有機(jī)化學(xué)-第五章-環(huán)烷烴課件

烴脂肪烴脂環(huán)烴碳骨架的類型開鏈：環(huán)狀：乙烷、丁烷環(huán)烷烴的通式5.1環(huán)烷烴的通式分類構(gòu)造異構(gòu)和命名環(huán)烷烴的通式：CnH2n

烴脂肪烴脂環(huán)烴碳骨架開鏈：環(huán)狀：乙烷、丁烷環(huán)烷烴的通1環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)戊烷環(huán)己烷環(huán)烷烴的通式：CnH2n

環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)C4H10：正丁烷異丁烷環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)戊烷環(huán)己烷環(huán)烷烴的通式：CnH2n環(huán)2同分異構(gòu)體(isomers)：分子式相同，原子的排列方式不同的化合物構(gòu)造異構(gòu)體(constitutionalisomers)：分子式相同，分子構(gòu)造不同的化合物碳骨架異構(gòu)直鏈烷烴支鏈烷烴正戊烷異戊烷新戊烷同分異構(gòu)體(isomers)：分子式相同，原子的排列方式不35.1.1脂環(huán)烴的分類

1．根據(jù)碳原子的飽和程度可分為：飽和脂環(huán)烴和不飽和脂環(huán)烴。如：

環(huán)戊烷

環(huán)戊烯

環(huán)辛炔

5.1.1脂環(huán)烴的分類1．根據(jù)碳原子的飽和程度可分為：42．根據(jù)環(huán)的大小可分為：大環(huán)（12個(gè)以上C原子的環(huán)）；中環(huán)（8-12個(gè)C原子的環(huán)）；普通環(huán)（5-7個(gè)C原子的環(huán)）；小環(huán)（3-4個(gè)C原子的環(huán)）。

3．根據(jù)碳環(huán)的數(shù)目可分為：單環(huán)、雙環(huán)和多環(huán)脂肪烴。2．根據(jù)環(huán)的大小可分為：3．根據(jù)碳環(huán)的數(shù)目可分為：5兩個(gè)碳環(huán)共用一個(gè)碳原子的脂肪烴稱為螺環(huán)烴。如：

兩個(gè)或兩個(gè)以上的碳環(huán)共用兩個(gè)及兩個(gè)以上碳原子的脂肪烴稱為橋環(huán)烴。

兩個(gè)碳環(huán)共用一個(gè)碳原子的脂肪烴稱為螺環(huán)烴。如：兩個(gè)或兩個(gè)以65.1.2脂環(huán)烴的命名

1．單環(huán)脂環(huán)烴

單環(huán)烴的命名與鏈烴相類似，只需在相應(yīng)的化合物類名前加個(gè)“環(huán)”字即可。例如：

環(huán)丙烷

乙基環(huán)戊烷

5.1.2脂環(huán)烴的命名1．單環(huán)脂環(huán)烴單環(huán)烴的命名與鏈7當(dāng)環(huán)上有多個(gè)取代基時(shí)，盡可能使取代基的位次為小，且使小取代基號(hào)數(shù)為小。

1-甲基-2-乙基環(huán)戊烷

當(dāng)環(huán)上有不飽和鍵時(shí)要使不飽和鍵編號(hào)最低，并使取代基編號(hào)較小。

3,5-二甲基環(huán)己烯

當(dāng)環(huán)上有多個(gè)取代基時(shí)，盡可能使取代基1-甲基-2-乙基環(huán)戊烷8當(dāng)取代基比較復(fù)雜或鏈長環(huán)小時(shí)，環(huán)部分作為取代基。

3-環(huán)丙基戊烷

2,4-二甲基-3-環(huán)戊基戊烷

當(dāng)取代基比較復(fù)雜或鏈長環(huán)小時(shí)，環(huán)部分作為取代基。3-環(huán)丙92．螺環(huán)烴

從小環(huán)鄰接于螺原子的環(huán)碳開始編號(hào)

方括號(hào)內(nèi)用阿拉伯?dāng)?shù)字注明每環(huán)碳原子數(shù)目

螺[3.5]壬烷

螺[4.5]-1,6-癸二烯

2．螺環(huán)烴從小環(huán)鄰接于螺原子的環(huán)碳開始編號(hào)方括號(hào)內(nèi)用阿拉103．橋環(huán)烴

橋環(huán)的編號(hào)從第一個(gè)橋頭碳開始

二環(huán)[3.2.0]庚烷

二環(huán)[4.2.0]辛烷

3．橋環(huán)烴橋環(huán)的編號(hào)從第一個(gè)橋頭碳開始二環(huán)[3.2.0]11環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)σ鍵的形成及其特性C:1s22s22px12py12pz0碳原子在基態(tài)時(shí)的電子構(gòu)型：sp3雜化軌道(hybridorbitals)

:基態(tài)2p2s1s電子躍遷激發(fā)態(tài)2p2s1ssp3雜化態(tài)雜化1ssp3圖2.1sp3雜化軌道形成過程示意圖環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)σ鍵的形成及其特性C:1s22s22px112在甲烷分子中，C原子是sp3雜化。s

軌道成分：1/4；p軌道成分：3/4。圖2.2sp3雜化軌道在甲烷分子中，C原子是sp3雜化。s軌道成分：1/4；13圖2.3

sp3雜化的碳原子幾何構(gòu)型：四面體圖2.3sp3雜化的碳原子幾何構(gòu)型：四面體14sp3–1sσ鍵4個(gè)C－Hσ鍵圖2.4甲烷的結(jié)構(gòu)sp3–1sσ鍵4個(gè)C－Hσ鍵圖2.4甲烷的結(jié)構(gòu)15圖2.5甲烷的球棍模型圖2.5甲烷的球棍模型16圖2.6甲烷的比例模型圖2.6甲烷的比例模型17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)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性環(huán)烷烴隨著環(huán)的大小不同，18燃燒熱：1mol化合物完全燃燒生成CO2+H2O放出的熱量表2.2一些環(huán)烷烴的燃燒熱分子燃燒熱/(kJ·mol-1)-CH2-的平均燃燒熱/(kJ·mol-1)環(huán)丙烷32091697環(huán)丁烷42744686環(huán)戊烷53320664環(huán)己烷63951659環(huán)庚烷74637662環(huán)辛烷85310664環(huán)壬烷95981665環(huán)癸烷106636664環(huán)十五烷159885660開鏈烷烴659名稱環(huán)大小與開鏈烷烴燃燒熱的差/(kJ·mol-1)38275035651燃燒熱：1mol化合物完全燃燒生成CO2+H2O放出19環(huán)烷烴的穩(wěn)定性：環(huán)己烷>環(huán)戊烷>環(huán)丁烷>環(huán)丙烷環(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)：圖2.12丙烷及環(huán)丙烷分子中碳碳鍵原子軌道交蓋情況環(huán)烷烴的穩(wěn)定性：環(huán)己烷>環(huán)戊烷>環(huán)丁烷>環(huán)丙烷環(huán)20在環(huán)丙烷分子中，兩個(gè)相鄰的C原子以sp3雜化軌道形成C－Cσ鍵時(shí)，以彎曲的方式交蓋，從而未能最大程度的交蓋。因此，環(huán)丙烷不穩(wěn)定。在環(huán)丙烷分子中，兩個(gè)相鄰的C原子以21環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷的碳骨架不是平面結(jié)構(gòu)，C－Ｃ－Ｃ鍵角為109.5°。通過旋轉(zhuǎn)σ鍵和鍵角的改變，可以得到兩種構(gòu)象：椅型船型圖2.14環(huán)己烷的椅式和船式構(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)，椅型22環(huán)己烷椅型構(gòu)象環(huán)己烷船型構(gòu)象圖2.15環(huán)己烷椅型和船型構(gòu)象的模型環(huán)己烷椅型構(gòu)象環(huán)己烷船型構(gòu)象圖2.15環(huán)己烷椅型和23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：椅型構(gòu)象穩(wěn)定的原因：所有的鍵處于交叉式椅型構(gòu)象和船型構(gòu)象可以相互轉(zhuǎn)變，椅型構(gòu)象穩(wěn)定的24eaeaeaeeaaaeeeeeee在船型構(gòu)象中，所有的C－H鍵處于交叉式。在椅型構(gòu)象中，C1、C3、C5原子在一個(gè)平面上；C2、C4、C6原子在另一個(gè)平面上。12個(gè)C－H鍵分為兩類：6個(gè)C－H鍵處于直立鍵(a鍵)，6個(gè)C－H鍵處于平伏鍵(e鍵)。aaaaaaeaeaeaeeaaaeeeeeee在船型構(gòu)象中，所有的C－25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，原來的a鍵變?yōu)閑鍵，原來的e鍵變?yōu)閍鍵：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：椅型構(gòu)象<紐船型構(gòu)象<船型構(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)成另一一種椅型構(gòu)26圖2.16環(huán)己烷的構(gòu)象翻轉(zhuǎn)圖2.16環(huán)己烷的構(gòu)象翻轉(zhuǎn)272.4.4取代環(huán)己烷的構(gòu)象在一取代的環(huán)己烷分子中，取代基可以處在a鍵上，也可以處在e鍵上：當(dāng)取代基處在a鍵時(shí)，它與3,5位的H原子存在著非鍵張力，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－CH2－處于鄰位交叉，而當(dāng)取代基處于e鍵上時(shí)，取代基與相鄰碳原子上的－CH2－處于對(duì)位交叉2.4.4取代環(huán)己烷的構(gòu)象在一取代的環(huán)己烷分28取代基處在e鍵上穩(wěn)定。取代基處在e鍵上穩(wěn)定。29取代基越大，它處于e鍵的構(gòu)象越穩(wěn)定：取代基越大，它處于e鍵的構(gòu)象越穩(wěn)定：30環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)2.6.1自由基取代反應(yīng)飽和烴分子中的氫原子被其它原子或基團(tuán)所取代的反應(yīng)——取代反應(yīng)。通過自由基取代H原子的反應(yīng)——自由基取代反應(yīng)。(1)鹵化反應(yīng)(halogenation)：在光、高溫或催化劑作用下，烷烴、環(huán)烷烴(小環(huán)烷烴除外)，與鹵素分子反應(yīng)，生成鹵代烷和鹵化氫。烷烴鹵素鹵代烷鹵化氫環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)2.6.1自由基取代反應(yīng)飽和烴31乙烷氯氯乙烷(78%)環(huán)戊烷環(huán)戊基氯(93%)工業(yè)上洗滌劑原料的合成：十二烷氯十二烷乙烷氯氯乙烷(78%)環(huán)戊烷32氧化反應(yīng)(oxidation)烷烴和環(huán)烷烴在空氣中可以燃燒:工業(yè)上對(duì)烷烴或環(huán)烷烴氧化反應(yīng)的利用：制造肥皂的原料的方法生產(chǎn)環(huán)己醇的方法氧化反應(yīng)(oxidation)烷烴和環(huán)烷烴在空氣中可以燃燒:33小環(huán)環(huán)烷烴的加成反應(yīng)小環(huán)環(huán)烷烴環(huán)的張力易于開環(huán)