有機(jī)化學(xué)-環(huán)烷烴完整版

1、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院環(huán)烷烴環(huán)烷烴：碳干為環(huán)狀而性質(zhì)與開鏈烷烴相似的烴類。碳干為環(huán)狀而性質(zhì)與開鏈烷烴相似的烴類。3.1 環(huán)烷烴環(huán)烷烴的異構(gòu)和命名的異構(gòu)和命名山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院按按環(huán)環(huán)大大小小34小小環(huán)環(huán)（C 、C )普普通通環(huán)環(huán)（C5C7）中中環(huán)環(huán)（C8C12）大大環(huán)環(huán)（C12)按按環(huán)環(huán)數(shù)數(shù)單單環(huán)環(huán): 如如CH2CH2CH2(環(huán)環(huán)丙丙烷烷）、(環(huán)環(huán)己己烷烷）多多環(huán)環(huán)：二二環(huán)環(huán)以以上上。 如如 金金剛剛烷烷二二環(huán)環(huán)：如如 (十十氫氫萘萘）又又叫叫二二環(huán)環(huán)4.4.0癸癸烷烷環(huán)數(shù)：使環(huán)狀化合物變環(huán)數(shù)：使環(huán)狀化合物變成開鏈化合物所需打破成開鏈化合物所需打破的碳碳鍵的數(shù)目。的碳碳鍵的數(shù)目。按按環(huán)環(huán)的的連

2、連接接方方式式螺螺環(huán)環(huán)：共共有有1個(gè)個(gè)碳碳 如如橋橋環(huán)環(huán)：共共有有或或 以以上上碳碳原原子子 如如2個(gè)個(gè)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 以環(huán)為母體，名稱用以環(huán)為母體，名稱用“環(huán)環(huán)” （英文用（英文用 “cyclo”）開頭。）開頭。 環(huán)外基團(tuán)作為環(huán)上的取環(huán)外基團(tuán)作為環(huán)上的取代基代基 取代基位置數(shù)字取最小取代基位置數(shù)字取最小二、命名：二、命名：與烷烴命名相似與烷烴命名相似CH31231234山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 順反異構(gòu)用順反異構(gòu)用“順順”或或“反反”注明基團(tuán)相注明基團(tuán)相對位置。對位置。 英文用英文用 “cis”和和“trans”表示。表示。CH3HCH3HH3CCH3H3CCH3HHCH3HCH3HCH3

3、HCH3HH3CCH3CH3H3C山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 環(huán)可作為取代基環(huán)可作為取代基 （稱（稱環(huán)環(huán) 基基） 相同環(huán)連結(jié)時(shí)，可相同環(huán)連結(jié)時(shí)，可 用詞頭用詞頭“聯(lián)聯(lián)”開頭。開頭。12312334山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院橋橋 頭頭 碳：碳：幾個(gè)環(huán)共用的碳原子，幾個(gè)環(huán)共用的碳原子，環(huán)的數(shù)目：環(huán)的數(shù)目：斷裂二根斷裂二根CC鍵可成鏈狀烷烴為二環(huán)；斷裂三根鍵可成鏈狀烷烴為二環(huán)；斷裂三根CC 鍵可成鏈狀烷烴為三環(huán)鍵可成鏈狀烷烴為三環(huán)橋頭間碳原子數(shù)：橋頭間碳原子數(shù)：不包括橋頭不包括橋頭C，由多到少列出，由多到少列出環(huán)的編號方法：環(huán)的編號方法：從橋頭開始，先長鏈后短鏈從橋頭開始，先長鏈后短鏈12345678910 (

4、用用.隔開隔開)橋環(huán)：橋環(huán)：兩個(gè)或兩個(gè)以上碳環(huán)共用兩個(gè)以上碳原子兩個(gè)或兩個(gè)以上碳環(huán)共用兩個(gè)以上碳原子山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院123456712345671234567892, 6, 6三甲基二環(huán)三甲基二環(huán)3.1.1庚烷庚烷2,6,6-trimethylbicyclo3.1.1heptane126山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院用用,隔開隔開1234567山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 編號從小環(huán)開始 取代基數(shù)目取最小 (用.隔開)螺環(huán)：兩個(gè)碳環(huán)共有一個(gè)碳原子123456789101234567山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院按形象命名按形象命名按衍生物命名按衍生物命名O山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 3.2 環(huán)烷烴的物理性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)環(huán)烷烴

5、的物理性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)一、物理性質(zhì)一、物理性質(zhì)環(huán)烷烴的環(huán)烷烴的bp. mp.和相對密度比同碳原子數(shù)的直鏈烷烴高。和相對密度比同碳原子數(shù)的直鏈烷烴高。例題：將下列化合物按沸點(diǎn)降低的順序排列：例題：將下列化合物按沸點(diǎn)降低的順序排列：（1）丁烷（）丁烷（2）己烷（）己烷（3）3-甲基戊烷甲基戊烷（4）2-甲基丁烷（甲基丁烷（5）2，3-二甲基丁烷（二甲基丁烷（6）環(huán)己烷）環(huán)己烷解：（解：（6）（）（2）（）（3）（）（5）（）（4）（）（1）山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院二、化學(xué)性質(zhì)二、化學(xué)性質(zhì)飽和環(huán)烷烴對飽和環(huán)烷烴對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑穩(wěn)定穩(wěn)定n自由基取代反應(yīng)（普通脂環(huán)烴具有開鏈烴的通性自

6、由基取代反應(yīng)（普通脂環(huán)烴具有開鏈烴的通性 ）300BrBr2HBr光光CH3Cl2CH3ClHCl山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 小環(huán)小環(huán)的催化加氫的催化加氫（打開一根（打開一根 C-C 鍵）鍵）支鏈支鏈多較多較穩(wěn)定穩(wěn)定H2 / Pt, 120oCor Ni, 200oCCH3CH2CH2CH3H2 / Pt, 50oCor Ni, 80oCCH3CH2CH3CH2CH3H2 / Pt, 50oCor Ni, 80oCCH3CHCH2CH3CH3213231H2P d 3 0 0 CH3CH2CH2CH2CH3山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院（離子型）（離子型）加成反應(yīng)加成反應(yīng)自由基自由基取代反應(yīng)取代反應(yīng)Cl2 /

7、 hvClCH2CH2CH2BrBrCH2CH2CH2ClClBr2 / r.t.Cl2 / FeCl3不不反反應(yīng)應(yīng)（難難開開環(huán)環(huán)）Br2 / r.t.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院反應(yīng)選擇性反應(yīng)選擇性與碳正離子穩(wěn)定性有關(guān)與碳正離子穩(wěn)定性有關(guān)CH2CH2CH2HICH2CH2CH2HOHHIH2SO4H2OCH3HICH2CH2 CHHICH3213132山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院n氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) CH=CCH3CH3KMnO4COO HCH3CH3C=O區(qū)別：區(qū)別：環(huán)丙烷對氧化劑（如高錳酸鉀）穩(wěn)定，而烯烴易被氧化。環(huán)丙烷對氧化劑（如高錳酸鉀）穩(wěn)定，而烯烴易被氧化。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院例題：如何將丙烷、丙烯

8、、環(huán)丙烷區(qū)別開？例題：如何將丙烷、丙烯、環(huán)丙烷區(qū)別開？1、各取少許上述三種溶液，分別加入高錳酸鉀的酸性溶液，、各取少許上述三種溶液，分別加入高錳酸鉀的酸性溶液，使其褪色的是丙烯。使其褪色的是丙烯。解：解：2、另取剩余兩種溶液，分別加入溴水，使其褪色的是環(huán)丙、另取剩余兩種溶液，分別加入溴水，使其褪色的是環(huán)丙烷。余下的是丙烷。烷。余下的是丙烷。例題：如何將環(huán)丙烷、環(huán)丁烷和環(huán)戊烷區(qū)別開？例題：如何將環(huán)丙烷、環(huán)丁烷和環(huán)戊烷區(qū)別開？解：解：各取少許上述三種溶液，分別加入溴水，使其褪色的是環(huán)各取少許上述三種溶液，分別加入溴水，使其褪色的是環(huán)丙烷，加熱后退色的是環(huán)丁烷，不退色的是環(huán)戊烷。丙烷，加熱后退色的是

9、環(huán)丁烷，不退色的是環(huán)戊烷。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 3.4 環(huán)的張力環(huán)的張力一、一、Baeyer張力學(xué)說（張力學(xué)說（1885年）年）山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院sp3 碳原子鍵角應(yīng)為碳原子鍵角應(yīng)為109。28, 任何與此正常鍵角的偏任何與此正常鍵角的偏差，都會(huì)引起分子的張力，這種張力具有力圖恢復(fù)正差，都會(huì)引起分子的張力，這種張力具有力圖恢復(fù)正常鍵角的趨勢。我們把這種張力叫常鍵角的趨勢。我們把這種張力叫角張力角張力。60。90。108。120。角角偏偏差差 49。28 19。28 1。28 10。32Baeyer張力學(xué)說建立在錯(cuò)誤假設(shè)（認(rèn)為環(huán)烷烴都是平張力學(xué)說建立在錯(cuò)誤假設(shè)（認(rèn)為環(huán)烷烴都是平面結(jié)構(gòu)）的基礎(chǔ)上

10、，只對小環(huán)適用。面結(jié)構(gòu)）的基礎(chǔ)上，只對小環(huán)適用。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院二、化學(xué)鍵的觀點(diǎn)二、化學(xué)鍵的觀點(diǎn)1、電子云并非沿對稱軸重疊，所以形成彎曲鍵。、電子云并非沿對稱軸重疊，所以形成彎曲鍵。2、電子云重疊程度小，所以鍵不穩(wěn)定，易斷裂。、電子云重疊程度小，所以鍵不穩(wěn)定，易斷裂。3、成鍵的電子云分布在兩原子的外側(cè)，易受親電試劑、成鍵的電子云分布在兩原子的外側(cè)，易受親電試劑的進(jìn)攻，而發(fā)生親電加成。的進(jìn)攻，而發(fā)生親電加成。穩(wěn)定性的順序：穩(wěn)定性的順序：環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)戊烷環(huán)己烷環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)戊烷環(huán)己烷山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院角張力（角張力（angle strain）：）：環(huán)的角度與環(huán)的角度與sp3軌道夾角差軌道夾

11、角差別引起的張力別引起的張力所有所有C-H 鍵均為鍵均為重疊式構(gòu)象，重疊式構(gòu)象，有有扭轉(zhuǎn)張力扭轉(zhuǎn)張力HHHHHHHHHHHH123123C1-C2平面型平面型環(huán)丙烷為張力環(huán)，采取重疊式構(gòu)象，所以容易破環(huán)。此外，環(huán)丙烷CC鍵為彎曲鍵，有點(diǎn)類似于烯烴的鍵，可以發(fā)生類似于烯烴的加成反應(yīng)。三、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)三、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院角張力角張力扭轉(zhuǎn)張力扭轉(zhuǎn)張力角張力稍增角張力稍增加加, 扭轉(zhuǎn)張扭轉(zhuǎn)張力明顯減小力明顯減小HHHHHHHH1234C1-C2C4-C3HHHHHH1234HHHHHHH2C123H2C4HHHHHHHH1234C1-C2山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院三、燃燒熱和非平面結(jié)構(gòu)三、燃

12、燒熱和非平面結(jié)構(gòu) 燃燒熱：此處用每個(gè)燃燒熱：此處用每個(gè)CH2單元的平均燃燒熱，與開鏈烷烴單元的平均燃燒熱，與開鏈烷烴每個(gè)每個(gè)CH2單元平均燃燒熱的差值單元平均燃燒熱的差值n來表示分子的張力能。來表示分子的張力能。 環(huán)丙烷：平面結(jié)構(gòu)環(huán)丙烷：平面結(jié)構(gòu)其它環(huán)烷烴：非平面結(jié)構(gòu)其它環(huán)烷烴：非平面結(jié)構(gòu)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院開鏈烷烴每個(gè)開鏈烷烴每個(gè)的燃燒熱：的燃燒熱：658.6 KJ/mol環(huán)十四烷環(huán)十四烷 658.6環(huán)十五烷環(huán)十五烷 659.0環(huán)辛烷環(huán)辛烷 663.8環(huán)壬烷環(huán)壬烷 664.6環(huán)癸烷環(huán)癸烷 663.6環(huán)戊烷環(huán)戊烷 664.0環(huán)己烷環(huán)己烷 658.6環(huán)庚烷環(huán)庚烷 662.4環(huán)丙烷環(huán)丙烷 697.

13、1環(huán)丁烷環(huán)丁烷 686.1C5 C7C12 C8 C11C3C4大大環(huán)環(huán)普普通通環(huán)環(huán)中中環(huán)環(huán)小小環(huán)環(huán) 每個(gè)每個(gè)CH2的燃燒熱的燃燒熱 (KJ/mol)每個(gè)每個(gè)CH2的燃燒的燃燒 (KJ/mol)穩(wěn)定性穩(wěn)定性小環(huán)小環(huán)普通環(huán)普通環(huán)中環(huán)中環(huán)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院120oHHHHHHHHHHHHn 環(huán)己烷不是平面型分子環(huán)己烷不是平面型分子山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院n 環(huán)己烷碳架是折疊的環(huán)己烷碳架是折疊的HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH123456123456兩者互為構(gòu)象異構(gòu)體兩者互為構(gòu)象異構(gòu)體山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院HH之間距離均之間距離均大于大于H的的Va

14、n der Waals半半徑之和（徑之和（2.40nm ）HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH123456C4-C3C6-C1HHHHHHHH612543山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 相間的兩根鍵相互平行相間的兩根鍵相互平行（畫（畫 Z 字形）字形） 六個(gè)碳原子交替分布在兩個(gè)平面上六個(gè)碳原子交替分布在兩個(gè)平面上 每個(gè)碳均有一根每個(gè)碳均有一根C-H鍵在垂直方向，鍵在垂直方向，上平面的向上上平面的向上 畫，下平面的向下畫畫，下平面的向下畫 其它其它C-H鍵分別向左（左邊的三個(gè)）或向右（右邊鍵分別向左（左邊的三個(gè)）或向右（右邊 的三個(gè)），且上下交替的三個(gè)），且上下交替HHHHHHHHHHHH山東

15、農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院有幾組有幾組HH之間距離均之間距離均小于小于H的的Van der Waals半徑之和（半徑之和（2.40nm ）HHHHHHHHHHHH123456C3-C2C5-C6HHHHHHHH165423HHHHHHHHHHHH山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院Cyclohexane(axial bonds)直立鍵直立鍵a鍵鍵u兩種不同類型的兩種不同類型的H鍵鍵凡與通過分凡與通過分子中心的假子中心的假想垂直軸平想垂直軸平行的行的CH鍵鍵HHHHHH 0.252nm山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院平伏鍵平伏鍵e鍵鍵Cyclohexane (equatorial bonds)凡與垂直軸成凡與垂直軸成109。28的的

16、CH鍵鍵e鍵鍵HHHHHH山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院a鍵鍵 (axial bond)豎鍵豎鍵, 直鍵直鍵, 直立鍵直立鍵e鍵鍵 (equatorial bond)橫鍵橫鍵, 平鍵平鍵, 平伏鍵平伏鍵HHHHHHHHHHHHHHHHHHHH山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院轉(zhuǎn)環(huán)作用轉(zhuǎn)環(huán)作用一個(gè)椅式構(gòu)象通過一個(gè)椅式構(gòu)象通過C-C鍵的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榱硗庖粋€(gè)鍵的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榱硗庖粋€(gè)椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象,這種構(gòu)象的互變這種構(gòu)象的互變,叫轉(zhuǎn)環(huán)作用。叫轉(zhuǎn)環(huán)作用。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院相鄰碳上的相鄰碳上的a a鍵和鍵和e e鍵為順式鍵為順式兩個(gè)相鄰的兩個(gè)相鄰的a a鍵（或鍵（或e e鍵）為反式鍵）為反式la鍵和鍵和e鍵的相互轉(zhuǎn)換鍵的相互轉(zhuǎn)換翻轉(zhuǎn)

17、后翻轉(zhuǎn)后,原來的原來的a鍵轉(zhuǎn)變鍵轉(zhuǎn)變?yōu)闉閑鍵鍵,而而e鍵轉(zhuǎn)變?yōu)殒I轉(zhuǎn)變?yōu)閍鍵鍵HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH123456HHHHHHHHHHHH123456翻轉(zhuǎn)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院4623.55.4kJ / mol勢勢能能扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過過程程山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院3.6環(huán)己烷衍生物優(yōu)勢構(gòu)象的判定環(huán)己烷衍生物優(yōu)勢構(gòu)象的判定v 環(huán)己烷一取代物以取代基處于環(huán)己烷一取代物以取代基處于e-鍵上的最鍵上的最穩(wěn)定穩(wěn)定v 含相同取代基的環(huán)己烷多元取代物最穩(wěn)定含相同取代基的環(huán)己烷多元取代物最穩(wěn)定的構(gòu)象是的構(gòu)象是e-取代基最多的構(gòu)象取代基最多的構(gòu)象Hassel規(guī)則規(guī)則v 環(huán)上有不同取代基時(shí)，大的取代基在

18、環(huán)上有不同取代基時(shí)，大的取代基在e-鍵鍵上的最穩(wěn)定上的最穩(wěn)定Baton規(guī)則規(guī)則山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院一元取代環(huán)已烷的優(yōu)勢構(gòu)象一元取代環(huán)已烷的優(yōu)勢構(gòu)象 CH3HHCH3HH 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 優(yōu)勢構(gòu)象優(yōu)勢構(gòu)象 室溫：室溫： 5% 95%山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院多元取代環(huán)己烷的穩(wěn)定構(gòu)象多元取代環(huán)己烷的穩(wěn)定構(gòu)象取代基在取代基在e鍵上居多時(shí)的構(gòu)象最穩(wěn)定，鍵上居多時(shí)的構(gòu)象最穩(wěn)定，取代基不同時(shí)，大取代基在取代基不同時(shí)，大取代基在e鍵上的鍵上的構(gòu)象最穩(wěn)定。構(gòu)象最穩(wěn)定。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院CH3CH3CH3CH3CH3CH3 ea型型 順順 1, 2二甲基環(huán)己烷二甲基環(huán)己烷aa型型 ee型（優(yōu)構(gòu)）型（優(yōu)構(gòu)） 反反1, 2 二甲基環(huán)己烷二甲基環(huán)己烷山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 如果為：順（反）如果為：順（反）1甲基甲基3叔丁基環(huán)己叔丁基環(huán)己烷烷 ，則其優(yōu)勢構(gòu)象又是什么呢？，則其優(yōu)勢構(gòu)象又是什么呢？aa型型(順式順式)CH3C(CH3)3ee型型(順式優(yōu)構(gòu)）順式優(yōu)構(gòu)）CH3C(CH3)3山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院H3CC(CH3)3ae型型(反式優(yōu)構(gòu)）反式優(yōu)構(gòu)）C(CH3)3CH3ea型型(反式反式)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 順順1甲基甲基4叔丁基環(huán)己烷叔丁基環(huán)己烷 如果為