中医药大学有机化学JC整理脂环烃.pptx

第七章第七章 脂环烃脂环烃(一一)脂环烃的分类脂环烃的分类(二二)脂环烃的命名脂环烃的命名(三三)脂环烃的性质脂环烃的性质(四四)环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 一一 、脂环烃的分类脂环烃的分类1.按环上碳原子的饱和程度，可分为：按环上碳原子的饱和程度，可分为：环烷烃环烷烃(通式通式CnH2n)环烯烃环烯烃(通式通式CnH2n-2)环炔烃环炔烃(通式通式CnH2n-4)环戊烷环戊烷环辛炔环辛炔环己烯环己烯 第一节、第一节、脂脂环烃的分类和环烃的分类和命名命名脂环烃的构造异构现象比脂肪烃复杂，如环烷脂环烃的构造异构现象比脂肪烃复杂，如环烷烃烃C5H10的构造异构体有：的构造异构体有：环戊烷环戊烷甲基环丁烷甲基环丁烷乙基环丙烷乙基环丙烷1,1-二甲基环丙烷二甲基环丙烷1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷2.按照分子中所含碳环的数目，可分为：按照分子中所含碳环的数目，可分为：单环脂环烃单环脂环烃二环脂环烃二环脂环烃多环脂环烃多环脂环烃环己烷环己烷环戊二烯环戊二烯甲基环己烷甲基环己烷十氢化萘十氢化萘降冰片烷降冰片烷螺螺2,4庚烷庚烷立方烷立方烷棱烷棱烷篮烷篮烷金刚烷金刚烷二、二、脂环烃的命名脂环烃的命名1.单环脂环烃单环脂环烃(1)在相应烷烃名称前加在相应烷烃名称前加“环环”字，称为字，称为“环某烷环某烷”；(2)使所有取代基编号尽可能小；使所有取代基编号尽可能小；甲基环戊烷甲基环戊烷1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷(3)环烯环烯(或炔或炔)烃编号时，把烃编号时，把1,2位留给双位留给双(或三或三)键碳原子键碳原子。4-乙基环戊烯乙基环戊烯3,5-二甲基环己烯二甲基环己烯5-甲基环辛炔甲基环辛炔2.二环脂环烃二环脂环烃 指分子碳架中含有两个碳环的烃。它又分为：指分子碳架中含有两个碳环的烃。它又分为：联环烃联环烃 螺环烃螺环烃(螺烃螺烃)桥环烃桥环烃(桥烃桥烃)联二环己烷联二环己烷螺螺4.4壬烷壬烷二环二环4.4.0癸烷癸烷(十氢化萘十氢化萘)二环二环2.2.1庚烷庚烷(降冰片烷降冰片烷)(1)桥环桥环母母体体的的判判断断：断断几几根根键键成成开开链链化化合合物物，就就为为几几环环。按按成成环环碳碳原原子子数数称称为为几几环环“某烷某烷”；编编号号：A.选选桥桥头头碳碳的的原原则则：使使一一个个桥桥头头到到另另一一个个桥桥头头所所经经过过的的碳碳尽尽可可能能的的多多，或者说，取代基最多的碳为桥头碳。或者说，取代基最多的碳为桥头碳。B.从从桥桥头头碳碳开开始始，沿沿大大半半环环到到一一桥桥头头碳碳，再再沿沿次次环环最最后后是是小小环环。由由大大到到小小编编号号，同同时时照照顾顾取取代代基基的的位位次次及及不不饱饱和和键键的的的的编号尽可能的小。编号尽可能的小。母体名母体名 几环几环n1.n2.n3某烷某烷环的数目环的数目各桥上碳数各桥上碳数由大到小排由大到小排全部环上碳原子数全部环上碳原子数 C.各桥碳原子数由大到小用数字表示，各桥碳原子数由大到小用数字表示，用下角圆点分开放在方括号中，将括号用下角圆点分开放在方括号中，将括号放在放在“几环几环”和和“某烷某烷”中间；中间；D.环上取代基位次和名称放在环上取代基位次和名称放在“环环”之之前前 2,8-二甲基二甲基-1-乙基二环乙基二环3.2.1辛烷辛烷7,7-二甲基二环二甲基二环2.2.1庚烷庚烷3,7,7-三甲基二环三甲基二环4.1.0庚烷庚烷 16 2 75 3 4 (2)螺环烷烃螺环烷烃1.二环螺环烃命名时以二环螺环烃命名时以“螺螺”为词头为词头,称称“螺螺某烷某烷”；2.将各环除螺原子以外的碳原子数由小环到大将各环除螺原子以外的碳原子数由小环到大环用数字表示，用圆点分开放在方括号中，环用数字表示，用圆点分开放在方括号中，括号放在括号放在“螺螺”和和“某烷某烷”中间；中间；3.编号从较小环与螺原子相邻的碳开始，沿小编号从较小环与螺原子相邻的碳开始，沿小环经螺原子到较大的环；环经螺原子到较大的环；4.支链命名与桥环烷烃相同。支链命名与桥环烷烃相同。螺螺2.4庚烷庚烷螺螺5.5十一烷十一烷5-甲基螺甲基螺3.4辛烷辛烷第二节、第二节、脂环烃的性质脂环烃的性质 环烷烃的沸点、熔点和相对密度都较含同数碳环烷烃的沸点、熔点和相对密度都较含同数碳原子的开链脂肪烃为高。原子的开链脂肪烃为高。一些环烷烃的物理常数一些环烷烃的物理常数 脂环烃的化学性质与脂肪烃相似，可发生卤化和氧脂环烃的化学性质与脂肪烃相似，可发生卤化和氧化反应等。化反应等。(1)取代反应取代反应 (2)加成反应加成反应(小环的特殊性小环的特殊性)环丙烷环丙烷和和环丁烷环丁烷与与烯烃烯烃相似，易开环进行加成。相似，易开环进行加成。（甲）加氢（甲）加氢（乙）加卤素（乙）加卤素不能用溴褪不能用溴褪色的方法来色的方法来区别环烷烃区别环烷烃与烯烃！与烯烃！1,4-二溴丁烷二溴丁烷1,3-二溴丙烷二溴丙烷（丙）加卤化氢（丙）加卤化氢 （丁）小环烷烃的抗氧化性（丁）小环烷烃的抗氧化性小环烷烃不与高锰酸钾水溶液及臭氧作用小环烷烃不与高锰酸钾水溶液及臭氧作用第三节、第三节、环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性一、一、燃烧热及其相对稳定性燃烧热及其相对稳定性燃烧热燃烧热:指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和水所放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。由环丙烷到环戊烷，随环增大，每个亚甲基单元的燃烧热由环丙烷到环戊烷，随环增大，每个亚甲基单元的燃烧热依次降低；由环己烷开始，亚甲基单元的燃烧热趋于恒定。依次降低；由环己烷开始，亚甲基单元的燃烧热趋于恒定。二、二、Baeyer张力学说（张力学说（1885年）年）SP3 碳原子键角应为碳原子键角应为109。28,任任何与此正常键角的偏差，都会引起分子何与此正常键角的偏差，都会引起分子的张力，这种张力具有力图恢复正常键的张力，这种张力具有力图恢复正常键角的趋势。我们把这种张力角的趋势。我们把这种张力叫角张力。叫角张力。BaeyerBaeyer张力学说建立在错误假设（认为环张力学说建立在错误假设（认为环烷烃都是平面结构）的基础上，只对小环烷烃都是平面结构）的基础上，只对小环适用。适用。角张力示意图 由于角张力作用，使得环丙烷和环丁烷分子稳由于角张力作用，使得环丙烷和环丁烷分子稳定性下降，容易发生加成反应使环打开。定性下降，容易发生加成反应使环打开。键角键角60 轨道夹角轨道夹角105.5 不等性不等性sp3杂化杂化:形成形成C-C键键sp3杂化轨道具有较多杂化轨道具有较多p成分。成分。环丙烷分子轨道图环丙烷分子轨道图The molecular orbital of cyclopropane蝴蝶型蝴蝶型(环丁烷环丁烷)信封型信封型扭曲型扭曲型环戊烷环戊烷三、无张力学说及近代电子理论的解释三、无张力学说及近代电子理论的解释从环丁烷开始，成环碳原子均不在同一平面上。从环丁烷开始，成环碳原子均不在同一平面上。第五节、第五节、脂环化合物的立体异构脂环化合物的立体异构 当环上连有有两个或两个以上取代基时当环上连有有两个或两个以上取代基时,产生顺反异构。产生顺反异构。若用构象式可表示为：若用构象式可表示为：反反-1,3-二甲二甲基环丁烷基环丁烷顺顺-1,4-二甲二甲基环己烷基环己烷反反-1,4-二甲二甲基环己烷基环己烷顺顺-1,3-二甲二甲基环丁烷基环丁烷顺顺-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷反反-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷又比如十氢化萘的两种异构体：又比如十氢化萘的两种异构体：反十氢化萘反十氢化萘(沸点沸点185)顺十氢化萘顺十氢化萘(沸点沸点194)某些脂环化合物也存在对映异构现象：某些脂环化合物也存在对映异构现象：1,2-二甲基二甲基环己烷环己烷1,2-环丙烷环丙烷二甲酸二甲酸顺式，非手性顺式，非手性反式，手性，旋光反式，手性，旋光顺式，非手性顺式，非手性反式，手性，旋光反式，手性，旋光