有机化学徐寿昌版PPT课件

脂环烃-结构上具有环状碳骨架,而性质上与脂肪烃相似的烃类,总称脂环烃.第五章脂环烃有机化学OrganicChemistry分类单脂环烃多脂环烃螺环烃稠环烃桥环烃分类饱和脂环烃不饱和脂环烃脂环烃的分类：(1)环烷烃--饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.•环丙烷CH2-CH2简写:CH2•环丁烷CH2-CH2简写:CH2-CH2甲基环丙烷CH2简写:CH-CH3CH2CH3同分异构体5.1脂环烃的定义和命名(A)以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名;(B)环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前加一“环”字.(C)取代基较多时,命名时应把取代基的位置标出.(D)环上碳原子编号,以取代基所在位置的号码最小为原则.例1:•命名(与烷烃相似):1,2-二甲基环戊烷CH3CH312345•例2:例3:1,1,4-三甲基环己烷**小取代基为1位.1-甲基-3-乙基环己烷由于碳原子连接成环,环上C-C单键不能自由旋转.只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团,就有构型不同的顺反异构体.顺-1,4-二甲基环己烷环烷的顺反异构:例:1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷--脂环烃的环上有双键(或叁键).•命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链为取代基.•碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最小.•对于只有一个不饱和键的环烯(或炔)烃,双键或叁键位置可不标.环辛炔(2)环烯(炔)烃环戊烯1,3-环己二烯(A)若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1;(B)若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位置号码的加和数为最小.3-甲基-1-环己烯带有侧链的环烯烃命名:1-甲基-1-环己烯CH3123456CH3123456CH3CH31265-甲基-1,3-环戊二烯CH312534534带有侧链的环烯烃命名:1,6-二甲基-1-环己烯•其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺环化合物.•共用两个或以上碳原子的叫桥环化合物.螺[2.4]庚烷双环[2.2.1]庚烷(3)双环化合物--分子中含有两个碳环.螺原子桥头碳桥头碳(a)组成环的碳原子总数命名为“某烷”,加上词头“螺”.(b)再把连接于螺原子的两个环的碳原子数(不含螺原子),按由小到大的次序写在“螺”和“某烷”之间的方括号里,数字用圆点分开.例1:螺[2.4]庚烷(A)螺化合物的命名:螺原子例2:螺[3.4]辛烷--螺环上的编号,从连接螺原子(不含)上的一个碳开始,先编较小的环,然后经过螺原子再编第二个环.编号的顺序以取代基位置号码加和数最小为原则.例3:5-甲基螺[2.4]庚烷(c)带支链的螺烷(a)都有两个“桥头”碳原子(即两个环共用的碳原子)和三条连在两个“桥头”上的“桥”.(b)组成环的碳原子总数命名为某烷,加词头双环.(c)各“桥”所含碳原子数目,按由大到小的次序写在“双环”和“某烷”之间的方括号里.双环[2.2.1]庚烷例1:(B)双桥环化合物的命名桥头碳例2:双环[2.1.0]戊烷双环[3.1.1]庚烷例3:(d)环上碳原子编号:从一个桥头碳原子(含)开始,先编最长的桥至第二个桥头,再编余下的较长的桥,回到第一个桥头;最后编最短的桥.(e)编号的顺序以取代基位置号码加和数为较小.例4:6-甲基双环[3.2.2]壬烷例5:1,7-二甲基双环[3.2.2]壬烷例6:8,8-二甲基双环[3.2.1]辛烷双环[2.2.2]-2,5,7-辛三烯例7:补充：同分异构（一）构造异构饱和环烷烃的通式：CnH2nCH3CH3CH3CCHH3CHCCHCH3HCCHCH2CH3顺反异构反-1，4-二甲基环己烷顺-1，4-二甲基环己烷CH3HHCH3CH3HCH3H定义：由于分子中存在不能旋转的因素，而使原子在空间的排列方式不同的现象。CH3HCH3HH3CH3CHHCH3CH3CH3HHCH3H3CHHCH3CH3CH3•环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃要高一些.•相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻.•脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似.•具有环状结构的特性5.2脂环烃的性质(一)物理性质(二)化学性质--在光或热的引发下发生卤代反应.5.2.1环烷烃的反应(1)取代反应+Cl2Cl+HCl+Cl2Cl+HCl+Br2Br+HBr光光热CH2CH2CH2CH3反应生成的有支链的化合物稳定：(2)开环反应--也叫加成反应.(A)催化加氢+H2CH3CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH2CH3Ni80℃Ni200℃Pt300℃•环丙烷的烷基衍生物与HX加成，环的破裂发生在含H最多和最少的两个碳原子之间，且符合马氏规律.(B)加卤素或卤化氢•四碳环不易开环，在常温下与卤素，卤化氢不反应。+Br2BrCH2CH2CH2BrCCl4+HCH3CH2CH2BrH2OBrCH3—CH—CH2+HBrCH3CHCH2CH3CH2Br•在常温下，环烷烃与一般氧化剂(KMnO4,O3)不反应；•在加热，强氧化剂作用或催化剂存在时，可用空气氧化成各种氧化产物：例:CH2CH2COOHCH2CH2COOHHNO3(3)氧化反应:Ba(OH)2O思考：如何鉴别环丙烷与烯烃?Δ例题与讨论例题：如何将丙烷、丙烯、环丙烷区别开？解：1、各取少许上述三种溶液，分别加入高锰酸钾的酸性溶液，使其褪色的是丙烯。2、另取剩余两种溶液，分别加入溴水，使其褪色的是环丙烷。余下的是丙烷。例题：如何将环丙烷、环丁烷和环戊烷区别开？解：各取少许上述三种溶液，分别加入溴水，使其褪色的是环丙烷，加热后退色的是环丁烷，不退色的是环戊烷。•易发生加氢,加卤素,加卤化氢和加硫酸等反应.例:5.2.2环烯烃和环二烯烃的反应(1)环烯烃的加成反应+Br2CCl4BrBr+HCH3ICH3I•环烯烃的双键易被氧化剂(KMnO4,O3等)氧化而断裂成开链的氧化产物:例:(2)环烯烃的氧化反应KMnO4CH3CHCH2COOHCH2CH2COOHO3CH2CH2CHOCH2CH2CHOZn,H2O•与某些不饱和化合物发生双烯合成反应.例1:•双环[2.2.1]-5-庚烯-2-羧酸甲酯•双环[2.2.1]-2,5-庚二烯例2:环戊二烯(3)共轭环二烯烃的双烯合成反应例3:环戊二烯聚合成二聚环戊二烯:•受热可分解成环戊二烯.(1)烷烃每增加一个CH2,燃烧热增值基本一定,平均为658.6kJ/mol.(2)环烷烃的通式为:每增加一个CH2,燃烧热增加,平均每个CH2的燃烧热为Hc/n.--环丙烷的Hc/n为697.1kJ/mol,比烷烃的每个CH2高38.5kJ/mol.这个差值就是环丙烷分子中每个CH2的张力能.--环丙烷的总张力能38.53=115.5kJ/mol5.3环烷烃的环张力和稳定性张力能总张力能环丙烷的总张力能38.53=115.5kJ/mol环丁烷的总张力能27.64=110.4kJ/mol环戊烷的总张力能5.45=27.0kJ/mol环庚烷的总张力能3.77=25.9kJ/mol环辛烷的总张力能5.08=40.0kJ/mol...................(环丙烷,环丁烷不稳定,容易开环)•环己烷和以上的大环化合物的张力能很小或等于零,它们都是稳定的化合物.环己烷的总张力能0•环烷烃的张力能越大,能量越高,分子越不稳定.C+的扩环重排！•烷烃是sp3杂化,键角109.5°,环烷烃的碳也是sp3杂化,但键角不一定一样.•C-C键的形成键轨道的交盖交盖较好5.4环烷烃的结构5.4.1环丙烷的结构交盖较差•弯曲键比一般的键弱,并且具有较高的能量.•这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力.•由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力.•这样的键与一般的键不一样,它的电子云没有轨道轴对称,而是分布在一条曲线上,故常称弯曲键.内角60°•内角90°.•四个碳原子不在一个平面上.环丁烷中的键环丁烷的构象折叠式构象5.4.2环丁烷的结构•实际构象:折叠环的形式--“信封式”构象.•分子张力不大,因此环戊烷的化学性质比较稳定.•不是平面结构.因C-H键的重叠,有较大扭转张力.5.4.3环戊烷的结构•环己烷不是平面结构,较为稳定的构象为折叠的椅型构象和船型构象.--稳定(99.9%以上)•C-C-C键角基本保持109.5°,任何两个相邻的C-H键都是交叉式的.椅型构象无张力环.纽曼投影式透视式环己烷的椅型构象5.4.4环己烷的结构(1)椅型构象•所有键角也接近109.5°,故也没有角张力.但相邻C-H键却并非全是交叉的.C-2和C-3上的C-H键,以及C-5和C-6上的C-H键都是重叠式的.•C-1和C-4上两个向内伸的H由于距离较近而相互排斥,也使分子的能量有所升高.透视式纽曼投影式环己烷的船型构象(2)船型构象(3)环己烷椅型构象中碳原子的空间分布A•A线为构象的对称轴(4)椅型构象中的两种C-H键a键(直立键)e键(平伏键)•与对称轴成109.5°•通过C-C键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型为a键为e键椅型构象的翻转•两种椅型构象是等同的分子.(5)构象的翻转•两种椅型构象是两种不同结构的分子.•甲基连在a键上的构象具有较高的能量,比较不稳定•平衡体系中e键甲基环己烷占95%,a键的占5%•同一平面上的比较(6)甲基环己烷椅型构象的翻转•若有多个取代基,往往是e键取代基最多的构象最稳定.•若环上有不同取代基,则体积大的取代基连在e键上的构象最稳定.例1:1,2-二甲基环己烷，顺式如下：•同一平面上的比较.•在同侧为顺,a,e•在异侧为反.a,a;e,e.•反式(e,e)比顺式的稳定.（a,a）实际上不存在（能量太高）取代基在e键上的构象较稳定.•叔丁基在e键上的构象比在a键上的另一种构象要稳定的多.例2:顺-4-叔丁基环己醇的两种构象•是双环[4.4.0]癸烷的习惯名称.顺十氢化萘反十氢化萘(1)平面结构式(2)构象5.4.5十氢化萘的结构•--环下方几个a键上的氢原子比较靠拢,有些拥挤,故分子能量较高,比较不稳定.•顺式异构体--不稳定.•萜类化合物--又称萜烯类化合物.•天然有机化合物.香精的主要成分.•特点:都具有聚的碳骨架.•分为:单萜(2个异戊二烯单元),薄荷醇,樟脑半倍萜(3个异戊二烯单元),姜烯二萜(4个异戊二烯单元),维生素A三萜(6个异戊二烯单元),鲨鱼烯四萜(8个异戊二烯单元),-胡萝卜素5.5萜(tie)类和甾(zai)族化合物5.5.1萜类异戊二烯•特点:都具有聚的碳骨架.姜烯•半倍萜(3个异戊二烯单元)维生素A•二萜(4个异戊二烯单元)异戊二烯•天然有机化合物.许多甾族化合物具有重要的生理作用.•特点:都具有甾核的四环碳骨架.并且环上有三个侧链(图1).•如:胆汁酸,甾族激素(睾丸素,雌二醇)等.图1甾核图2胆酸5.5.2甾族化合物