环烷烃

*脂环烃的分类脂环烃环碳原子的饱和程度碳环数目环烷烃CnH2n环烯烃环炔烃单环双环多环CnH2n-2CnH2n-4(上）§3.1环烷烃的异构和命名•一.环烷烃的异构•1.构造异构体:•由环的大小及侧链的长短和位置的不同而产生的异构体.CH3CH3CH3CH3CH3CH3H3C2.顺反异构体:受环的限制，σ键不能自由旋转。环上取代基在空间的位置不同，产生顺反(几何)异构。为一类立体异构体.顺(cis)两个取代基在环同侧反(trans)：两个取代基在环异侧。HCH3CH3H反-1,4-二甲基环己烷熔点：－３７．１沸点：１１９．４oCoCHCH3HCH3顺-1,4-二甲基环己烷熔点:８７．４沸点:１２４．３oCoC立体异构体:构造相同,分子中原子在空间的排列方式不同的化合物互称为立体异构体。构造相同,分子中原子在空间的排列方式不同,即构型不同。构型异构体(顺反异构体)构象异构体二.环烷烃的命名:1.根据环中碳原子的数目,叫做环某烷.2.环上有取代基,则在母体环烃名称的前面加上取代基的名称和位置.12环丙烷环十二烷3.环上碳原子的编号.应使表示取代基位置的数字尽可能小.CH3甲基环戊烷4.有不同的取代基时,要用较小的数字表示较小取代基的位置.CH3CH2CH31-甲基-3-乙基环戊烷3-甲基-1-乙基环戊烷1-甲基-4-乙基环戊烷4-甲基-1-乙基环戊烷H3CCHCH3CH31-甲基-4-异丙基环己烷5.如取代基为较长的碳链,则将环当做取代基,作为烷烃的衍生物命名.6.顺反异构体的命名是以环平面作为参考平面CH3CH2CH2CHCH2CH33-环己基己烷HHCH3CH3顺-1,3-二甲基环戊烷CH3HCH3H顺-1,4-二甲基环己烷CH3HHCH3反-1,4-二甲基环己烷问题3.1(1)环壬烷(3)H3CCH3CH(CH3)212341,1-二甲基-4-异丙基-环癸烷问题3.2(1)CH3HCH3H(2)ClHClH(4)CHCH2CH2CH31,1-二环丙基丁烷§3.2环烷烃的物理性质和化学反应一.环烷烃的物理性质:1.熔点较含同碳数的直链烷烃高.2.密度1(0.688~0.853)3.不溶于水.二.环烷烃的反应+H240Ni常压oC，CH3CH2CH3+100常压H2oC，NiCH3CH2CH2CH3+300PtH2常压oC，CH3CH2CH2CH2CH31、加氢+Br2BrCH2CH2CH2Br+Br2hBr+Br2BrBr2、溴代+Br2BrBr3、加溴化氢+HBrCH3CH2CH2Br+HBrCH3CH3CH2CHCH3Br4、氧化环丙烷不能使高锰酸钾溶液褪色O2OOO环丁（戊）烷不反应§3.4环的张力(稳定性)一.拜尔张力学说:1.环烷烃为正多边形,C-C键的夹角或109o28’2.C-C键键角的变形会产生张力,变形越大,张力越大.3.环的张力越大,环越不稳定,反应性越大.+24o44'+9o44'+0o44'-5o16'变形最大最不稳定二.环烷烃的结构与稳定性为什么小环化合物容易开环并且三元环比四元环更容易开环，而五元环、六元环相对稳定？角张力(拜尔张力)：与正常键角偏差而引起的张力。五元以上的环会不会因环数增大而不稳定？比较单位CH2燃烧热(H)kJ/mol（见p45）环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环庚烷环辛烷链状烷烃697.1686.1664.0658.6662.4664.2658.6kJ/mol环张力：比烷烃CH2高出的能量。生成热：环丙烷：+53.26环丁烷：+28.37说明：比生成它们的元素更不稳定其他：负值§3.5环己烷的构象极端构象：椅式船式1）椅式构象:环己烷最稳定的构象HHHHHHHHHHHH123456250pm6HHHH12345HHHHHHHH•不存在：非键连作用；扭转张力；角张力。英国化学家Barton&瑞典化学家Hassel提出：a键和e键：a键：与分子的对称轴平行的6个C-H键3个方向朝上，3个方向朝下。e键：与a键成10928’的6个C-H键，3个方向朝上，3个方向朝下。HHHHHHHHHHHHC3aaee红线：a键兰线：e键实线：方向朝上虚线：方向朝下a键e键a键：直立键(竖键)(axialbonds)e键：平伏键(横键)(equatorialbonds)构象翻转•a键转变成e键，e键转变成a键；•环上原子或基团的空间关系保持。(见p48)练习:画出下列环己烷椅式构象的所有C-H键•未取代的环己烷无张力。相邻两个碳原子上C-H键都在交叉式的位置.•a键，e键与顺反：•(1).相同的键(a与a,e与e)之间,相邻位置为反,隔一个碳为顺,隔两个碳为反.•(2).不同的键(a与e)之间,•相邻为顺,隔一个碳为反,•隔两个碳为顺.•相邻:同为反,异为顺.•隔一碳:同为顺,异为反.(顺为同,反为异)•隔二碳:同为反,异为顺.HHHHHHHHHHHHC3红线：a键兰线：e键实线：方向朝上虚线：方向朝下练习:•1.画出与1aH为顺式结构的2位上的H.•2.画出与2eH为顺式结构的4位上的H.•3.画出与3aH为反式结构的6位上的H.123456123456123456123456123456123456123456123456HaHeHeHeHaHa(1)(2)(3)邻:异为顺隔一碳:同为顺隔二碳:同为反HeHaHeHeHaHa(1)(2)(3)•二.船式构象:•1.船式构象的表示方法:•2.碳原子1和2,4和5上的C-H键都在重叠式的位置.环张力较椅式大.HHHHCH2CH2HHHHHHHH123456透视式扭曼投影式426351•三.扭船式构象:•船式:1,2,4,5在一个平面上.•扭船式:1,2,4,5不在一个平面上.•能量:椅式扭船式船式123456§3.6取代环己烷的构象分析CH（CH3）2HHHCH3CH3HHHHHHHHHHH95%5%97%3%C（CH3）3HHH3CCH3CH3》99.9%•一.一取代环己烷:两种构象成动态平衡•可根据平衡反应的自由能变化,判断平衡混合物的组成.（p51）•Why?主(p50下)二.二取代环己烷(以二甲基环己烷为例)（见p52表3.4）CH3HH3CHae型顺-1,2-二甲基环己烷CH3H3CHHea型CH3CH3HHH3CH3CHHaa型ee型反1,2-二甲基环己烷HH3CCH3HCH3HHCH3ea型反-1,3-二甲基环己烷ae型CH3HCH3HHH3CHCH3aa型ee型顺1,3-二甲基环己烷顺-1,4-二甲基环己烷H3CHCH3Hae型CH3HHCH3ea型CH3HCH3HH3CHHCH3aa型ee型反-1,4-二甲基环己烷1.环己烷多元取代物中,e取代基最多的构象最稳定.2.环己烷的多元取代物中,体积大的取代基在e键位的构象较稳定.CH3HH(H3C)3CC(CH3)3HH3CHea型ae型顺-1-甲基-2-叔丁基环己烷练习:(写在书上)p53,问题3.4标出下列化合物的稳定构象中各取代基是处于a键,还是处于e键,并比较两个中哪个更稳定.先选择一个体积最大的取代基,设为e键位,然后根据顺反关系,判断其他基团所处键位,e键较多者为稳定构象.CH3CH3CH3CH3CH3CH3eaeeeeH3CCH3CH3H3C135135CH3CH3三.环己烷环的平面表示方法:为了表示上的方便,环己烷常用平面表示.CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3H3CH3C§3.7其他单环环烷烃的构象一.小环:1.环丙烷:为平面构象,C-H键处于重叠式的位置,张力较大(键角及扭转角引起),较不稳定,反应活性高.2.环丁烷:为折叠构象,张力也较大.二.环戊烷和环庚烷:1.环戊烷:为信封式构象(4个碳原子在同一平面,另一碳原子伸出平面外2.环庚烷:构象较多.信封式或半椅式构象(3个碳原子在同一平面,另2个碳原子,1个在平面上方,1个在平面下方)半椅式§3.8多环烃一.多环烃的命名:1.螺烃(两个环共有一个碳原子)(1)以螺环上碳原子的总数目,叫螺某烷.螺［２．２］戊烷(2)螺后加[],其中以数字表示螺原子所夹碳原子的数目,数字之间用圆点隔开.螺［４．４］壬烷螺［４．３］辛烷(3)螺环编号从小环中邻接与螺原子的碳开始,先从小环经螺原子到较大环.若环上有取代基,应使离螺原子最近的非优先取代基在较小位次上.CH31234578962-甲基螺[4.4]壬烷2-仲丁基螺[3.4]辛烷CH3CH(CH3)261234571-甲基-5-异丙基螺[3.3]庚烷CHCH2CH3CH312437658练习CH2CH(CH3)2CH3CH3CH3CH312345671,6-二甲基螺[3.3]庚烷CH2CH(CH3)212345674-异丁基螺[2.4]庚烷2.桥环烃(2个环共有2个以上碳原子的多环烃):以双桥环烃为例(1)以环上碳原子的总数称为二环某烷.二环［２．２．１］庚烷二环［４．４．０］癸烷(2)以几个碳桥交汇处的2个碳原子为桥头,环后[]中用数字标明每一个碳桥上碳原子的数目,以数字的大小排列,数字间用.隔开常用习惯名.十氢萘立方烷金刚烷(4)桥环编号从桥头碳开始,先大桥经另一桥头碳到较小桥.桥环上有取代基时,应使离桥头最近的次要取代基在较小的位次上.CH312345673-甲基二环[3.2.0]庚烷CH3234586718-甲基二环[3.2.1]辛烷13245672-甲基-6-乙基二环[2.2.1]庚烷练习二环[2.2.2]辛烷16723542,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷二.十氢萘:根据2个环间的关系,可将十氢萘分为顺反异构体.顺十氢萘:1个环己烷环以1个a键和1个e键与另1个环相连.反十氢萘:1个环己烷环以2个e键和另1个环相连.反十氢萘稳定性顺十氢萘.ＨＨ反十氢萘ＨＨ顺十氢萘ＨＨ顺和反十氢萘常用平面投影式表示:顺十氢萘或反十氢萘HHCH3CH3HHHCH3H(H3C)3C(H3C)3CHHCH3(H3C)3CHH(H3C)3CHH三.菲烷:ＨＨＨＨ(H3C)3CHH(H3C)3C作业:1.p41,问题3.1:(2),(5)2.p41,问题3.2:(2),(4)3.p54,问题3.5(2),(4)