第五章脂環(huán)烴

1、第五章第五章 脂脂 環(huán)環(huán) 烴烴第一節(jié)第一節(jié) 脂環(huán)烴的分類命名和異構(gòu)現(xiàn)象脂環(huán)烴的分類命名和異構(gòu)現(xiàn)象 一、分類一、分類 1.飽和脂環(huán)烴 環(huán)烷烴 如：（ ） 不飽和脂環(huán)烴 環(huán)烯烴如：（ ） 環(huán)炔烴2.環(huán)的大小：小環(huán)（元）；普通環(huán)（元）； 中環(huán)（元）和大環(huán)（十二碳以上）。 環(huán)的多少：?jiǎn)苇h(huán)；多環(huán)（橋環(huán)，螺環(huán)）。二、命名二、命名 環(huán)烷烴的命名（1）根據(jù)分子中成環(huán)碳原子數(shù)目，稱為環(huán)某烷。（2）把取代基的名稱寫在環(huán)烷烴的前面。（3）取代基位次按“最低系列”原則列出，基團(tuán)順序按“次 序規(guī)則”小的優(yōu)先列出。例如：2.環(huán)烯烴的命名環(huán)烯烴的命名 （1）稱為環(huán)某烯。（2）以雙鍵的位次和取代基的位置最小為原則。 例如：3

2、.多環(huán)烴的命名多環(huán)烴的命名（1）橋環(huán)烴（二環(huán)、三環(huán)等）橋環(huán)烴（二環(huán)、三環(huán)等） 分子中含有兩個(gè)或多個(gè)碳環(huán)的多環(huán)化合物中，其中兩個(gè)環(huán)共用兩個(gè)或多個(gè)碳原子的化合物稱為橋環(huán)化合物。編號(hào)原則編號(hào)原則：從橋的一端開始，沿最長(zhǎng)橋編至橋的另一端，再沿次長(zhǎng)橋至始橋頭，最短的橋最后編號(hào)。命名命名：根據(jù)成環(huán)碳原子總數(shù)目稱為環(huán)某烷，在環(huán)字后面的方括號(hào)中標(biāo)出除橋頭碳原子外的橋碳原子數(shù)（大的數(shù)目排前，小的排后），（如左圖）。其它同環(huán)烷烴的命名。 例如:上化合物名為 7，7-二甲基二環(huán)2，2，1庚烷(2)螺環(huán)烴 兩個(gè)環(huán)共用一個(gè)碳原子的環(huán)烷烴稱為螺環(huán)烴。編號(hào)原則編號(hào)原則：從較小環(huán)中與螺原子相鄰的一個(gè)碳原子開始，徒經(jīng)小環(huán)到螺原

3、子，再沿大環(huán)致所有環(huán)碳原子。命名命名：根據(jù)成環(huán)碳原子的總數(shù)稱為環(huán)某烷，在方括號(hào)中標(biāo)出各碳環(huán)中除螺碳原子以外的碳原子數(shù)目（小的數(shù)目排，大的排后），其它同烷烴的命名。三、異構(gòu)現(xiàn)象三、異構(gòu)現(xiàn)象脂環(huán)烴的異構(gòu)有構(gòu)造異構(gòu)和順反異構(gòu)。如C5H10的環(huán)烴的異構(gòu)有：第二節(jié)第二節(jié) 脂環(huán)烴的性質(zhì)脂環(huán)烴的性質(zhì) 一一 、普通環(huán)的性質(zhì)、普通環(huán)的性質(zhì)普通脂環(huán)烴具有開鏈烴的通性環(huán)烷烴主要是起自由基取代反應(yīng)，難被氧化。環(huán)烯烴具有烯烴的通性：通性：二、小環(huán)烷烴的特性反應(yīng)二、小環(huán)烷烴的特性反應(yīng)1.加成反應(yīng) （1） 加氫（2） 加鹵素（3）加H X, H2SO42氧化反應(yīng)環(huán)丙烷對(duì)氧化劑穩(wěn)定，不被高錳酸鉀、臭氧等氧化劑氧化。例如：故可

4、用高錳酸鉀溶液來區(qū)別烯烴與環(huán)丙烷衍生物。環(huán)烴性質(zhì)小結(jié)：(1)小環(huán)烷烴（3，4元環(huán)）易加成，難氧化，似烷似烯。普通環(huán)以上難加成，難氧化，似烷。(2)環(huán)烯烴、共軛二烯烴，各自具有其相應(yīng)烯烴的通性。第三節(jié)第三節(jié) 脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu)脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu) 從環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)可以看出，環(huán)丙烷最不穩(wěn)定，環(huán)丁烷次之，環(huán)戊烷比較穩(wěn)定，環(huán)己烷以上的大環(huán)都穩(wěn)定，這反映了環(huán)的穩(wěn)定性與環(huán)的結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系。一、一、 環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)與張力學(xué)說環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)與張力學(xué)說1環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)理論上： 1 飽和烴，C為sp3雜化,鍵角為109.5 2 三碳環(huán)，成環(huán)碳原子應(yīng)共平面，內(nèi)角為60 （兩者自相矛盾（兩者自相矛盾 ）故三元環(huán)的結(jié)構(gòu)特殊。 現(xiàn)代物

5、理方法測(cè)定，環(huán)丙烷分子中：鍵角 C-C-C = 105.5; H-C-H =114。 所以環(huán)丙烷分子中碳原子之間的sp3雜化軌道是以彎曲鍵（香 蕉鍵）相互交蓋的。由圖可見由圖可見，環(huán)丙烷分子中存在著較大的張力（角張力和扭轉(zhuǎn)張力），是一個(gè)有張力環(huán)，所以易開環(huán)，發(fā)生加成反應(yīng)。環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)圖 2.張力學(xué)說張力學(xué)說 在環(huán)丙烷分子中，電子云的重疊不能沿著sp3軌道軸對(duì)稱重疊，只能偏離鍵軸一定的角度以彎曲鍵側(cè)面重疊，形成彎曲鍵（香蕉鍵），其鍵角為 105.5，因鍵角要從109.5壓縮到105.5，故環(huán)有一定的張力（角張力）。 另外環(huán)丙烷分子中還存在著另一種張力扭轉(zhuǎn)張力（由于環(huán)中三個(gè)碳位于同一平面，相鄰的C

6、-H鍵互相處于重疊式構(gòu)象，有旋轉(zhuǎn)成交叉式的趨向，這樣的張力稱為扭轉(zhuǎn)張力）。環(huán)丙烷的總張力能為114KJ/mol。二、環(huán)丁烷和環(huán)戊烷的構(gòu)象二、環(huán)丁烷和環(huán)戊烷的構(gòu)象1環(huán)丁烷的構(gòu)象 與環(huán)丙烷相似，環(huán)丁烷分子中存在著張力，但比環(huán)丙烷的小，因在環(huán)丁烷分子中四個(gè)碳原子不在同一平面上，見右圖： 根據(jù)結(jié)晶學(xué)和光譜學(xué)的證明，環(huán)丁烷是以折疊壯構(gòu)象存在的，這種非平面型結(jié)構(gòu)可以減少C-H的重疊，使扭轉(zhuǎn)張力減小。環(huán)丁烷分子中 C-C-C鍵角為 111.5，角張力也比環(huán)丙烷的小，所以環(huán)丁烷比環(huán)丙烷要穩(wěn)定些，總張力能為108KJ/mol。 環(huán)丁烷的構(gòu)象 2環(huán)戊烷的構(gòu)象 環(huán)戊烷分子中，C-C-C夾角為108，接近sp3雜化軌

7、道間夾角109.5，環(huán)張力甚微，是比較穩(wěn)定的環(huán)。但若環(huán)為平面結(jié)構(gòu)，則其C-H鍵都相互重疊，會(huì)有較大的扭轉(zhuǎn)張力，所以，環(huán)戊烷是以折疊式構(gòu)象存在的，為非平面結(jié)構(gòu)，見右圖，其中有四個(gè)碳原子在同一平面，另外一個(gè)碳原子在這個(gè)平面之外，成信封式構(gòu)象。 環(huán)戊烷的構(gòu)象 這種構(gòu)象的張力很小，總張力能25KJ/mol，扭轉(zhuǎn)張力在2.5KJ/mol以下，因此，環(huán)戊烷的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 三、環(huán)己烷的構(gòu)象三、環(huán)己烷的構(gòu)象 在環(huán)己烷分子中，六個(gè)碳原子不在同一平面內(nèi)，碳碳鍵之間的夾角可以保持109.5因此環(huán)很穩(wěn)定。1.兩種極限構(gòu)象椅式和船式椅式構(gòu)象穩(wěn)定的原因：船式構(gòu)象不穩(wěn)定的原因： 2.平伏鍵（e鍵）與直立鍵（a鍵）在椅式構(gòu)

8、象中C-H鍵分為兩類。第一類六個(gè)C-H鍵與分子的對(duì)稱軸平行，叫做直立鍵或a鍵（其中三個(gè)向環(huán)平面上方伸展，另外三個(gè)相換環(huán)平面下方伸展）；第二類六個(gè)C-H鍵與直立鍵形成接近109.5的夾角，平伏著相環(huán)外伸展，叫做平伏鍵或e鍵。如下圖： 在室溫時(shí)，環(huán)己烷的椅式構(gòu)象可通過C-C鍵的轉(zhuǎn)動(dòng)（而不經(jīng)過碳碳鍵的斷裂），由一種椅式構(gòu)象變?yōu)榱硪环N椅式構(gòu)象，在互相轉(zhuǎn)變中，原來的a鍵變成了e鍵，而原來的e鍵變成了a鍵。當(dāng)六個(gè)碳原子上連的都是氫時(shí)，兩種構(gòu)象是同一構(gòu)象。連有不同基團(tuán)時(shí)，則構(gòu)象不同。 3.取代環(huán)己烷的構(gòu)象一、一元取代環(huán)己烷的構(gòu)象 一元取代環(huán)己烷中，取代基可占據(jù)a鍵，也可占據(jù)e鍵，但占據(jù)e鍵的構(gòu)象更穩(wěn)定。例如：原因原因：a鍵取代基結(jié)構(gòu)中的非鍵原子間斥力比e鍵取代基的大（因非鍵原子間的距離小于正常原子鍵的距離所致）。從下圖中原子在空間的距離數(shù)據(jù)可清楚看出。取代基越大e鍵型構(gòu)象為主的趨勢(shì)越明顯。 二、二元取代環(huán)己烷的構(gòu)象（1）1，2-二取代（2）1，3-二取代 其他