第三章環(huán)烷烴

第三章環(huán)烷烴

cycloalkanes

第三章環(huán)烷烴主要內容

環(huán)烷烴類型及命名三元和四元環(huán)化合物的活性環(huán)丙烷和環(huán)丁烷的構象環(huán)己烷的構象（椅式、船式、半椅式和扭船式構象）及其相對穩(wěn)定性，a鍵和e鍵◆一取代環(huán)己烷的構象◆二取代環(huán)己烷的構象（1,2-；1,3-;1,4-;cis,trans）◆

cis和trans十氫萘的優(yōu)勢構象多環(huán)化合物的優(yōu)勢構象一．環(huán)烷烴(cycloalkane)異構和命名

環(huán)烷烴的類型(單)環(huán)烷烴通式：CnH2n橋環(huán)烴（稠環(huán)）橋環(huán)烴螺環(huán)烴（與烯烴通式相同）兩個環(huán)共用一個碳原子兩個環(huán)共用兩個以上碳原子

單環(huán)烷烴的異構現象

環(huán)烷烴中由于環(huán)的大小及取代基位置的不同，產生各種構造異構體。最簡單的環(huán)烷烴有三個碳原子，它沒有異構體。C4有兩種異構體，C5有？種異構體。

C4H8的同分異構體：

C5H10的同分異構體

碳架異構體（1-5）因環(huán)大小不同，側鏈長短不同，側鏈位置不同而引起的。

順反異構（5和6，5和7）因成環(huán)碳原子單鍵不能自由旋轉而引起的。旋光異構（6和7）以環(huán)為母體，名稱用“環(huán)”（英文用“cyclo”）開頭。環(huán)外基團作為環(huán)上的取代基

普通環(huán)烷烴的命名環(huán)丙烷環(huán)己烷甲基環(huán)丙烷cyclopropanecyclohexanemethyl-cyclopropane1,3-二甲基環(huán)己烷1-甲基-4-異丙基環(huán)己烷1,3-dimethyl-cyclohexane1-isopropyl-4-methylcyclohexane

取代基位置數字取最小

順反異構用“順”或“反”注明基團相對位置。英文用“cis”和“trans”表示。順-1,3-二甲基環(huán)戊烷(cis-1,3-dimethylcyclopentane)反-1,3-二甲基環(huán)戊烷（兩者為對映異構體）(trans-1,3-dimethylcyclopentane)順反異構體鏡面

環(huán)可作為取代基（稱環(huán)基）相同環(huán)連結時，可用詞頭“聯”開頭。環(huán)丙基環(huán)己烷3-甲基-4-環(huán)丁基庚烷聯環(huán)丙烷cylcopropylcyclohexane4-cyclobutyl-3-methylheptanebicyclopropane

橋環(huán)烴（Bridgedhydrocarbon）的命名橋頭碳：幾個環(huán)共用的碳原子（兩環(huán)連接處的碳原子），環(huán)的數目：斷裂二根C—C鍵可成鏈狀烷烴為二環(huán)；斷裂三根C—C

鍵可成鏈狀烷烴為三環(huán)橋頭碳之間的原子數：不包括橋頭C，由多到少列出環(huán)的編號方法：從橋頭開始，先長鏈后短鏈橋頭碳原子十氫萘二環(huán)[4.4.0]癸烷bicyclo[4.4.0]decane橋頭間的碳原子數

(用"."隔開)環(huán)的數目組成橋環(huán)的碳原子總數8-甲基二環(huán)[4.3.0]壬烷用","隔開bicyclo[2.2.1]heptane8-methylbicyclo[4.3.0]nonane三環(huán)[2.2.1.02,6]庚烷tricyclo[2.2.1.02,6]heptane二環(huán)[2.2.1]庚烷2,7,7-三甲基二環(huán)[2.2.1]庚烷

2,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]heptane用","隔開三環(huán)[2.2.1.02,6]庚烷tricyclo[2.2.1.02,6]heptane二環(huán)[2.2.1]庚烷2,7,7-三甲基二環(huán)[2.2.1]庚烷

2,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]heptane

螺環(huán)烴（spirohydrocarbon）的命名

編號從小環(huán)開始取代基數目取最小螺[4.5]癸烷spiro[4.5]decane4-甲基螺[2.4]庚烷4-methylspiro[2.4]heptane除螺C外的碳原子數

(用"."隔開)組成螺環(huán)的碳原子總數

環(huán)烷烴的其它命名方法:立方烷金剛烷cubaneadamantane按形象命名Decahydro-naphthalene十氫萘萘naphthalene莰烷2-莰酮（樟腦）camphanecamphor按衍生物命名環(huán)烷烴的性質環(huán)丙烷及環(huán)丁烷在常溫下為氣體，環(huán)戊烷為液體，高級環(huán)烷烴為固體。環(huán)烷烴的熔點高于相同碳原子數的直鏈烷烴。原因是：在晶格中排列更緊密。不溶于水。

物理性質

環(huán)的大小與化學性質五元以上環(huán)烷烴鏈狀烷烴性質相似小環(huán)環(huán)烷烴活潑，易開環(huán)!!!

小環(huán)化合物的特殊性質——

易開環(huán)加成

小環(huán)化合物的催化加氫（打開一根C-C鍵）主要產物支鏈多較穩(wěn)定

小環(huán)化合物與鹵素的反應加成反應自由基取代反應注意區(qū)分：

小環(huán)化合物與

HI或H2O/H2SO4的反應反應選擇性與碳正離子穩(wěn)定性有關環(huán)烷烴的來源和用途環(huán)的張力Baeyer張力學說（P43）在成環(huán)分子中，五元環(huán)和六元環(huán)分子鍵角最接近于109°28’，環(huán)張力最小而其更加穩(wěn)定。環(huán)烷烴的構象環(huán)丙烷的結構角張力（anglestrain）：

環(huán)的角度與sp3軌道夾角差別引起的張力Newman投影式所有C-H鍵均為重疊式構象，有扭轉張力平面型環(huán)丁烷的構象若為平面型分子穩(wěn)定構象角張力扭轉張力角張力稍增加,扭轉張力明顯減小90o重疊式構象扭曲式構象88o3.

環(huán)己烷的結構及構象如果環(huán)己烷的6

個碳原子在同一平面上:

將有角張力

將有扭轉張力偏離109.5oC-H重疊

環(huán)己烷不是平面型分子

環(huán)己烷碳架是折疊的椅式構象(chairform)船式構象(boatform)C2,C3,C5,C6共平面兩者互為構象異構體

椅式構象H~H之間距離均大于H的VanderWaal’s半徑之和（2.40?

）2.50?2.49?2.49?交叉式環(huán)己烷椅式構象的畫法

相間的兩根鍵相互平行（畫Z

字形）六個碳原子交替分布在兩個平面上每個碳均有一根C-H鍵在垂直方向，上平面的向上畫，下平面的向下畫其它C-H鍵分別向左（左邊的三個）或向右（右邊的三個），且上下交替兩種類型C-H鍵a鍵

(axialbond)豎鍵,直鍵,直立鍵e鍵

(equatorialbond)橫鍵,平鍵,平伏鍵椅式構象中C-H鍵的順反關系相鄰碳上的a鍵和e鍵為順式兩個相鄰的a鍵（或e鍵）為反式a鍵和e鍵的相互轉換翻轉后,原來的a鍵轉變?yōu)閑鍵,而e鍵轉變?yōu)閍鍵

船式構象2.27?2.27?1.84?有幾組H~H之間距離均小于H的VanderWaal’s半徑之和（2.40?

）重疊式（有扭轉張力）旗桿鍵

環(huán)己烷的其它構象式半椅式(halfchairform)扭船式(twistboatform)椅式船式椅式

半椅式構象5個碳在同一平面上有角張力（C－C鍵角接近120o）平面碳上的C-H鍵為重疊式構象（有較大的扭轉張力）

扭船式構象>1.84?扭曲式構象

各種環(huán)己烷構象的勢能圖1)單取代環(huán)己烷

甲基環(huán)己烷的構象CH3與C3為對位交叉優(yōu)勢構象，室溫時占95%.能量差=7.6kJ/molCH3與C3為鄰位交叉1，3-豎鍵作用4.

取代環(huán)己烷的構象分析P49

異丙基環(huán)己烷的構象1.3-豎鍵作用非常大優(yōu)勢構象室溫：97％HHH

叔丁基環(huán)己烷的構象1.3-豎鍵作用非常大優(yōu)勢構象室溫：100％從上述三個實驗事實可看出：取代基體積越大，e取代占的比例越大。H

cis-1,2-二甲基環(huán)己烷2)二取代環(huán)己烷的構象分析

trans-1,2-二甲基環(huán)己烷1,2-cis能量相等1,2-trans優(yōu)勢構象e,a-a,e-a,a-e,e-有1.3-豎鍵作用

cis-1,3-二甲基環(huán)己烷

trans-1,3-二甲基環(huán)己烷1,3-cis1,3-transe,a-a,e-a,a-e,e-能量相等優(yōu)勢構象有較大的1.3-豎鍵作用

cis-1,4-二甲基環(huán)己烷

trans-1,4-二甲基環(huán)己烷能量相等優(yōu)勢構象e,a-a,e-a,a-e,e-1,4-cis1,4-trans有1.3-豎鍵作用

不同基團二取代環(huán)己烷大基團總是占據e鍵1,2-cis優(yōu)勢構象1,3-豎鍵作用較大Hassel規(guī)則

帶有相同基團的多取代環(huán)己烷，如果沒有其它因素的參與，那末在兩個構象異構體之間，總是有較多取代基取e鍵向位的構象為優(yōu)勢構象。Barton規(guī)則帶有不同基團的多取代環(huán)己烷，如果沒有其它因素的參與，那末其優(yōu)勢構象總是趨向于使作用最強的和較強的基團盡可能多地取e鍵的向位。兩個規(guī)則

cis-1,4-二叔丁基環(huán)己烷的構象有較大的1,3-豎鍵作用扭船型構象較穩(wěn)定transcis4.

順或反十氫萘的構象萘環(huán)命名體系橋環(huán)系統(tǒng)命名體系

反式十氫萘的構象全為交叉式構象順式十氫萘的構象1.3-豎鍵作用環(huán)戊烷的構象P55C-C鍵之間的夾角接近正常的鍵角,但C-H鍵都處在重疊式的位置,一個或兩個的碳原子伸出平面外,可減少扭轉角所引起的張力.C4-C5為全重疊式構象C1-C2,C2-C3為交叉式

本次課小結和要求掌握幾種類型環(huán)烷烴（普通環(huán)烷烴、橋環(huán)烴和螺環(huán)烴）的命名方法。

了解三