高校化工-有機化學(xué)-課件-Org_Ch05 脂環(huán)烴.

1、1第五章作業(yè)（第五章作業(yè)（P109P109）1 (11 (1、3 3、4 4、7)7)2 (42 (4、6 6、7)7)4 (14 (1、5 5、6)6)6 6、7 7、8 (8 (提示：提示：看看有幾種結(jié)構(gòu)符合答案看看有幾種結(jié)構(gòu)符合答案) )9 9。23本章重點與難點本章重點與難點 脂環(huán)烴的命名；脂環(huán)烴的命名； 脂環(huán)烴的性質(zhì)；脂環(huán)烴的性質(zhì)； 拜爾張力學(xué)說拜爾張力學(xué)說(Baeyer strain theory)； 環(huán)己烷的構(gòu)象。環(huán)己烷的構(gòu)象。45.1 脂環(huán)烴的定義和命名脂環(huán)烴的定義和命名 前面各章討論的都是開鏈烴，稱為脂肪烴。前面各章討論的都是開鏈烴，稱為脂肪烴。 結(jié)構(gòu)上具有環(huán)狀碳骨架，二性質(zhì)

2、上與脂肪烴相似的烴類結(jié)構(gòu)上具有環(huán)狀碳骨架，二性質(zhì)上與脂肪烴相似的烴類，總稱為脂環(huán)烴。，總稱為脂環(huán)烴。1. 環(huán)烷烴環(huán)烷烴 飽和的脂環(huán)烴叫做環(huán)烷烴，其通式與烯烴相同。飽和的脂環(huán)烴叫做環(huán)烷烴，其通式與烯烴相同。命名規(guī)則：命名規(guī)則：(1)如果側(cè)鏈簡單則以環(huán)為母體環(huán)上側(cè)鏈作為取代基命名。如果側(cè)鏈簡單則以環(huán)為母體環(huán)上側(cè)鏈作為取代基命名。環(huán)狀母體的名稱是在同碳直鏈烷烴的名稱前加一環(huán)狀母體的名稱是在同碳直鏈烷烴的名稱前加一“環(huán)環(huán)”字；字；環(huán)上碳原子編號，首先要以取代基環(huán)上碳原子編號，首先要以取代基編號和編號和最小為原則；最小為原則； 其它規(guī)則同烷烴的命名。其它規(guī)則同烷烴的命名。5CH2CH2CH2環(huán) 丙 烷可

3、 簡 寫 為環(huán) 丁 烷CH3甲 基 環(huán) 丙 烷CH3CH31,2-二 甲 基 環(huán) 戊 烷CH3CH2CH3CH3CH3CH31-甲 基 -3-乙 基 環(huán) 己 烷1,1,4-三 甲 基 環(huán) 己 烷6順順-1,4-二甲基環(huán)己烷二甲基環(huán)己烷反反-1,4-二甲基環(huán)己烷二甲基環(huán)己烷環(huán)烷的順反異構(gòu)環(huán)烷的順反異構(gòu):哈武斯式哈武斯式Haworth formula7(2) 如果側(cè)鏈復(fù)雜則以側(cè)鏈作母體，把環(huán)作取代基，按脂肪如果側(cè)鏈復(fù)雜則以側(cè)鏈作母體，把環(huán)作取代基，按脂肪族化合物命名法命名。族化合物命名法命名。CHCH3CHCH3CH32-甲 基 -3-環(huán) 丙 基 丁 烷COOHCH33-甲 基 環(huán) 己 甲 酸3-

4、甲 基 環(huán) 己 羧 酸(見 306頁 )8環(huán)辛炔環(huán)辛炔環(huán)戊烯環(huán)戊烯1,3-環(huán)己二烯環(huán)己二烯2. 環(huán)烯環(huán)烯(炔炔)烴烴-脂環(huán)烴的環(huán)上有雙鍵脂環(huán)烴的環(huán)上有雙鍵(或叁鍵或叁鍵). 母體官能團優(yōu)先獲得較小的編號；重鍵碳原子的編號必母體官能團優(yōu)先獲得較小的編號；重鍵碳原子的編號必須連續(xù)；須連續(xù)； 其它參照脂肪烴命名法。其它參照脂肪烴命名法。9CH31-甲 基 環(huán) 己 烯CH33-甲 基 環(huán) 己 烯CH3CH31,6-二 甲 基 環(huán) 己 烯CH35-甲 基 環(huán) 戊 二 烯103. 雙環(huán)化合物雙環(huán)化合物-分子中含有兩個碳環(huán)分子中含有兩個碳環(huán)*其中兩個碳環(huán)共用一個碳原子的叫其中兩個碳環(huán)共用一個碳原子的叫螺化合

5、物螺化合物.*共用兩個或以上碳原子的叫共用兩個或以上碳原子的叫橋環(huán)化合物橋環(huán)化合物.螺螺2.4庚烷庚烷雙環(huán)雙環(huán)2.2.1庚烷庚烷螺原子螺原子橋頭碳橋頭碳橋頭碳橋頭碳11(A) 螺環(huán)化合物的命名螺環(huán)化合物的命名(a) 組成環(huán)的碳原子總數(shù)命名為組成環(huán)的碳原子總數(shù)命名為“某烷某烷”，加上詞頭，加上詞頭“螺螺”。(b) 再把連接于螺原子的兩個環(huán)的碳原子數(shù)再把連接于螺原子的兩個環(huán)的碳原子數(shù)(不含不含螺原子螺原子)，按由，按由小到大小到大的次序?qū)懺诘拇涡驅(qū)懺凇奥萋荨焙秃汀澳惩槟惩椤敝g的方括號里，數(shù)字之間的方括號里，數(shù)字用圓點分開。用圓點分開。例例1:螺螺2.4庚烷庚烷螺原子螺原子12例例2:螺螺3.4辛

6、烷辛烷(c) 螺環(huán)化合物的編號螺環(huán)化合物的編號 考慮環(huán)上原子的編號，從連接螺原子考慮環(huán)上原子的編號，從連接螺原子(不含不含)上的一個碳開上的一個碳開始，先編較小的環(huán)，然后經(jīng)過螺原子再編第二個環(huán)；始，先編較小的環(huán)，然后經(jīng)過螺原子再編第二個環(huán)； 考慮母體官能團；考慮母體官能團； 考慮取代基?？紤]取代基。例例3:5-甲基螺甲基螺2.4庚烷庚烷13CH3CH3CH3CH31,6-二甲 基螺4,5癸烷二者為立體異構(gòu) 體CH3CH31,10-二甲基螺4,5癸-6-烯1,10-二甲基螺4,5-6-癸烯1,10-二甲基螺4,5癸烯-6目前比較混亂14(B) 橋環(huán)化合物的命名橋環(huán)化合物的命名(a) 都有兩個都有

7、兩個“橋頭橋頭”碳原子碳原子(即兩個環(huán)共用的碳即兩個環(huán)共用的碳 原子原子)和三條連在兩個和三條連在兩個“橋頭橋頭”上的上的“橋橋”.(b) 組成環(huán)的碳原子總數(shù)命名為組成環(huán)的碳原子總數(shù)命名為某烷某烷,加詞頭加詞頭雙環(huán)雙環(huán).(c) 各各“橋橋”所含碳原子數(shù)目所含碳原子數(shù)目,按由按由大到小大到小的次序的次序 寫在寫在“雙環(huán)雙環(huán)”和和“某烷某烷”之間的方括號里之間的方括號里.雙環(huán)雙環(huán)2.2.1庚烷庚烷例例1:橋頭碳橋頭碳15例例6:8,8-二甲基雙環(huán)二甲基雙環(huán)3.2.1辛烷辛烷雙環(huán)雙環(huán)2.2.2辛辛-2,5,7-三烯三烯雙環(huán)雙環(huán)2.2.2辛三烯辛三烯-2,5,7雙環(huán)雙環(huán)2.2.2-2,5,7-辛三烯辛

8、三烯例例7:CH3CH3CH3課 后 作 業(yè)165.2 脂環(huán)烴的性質(zhì)脂環(huán)烴的性質(zhì)(一一) 物理性質(zhì)物理性質(zhì) 環(huán)烷烴的熔點和沸點都比相應(yīng)的烷烴要高一些；相對密環(huán)烷烴的熔點和沸點都比相應(yīng)的烷烴要高一些；相對密度也比相應(yīng)的烷烴高，但比水輕。度也比相應(yīng)的烷烴高，但比水輕。(二二) 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì) 脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì)與相應(yīng)的脂肪烴類似，具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì)與相應(yīng)的脂肪烴類似，具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的特性的特性175.2.1 環(huán)烷烴的反應(yīng)環(huán)烷烴的反應(yīng)(1) 鹵代反應(yīng)鹵代反應(yīng)條件是光或熱，因為這屬于飽和氫的性質(zhì)。條件是光或熱，因為這屬于飽和氫的性質(zhì)。+Cl2Cl+HCl+Cl2Cl+HCl+Br2Br+HBr

9、18思考題1 由下列指定化合物合成相應(yīng)的鹵化物，由下列指定化合物合成相應(yīng)的鹵化物， 用用Cl2還是還是Br2？為什么？為什么？CH3CH3XX(1)(2)解解: (1) 用溴化用溴化,因溴化反應(yīng)有選擇性因溴化反應(yīng)有選擇性,3H 2H 1H； (2) 用氯化、溴化均可。用氯化、溴化均可。19CH2CH2CH2CH3反應(yīng)生成的反應(yīng)生成的有支鏈有支鏈的化合物穩(wěn)定：的化合物穩(wěn)定：(2) 開環(huán)反應(yīng)開環(huán)反應(yīng)-也叫加成反應(yīng)也叫加成反應(yīng).(A) 催化加氫催化加氫+H2CH3CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH2CH3Ni80Ni200Pt30020 環(huán)丙烷環(huán)丙烷的烷基衍生物與

10、的烷基衍生物與HX加成，環(huán)的破裂發(fā)生在含加成，環(huán)的破裂發(fā)生在含H最多最多和和最少最少的兩個碳原子之間，且的兩個碳原子之間，且符合馬氏符合馬氏規(guī)律規(guī)律.(B) 加鹵素或鹵化氫加鹵素或鹵化氫四碳環(huán)不易開環(huán)四碳環(huán)不易開環(huán)，在常溫下與鹵素，鹵化氫不反應(yīng)。，在常溫下與鹵素，鹵化氫不反應(yīng)。+Br2BrCH2CH2CH2BrCCl4+HCH3CH2CH2BrH2OBrCH3CHCH2 + HBr CH3CHCH2CH3CH2Br21 在在常溫常溫下，下，環(huán)烷烴環(huán)烷烴與一般氧化劑與一般氧化劑(KMnO4,O3)不反不反應(yīng)；應(yīng)； 在加熱，強氧化劑作用或催化劑存在時，可用空氣在加熱，強氧化劑作用或催化劑存在時，可

11、用空氣氧化成各種氧化產(chǎn)物：氧化成各種氧化產(chǎn)物：例例: CH2CH2COOH CH2CH2COOH HNO3(3) 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng):Ba(OH)2O思考：如何鑒別環(huán)丙烷與烯烴思考：如何鑒別環(huán)丙烷與烯烴 ?22 易發(fā)生加氫易發(fā)生加氫,加鹵素加鹵素,加鹵化氫和加硫酸等反應(yīng)加鹵化氫和加硫酸等反應(yīng).例例:5.2.2 環(huán)烯烴和環(huán)二烯烴的反應(yīng)環(huán)烯烴和環(huán)二烯烴的反應(yīng)(1) 環(huán)烯烴的加成反應(yīng)環(huán)烯烴的加成反應(yīng)+Br2CCl4BrBr+HCH3ICH3I23 環(huán)烯烴的雙鍵易被氧化劑環(huán)烯烴的雙鍵易被氧化劑(KMnO4,O3等等)氧化而斷氧化而斷裂成開鏈的氧化產(chǎn)物裂成開鏈的氧化產(chǎn)物:例例:(2) 環(huán)烯烴的氧化反應(yīng)環(huán)烯

12、烴的氧化反應(yīng)KMnO4CH3CHCH2COOHCH2CH2COOHCH2CH2CHOCH2CH2CHOO3Zn/H3O+24CHOCHOOO思考題2O3Zn/H3O+O3Zn/H3O+25 與某些不飽和化合物發(fā)生雙烯合成反應(yīng)與某些不飽和化合物發(fā)生雙烯合成反應(yīng).例例1:雙環(huán)雙環(huán)2.2.1-5-庚烯庚烯-2-羧酸甲酯羧酸甲酯雙環(huán)雙環(huán)2.2.1-2,5-庚二烯庚二烯例例2:環(huán)戊二烯環(huán)戊二烯(3) 共軛環(huán)二烯烴的雙烯合成反應(yīng)共軛環(huán)二烯烴的雙烯合成反應(yīng)26思考題3 下列反應(yīng)中哪些是能進行的？寫出產(chǎn)物下列反應(yīng)中哪些是能進行的？寫出產(chǎn)物.不能發(fā)生，因為不能發(fā)生，因為S-反式的共軛反式的共軛雙烯烴不能發(fā)生雙烯

13、烴不能發(fā)生A-D反應(yīng)反應(yīng)27例例3: 環(huán)戊二烯聚合成二聚環(huán)戊二烯環(huán)戊二烯聚合成二聚環(huán)戊二烯: 受熱可受熱可分解分解成環(huán)戊二烯成環(huán)戊二烯.28烷烴每增加一個烷烴每增加一個CH2,燃燒熱增值基本一定燃燒熱增值基本一定,平均為平均為658.6 kJ/mol. 環(huán)烷烴的通式為環(huán)烷烴的通式為:每增加一個每增加一個 CH2,燃燒熱增加燃燒熱增加,平均平均每個每個 CH2 的燃燒熱為的燃燒熱為 Hc/n. -環(huán)丙烷的環(huán)丙烷的 Hc/n 為為697.1 kJ/mol,比烷烴比烷烴的每個的每個 CH2高高38.5 kJ/mol.這個差值就是環(huán)丙烷分子這個差值就是環(huán)丙烷分子中每個中每個 CH2的張力能的張力能.

14、-環(huán)丙烷的總張力能環(huán)丙烷的總張力能38.5 3=115.5 kJ/mol5.3 環(huán)烷烴的環(huán)張力和穩(wěn)定性環(huán)烷烴的環(huán)張力和穩(wěn)定性張力能張力能總張力能總張力能29環(huán)丙烷的總張力能環(huán)丙烷的總張力能38.5 3 = 115.5 kJ/mol環(huán)丁烷的總張力能環(huán)丁烷的總張力能27.6 4 = 110.4 kJ/mol環(huán)戊烷的總張力能環(huán)戊烷的總張力能5.4 5 = 27.0 kJ/mol環(huán)庚環(huán)庚烷的總張力能烷的總張力能3.7 7 = 25.9 kJ/mol環(huán)辛烷的總張力能環(huán)辛烷的總張力能5.0 8 = 40.0 kJ/mol. (環(huán)丙烷環(huán)丙烷,環(huán)丁烷不穩(wěn)定環(huán)丁烷不穩(wěn)定,容易開環(huán)容易開環(huán)) 環(huán)己烷和以上的大環(huán)化

15、合物的張力能很小或環(huán)己烷和以上的大環(huán)化合物的張力能很小或等于零等于零,它們都是穩(wěn)定的化合物它們都是穩(wěn)定的化合物.環(huán)己烷的總張力能環(huán)己烷的總張力能 0環(huán)烷烴的張力能越大環(huán)烷烴的張力能越大,能量越高能量越高,分子越不穩(wěn)定分子越不穩(wěn)定.C+的擴的擴環(huán)重排！環(huán)重排！30C+的擴的擴環(huán)重排！環(huán)重排！31 烷烴是烷烴是sp3雜化雜化,鍵角鍵角109.5,環(huán)烷烴的碳也是環(huán)烷烴的碳也是sp3雜化雜化,但鍵角不一定一樣但鍵角不一定一樣. C-C 鍵的形成鍵的形成 鍵軌道的交蓋鍵軌道的交蓋交蓋較好交蓋較好5.4 環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)5.4.1 環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)交蓋較差交蓋較差32彎曲鍵比一般的彎曲鍵比

16、一般的 鍵弱鍵弱,并且具有較高的能量并且具有較高的能量.這種因鍵角偏離正常鍵角而引起的張力叫這種因鍵角偏離正常鍵角而引起的張力叫角張力角張力.由于構(gòu)象是重疊式而引起的張力叫由于構(gòu)象是重疊式而引起的張力叫扭轉(zhuǎn)張力扭轉(zhuǎn)張力.這樣的鍵與一般的這樣的鍵與一般的 鍵不鍵不一樣一樣,它的電子云沒有軌道它的電子云沒有軌道軸對稱軸對稱,而是分布在一條曲而是分布在一條曲線上線上,故常稱故常稱彎曲鍵彎曲鍵.內(nèi)角內(nèi)角6033 內(nèi)角內(nèi)角90. 四個碳原子不在一個平面上四個碳原子不在一個平面上.環(huán)丁烷中的鍵環(huán)丁烷中的鍵環(huán)丁烷的構(gòu)象環(huán)丁烷的構(gòu)象折疊式構(gòu)象折疊式構(gòu)象5.4.2 環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)34 實際構(gòu)象實際構(gòu)象

17、:折疊環(huán)的形式折疊環(huán)的形式-“信封式信封式”構(gòu)象構(gòu)象.分子張力不大分子張力不大,因此環(huán)戊烷的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定因此環(huán)戊烷的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定. 不是平面結(jié)構(gòu)不是平面結(jié)構(gòu).因因C-H鍵的重疊鍵的重疊,有較大扭轉(zhuǎn)張力有較大扭轉(zhuǎn)張力.5.4.3 環(huán)戊烷的結(jié)構(gòu)環(huán)戊烷的結(jié)構(gòu)35 環(huán)己烷不是平面結(jié)構(gòu)環(huán)己烷不是平面結(jié)構(gòu),較為穩(wěn)定的構(gòu)較為穩(wěn)定的構(gòu)象為折疊的椅型構(gòu)象和船型構(gòu)象象為折疊的椅型構(gòu)象和船型構(gòu)象. -穩(wěn)定穩(wěn)定(99.9%以上以上) C-C-C鍵角基本保持鍵角基本保持109.5,任何兩任何兩個相鄰的個相鄰的C-H鍵都是鍵都是交叉式交叉式的的.椅型構(gòu)椅型構(gòu)象無張力環(huán)象無張力環(huán).紐曼投影式紐曼投影式鋸架式鋸架式環(huán)

18、己烷的椅型構(gòu)象環(huán)己烷的椅型構(gòu)象5.4.4 環(huán)己烷的結(jié)構(gòu)環(huán)己烷的結(jié)構(gòu)(1) 椅型構(gòu)象椅型構(gòu)象36 所有鍵角也接近所有鍵角也接近109.5,故也沒有故也沒有角張力角張力.但相鄰但相鄰C-H鍵卻并非全是交鍵卻并非全是交叉的叉的.C-2和和C-3上的上的 C-H 鍵鍵,以及以及C-5和和C-6上的上的 C-H鍵都是重疊式的鍵都是重疊式的. C-1和和C-4上兩個向內(nèi)伸的上兩個向內(nèi)伸的H由于距由于距離較近而相互排斥離較近而相互排斥,也使分子的能量也使分子的能量有所升高有所升高.透視式透視式紐曼投影式紐曼投影式環(huán)己烷的船型構(gòu)象環(huán)己烷的船型構(gòu)象(2) 船型構(gòu)象船型構(gòu)象37(3) 環(huán)己烷椅型構(gòu)象中碳原子的空間

19、分布環(huán)己烷椅型構(gòu)象中碳原子的空間分布AA線為構(gòu)象的線為構(gòu)象的對稱軸對稱軸(C3軸軸)(4) 椅型構(gòu)象中的兩種椅型構(gòu)象中的兩種 C-H 鍵鍵 a鍵鍵 (直立鍵直立鍵) e鍵鍵 (平伏鍵平伏鍵)與對稱軸與對稱軸成成 109.538 通過通過C-C鍵的不斷扭動鍵的不斷扭動,一種椅型翻轉(zhuǎn)為另一種椅型一種椅型翻轉(zhuǎn)為另一種椅型 為為 a鍵鍵 為為e鍵鍵椅型構(gòu)象的翻轉(zhuǎn)椅型構(gòu)象的翻轉(zhuǎn)兩種椅型構(gòu)象是兩種椅型構(gòu)象是等同的分子等同的分子.(5) 構(gòu)象的翻轉(zhuǎn)構(gòu)象的翻轉(zhuǎn)39兩種椅型構(gòu)象是兩種兩種椅型構(gòu)象是兩種不同結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)的分子的分子.甲基連在甲基連在a鍵上的構(gòu)象具有較高的能量鍵上的構(gòu)象具有較高的能量,比較不穩(wěn)定比較

20、不穩(wěn)定平衡體系中平衡體系中e鍵甲基環(huán)己烷占鍵甲基環(huán)己烷占95%,a鍵的占鍵的占5%同一平面同一平面上的比較上的比較(6) 甲基甲基環(huán)己烷椅型構(gòu)象的翻轉(zhuǎn)環(huán)己烷椅型構(gòu)象的翻轉(zhuǎn)40 若有多個取代基若有多個取代基,往往是往往是 e 鍵鍵取代基最多取代基最多的構(gòu)象最的構(gòu)象最穩(wěn)定穩(wěn)定. 若環(huán)上有不同取代基若環(huán)上有不同取代基,則則體積體積大的取代基連在大的取代基連在 e鍵上鍵上的構(gòu)象最穩(wěn)定的構(gòu)象最穩(wěn)定.例例1: 1,2-二甲基環(huán)己烷，順式如下：二甲基環(huán)己烷，順式如下：同一平面上的比較同一平面上的比較.在同側(cè)為在同側(cè)為順順, a,e在異側(cè)為在異側(cè)為反反.a,a;e,e.反式反式(e,e)比順式的穩(wěn)定比順式的穩(wěn)定. （a,a）實際上不存在（能量太高）實際上不存在（能量太高）取代基在取代基在e鍵上的構(gòu)象較穩(wěn)定鍵上的構(gòu)象較穩(wěn)定.41 叔丁基在叔丁基在 e 鍵上的構(gòu)象比在鍵上的構(gòu)象比在 a 鍵上的另一種構(gòu)象鍵上的另一種構(gòu)象要穩(wěn)定的多要穩(wěn)定的多.例例2: 順順-4-叔丁基環(huán)己醇的兩種構(gòu)象叔丁基環(huán)己醇的兩種構(gòu)象42 是雙環(huán)是雙環(huán)4.4.0癸烷的習(xí)慣名稱癸烷的習(xí)慣名稱.順十氫化萘順十氫化萘反十氫化萘反十氫化萘(1) 平面結(jié)平面結(jié)構(gòu)式構(gòu)