5脂環(huán)烴教學(xué)講解課件

有機(jī)化學(xué)5脂環(huán)烴(Cycloalkanes)返回有機(jī)化學(xué)5脂環(huán)烴返回

環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性；環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象；脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì)

重點要求掌握環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象；小環(huán)的開環(huán)規(guī)律?；緝?nèi)容和重點要求返回環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性；重點要求掌握環(huán)己5.1脂環(huán)烴的分類和命名5.2環(huán)烷烴的物理性質(zhì)5.3脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu)5.4脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì)5脂環(huán)烴返回5.1脂環(huán)烴的分類和命名5脂環(huán)烴返回按環(huán)上是否含有不飽和鍵飽和脂環(huán)烴（環(huán)烷烴）不飽和脂環(huán)烴（環(huán)烯、炔烴）5.1脂環(huán)烴的分類和命名5.1.1分類返回按組成環(huán)的數(shù)目單環(huán)脂環(huán)烴多環(huán)脂環(huán)烴按環(huán)上是否含有不飽和鍵5.1脂環(huán)烴的分類和命名5.1.15.1脂環(huán)烴的分類和命名5.1.1分類返回單環(huán)脂環(huán)烴根據(jù)組成環(huán)的碳原子數(shù)目（C3~C4）小環(huán)（C5~C7）普通環(huán)（C8~C11）中環(huán)（C12以上）大環(huán)多環(huán)脂環(huán)烴根據(jù)共用的碳原子數(shù)目螺環(huán)烴（共用1個C）稠環(huán)烴（共用2個C

）橋環(huán)烴（共用2個以上C

）5.1脂環(huán)烴的分類和命名5.1.1分類返回單環(huán)脂環(huán)烴根據(jù)

單環(huán)脂環(huán)烴的命名與烷烴相似，只是將碳原子數(shù)相應(yīng)的鏈烴前面加上一個“環(huán)”字。環(huán)上的碳原子用阿拉伯?dāng)?shù)字編號，使雙鍵和取代基有最小位次；在有多個取代基時，編號應(yīng)從較小的取代基開始。5.1脂環(huán)烴的分類和命名5.1.2脂環(huán)烴的命名返回單環(huán)脂環(huán)烴的命名與烷烴相似，只是將碳原子數(shù)相應(yīng)單環(huán)脂環(huán)烴的命名與烷烴相似，只是將碳原子數(shù)相應(yīng)的鏈烴前面加上一個“環(huán)”字環(huán)上的碳原子用阿拉伯字編號，使取代基有最小位次環(huán)丙烷1，2-二甲基環(huán)丙烷5.1.2脂環(huán)烴的命名返回單環(huán)脂環(huán)烴的命名與烷烴相似，只是將碳原子數(shù)相應(yīng)的鏈烴前面加上在有多個取代基時，編號應(yīng)從較小的取代基開始1-甲基-2-異丙基環(huán)戊烷5-甲基-1,3-環(huán)己二烯環(huán)烯烴的命名雙鍵位次最小返回在有多個取代基時，編號應(yīng)從較小的取代基開始1-甲基-2-異丙返回5.1.2脂環(huán)烴的命名1.螺環(huán)烴：分子中兩個碳環(huán)共用一個碳原子。多環(huán)化合物的命名以“螺”為詞頭,稱“螺某烷”；編號從較小環(huán)與螺原子相鄰的碳開始，沿小環(huán)經(jīng)螺原子到較大的環(huán)；將各環(huán)除螺原子以外的碳原子個數(shù)由小環(huán)到大環(huán)用數(shù)字表示，用圓點分開放在方括號中，括號放在“螺”和“某烷”中間；支鏈命名與單環(huán)烷烴相同。返回5.1.2脂環(huán)烴的命名1.螺環(huán)烴：分子中兩個碳環(huán)共用一返回3256721543676891011螺[2.4]庚烷螺[5.5]十一烷5-甲基螺[3.4]辛烷返回3256721543676891011螺[2.4]庚烷返回按成環(huán)碳原子數(shù)稱為“雙環(huán)某烷”；編號從一個橋頭開始，沿最長橋到另一橋頭，再沿次長橋回到起始碳，最后是最短橋；各橋碳原子數(shù)由大到小用數(shù)字表示，用下角圓點分開放在方括號中，將括號放在“雙環(huán)”和“某烷”中間；將環(huán)上取代基位次和名稱放在“雙環(huán)”之前。2.橋環(huán)烴：分子中兩個或兩個以上碳環(huán)共有兩個以上碳原子；共有的兩個碳原子為橋頭，兩橋頭之間的碳鏈為橋。返回按成環(huán)碳原子數(shù)稱為“雙環(huán)某烷”；2.橋環(huán)烴：分子中兩返回7,7-二甲基-3,7,7-三甲基-2,8-二甲基-1-乙基-雙環(huán)[2.2.1]庚烷雙環(huán)[4.1.0]庚烷雙環(huán)[3.2.1]辛烷返回7,7-二甲基-3,7,7-三5.2環(huán)烷烴的物理性質(zhì)

環(huán)烷烴的物理性質(zhì)和遞變規(guī)律與烷烴和烯烴相似，但亦有差別。最顯著的差別是環(huán)烷烴的熔點、沸點都較含同數(shù)碳原子的烷烴和烯烴高，相對密度較含同數(shù)碳原子的直鏈烷烴和烯烴大，但仍比水輕。返回5.2環(huán)烷烴的物理性質(zhì)環(huán)烷烴的物理性質(zhì)和遞變5.3.1脂環(huán)化合物的順反異構(gòu)5.3.2環(huán)的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性5.3.3環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象5.3脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu)返回5.3.1脂環(huán)化合物的順反異構(gòu)5.3脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu)返回

脂環(huán)化合物由于環(huán)(ring)的限制，環(huán)上所連接的原子或基團(tuán)，如同連接在碳碳雙鍵上一樣，不能自由旋轉(zhuǎn)。如果環(huán)上有兩個或兩個以上的碳原子各自連有不同的原子或基團(tuán)時，便產(chǎn)生順反異構(gòu)(cis-transisomerism)。5.3.1脂環(huán)化合物的順反異構(gòu)返回脂環(huán)化合物由于環(huán)(ring)的限制，環(huán)上所連接例：順-1，2-二甲基環(huán)丙烷反-1，2-二甲基環(huán)丙烷取代基在環(huán)的同側(cè)(sameside)為順式取代基在環(huán)的不同側(cè)(oppositeside)為反式返回例：順-1，2-二甲基環(huán)丙烷反-1，2-二甲基環(huán)丙烷取代基在順-1，4-二甲基環(huán)己烷反-1，4-二甲基環(huán)己烷返回順-1，4-二甲基環(huán)己烷反-1，4-二甲基環(huán)己烷返回（1）環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)：105°ＣＣＣ碳原子為sp3雜化為緩解角張力形成彎曲鍵具有重疊構(gòu)象，氫原子排斥產(chǎn)生“重疊張力”Ｃ-Ｃ-Ｃ鍵角偏離正常鍵角產(chǎn)生角張力環(huán)丙烷分子具有較高的內(nèi)能，不穩(wěn)定5.3.2環(huán)的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性返回（1）環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)：105°ＣＣＣ碳原子為sp3雜化為緩解角環(huán)丙烷(cyclopropane)的結(jié)構(gòu)返回動畫環(huán)丙烷(cyclopropane)的結(jié)構(gòu)返回動畫30o30o環(huán)丁烷的C－C鍵與環(huán)丙烷類似也呈彎曲鍵，也易開環(huán)。但它的碳原子雜化軌道重疊程度比環(huán)丙烷大，而且四個碳原子不在同一個平面內(nèi)，主要以“蝶式”構(gòu)象存在（約與平面成30o角）使張力有所降低，故比環(huán)丙烷穩(wěn)定。5.3.2環(huán)的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性（2）環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)：返回30o30o環(huán)丁烷的C－C鍵與環(huán)丙烷類似也呈彎環(huán)丁烷(cyclobutane)的結(jié)構(gòu)

返回動畫環(huán)丁烷(cyclobutane)的結(jié)構(gòu)

環(huán)己烷6個雜化的碳原子不是呈平面六角形，而是居于多面上，每個C-C-C鍵角保持109°，主要有椅式和船式兩種排列方式，這兩種構(gòu)象都是很穩(wěn)定無張力的環(huán)。5.3.2環(huán)的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性椅式構(gòu)象船式構(gòu)象（3）環(huán)己烷的結(jié)構(gòu)：返回環(huán)己烷6個雜化的碳原子不是呈平面六角形，而是居環(huán)己烷(cyclohexane)的結(jié)構(gòu)返回動畫環(huán)己烷(cyclohexane)的結(jié)構(gòu)返回動畫環(huán)烷烴的張力能環(huán)烷烴每個CH2的張力能/kJ·mol-1環(huán)丙烷38.5環(huán)丁烷27.6環(huán)戊烷5.4環(huán)己烷0環(huán)庚烷3.7環(huán)辛烷5.0環(huán)壬烷5.8環(huán)癸烷5.0環(huán)十五烷0

環(huán)烷烴的張力越大，能量愈高，分子愈不穩(wěn)定。環(huán)丙烷和環(huán)丁烷的張力能比其他的環(huán)烷烴都大很多，因此它們最不穩(wěn)定，容易開環(huán)。環(huán)戊烷和環(huán)庚烷等的張力能不太大，因此比較穩(wěn)定。環(huán)己烷和C12以上的大環(huán)化合物的張力能很小或等于零，因此它們都是很穩(wěn)定的化合物。返回環(huán)烷烴的張力能環(huán)烷烴每個CH2的張力能/kJ·mol-1環(huán)丙

環(huán)己烷呈椅式構(gòu)象時，相鄰兩個碳原子上的C－H鍵都是處于交叉式的位置，能量較低；而當(dāng)它呈船式構(gòu)象時，C2與C3之間及C5與C6之間的4個C－H鍵則是處于兩兩相互重疊的位置。椅式構(gòu)象船式構(gòu)象5.3.3環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象返回環(huán)己烷呈椅式構(gòu)象時，相鄰兩個碳原子上的C

船式構(gòu)象中船頭和船尾的兩個C－H鍵相距較近時也產(chǎn)生一定的張力。椅式構(gòu)象船式構(gòu)象返回船式構(gòu)象中船頭和船尾的兩個C－H鍵相距較近時也產(chǎn)生一定的椅式構(gòu)象(chairconformation)返回下頁退出上頁椅式構(gòu)象(chairconformation)返回下頁退出椅式構(gòu)象返回下頁退出上頁椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象返回下頁退出上頁椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象返回下頁退出上頁椅式構(gòu)象返回下頁退出上頁船式構(gòu)象返回下頁退出上頁船式構(gòu)象返回下頁退出上頁船式構(gòu)象返回下頁退出上頁船式構(gòu)象返回下頁退出上頁船式構(gòu)象返回下頁退出上頁船式構(gòu)象返回下頁退出上頁環(huán)己烷椅式構(gòu)象中每個碳原子上都有一個a鍵和一個e鍵，在環(huán)中上下交替排列。如圖：返回AxialandEquatorialbonds環(huán)己烷椅式構(gòu)象中每個碳原子上都有一個a鍵和一

當(dāng)環(huán)己烷由一種椅式構(gòu)象翻轉(zhuǎn)(ring-flip)為另一種椅式構(gòu)象時，原來的a鍵變成e鍵，原來的e鍵變成a鍵。由于六個碳上連接的都是氫原子，所以兩種椅式構(gòu)象完全等同。返回當(dāng)環(huán)己烷由一種椅式構(gòu)象翻轉(zhuǎn)(ring-fli

取代環(huán)己烷由一種椅式構(gòu)象翻轉(zhuǎn)為另一種椅式構(gòu)象時，翻轉(zhuǎn)前后的兩種構(gòu)象可能是不同的。一取代環(huán)己烷取代基占據(jù)a鍵取代基占據(jù)e鍵返回取代環(huán)己烷由一種椅式構(gòu)象翻轉(zhuǎn)為另一種椅式構(gòu)象R處于鄰位交叉位R處于對位交叉位較穩(wěn)定返回R處于鄰位交叉位R處于對位交叉位較穩(wěn)定返回

其穩(wěn)定構(gòu)象一般為椅式構(gòu)象，較大基團(tuán)處于e鍵，另外一個基團(tuán)則按幾何構(gòu)型要求處于a鍵或e鍵。（Ⅰ）（Ⅱ）（順式）二取代環(huán)己烷返回（Ⅰ）是主要構(gòu)象其穩(wěn)定構(gòu)象一般為椅式構(gòu)象，較大基團(tuán)處于e鍵，另（反式）（Ⅳ）（Ⅲ）較穩(wěn)定二取代環(huán)己烷返回（Ⅲ）是主要構(gòu)象（反式）（Ⅳ）（Ⅲ）較穩(wěn)定二取代環(huán)己烷返回（Ⅲ）是主要構(gòu)象當(dāng)環(huán)上兩個取代基相同時，則以同時占據(jù)e鍵的最為穩(wěn)定，其次是一個占據(jù)e鍵，另一個占據(jù)a鍵；最不穩(wěn)定的是都占據(jù)鍵a的構(gòu)象。（反式）較穩(wěn)定二取代環(huán)己烷返回當(dāng)環(huán)上兩個取代基相同時，則以同時占據(jù)e鍵的最為穩(wěn)定，其次是一（順式）二取代環(huán)己烷返回（順式）二取代環(huán)己烷返回

如果環(huán)上同時有多個取代基時，則e鍵取代最多的一般都是最穩(wěn)定的構(gòu)象。較穩(wěn)定多取代環(huán)己烷返回如果環(huán)上同時有多個取代基時，則e鍵取代最多的小結(jié)：一取代環(huán)已烷取代基在e鍵時，構(gòu)象較穩(wěn)定；二元取代的環(huán)己烷兩個取代基都占據(jù)e鍵時，構(gòu)象較穩(wěn)定；當(dāng)兩個取代基不同時，較大體積的取代基盡可能占據(jù)e鍵時，構(gòu)象較穩(wěn)定；如果環(huán)上同時有多個取代基時，則e鍵取代最多的一般都是最穩(wěn)定的構(gòu)象。返回上頁小結(jié)：一取代環(huán)已烷取代基在e鍵時，構(gòu)象較穩(wěn)定；返回上頁課堂練習(xí)畫出下列各二元取代環(huán)己烷最穩(wěn)定的構(gòu)象。（1）順-1-氯-2-溴環(huán)己烷返回課堂練習(xí)畫出下列各二元取代環(huán)己烷最穩(wěn)定的構(gòu)象。返回（2）反-1-甲基-4-乙基環(huán)己烷返回（2）反-1-甲基-4-乙基環(huán)己烷返回（3）反-1，3-二羥基環(huán)己烷返回（3）反-1，3-二羥基環(huán)己烷返回（4）順-1，3-二羥基環(huán)己烷返回上頁退出（4）順-1，3-二羥基環(huán)己烷返回上頁退出5.4脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì)5.4.1環(huán)烷烴的反應(yīng)5.4.2環(huán)烯烴的反應(yīng)返回5.4脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì)5.4.1環(huán)烷烴的反應(yīng)返回（1）取代反應(yīng)與開鏈烷烴的性質(zhì)相似5.4.1環(huán)烷烴的反應(yīng)返回（1）取代反應(yīng)與開鏈烷烴的性質(zhì)相似5.4.1環(huán)烷烴的反（2）催化加氫易難5.4.1環(huán)烷烴的反應(yīng)返回與烯烴的性質(zhì)相似（2）催化加氫易難5.4.1環(huán)烷烴的反應(yīng)返回與烯烴的性質(zhì)相有支鏈反應(yīng)產(chǎn)物物穩(wěn)定：CH3CHCH2CH2CH2CH3

CH3有支鏈反應(yīng)產(chǎn)物物穩(wěn)定：CH3CHCH2CH2CH2CH3CH

（3）加鹵素或鹵化氫Br2CCl4HBr四碳及以上環(huán)烷烴室溫下均不能與鹵素或鹵化氫反應(yīng)用于環(huán)丙烷的鑒別5.4.1環(huán)烷烴的反應(yīng)返回 （3）加鹵素或鹵化氫Br2CCl4HBr四碳及以上環(huán)烷烴取代環(huán)丙烷與鹵化氫的加成符合馬氏規(guī)則：返回取代環(huán)丙烷與鹵化氫的加成符合馬氏規(guī)則：返回140~180℃，1~2.5MPaO2，鈷催化劑HNO3加熱用強(qiáng)氧化劑加熱時，或在催化劑作用下用空氣直接氧化，環(huán)烷烴可被氧化成不同的產(chǎn)物（4）氧化反應(yīng)5.4.1環(huán)烷烴的反應(yīng)返回140~180℃，1~2.5MPaO2，鈷催化劑HNO3加KMnO4H2O可用于區(qū)別環(huán)烷烴和烯烴雙鍵對氧化劑不穩(wěn)定常溫下，飽和的環(huán)對氧化劑穩(wěn)定返回KMnO4H2O可用于區(qū)別環(huán)烷烴和烯烴雙鍵對氧化劑不穩(wěn)定常溫Br2CCl4O3Zn,H2O

環(huán)烯烴的雙鍵