán)加成151、催化氫化、催化氫化CH2= CH2 +

8、H2CH3CH340Ni80Ni+ H2CH3CH2CH3120Ni+ H2CH3CH2CH2CH3300Ni+ H2NO!162、與、與X2加成加成+ Br2/CCl4B BrCH2CH2CH2CH2Br+ Br2/CCl4室室溫溫B Br rC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2B Br低低溫溫液液相相離離子子型型加加成成300NO!Br2CCl4BrBr高高溫溫氣氣相相自自由由基基取取代代173、與、與HX或或H2SO4加成加成遵循馬氏規(guī)則遵循馬氏規(guī)則CH3HBrCH3CHCH2CH3Br(1)H2SO4(2)H2OCH3CHCH2CH3OHCH3HBrCH3C_ CH-

9、CH3Br(1)H2SO4(2)H2OCH3C_ CH-CH3HOCH3CH3CH3CH3CH3CH318（三）氧化反應(yīng)（三）氧化反應(yīng)鑒別環(huán)烷烴與不飽和烴鑒別環(huán)烷烴與不飽和烴CH3CH3CH2-CH=CCH3CH3KMnO4CH3CCH3OCH3CH3CH2-COOH19第三節(jié)第三節(jié) 環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)一、拜耳一、拜耳(Baeyer)的張力學(xué)說(shuō)的張力學(xué)說(shuō)背景背景:1879年以前年以前:只有五、六員環(huán)是已知的只有五、六員環(huán)是已知的. 1879年年:馬爾科夫尼科夫合成了四員環(huán)馬爾科夫尼科夫合成了四員環(huán). 1882年年:佛瑞德合成了三員環(huán)佛瑞德合成了三員環(huán). 七員的環(huán)還是未知的七員的環(huán)還是未知

10、的 三、四員環(huán)不穩(wěn)定易破裂三、四員環(huán)不穩(wěn)定易破裂 五、六員環(huán)較穩(wěn)定五、六員環(huán)較穩(wěn)定.1885年年A. Baeyer提出了張力學(xué)說(shuō)提出了張力學(xué)說(shuō).20基本假定基本假定: :所有的環(huán)碳原子都具有四面體的結(jié)所有的環(huán)碳原子都具有四面體的結(jié) 構(gòu)構(gòu), ,都在同一個(gè)平面上都在同一個(gè)平面上, ,且排列成且排列成 正多邊形正多邊形. .張力學(xué)說(shuō)張力學(xué)說(shuō): :任何與任何與1091092828正常鍵角的偏離都正常鍵角的偏離都 會(huì)使分子產(chǎn)生恢復(fù)正常鍵角的作用會(huì)使分子產(chǎn)生恢復(fù)正常鍵角的作用 力力, ,這種作用力就稱(chēng)為角張力這種作用力就稱(chēng)為角張力. .與正與正 常鍵角的偏差越大常鍵角的偏差越大, ,張力就越大張力就越大.

11、 .如如: :環(huán)丙烷的內(nèi)角是環(huán)丙烷的內(nèi)角是6060度度, ,為了適應(yīng)成鍵的需為了適應(yīng)成鍵的需 要要,109,1092828的正常鍵角必須分別向的正常鍵角必須分別向內(nèi)內(nèi)壓壓 縮縮24244444才能成鍵才能成鍵. .21244410928244460偏轉(zhuǎn)角度 =109028 環(huán)碳內(nèi)角222化合物化合物 碳環(huán)內(nèi)角碳環(huán)內(nèi)角 價(jià)鍵偏轉(zhuǎn)角度價(jià)鍵偏轉(zhuǎn)角度600 24044 900 9044 1080 0044 1200 -5016 從偏轉(zhuǎn)角度來(lái)看從偏轉(zhuǎn)角度來(lái)看, ,五員環(huán)應(yīng)最穩(wěn)定，小環(huán)和大環(huán)都五員環(huán)應(yīng)最穩(wěn)定，小環(huán)和大環(huán)都是不穩(wěn)定的，因在當(dāng)時(shí)是不穩(wěn)定的，因在當(dāng)時(shí)CC7 7員的環(huán)還是未知的，由員的環(huán)還是未知的

12、，由于拜耳的假說(shuō)解釋了為什么三、四員環(huán)不穩(wěn)定于拜耳的假說(shuō)解釋了為什么三、四員環(huán)不穩(wěn)定, ,五、五、六員環(huán)穩(wěn)定六員環(huán)穩(wěn)定, ,這種假說(shuō)就被人們接受了。這種假說(shuō)就被人們接受了。23二、衡量環(huán)穩(wěn)定性的標(biāo)度：二、衡量環(huán)穩(wěn)定性的標(biāo)度：環(huán)上每環(huán)上每molCH2的燃燒熱值及其張力能的燃燒熱值及其張力能HC: 環(huán)烷烴分子的燃燒熱值環(huán)烷烴分子的燃燒熱值(KJ/mol)HC/n: 環(huán)上每環(huán)上每molCH2的燃燒熱值的燃燒熱值環(huán)上每環(huán)上每molCH2的張力能：的張力能：指環(huán)上每指環(huán)上每molCH2的燃燒熱值與開(kāi)鏈烷烴的燃燒熱值與開(kāi)鏈烷烴 每每molCH2的燃燒熱值（的燃燒熱值（659KJ/mol)之差。之差。燃燒熱

13、越大，說(shuō)明分子的能量越高，分子越不穩(wěn)定。燃燒熱越大，說(shuō)明分子的能量越高，分子越不穩(wěn)定。24環(huán)碳原子 每摩爾CH2 每摩爾CH2 總 張力能 的數(shù)目 的燃燒熱 的張力能 n Hc/n Hc/n-659 n(Hc/n-659) 3 697 38 114 4 686 27 108 5 664 5 25 6 659 0 0 7 662 3 21 8 664 5 40 9 665 6 54 10 664 5 50 11 663 4 44 12 660 1 12 13 660 1 13 14 659 0 0 15 660 1 15 16 660 1 1625 拜耳的張力學(xué)說(shuō)對(duì)六員以上的環(huán)失拜耳的張力學(xué)說(shuō)對(duì)

14、六員以上的環(huán)失去了預(yù)見(jiàn)性去了預(yù)見(jiàn)性,原因是它的基本假定原因是它的基本假定:成環(huán)成環(huán)碳原子都在同一個(gè)平面上碳原子都在同一個(gè)平面上(除三員環(huán)外除三員環(huán)外)是錯(cuò)誤的。是錯(cuò)誤的。 C3C4 員 環(huán)：不穩(wěn)定 C5、C7C11員環(huán)：較穩(wěn)定（穩(wěn)定性相近） C12 員 環(huán)：很穩(wěn)定 C6 員 環(huán)：最穩(wěn)定從上表數(shù)據(jù)可以看出:261.1.角張力角張力: : 任何與正常鍵角的偏差任何與正常鍵角的偏差, ,都會(huì)使都會(huì)使 分子產(chǎn)生恢復(fù)正常鍵角的作分子產(chǎn)生恢復(fù)正常鍵角的作用力用力, 這種力叫角張力。這種力叫角張力。三、影響環(huán)穩(wěn)定性的因素三、影響環(huán)穩(wěn)定性的因素2.扭轉(zhuǎn)張力扭轉(zhuǎn)張力:任何與最穩(wěn)定的交叉式構(gòu)象的偏任何與最穩(wěn)定的交

15、叉式構(gòu)象的偏 差都會(huì)使分子產(chǎn)生恢復(fù)最穩(wěn)定構(gòu)差都會(huì)使分子產(chǎn)生恢復(fù)最穩(wěn)定構(gòu) 象的趨勢(shì)象的趨勢(shì),這種趨勢(shì)叫扭轉(zhuǎn)張力。這種趨勢(shì)叫扭轉(zhuǎn)張力。3.范德華張力范德華張力:相互鄰近的原子或基團(tuán)相互鄰近的原子或基團(tuán),當(dāng)它們當(dāng)它們 之間的距離小于其范德華半徑之間的距離小于其范德華半徑 之和時(shí)所產(chǎn)生的排斥力叫范德之和時(shí)所產(chǎn)生的排斥力叫范德 華張力。華張力。27四、環(huán)烷烴的構(gòu)象與構(gòu)象分析四、環(huán)烷烴的構(gòu)象與構(gòu)象分析成鍵方式成鍵方式: :軌道在軸線(xiàn)軌道在軸線(xiàn)( (兩核連線(xiàn)）之外頭碰頭、斜兩核連線(xiàn)）之外頭碰頭、斜 側(cè)式重迭側(cè)式重迭, ,重迭程度較小重迭程度較小, ,形成的鍵比通常形成的鍵比通常 的的-鍵弱，比鍵弱，比-鍵強(qiáng)

16、，稱(chēng)鍵強(qiáng)，稱(chēng)香蕉鍵香蕉鍵。 1、環(huán)丙烷、環(huán)丙烷28斜側(cè)式重疊斜側(cè)式重疊頭碰頭重疊頭碰頭重疊角角 張張 力力:鍵角鍵角105.5偏差偏差40，具有角張力具有角張力。扭轉(zhuǎn)張力扭轉(zhuǎn)張力:相鄰碳上的相鄰碳上的H均為重疊式構(gòu)象，均為重疊式構(gòu)象，具具 有扭轉(zhuǎn)張力有扭轉(zhuǎn)張力。范氏張力范氏張力:相鄰碳上兩個(gè)相鄰碳上兩個(gè)H之間的距離小于其之間的距離小于其 范氏半徑之和，范氏半徑之和，具有范氏張力具有范氏張力。29環(huán)丁烷的構(gòu)象環(huán)丁烷的構(gòu)象（球棒模型）（球棒模型）2、環(huán)丁烷、環(huán)丁烷成鍵方式成鍵方式:軌道也為斜側(cè)式重疊軌道也為斜側(cè)式重疊,但斜側(cè)程但斜側(cè)程 度小度小.形成的鍵也是香蕉鍵。形成的鍵也是香蕉鍵。斜側(cè)式重疊斜

17、側(cè)式重疊30環(huán)丁烷的構(gòu)象環(huán)丁烷的構(gòu)象蝶式蝶式環(huán)戊烷的構(gòu)象環(huán)戊烷的構(gòu)象信封式信封式1234531第四節(jié)第四節(jié) 環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷的構(gòu)象環(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-鍵角為鍵角為109.5。通過(guò)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)鍵和鍵角的鍵和鍵角的改變，可以得到兩種構(gòu)象：改變，可以得到兩種構(gòu)象：椅型椅型 船型船型32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 333HHHHHHHHHHHH12456CH2CH2HHHHHHHH145362椅式構(gòu)象穩(wěn)定的原因：椅式構(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123456HHHHHHHHHHHHCH2CH2HHHHH

18、HHH415632在船式構(gòu)象中，所有的在船式構(gòu)象中，所有的CH鍵處于重疊式。鍵處于重疊式。34eeeeee在椅型構(gòu)象中，在椅型構(gòu)象中，C1、C3、C5 原子在一個(gè)原子在一個(gè)平面上；平面上；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(lèi)：鍵分為兩類(lèi)：6個(gè)個(gè)CH 鍵處于鍵處于 直立鍵直立鍵(a鍵鍵)，6個(gè)個(gè)CH 鍵處于平伏鍵鍵處于平伏鍵(e鍵鍵)。aaaaaae124563aeaeaeeaaae35環(huán)已烷的椅式構(gòu)象的環(huán)已烷的椅式構(gòu)象的畫(huà)法畫(huà)法a 鍵e 鍵六個(gè)六個(gè)a鍵六個(gè)鍵六個(gè)e鍵；畫(huà)法：鍵；畫(huà)法：3左左3右，右，3上上3下。下。 36 環(huán)己烷可以由一種椅型構(gòu)象翻轉(zhuǎn)成另一環(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)的種椅型構(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鍵鍵變?yōu)樽優(yōu)閍鍵：鍵：翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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)成另一種椅型構(gòu)象。在能量上：成另一種椅型構(gòu)象。在能量上：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 XH(CH3)3C -(CH3)2CH - CH3CH2 -CH3-OH-CN-X40練習(xí)練習(xí) 寫(xiě)出下列化合物最穩(wěn)定的構(gòu)象式寫(xiě)出下列化合物最穩(wěn)定的構(gòu)象式.CH3CH3CH31.CH3CH3H3C2.CH3CH2CH33.