暨南大學(xué)有機無機化學(xué)第五章-脂環(huán)烴課件

第五章脂環(huán)烴一脂環(huán)烴的分類和命名二環(huán)烷烴的物理性質(zhì)三脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì)四脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu)一、脂環(huán)烴的分類和命名

脂環(huán)烴的分類按組成環(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)

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)脂環(huán)烴的命名單環(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，但如果有雙鍵，則首先使雙鍵有最小位次；在有多個取代基時，編號應(yīng)從較小的取代基開始。脂環(huán)烴的命名單環(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)丙烷脂環(huán)烴的命名1-甲基-2-異丙基環(huán)戊烷1234512345在有多個取代基時，編號應(yīng)從較小的取代基開始脂環(huán)烴的命名1-甲基-2-異丙基環(huán)戊烷1234512345在有多個取代基時，編號應(yīng)從較小的取代基開始脂環(huán)烴的命名1-甲基-2-異丙基環(huán)戊烷1234512345在有多個取代基時，編號應(yīng)從較小的取代基開始脂環(huán)烴的命名5-甲基-1，3-環(huán)己二烯123456123456環(huán)烯烴的命名雙鍵位次最小2.雙環(huán)烴分子的碳架中含有兩個碳環(huán)的烴。

聯(lián)環(huán)橋環(huán)螺環(huán)稠環(huán)1)雙環(huán)橋環(huán)烴由兩個碳環(huán)共用兩個或多個碳原子的化合物。橋頭碳原子：兩環(huán)共用的碳原子。橋：兩個橋頭碳原子之間的碳鏈或一個鍵。二環(huán)[3.2.1]辛烷Bicyclo[3.2.1]octane2)

螺環(huán)烴

螺原子：兩個碳環(huán)共用的碳原子。

螺[4.5]癸烷5-甲基螺[3.4]辛烷2,7,7-三甲基二環(huán)[2.2.1]庚烷2,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]hepyane兩個碳環(huán)共用一個碳原子的化合物。Spiro[4.5]decane5-methylspiro[3.4]octane二、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。二、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。三、脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì)§環(huán)烷烴的反應(yīng)

§環(huán)烯烴的反應(yīng)三、脂環(huán)烴的化學(xué)性質(zhì)§環(huán)烷烴的反應(yīng)

§環(huán)烯烴的反應(yīng)1.取代反應(yīng)日光300℃紫外光與開鏈烷烴的性質(zhì)相似§環(huán)烷烴的反應(yīng)2.加成反應(yīng)NiNiNi80℃200℃300℃（1）催化加氫易難

（2）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

（2）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)丙烷的鑒別取代環(huán)丙烷與鹵化氫的加成符合馬氏規(guī)則：環(huán)的破裂發(fā)生在含氫最多和含氫最少的兩個碳原子之間，產(chǎn)物符合馬氏規(guī)則。3.氧化反應(yīng)KMnO4H2O可用于區(qū)別環(huán)烷烴和烯烴常溫下，飽和的環(huán)對氧化劑穩(wěn)定雙鍵對氧化劑不穩(wěn)定3.氧化反應(yīng)KMnO4H2O可用于區(qū)別環(huán)烷烴和烯烴常溫下，飽和的環(huán)對氧化劑穩(wěn)定雙鍵對氧化劑不穩(wěn)定O2，鈷催化劑140~180℃，1~2.5MPaHNO3加熱加熱時用強氧化劑，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。環(huán)烯烴的反應(yīng)（于烯烴一章學(xué)習(xí)）1234567二環(huán)[2.2.1]-庚-5-烯-2-羧酸甲酯二聚環(huán)戊二烯Diels-Aider反應(yīng)工業(yè)上把環(huán)戊二烯聚合生成二聚體的性質(zhì)用于苯前（頭）餾分的分離環(huán)烯烴的反應(yīng)（于烯烴一章學(xué)習(xí)）1234567二環(huán)[2.2.1]-庚-5-烯-2-羧酸甲酯二聚環(huán)戊二烯Diels-Aider反應(yīng)工業(yè)上把環(huán)戊二烯聚合生成二聚體的性質(zhì)用于苯前（頭）餾分的分離脂環(huán)烴的結(jié)構(gòu)

脂環(huán)化合物的順反異構(gòu)環(huán)的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象一、脂環(huán)化合物的順反異構(gòu)

脂環(huán)化合物由于環(huán)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)。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)為順式取代基在環(huán)的不同側(cè)為反式例：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)為順式取代基在環(huán)的不同側(cè)為反式順-1,4-二甲基環(huán)己烷反-1,4-二甲基環(huán)己烷順-1,4-二甲基環(huán)己烷反-1,4-二甲基環(huán)己烷環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)：ＣＣＣ碳原子為sp3雜化為緩解角張力形成彎曲鍵。彎曲鍵交蓋程度小，因此比一般的σ鍵弱具有重疊構(gòu)象，氫原子排斥產(chǎn)生“重疊張力”三個C在同一平面上，Ｃ-Ｃ-Ｃ鍵角偏離正常鍵角，產(chǎn)生角張力104°因此，環(huán)丙烷分子具有較高的內(nèi)能，不穩(wěn)定二、環(huán)的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)30o30o環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)：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(彎曲程度比環(huán)丙烷小)，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。環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)

環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)

環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)

環(huán)己烷的結(jié)構(gòu)：環(huán)己烷6個雜化的碳原子不是呈平面六角形，而是居于多個面上，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)。環(huán)己烷的椅式和船式構(gòu)象(不在一個平面上，鍵角為：109.28′)椅式船式環(huán)己烷的結(jié)構(gòu)椅式構(gòu)象船式構(gòu)象船式構(gòu)象船式構(gòu)象船式構(gòu)象椅式構(gòu)象船式構(gòu)象環(huán)己烷呈椅式構(gòu)象時，相鄰兩個碳原子上的C－H鍵都是出于交叉式的位置，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鍵則是處于兩兩交互重疊的位置環(huán)己烷的椅式構(gòu)象和船式構(gòu)象椅式構(gòu)象船式構(gòu)象

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

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

在環(huán)己烷的椅式構(gòu)象中所有鍵角都接近109.5°，沒有張力。環(huán)己烷的椅式構(gòu)象具有最低的能量，相鄰碳上的C—H鍵是全交叉的，無扭轉(zhuǎn)張力。所以，環(huán)己烷的椅式構(gòu)象是一個無張力環(huán)，比船式構(gòu)象穩(wěn)定。環(huán)己烷的六個碳原子分布在兩個平面上，如圖所示，C1，C3和C5在一個平面上，C2，C4和C6在另一個平面上，圖中A線垂直于兩個平面，是對稱軸。

在環(huán)己烷的椅式構(gòu)象中所有鍵角都接近109.5°，沒有張力。環(huán)己烷的椅式構(gòu)象具有最低的能量，相鄰碳上的C—H鍵是全交叉的，無扭轉(zhuǎn)張力。所以，環(huán)己烷的椅式構(gòu)象是一個無張力環(huán)，比船式構(gòu)象穩(wěn)定。環(huán)己烷的六個碳原子分布在兩個平面上，如圖所示，C1，C3和C5在一個平面上，C2，C4和C6在另一個平面上，圖中A線垂直于兩個平面，是對稱軸。

環(huán)己烷有12個C—H鍵，在椅式構(gòu)象中，可分為兩種：一種與對稱軸平行，叫做直立鍵或a鍵；另一種與對稱軸成109.5°的傾角，叫做平伏鍵或e鍵。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：環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象

當(dāng)環(huán)己烷有一種椅式構(gòu)象翻轉(zhuǎn)為另一種椅式構(gòu)象時，原來得a

鍵變成e

鍵，原來的e

鍵變成a

鍵。當(dāng)六個碳上連接的都是氫原子時，兩種椅式構(gòu)象是完全等同的。R處于鄰位交叉位R處于對位交叉位環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象較穩(wěn)定取代基占據(jù)a鍵取代基占據(jù)e

鍵R處于鄰位交叉位R處于對位交叉位環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象較穩(wěn)定取代基占據(jù)a鍵取代基占據(jù)e

鍵

如果兩個取代基分別占據(jù)a

鍵和e

鍵，這種情況下，總是大的基團(tuán)，如叔丁基，占據(jù)空間有利和張力最小的e鍵，因此（Ⅰ）是主要構(gòu)象。（Ⅰ）（Ⅱ）（順式）環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象

同理，反式異構(gòu)的主要構(gòu)象為（Ⅲ）式，因為這種方式的兩個基團(tuán)都可以占據(jù)空間有利和能量最低的e

鍵。（Ⅲ）（Ⅳ）（反式）環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象較穩(wěn)定

同理，反式異構(gòu)的主要構(gòu)象為（Ⅲ）式，因為這種方式的兩個基團(tuán)都可以占據(jù)空間有利和能量最低的e

鍵。（Ⅲ）（Ⅳ）（反式）環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象較穩(wěn)定當(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。如：（反式）環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象較穩(wěn)定

當(dāng)一個占據(jù)e

鍵，另一個占據(jù)a

鍵時，以大的基團(tuán)占據(jù)e

鍵為穩(wěn)定構(gòu)象：

較穩(wěn)定（又：見P86）

當(dāng)一個占據(jù)e

鍵，另一個占據(jù)a

鍵時，以大的基團(tuán)占據(jù)e

鍵為穩(wěn)定構(gòu)象：

較穩(wěn)定（又：見P86）（順式）環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象

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。環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象較穩(wěn)定課堂練習(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（2）反-1-甲基-4-乙基環(huán)己烷課堂練習(xí)（2）反-1-甲基-4-乙基環(huán)己烷課堂練習(xí)作業(yè)P89~91

5-1（2）、（3）、（4）、（6）

5-2（2）、（4）5-3（1）、（2）、（4）、（5）5-4（1）、（3）

5-7分享一些名言，與您共勉！正視自己的長處，揚長避短，正視自己的缺點，知錯能改，謙虛使人進(jìn)步，驕傲使人落后。自信是走向成功的第一步，強中更有強中手，一山還比一山高，山外有山，人外有人!永遠(yuǎn)不要認(rèn)為我們可以逃避，我們的每一步都決定著最后的結(jié)局，我們的腳正在走向我們自己選定的終點。生活不必處處帶把別人送你的尺子，時時丈量自己。永遠(yuǎn)不要認(rèn)為我們可以逃避，