第三章环烷烃.

Chap.3环烷烃(Cycloalkane)1环烷烃的分类、异构和命名2环烷烃的化学性质3环的张力4环己烷的构象一、分类1.单环烷烃：小环，普通环（正常环），中环，大环C数：3-45-78-1112*单环烷烃的通式：CnH2n(双环？)2.多环烷烃：螺环烃，稠环烃，桥环烃3.1环烷烃的分类、异构和命名环烃的分类环烃脂环烃芳烃环烷烃环烯烃环炔烃单环烷烃桥环烷烃螺环烷烃集合环烷烃单环芳烃多环芳烃非苯芳烃多苯代脂烃联苯稠环芳烃集合环烷烃123451'2'3'4'5'1231'2'3'1,1’-联亚环戊烷1,1’-Bicyclopentanylidene环戊基环己烷cyclopentylcyclohexane1,1’-联环丙基（烷）1,1’-Bicyclopropyl1,1’-Bicyclopropane定义：两个或两个以上的环系各以一个碳原子用单键或双键直接相连而成的化合物称为集合环烷烃。第二节单环烷烃的分类和同分异构单环烷烃的分类n=3，4小环化合物n=5，6，7普通环化合物n=8，9，10，11中环化合物n≧12大环化合物单环烷烃的通式：CnH2n环烷烃的异构现象异构现象构造异构：碳链异构、官能团异构、位置异构、互变异构立体异构构型异构：顺反异构、对映异构构象异构环烷烃的顺反异构：假定环中碳原子在一个平面上，以环平面为参考平面，两取代基在同一边的叫顺式（cis-)，否则叫反式（trans-)。单环烷烃的异构现象45HCH2CH3CH3CH3CH3CH3HHH3CCH3HHCH3CH3HH12367C5H10的同分异构体碳架异构体（1-5）因环大小不同，侧链长短不同，侧链位置不同而引起的。顺反异构（5和6，5和7）因成环碳原子单键不能自由旋转而引起的。旋光异构（6和7）CH3HHH3CCH3HHH3CCH3HHH3CCH3HHH3CCH3HHH3CCH3HHH3CCH3HHH3Ceg.三、环烷烃的命名：１、单环烷烃：a.环作母体，叫“环某烷”，编号、命名原则同烷烃；若有两个取代基，则在最前面标明“顺、反”CH3HHH3CCH3HHH3C反式-1,2-二甲基环丙烷b.若取代基碳链较长，则环作为取代基，当作烷烃的衍生物来命名2-甲基-3-环丙基庚烷1,1-二甲基-3-异丙基环戊烷1-甲基-3-环丁基环戊烷CH3HHH3CClH1,2-二甲基-4-氯环已烷2、多环烷烃：螺环烃、桥环烃多环烷烃的命名①螺环烃：两碳环共用一个碳原子（螺原子）母体名——螺[n1.n2]某烷两环除开螺原子外的碳数由小到大排列两环上碳原子总数编号：从小环—螺原子—大环（并尽可能使取代基为最小）5-甲基螺[2.4]庚烷5-氯螺[2.5]辛烷命名：Cl1234567②桥环烃：分子内环与环之间有两个或两个以上共用碳原子的多环烃。*环的数目：将桥环烃变为开链化合物需要断开的C-C键的最小数目桥头碳——共用的碳原子桥——两个桥头碳原子间的碳链母体名——几环[n1.n2.n3…]某烷环的数目各桥上碳数由大到小排全部环上碳原子数二环桥环烷烃的命名编号——从桥头碳开始，绕最长的桥到另一个桥头，再绕次长桥回来，最后再编最短的桥。——可能的情况下给取代基以尽可能小的编号12345678母体为二环[3.2.1]辛烷bicyclo[3.2.1]octane全名：2,8,8-三甲基二环[3.2.1]辛烷2,8,8-trimethylbicyclo[3.2.1]octane练习1,2,4-三甲基二环[4.3.0]壬烷CH3CH3H3C环壬烷环癸烷1，1-二甲基-4-异丙基环癸烷HCCH2CH2CH31，1-二环丙基丁烷H2CCHCH2CH31，2-二环丙基丁烷顺-1，2-二甲基环丙烷顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷顺-1，2-二甲基环丙烷顺-1，4-二氯环己烷反-1，4-二甲基环辛烷3.2环烷烃的化学性质共性：同烷烃相似，难氧化，光照或加热下发生自由基取代反应。特性：小环易开环加成（H2、X2、HX）（1）氢解：+H2Ni400C,常压CH3CH2CH3+H2Ni1000C,常压CH3CH2CH2CH3Pt+H23000C,常压CH3CH2CH2CH2CH3（2）溴+Br2室温BrCH2CH2CH2Br+Br2光照Br+Br2光照或3000CBr（3）溴化氢+HBrCH3CH2CH2Br+HBr不反应+HBr不反应结论（1）环丙烷活性最大，不稳定，易发生开环加成（H2、X2、HX），但是难氧化。（2）其他环烷烃与开链烷烃性质相似，高温或光照时与X2发生自由基取代反应。环丙烷衍生物的开环位置：取代最多的C与取代最少的C之间。eg.(CH3)2CCHCH2BrCH3BrBr2+HBr(CH3)2CCHCH3CH3Br加成取向：H加成到含H较多的C上，X加成到含H较少的C上。3.３环的张力环丙烷的结构2.环烷烃的燃烧热（P45表3.2）3.张力能环产生张力的因素非键相互作用（Enb）：非键合的两原子或原子团距离小于其范氏半径之和（强烈排斥）键长变化（El）：两成键原子间距离偏离正常键长；键角变化（Eθ）：键角偏离平衡值1.拜尔张力学说(A.vonBaeyer,straintheory)环丙烷CyclopropaneCCC环丙烷中sp3杂化轨道重叠示意图键角变形的程度越大，环的张力越大，环的反应活性越大。109.50600900环己烷Cyclohexane•Combustiondatashowsit’sunstrained.•Angleswouldbe120,ifplanar.•Thechairconformerhas109.5bondanglesandallhydrogensarestaggered（交叉的）。•Noanglestrainandnotorsionalstrain.3.４环己烷的构象极限构象：船式椅式（优势构象）99%以上椅式构象特点：123456123456(1)六个C分居两个平行平面（两平面相距50pm=0.05nm)(2)两种椅式构象间可相互翻转(3)所有C-H键分为两类：直立键（a键）：三个向上，三个向下；相邻两个则一上一下。平伏键（e键）亦如此。（4）张力能为零，为优势构象。船式椅式ChairConformer椅式构象BoatConformer船式构象ConformationalEnergy=AxialandEquatorialPositions直立键（a键）平伏键（e键）•动画3.５取代环己烷的构象分析1.一取代环己烷(MonosubstitutedCyclohexanes)讨论：甲基环己烷分子中甲基处于e键稳定还是处于a键稳定？equtorial(down)axial(down)CH3CH3*请画出叔丁基环己烷的优势构象。构象翻转1,3-DiaxialInteractions1,3-二直立键=DisubstitutedCyclohexanes二取代环己烷BulkyGroups位阻大的基团•Groupsliket-butylcausealargeenergydifferencebetweentheaxialandequatorialconformer.•Moststableconformerputst-butylequatorialregardlessofothersubstituents.2.多取代环己烷CH3equtorial(down)CH3axial(down)cis-CH3H3Caxial(down)equtorial(down)trans-CH3equtorial(down)CH3axial(down)CH3CH3equtorial(up)axial(up)可见，环己烷1，2二取代物中反式异构体（ee）比顺式异构体（ae）稳定。那么，1，3和1，4二取代物呢？结论：（1）环己烷多元取代物中，e-取代基最多的构象最稳定。（2）环己烷多元取代物中，体积大的取代基在e-位的构象最稳定。3.环己烷环的平面表示法1环烷烃的分类、异构和命名2环烷烃的化学性质3环的张力4环己烷的构象小结