第二章 烷烃和环烷烃

一．环烷烃(cycloalkane)环烷烃的类型(单)环烷烃通式：CnH2n桥环烃（稠环）桥环烃螺环烃（与烯烃通式相同）以环为母体，名称用“环”（英文用“cyclo”）开头。环外基团作为环上的取代基普通环烷烃的命名CH3环丙烷环己烷甲基环丙烷cyclopropanecyclohexanemethyl-cyclopropane12312341,3-二甲基环己烷1-甲基-4-异丙基环己烷1,3-dimethyl-cyclohexane1-isopropyl-4-methylcyclohexane取代基位置数字取最小CH3HCH3HCH3HCH3HCH3HCH3HH3CCH3H3CCH3HHH3CCH3CH3H3C顺反异构用“顺”或“反”注明基团相对位置。英文用“cis”和“trans”表示。顺-1,3-二甲基环戊烷(cis-1,3-dimethylcyclopentane)反-1,3-二甲基环戊烷（两者为对映异构体）(trans-1,3-dimethylcyclopentane)顺反异构体镜面环可作为取代基（称环基）相同环连结时，可用词头“联”开头。1231'2'3'环丙基环己烷3-甲基-4-环丁基庚烷联环丙烷cylcopropylcyclohexane344-cyclobutyl-3-methylheptanebicyclopropane桥环烃（Bridgedhydrocarbon）的命名桥头碳：几个环共用的碳原子，环的数目：断裂二根C—C键可成链状烷烃为二环；断裂三根C—C键可成链状烷烃为三环桥头碳原子数：不包括桥头C，由多到少列出环的编号方法：从桥头开始，先长链后短链12345678910桥头碳原子十氢萘二环[4.4.0]癸烷bicyclo[4.4.0]decane桥头间的碳原子数(用.隔开)环的数目组成桥环的碳原子总数8-甲基二环[4.3.0]壬烷用,隔开bicyclo[2.2.1]heptane8-methylbicyclo[4.3.0]nonane三环[2.2.1.02,6]庚烷tricyclo[2.2.1.02,6]heptane1234567891234567二环[2.2.1]庚烷2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷2,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]heptane12345671234567螺环烃（spirohydrocarbon）的命名编号从小环开始取代基数目取最小螺[4.5]癸烷spiro[4.5]decane4-甲基螺[2.4]庚烷4-methylspiro[2.4]heptane除螺C外的碳原子数(用.隔开)组成桥环的碳原子总数123456789101234567环烷烃的其它命名方法:ODecahydro-naphthalene十氢萘萘naphthalene莰烷2-莰酮（樟脑）camphanecamphor立方烷金刚烷cubaneadamantane按形象命名按衍生物命名二．环烷烃的性质每个CH2的燃烧(KJ/mol)每个CH2的燃烧热(KJ/mol)小环C3C4环丙烷697.1环丁烷686.1中环C8C11环辛烷663.8环壬烷664.6环癸烷663.6普通环C5C7环戊烷664.0环己烷658.6环庚烷662.4大环C12环十四烷658.6环十五烷659.0对比：开链烷烃每个CH2的燃烧热：658.6KJ/mol环烷烃的燃烧热数据环的大小与稳定性稳定性小环普通环中环环的大小与化学性质五元以上环烷烃链状烷烃性质相似H2/Pt催化加氢不反应Cl2/hvClHI不反应自由基取代反应小环环烷烃活泼，易开环!!!H2/Pt,50oCorNi,80oCCH2CH3H2/Pt,50oCorNi,80oCCH3CHCH2CH3CH3H2/Pt,120oCorNi,200oCCH3CH2CH2CH3CH3CH2CH3213231小环化合物的特殊性质——易开环加成）小环化合物的催化加氢（打开一根C-C键）主要产物支链多较稳定小环化合物与卤素的反应Br2/r.t.CH2CH2CH2BrBrCl2/FeCl3CH2CH2CH2ClCl不反应（难开环）Br2/r.t.（离子型）加成反应自由基取代反应注意区分：Cl2/hvCl小环化合物与HI或H2O/H2SO4的反应CH2CH2CH2HICH2CH2CH2HOHHICH3HICH2CH2CH2CH2HIIHH2SO4H2OCH2CHCH2HICH3213132反应选择性与碳正离子稳定性有关三．环烷烃的结构及构象1.环丙烷的结构角张力（anglestrain）：环的角度与sp3轨道夹角差别引起的张力CCCHHHHHH104oHHHHHHHHHHHH123123C1-C2Newman投影式所有C-H键均为重叠式构象，有扭转张力平面型2.环丁烷的构象若为平面型分子稳定构象•角张力•扭转张力角张力稍增加,扭转张力明显减小HHHHHHHH1234C1-C2C4-C3HHHHHH1234HH90o重叠式构象扭曲式构象88oHHHHHHHH1234HHHHH2C123H2C4C1-C22.环己烷的结构及构象如果环己烷的6个碳原子在同一平面上:将有角张力将有扭转张力120o偏离109.5oHHHHHHHHHHHHC-H重叠环己烷不是平面型分子环己烷碳架是折叠的HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH123456123456椅式构象(chairform)船式构象(boatform)C2,C3,C5,C6共平面两者互为构象异构体椅式构象HHHHHHHHHHHH123456C4-C3C6-C1HHHHHHHH612543H~H之间距离均大于H的VanderWaal’s半径之和（2.40Å）HHHHHHHHHHHH2.50Å2.49Å2.49Å交叉式环己烷椅式构象的画法相间的两根键相互平行（画Z字形）六个碳原子交替分布在两个平面上每个碳均有一根C-H键在垂直方向，上平面的向上画，下平面的向下画其它C-H键分别向左（左边的三个）或向右（右边的三个），且上下交替HHHHHHHHHHHH两种类型C-H键a键(axialbond)竖键,直键,直立键e键(equatorialbond)横键,平键,平伏键HHHHHHHHHHHHHHHHHHHH椅式构象中C-H键的顺反关系相邻碳上的a键和e键为顺式两个相邻的a键（或e键）为反式a键和e键的相互转换翻转后,原来的a键转变为e键,而e键转变为a键HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH123456HHHHHHHHHHHH123456翻转船式构象HHHHHHHHHHHH123456C3-C2C5-C6HHHHHHHH1654232.27Å2.27Å1.84ÅHHHHHHHHHHHH有几组H~H之间距离均小于H的VanderWaal’s半径之和（2.40Å）重叠式（有扭转张力）旗杆键环己烷的其它构象式……半椅式(halfchairform)扭船式(twistboatform)椅式船式椅式半椅式构象5个碳在同一平面上有角张力（C－C键角接近120o）平面碳上的C-H键为重叠式构象（有较大的扭转张力）扭船式构象HHHHHHHHHHHH1.84ÅHHHHHHHHHHHH扭曲式构象各种环己烷构象的势能图4623.55.4kJ/mol势能扭转过程本次课小结和要求掌握几种类型环烷烃（普通环烷烃、桥环烃和螺环烃）的命名方法。了解三元和四元环化合物的活性，掌握相应的特殊化学性质。掌握环丙烷和环丁烷的结构特点（有角张力）和构象。熟悉并学会画环己烷的构象（椅式、船式、半椅式和扭船式），了解各构象的相对稳定性，掌握椅式的a键和e键及相邻键的顺反关系。