第3章-1-環(huán)烷烴.ppt

1、第三章環(huán)烴、苯芳烴、非苯芳烴、芳烴、脂環(huán)族烴、環(huán)烴、飽和脂環(huán)族烴、不飽和脂環(huán)族烴、第三章環(huán)烴、第一節(jié)脂環(huán)族烴、阿里環(huán)烴、第三章環(huán)烴、本節(jié)主要內(nèi)容、命名脂環(huán)族烴(單環(huán)、螺環(huán)和橋連)脂環(huán)族烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性、三元和四元環(huán)開(kāi)環(huán)加成環(huán)己烷的構(gòu)象分析和取代環(huán)己烷的主要構(gòu)象、第一節(jié)脂環(huán)族烴， 重點(diǎn)是：命名脂環(huán)族烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，三元和四元環(huán)開(kāi)環(huán)加成環(huán)己烷的構(gòu)象分析和取代環(huán)己烷的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象，難點(diǎn)：環(huán)己烷的構(gòu)象分析和取代環(huán)己烷的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象，脂環(huán)族烴的分類(lèi)和命名(1):根據(jù)成環(huán)碳原子數(shù)，小環(huán)(三元環(huán)、四元環(huán))、普通環(huán)(五元環(huán)、六元環(huán))、中環(huán)(七元環(huán)至十二元環(huán))、大環(huán)(含十二個(gè)以上碳原子的環(huán))和脂環(huán)族烴(1) 脂環(huán)烴、

2、環(huán)烷烴、環(huán)烷烴和環(huán)烷烴的分類(lèi)和命名；1.脂環(huán)烴的分類(lèi)和命名；2.命名；1.單環(huán)脂環(huán)族烴的命名：脂環(huán)族烴的名稱(chēng)前面只有相應(yīng)的烷烴或烯烴。英語(yǔ)命名前面是圈。1-甲基-2-乙基環(huán)己烷。脂環(huán)烴的分類(lèi)和命名。如果環(huán)上有復(fù)雜的取代基，該環(huán)可以命名為取代基。例如，1-環(huán)丁基戊烷1-環(huán)丁基戊烷1。單環(huán)脂肪烴的名稱(chēng)，如果分子中有大環(huán)和小環(huán)，則大環(huán)作為母體，小環(huán)作為取代基。例如，環(huán)烯烴中的環(huán)丙基環(huán)己烷，以雙鍵的最低順序作為編號(hào)原則，4-甲基環(huán)己烯，4-甲基環(huán)己烯，1，6-二甲基環(huán)己烯，1。單環(huán)脂肪烴的命名，(1):號(hào)是從橋頭堡碳原子沿最長(zhǎng)的橋到橋頭堡碳原子的另一端。(2)環(huán)數(shù)的測(cè)定：將環(huán)狀化合物切割成開(kāi)鏈化合物所

3、需的最小切割數(shù)。橋頭堡碳原子：兩個(gè)或多個(gè)環(huán)連接處的碳原子稱(chēng)為橋頭堡碳原子。(3)如果有取代基，取代基的數(shù)目和名稱(chēng)應(yīng)放在環(huán)數(shù)之前，環(huán)數(shù)應(yīng)放在方括號(hào)之前，母體名稱(chēng)應(yīng)放在方括號(hào)之后。固定格式：雙環(huán)烷烴(abc)，2。橋接環(huán)烴、雙環(huán)3.2.1辛烷雙環(huán)3 . 2 . 1辛烷的命名，實(shí)施例1和2。橋環(huán)烴的命名，1，7，7-三甲基雙環(huán)2.2.1庚烷，2，7，7-庚烷9-甲基環(huán)4 . 2 . 1-2-壬烯，實(shí)施例3，2。橋接環(huán)烴的命名，練習(xí)：寫(xiě)出3-甲基環(huán)4.2.0辛烷、三環(huán)3.2.1.02，4辛烷、三環(huán)3.2.1.02，4辛烷的結(jié)構(gòu)，實(shí)施例(3)用方括號(hào)內(nèi)從小到大的數(shù)字標(biāo)記每個(gè)環(huán)中的環(huán)碳原子數(shù)，并用“.”隔

4、開(kāi)。(2)如果有取代基，取代基的數(shù)目和名稱(chēng)應(yīng)放在spiro一詞之前，母名應(yīng)放在方括號(hào)之后。固定格式：螺環(huán)a.b a烷烴(ab)，5-甲基螺環(huán)24庚烷5-甲基螺環(huán)2.4庚烷，8-甲基螺環(huán)45-1，6-癸二烯8-甲基螺環(huán)4.5-1，6-癸二烯，注：橋烴和螺環(huán)烴的數(shù)量不同。例如，3。螺環(huán)烴的命名。環(huán)烷烴的物理性質(zhì)(自學(xué))，與烷烴相似。由于脂環(huán)族烴中單個(gè)鍵的旋轉(zhuǎn)受到一定的限制，分子運(yùn)動(dòng)幅度小，具有一定的對(duì)稱(chēng)性和剛性。環(huán)烷烴的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)和相對(duì)密度高于相應(yīng)的烷烴。環(huán)烷烴和烷烴一樣不溶于水。(3)環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)，與鏈烷烴相似，可發(fā)生自由基取代反應(yīng)；它不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑和其他試劑反應(yīng)。然而，具有小環(huán)的

5、環(huán)烷烴是不穩(wěn)定的，并且由于其高的張力，容易開(kāi)環(huán)進(jìn)行加成反應(yīng)。環(huán)烷烴像烷烴，環(huán)烷烴像烯烴。(1)自由基取代反應(yīng)?；瘜W(xué)性質(zhì)(3)環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)；(2)開(kāi)環(huán)加成反應(yīng)。大環(huán)環(huán)烷烴是穩(wěn)定的，而小的環(huán)狀環(huán)烷烴是不穩(wěn)定的，容易打開(kāi)進(jìn)行加成反應(yīng)。1.氫化；3.環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)；2.加入鹵素，四元環(huán)以上的鹵素很難發(fā)生開(kāi)環(huán)加成反應(yīng)；3.環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)；3.加入鹵化氫，其他環(huán)烷烴不發(fā)生這種反應(yīng)。3.環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)。當(dāng)環(huán)丙烷的烷基取代基與鹵化氫反應(yīng)時(shí)，開(kāi)環(huán)加成符合馬爾可夫規(guī)律。環(huán)斷裂主要發(fā)生在氫最多和氫最少的碳原子之間。環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)小環(huán)環(huán)烷烴可以加入溴，但所有環(huán)烷烴都不會(huì)被高錳酸鉀氧化，因此它們可以用于鑒定

6、。如何識(shí)別下列化合物；3.環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)，例如，如果一個(gè)分子中有兩部分可以加入，這兩部分的反應(yīng)應(yīng)該完成。概述：環(huán)烷烴像烷烴，環(huán)烷烴像烯烴，小環(huán)容易打開(kāi)和添加。3.環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)；4.環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性；(1)環(huán)烷烴的穩(wěn)定性及其解釋。為什么小環(huán)環(huán)烷烴不穩(wěn)定，而環(huán)戊烷和環(huán)己烷相對(duì)穩(wěn)定？背景：在1879年之前，只知道五或六元環(huán)。1879年：馬科夫尼科夫合成了一個(gè)四元環(huán)。1882年：弗雷德合成了一個(gè)三人環(huán)。七元環(huán)仍然未知。三環(huán)和四環(huán)不穩(wěn)定，容易斷裂。五元環(huán)和六元環(huán)相對(duì)穩(wěn)定。1885年，拜爾提出了張力理論。1.為了解釋三元環(huán)和四元環(huán)的不穩(wěn)定性以及五元環(huán)和六元環(huán)的穩(wěn)定性，拜爾提出了張力理論。其基本觀(guān)

7、點(diǎn)如下：(1)假設(shè)碳原子成環(huán)后，原子都在一個(gè)平面上；(2)根據(jù)碳原子的正四面體模型，碳-碳鍵之間的夾角為10928。任何偏離10928法向鍵角的情況都會(huì)導(dǎo)致分子產(chǎn)生恢復(fù)法向鍵角的力，這就是所謂的角張力。偏離正常焊接角度越大，張力越大。4.環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。鍵角的偏轉(zhuǎn)引起分子的角張力。偏轉(zhuǎn)角越大，張力越大，分子越不穩(wěn)定。4.環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性；2.燃燒熱，可用熱力學(xué)方法精確測(cè)量。在碳?xì)浠衔镏校吭黾右粋€(gè)CH2，燃燒熱就增加658.6千焦/摩爾(48千焦/摩爾)，即CH2完全燃燒后的熱量。當(dāng)應(yīng)用于環(huán)烷烴時(shí)，環(huán)越小，每個(gè)CH2的燃燒熱越大，這可用于測(cè)量環(huán)烷烴的穩(wěn)定性。4.環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性

8、，測(cè)量環(huán)穩(wěn)定性的標(biāo)度：環(huán)上每摩爾甲烷的燃燒熱值和張力能，環(huán)上每摩爾甲烷的燃燒熱值(KJ/mol)。拜耳的張力理論失去了對(duì)六個(gè)以上環(huán)的可預(yù)見(jiàn)性，因?yàn)樗幕炯僭O(shè)是所有的成環(huán)碳原子都在同一個(gè)平面上(三個(gè)環(huán)除外)是錯(cuò)誤的。4.環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性(1)角張力：任何偏離正常鍵角的情況都會(huì)導(dǎo)致分子產(chǎn)生恢復(fù)正常鍵角的作用力，稱(chēng)為角張力。3。影響環(huán)穩(wěn)定性的因素，(2)扭轉(zhuǎn)張力：任何偏離最穩(wěn)定的交叉構(gòu)象都會(huì)使分子有恢復(fù)最穩(wěn)定構(gòu)象的趨勢(shì)，這就是所謂的扭轉(zhuǎn)張力。范德華張力：當(dāng)相鄰原子或基團(tuán)之間的距離小于它們的范德華半徑之和時(shí)，排斥力稱(chēng)為范德華張力。(4)環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。在所有環(huán)烷烴分子中，碳采用sp3雜化，

9、鍵角接近10928。在環(huán)丙烷分子中，束縛電子云并不沿軸向重疊，而是形成一個(gè)彎曲的鍵，稱(chēng)為香蕉鍵。由于幾何形狀的限制，鍵的角度偏離軌道的正常角度，導(dǎo)致小的重疊和鍵能量的減少，這比通常的鍵弱，比鍵強(qiáng)。環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，四環(huán)烷烴，正常鍵，彎曲鍵，角張力：鍵角105偏差40，帶角張力。扭轉(zhuǎn)張力：相鄰碳上的氫以扭轉(zhuǎn)張力重疊。相鄰碳上的兩個(gè)氫原子之間的距離小于它們的范半徑之和，它有范張力。第四，環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，思考問(wèn)題：為什么環(huán)丙烷容易開(kāi)環(huán)而產(chǎn)生親電加成反應(yīng)？(1)“彎鍵”重疊程度小，結(jié)合能降低，產(chǎn)生的角張力趨于恢復(fù)正常結(jié)合，開(kāi)環(huán)后可以形成正常結(jié)合，因此很容易開(kāi)環(huán)。(2)“彎曲鍵”使電子云暴露在

10、鍵合的兩個(gè)原子(核連接線(xiàn))的外面，這類(lèi)似于烯烴中的鍵，容易受到親電試劑的攻擊。4.環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，環(huán)丁烷的構(gòu)象(bat模型)，環(huán)丁烷，成鍵模式：軌道也在斜邊重疊，但斜邊范圍很小。形成的鍵也是香蕉鍵。斜交重疊，環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，蝴蝶構(gòu)象，環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，電子衍射表明環(huán)丁烷的四個(gè)碳原子不在一個(gè)平面上，一個(gè)碳原子偏離另外三個(gè)碳原子的平面約25 ,并以蝴蝶構(gòu)象存在。環(huán)戊烷：成鍵模式：軌道正常重疊，基本上保持正常的鍵角109028。(2)脂環(huán)族烴的順?lè)串悩?gòu)化，以及四環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。在脂環(huán)族烴中，由于碳環(huán)的碳-碳單鍵受到環(huán)的限制而不能自由旋轉(zhuǎn)，當(dāng)環(huán)上至少有兩個(gè)原子或連接到兩個(gè)碳原子上

11、的原子基團(tuán)不同時(shí)，它們有兩種空間排列，即順?lè)串悩?gòu)化。思考：二甲基環(huán)己烷中有多少種異構(gòu)體？已經(jīng)討論了位置異構(gòu)和順?lè)串悩?gòu)(待討論的對(duì)映異構(gòu)體異構(gòu))，例如，1，2-二甲基環(huán)丙烷，(2)脂環(huán)族烴的順?lè)串悩?gòu)，順式-1，2-二甲基環(huán)丙烷，反式-1，2-二甲基環(huán)丙烷，五環(huán)已烷及其衍生物，(1)椅式構(gòu)象和船式構(gòu)象，椅式構(gòu)象(1)碳1，2和6在同一平面上。碳4、3和5是同一平面上的椅子腿。(1)椅子構(gòu)造和船構(gòu)造、船構(gòu)造、碳2、3、5和6是同一平面上的船底。碳1和碳4是同一側(cè)的弓。5.環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象，椅式構(gòu)象張力分析：角張力：鍵角為法線(xiàn)10928，扭轉(zhuǎn)張力無(wú)角張力：相鄰碳上的氫為交叉構(gòu)象，無(wú)扭轉(zhuǎn)張力的范氏

12、張力：相鄰氫之間的距離大于兩個(gè)氫原子的范氏半徑之和240pm，無(wú)范氏張力。環(huán)己烷的椅式構(gòu)象是無(wú)張力環(huán)，椅式構(gòu)象的紐曼投影公式，環(huán)己烷的船式構(gòu)象，saw紐曼公式，Hf:它習(xí)慣上被稱(chēng)為旗桿氫。五、環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象，舟皿環(huán)己烷的張力分析：角張力：無(wú)；扭轉(zhuǎn)張力：是的；范德瓦爾斯張力：氫氟化鉿和氫在船底的距離小于0.24納米，并且存在范德瓦爾斯張力。 1椅舟，環(huán)己烷構(gòu)象轉(zhuǎn)變的勢(shì)能圖，勢(shì)能/kJmol1，v，環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象，(2)椅構(gòu)象中的水平鍵和垂直鍵，在12個(gè)碳?xì)滏I中，6個(gè)鍵平行于對(duì)稱(chēng)軸，稱(chēng)為垂直鍵或軸向鍵。另外六個(gè)鍵幾乎垂直于對(duì)稱(chēng)軸，稱(chēng)為水平鍵或等鍵。椅子構(gòu)型中的垂直鍵(a)、水平鍵(

13、e)、水平鍵和垂直鍵，翻轉(zhuǎn)：當(dāng)環(huán)己烷的一種椅子構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N時(shí)，原始鍵將轉(zhuǎn)變?yōu)殒I，并且該鍵將相應(yīng)地轉(zhuǎn)變?yōu)殒I。(2)座椅構(gòu)造中的水平和垂直結(jié)合；1)在椅子構(gòu)造中，1.3.5碳在一個(gè)平面中，2.4.6碳在另一個(gè)平面中，兩個(gè)平面之間的距離為0.5納米。分子中有6個(gè)鍵(垂直鍵)和6個(gè)電子鍵(平面鍵)。3.該構(gòu)象具有轉(zhuǎn)環(huán)功能(104-105次/秒)。椅式構(gòu)象：的特征，(2)椅式構(gòu)象中的水平鍵和垂直鍵，(3)單取代環(huán)己烷的構(gòu)象當(dāng)環(huán)己烷分子中的一個(gè)氫被其他基團(tuán)取代時(shí)，它可以取代鍵或鍵，從而獲得兩種不同的構(gòu)象。甲基環(huán)己烷：優(yōu)勢(shì)構(gòu)象(95%)，判斷取代環(huán)己烷優(yōu)勢(shì)構(gòu)象的一般規(guī)律：?jiǎn)稳〈h(huán)己烷，E鍵取代最穩(wěn)定；對(duì)

14、于具有相同取代基的環(huán)己烷來(lái)說(shuō)，具有最多E鍵取代的構(gòu)象是最穩(wěn)定的。對(duì)于不同取代基的環(huán)己烷，較大基團(tuán)在E鍵的構(gòu)象是穩(wěn)定的。在(四)二取代環(huán)己烷的構(gòu)象中，下列哪種異構(gòu)體最穩(wěn)定？指出了構(gòu)象異構(gòu)體和順?lè)串悩?gòu)體。那么順式(，取代的)反式(，取代的)反式(，取代的)，(最穩(wěn)定的)，1，3-和1，4-二甲基環(huán)己烷呢？(四)二取代環(huán)己烷，順式-1，2-二甲基環(huán)己烷，兩個(gè)構(gòu)象的穩(wěn)定性(ea/ae)相同，但反式-1，2-二甲基環(huán)己烷，兩個(gè)構(gòu)象的穩(wěn)定性(ee/aa)不同，ee的取代優(yōu)勢(shì)為99%，2x3.8=7.6，2x 3.8 . 21.0=2.0，211.4=22.8，順式-1-叔丁基-4-氯環(huán)己烷，叔丁基是一個(gè)很大的基團(tuán)，一般占據(jù)對(duì)于某些取代的環(huán)己烷，當(dāng)張力極高時(shí)，環(huán)己烷的椅式構(gòu)象會(huì)發(fā)生變形，甚至轉(zhuǎn)變?yōu)榇螛?gòu)象，(4)二取代環(huán)己烷，和(5)十氫萘，它有兩種異構(gòu)體。稠碳(C1，C6)上的兩個(gè)氫在萘環(huán)平面的同一