《OC32090204环烃j》PPT课件.ppt

第4章 环烃 脂环烃 芳香烃1精选课件ppt按环大小分类按环大小分类:小环化合物小环化合物(C3C4),普通环化合物普通环化合物(C5C7),中环化合物中环化合物(C8C11),大环化合物大环化合物(=C12).脂环烃分类、命名和异构分类、命名和异构 1 1 分类分类2精选课件ppt2 2 命名命名a)a)根据分子中成环碳原子数目根据分子中成环碳原子数目,称为环某烷。称为环某烷。b)b)把取代基的名称写在环烷烃的前面把取代基的名称写在环烷烃的前面c)c)取取代代基基位位次次按按“最最低低系系列列”原原则则标标号号,基基团团顺顺序序按按“次序规则次序规则”小的优先列出小的优先列出1)1)环烷烃的命名环烷烃的命名 甲基环戊烷甲基环戊烷异丙基环己烷异丙基环己烷1,4-二甲基二甲基-1-乙基环己烷乙基环己烷1-甲基甲基-3-异丙基环己烷异丙基环己烷3精选课件ppta)a)根据分子中成环碳原子数目根据分子中成环碳原子数目,称为称为环某烯环某烯b)b)编号以编号以双键的位次双键的位次和取代基的位置最小为原则和取代基的位置最小为原则2)环烯烃的命名环烯烃的命名4精选课件ppt 某些情况下，如当简单的环上连有较长的碳链时，某些情况下，如当简单的环上连有较长的碳链时，也可将也可将环当作取代基环当作取代基，如：，如：环丁基戊烷环丁基戊烷5精选课件ppt十氢化萘十氢化萘 螺螺5,5十一烷十一烷 降菠烷降菠烷立方烷立方烷 金刚烷金刚烷 篮烷篮烷其它环化合物其它环化合物6精选课件ppt3 3 顺反异构顺反异构由于成环原子之间的单键不能自由旋转而引起由于成环原子之间的单键不能自由旋转而引起.两个取代基在环平面两个取代基在环平面同侧同侧为为顺式顺式，不同侧不同侧为为反式反式 顺顺-1,4-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 反反-1,4-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 7精选课件ppt环烷的结构环烷的结构从燃烧热的实验数据得到的环烷烃的从燃烧热的实验数据得到的环烷烃的稳定性稳定性为为:环己烷环己烷环庚烷环庚烷环戊烷环戊烷环丁烷环丁烷环丙烷环丙烷环烷烃的环烷烃的稳定性稳定性可用可用环张力环张力来解释来解释:环张力环张力来一般有三种来一般有三种:a)角张力角张力;b)扭转张力扭转张力;c)空间张力空间张力1 1 环的稳定性环的稳定性为什么小环化合物不稳定？为什么小环化合物不稳定？8精选课件ppta)角张力角张力:角张力角张力:与正常键角偏差而引起的张力与正常键角偏差而引起的张力.环烷烃环丙烷环丁烷环己烷偏差49.519.510.5假定环为假定环为平面结构平面结构:9精选课件pptb)扭转张力扭转张力:重叠构象引起的张力重叠构象引起的张力c)空间张力空间张力10精选课件pptu 环丙烷的结构环丙烷的结构现现代代物物理理方方法法测测定定,环环丙丙烷烷分分子子中中:键键角角 C-C-C C-C-C=105.5;105.5;H-C-H=114.H-C-H=114.环环丙丙烷烷分分子子中中碳碳原原子子之之间间的的spsp3 3杂杂化化轨轨道道是是以以弯弯曲曲键键（香香蕉蕉键键）相互重叠的相互重叠的.11精选课件ppt香蕉键的特征香蕉键的特征：u 键的重叠程度小键的重叠程度小,稳定性小稳定性小u 电子云分布在两核连线的外侧电子云分布在两核连线的外侧,增加了试剂进攻的可能性增加了试剂进攻的可能性,故具有不饱和烯烃的性质故具有不饱和烯烃的性质.另外环丙烷分子中还存在另外环丙烷分子中还存在扭转张力扭转张力（由于环中三个碳位于同一平面（由于环中三个碳位于同一平面,相邻的相邻的C-HC-H键互相处于重叠式构象键互相处于重叠式构象.12精选课件pptu 环丁烷的结构环丁烷的结构环丁烷分子中四个碳原子不在同环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面上一平面上,采取采取折叠状折叠状结构结构.p 折叠状构象折叠状构象C-C-C键角为键角为 111.5,角张力角张力也比环丙烷的小也比环丙烷的小p 折叠状构象可以折叠状构象可以减少减少C-H的重叠的重叠,降低扭转张力降低扭转张力13精选课件pptu 环戊烷的结构环戊烷的结构环戊烷分子中，环戊烷分子中，C-C-C夹角为夹角为108.其中其中有四个碳原子在同一平面有四个碳原子在同一平面,另外一个碳另外一个碳原子在这个平面之外原子在这个平面之外,成成信封式构象信封式构象.p 环张力甚微环张力甚微p 但但若若环环为为平平面面结结构构,则则其其C-H键键都都相相互互重重叠叠,会会有有较较大大的的扭转张力扭转张力p 化学性质稳定化学性质稳定14精选课件pptu 环己烷的结构与构象环己烷的结构与构象(重点掌握重点掌握)在在环环己己烷烷分分子子中中,六六个个碳碳原原子子不不在在同同一一平平面面内内,碳碳碳碳键键之间的夹角可以保持之间的夹角可以保持109.5,109.5,因此因此环很稳定环很稳定。a)a)两种极限构象两种极限构象椅式和船式椅式和船式稳定性稳定性:椅式构象环己烷椅式构象环己烷 船式构象环己烷船式构象环己烷15精选课件ppt椅式构象稳定的原因椅式构象稳定的原因相邻相邻C C原子上的原子上的C-HC-H键全部为交叉式构象键全部为交叉式构象!稳定稳定.16精选课件ppt船式构象不稳定的原因船式构象不稳定的原因相邻相邻C C原子上的原子上的C-HC-H键全部为重叠式构象键全部为重叠式构象!不稳定不稳定.17精选课件pptb)b)平伏键（平伏键（e e键）与直立键（键）与直立键（a a键）键）在椅式构象中在椅式构象中C-HC-H键分为两类。键分为两类。第一类六个第一类六个C-HC-H键与分键与分子的对称轴平行，叫做子的对称轴平行，叫做直立键或直立键或a a键键（其中三个向环平面（其中三个向环平面上方伸展，另外三个相反，向环平面下方伸展）；上方伸展，另外三个相反，向环平面下方伸展）；第二类第二类六个六个C-HC-H键与直立键形成接近键与直立键形成接近109.5109.5的夹角的夹角，平伏着相环，平伏着相环外伸展，叫做外伸展，叫做平伏键或平伏键或e e键键。18精选课件ppt在在室室温温时时，环环己己烷烷的的椅椅式式构构象象可可通通过过C-CC-C键键的的转转动动（而而不不经经过过碳碳碳碳键键的的断断裂裂），由由一一种种椅椅式式构构象象变变为为另另一一种种椅椅式式构构象象，在在互互相相转转变变中中，原原来来的的a a键键变变成成了了e e键键，而而原来的原来的e e键变成了键变成了a a键键。但上、下关系没变但上、下关系没变。当六个碳原子上连的都是氢时，两种构象是同一构象。当六个碳原子上连的都是氢时，两种构象是同一构象。连有不同基团时，则构象不同。连有不同基团时，则构象不同。c)c)环己烷的椅式构象的翻转环己烷的椅式构象的翻转19精选课件ppt三上三下；三左三右。三上三下；三左三右。翻转翻转:a:a键变键变e e键，键，e e键变键变a a键，上下关系不变键，上下关系不变d)d)环己烷船式构象的画法环己烷船式构象的画法20精选课件ppt一元取代环己烷中一元取代环己烷中,取代基可占据取代基可占据a a键键,也可占据也可占据e e键键,但但占据占据e e键的构象更稳定键的构象更稳定.例如例如:e)取代环己烷的构象取代环己烷的构象u 一元取代环己烷的构象一元取代环己烷的构象21精选课件ppt取代基占据取代基占据e e键的构象更稳定的原因键的构象更稳定的原因:空间张力小空间张力小.22精选课件pptu 二元取代环己烷的构象二元取代环己烷的构象23精选课件ppt24精选课件pptp 环己烷有两种极限构象（椅式和船式）环己烷有两种极限构象（椅式和船式）,椅式为优势构象椅式为优势构象p 一元一元取代基主要以取代基主要以e e键键和环相连和环相连p 多元多元取代取代环己烷最稳定的构象是环己烷最稳定的构象是e e键上取代基最多的构象键上取代基最多的构象p 环上有不同取代基时，环上有不同取代基时，大的取代基在大的取代基在e e键上构象最稳定键上构象最稳定小结小结25精选课件ppt化学性质化学性质 1 催化加氢催化加氢26精选课件ppt2 2 加卤素加卤素27精选课件ppt五元和六元环烷烃五元和六元环烷烃主要是起主要是起自由基取代反应自由基取代反应:28精选课件ppt3 3 加加H X,H2SO4 29精选课件ppt4 4 氧化反应氧化反应 环丙烷对氧化剂稳定环丙烷对氧化剂稳定,不被高猛酸钾、臭氧等氧化剂氧化不被高猛酸钾、臭氧等氧化剂氧化.故可用高猛酸钾溶液来区别烯烃与环丙烷衍生物。故可用高猛酸钾溶液来区别烯烃与环丙烷衍生物。u 小环烷烃（小环烷烃（3 3，4 4元环）元环）易加成易加成,难氧化难氧化u 普通环以上普通环以上难加成难加成,难氧化难氧化u “大环似烷，小环似烯大环似烷，小环似烯”环烃性质小结环烃性质小结30精选课件ppt芳香烃芳香烃31精选课件ppt芳香烃的分类及命名芳香烃的分类及命名 单环芳烃单环芳烃32精选课件ppt1 单环芳香烃的命名单环芳香烃的命名关于芳关于芳基基:芳烃分子去掉一个氢原子所剩下的基团称为芳基（芳烃分子去掉一个氢原子所剩下的基团称为芳基（Aryl）用）用Ar表示。重要的芳基有：表示。重要的芳基有：33精选课件ppt1)一元取代苯的命名一元取代苯的命名a)当苯环上连的是烷基（当苯环上连的是烷基（R-），），-NO2，-X等基团时，则以等基团时，则以苯苯环为母体环为母体，叫做某基苯。，叫做某基苯。b)b)当苯环上连有当苯环上连有-COOH-COOH，-SO-SO3 3H H，-NH-NH2 2，-OH-OH，-CHO-CHO，-CH=CH-CH=CH2 2或或R R较复杂时较复杂时，则把苯环作为取代基。，则把苯环作为取代基。34精选课件ppt2)二元取代苯的命名二元取代苯的命名取代基的位置用邻、间、对或取代基的位置用邻、间、对或1,2；1,3；1,4表示表示.35精选课件ppt3)多取代苯的命名多取代苯的命名 a)取代基的位置用邻、间、对或取代基的位置用邻、间、对或2，3，4,表示表示 b)母体选择原则（按以下排列次序，排在后面的为母体，排母体选择原则（按以下排列次序，排在后面的为母体，排在前面的作为取代基。）在前面的作为取代基。）：-NO2、-X、-OR（烷氧基）、（烷氧基）、-R（烷基）、（烷基）、-NH2、-OH、-COR、-CHO、-CN、-CONH2（酰胺）、（酰胺）、-COX（酰卤）、（酰卤）、-COOR（酯）、（酯）、-SO3H、-COOH、-N+R3等等36精选课件ppt2 多环芳香烃的命名多环芳香烃的命名1)1)联苯类联苯类：苯环间以一单键连接的，例如：苯环间以一单键连接的，例如：37精选课件ppt2)多苯代脂肪烃多苯代脂肪烃：可看作脂肪烃分子中氢原子被苯取代：可看作脂肪烃分子中氢原子被苯取代.3)稠环芳烃稠环芳烃：并联：两个或两个以上苯环共用两个相邻碳原子。：并联：两个或两个以上苯环共用两个相邻碳原子。38精选课件ppt苯的结构苯的结构 键长完全平均化键长完全平均化,六个六个 CC 键等长键等长(0.140nm),比正常比正常CC单单键键(0.154nm)短短,比正常比正常C=C双键双键(0.134nm)长长,但也不是单键和但也不是单键和双键的平均值双键的平均值(0.144nm).39精选课件ppt轨道解释：轨道解释：u C原子原子sp2杂化杂化,每个每个C原子的杂化轨道与原子的杂化轨道与C和和H形成三个形成三个键键,未未参与杂化的参与杂化的p轨道垂直苯环平面轨道垂直苯环平面,电子云相互重叠电子云相互重叠,形成一个形成一个环闭环闭的共轭体系的共轭体系,即即离域大离域大键键.使电子云密度完全平均化使电子云密度完全平均化,无单、双键无单、双键之分之分.u 共轭体系使分子能量降低，共轭体系使分子能量降低，稳定稳定(可由煤在可由煤在1000 C制制取取).40精选课件ppt关于关于“芳香性芳香性”芳烃芳烃，也叫芳香烃，一般是指分子中含苯环结构的碳氢化合物。，也叫芳香烃，一般是指分子中含苯环结构的碳氢化合物。芳香二字的来由芳香二字的来由最初最初是指从天然树脂（香精油）中提取而得、是指从天然树脂（香精油）中提取而得、具有具有芳香气味芳香气味的物质。的物质。现代芳烃的概念现代芳烃的概念是指具有是指具有芳香性的一类环状化合物芳香性的一类环状化合物，它们不一，它们不一定具有香味，也不一定含有苯环结构。定具有香味，也不一定含有苯环结构。芳香烃具有其特征性质芳香烃具有其特征性质芳香性芳香性（易取代，难加成，难氧化易取代，难加成，难氧化,苯环具有特殊稳定性苯环具有特殊稳定性）。）。41精选课件ppt芳香性与休克尔规则芳香性与休克尔规则芳香性结构特点：芳香性结构特点：碳原子以碳原子以sp2杂化形成环状化合物；成环原子共平杂化形成环状化合物；成环原子共平面；形成闭合环状大面；形成闭合环状大 键，基态时键，基态时 电子处于成键轨道，电子处于成键轨道，电子数符合电子数符合4n+2规则规则休克尔规则休克尔规则:一个具有一个具有共平面、环状闭合、共轭体系共平面、环状闭合、共轭体系的化合物，的化合物，只有当其只有当其 电子数符合电子数符合4n+2时，才可能有芳香族的稳时，才可能有芳香族的稳定性。定性。n=0,1,2,3.42精选课件ppt课堂练习：下面哪些化合物具有芳香性课堂练习：下面哪些化合物具有芳香性?无有无无43精选课件ppt(a)苯环易发生取代，难发生加成反应(b)不易氧化(c)苯环具有特殊稳定性 化学性质化学性质44精选课件pptp 芳香化合物无一般的碳碳双键芳香化合物无一般的碳碳双键,不具备烯烃的典型性质不具备烯烃的典型性质(如亲电加成如亲电加成,氧化氧化,聚合等反应聚合等反应).p 但容易发生但容易发生亲电取代反应亲电取代反应(如卤化、硝化和磺化如卤化、硝化和磺化).在在铁或铁盐铁或铁盐的催化下加热的催化下加热,苯环上氢原子被氯或溴取代：苯环上氢原子被氯或溴取代：1 取代反应取代反应1)卤代卤代5560oC铁做催化剂时先生成铁盐，如：铁做催化剂时先生成铁盐，如：3Br2+2Fe 2FeBr345精选课件ppt增增加加硝硝酸酸浓浓度度,提提高高反反应应温温度度,可可进进一一步步硝硝化化得得到到间间二二硝硝基基苯苯.并且由于供电子效应并且由于供电子效应,甲苯比苯更容易进行硝化反应甲苯比苯更容易进行硝化反应.2)硝化硝化46精选课件ppt机理机理:亲电试剂是硝基正离子亲电试剂是硝基正离子NO2+:实际上是一个酸实际上是一个酸-碱平衡反应碱平衡反应,硫酸作为强酸硫酸作为强酸,而硝酸作为碱而硝酸作为碱,先被质子化先被质子化,而后失水并生成而后失水并生成NO2+47精选课件ppt苯和浓硫酸共热，环上氢被磺酸基取代苯和浓硫酸共热，环上氢被磺酸基取代.此反应可逆：此反应可逆：3)磺化磺化强酸溶于水48精选课件ppt4)傅氏（傅氏（Friedel-Crafts)反应反应烷基化试剂：RX,ROH,RCH=CH2酰基化试剂：RCOX,(RCO)2O催化剂：49精选课件ppt a)傅氏烷基化傅氏烷基化 反应反应由于反应通过碳正离子中间体，因此有重排现象由于反应通过碳正离子中间体，因此有重排现象.机理：机理：烷基化反应的进攻试剂是碳正离子：烷基化反应的进攻试剂是碳正离子：50精选课件ppt b)傅氏酰基化傅氏酰基化 反应反应当苯环上有当苯环上有强的吸电子基强的吸电子基时时,傅氏反应不容易进行傅氏反应不容易进行.例如例如:硝基苯、苯磺酸不能发生烷基化反应硝基苯、苯磺酸不能发生烷基化反应.无异构化现象无异构化现象!不会生成多元取代物不会生成多元取代物!是制备芳香是制备芳香酮的主要方法酮的主要方法.51精选课件ppt亲电取代反应的历程亲电取代反应的历程52精选课件ppt苯及其同系物不易加成，但在一定条件下可和氢、氯加成，苯及其同系物不易加成，但在一定条件下可和氢、氯加成，直接生成环己烷或其衍生物，而不停留在环己烯或环己二烯直接生成环己烷或其衍生物，而不停留在环己烯或环己二烯衍生物阶段。衍生物阶段。2 加成反应加成反应53精选课件ppt3 氧化反应氧化反应1)苯环的氧化苯环的氧化54精选课件ppt2)侧链氧化侧链氧化鉴别鉴别苯及苯的同系物如：苯、甲苯苯及苯的同系物如：苯、甲苯55精选课件ppt56精选课件ppt4 -卤代反应卤代反应57精选课件ppt苯环上取代基的定位效应苯环上取代基的定位效应(重要重要)一元取代苯进行亲电取代反应时一元取代苯进行亲电取代反应时,第二个基团可处于邻位、间第二个基团可处于邻位、间位或对位位或对位.但处于三个位置的几率不是均等的但处于三个位置的几率不是均等的,取决于第一个取决于第一个取代基的性质取代基的性质.Z称为定位基称为定位基58精选课件ppt1 第一类定位基第一类定位基(邻对位邻对位定位基定位基)第一类定位基第一类定位基反应活性反应活性强致活基团强致活基团中强致活基团中强致活基团弱致活基团弱致活基团致钝基团致钝基团特点：特点：直接和苯环相连的原子以直接和苯环相连的原子以单键单键和其它原子和其它原子相连相连59精选课件ppt2 第二类定位基第二类定位基(间位间位定位基定位基)均为致钝基团均为致钝基团.以上基团按致钝作用以上基团按致钝作用由强到弱由强到弱排列。排列。特点：特点：直接和苯环相连的原子再和其它原子相连时直接和苯环相连的原子再和其它原子相连时含有双键或三键含有双键或三键.60精选课件ppt反应活性：甲苯反应活性：甲苯苯苯氯苯氯苯反应活性：硝基苯反应活性：硝基苯苯甲酸苯甲酸苯苯例例 反应活性比较反应活性比较:61精选课件ppt 课堂练习课堂练习:写出下列反应的产物写出下列反应的产物62精选课件ppt3 定位规律与电子效应定位规律与电子效应1)诱导效应诱导效应(Inductive effects)由成键原子由成键原子电负性不同电负性不同所引起的，所引起的，电子云电子云沿键链（包沿键链（包括括键和键和键）键）按按一定方向移动的效应一定方向移动的效应，或者说是键，或者说是键的极性通过键链依次诱导传递的效应，称为诱导效应的极性通过键链依次诱导传递的效应，称为诱导效应（Inductive effectsInductive effects），通常用），通常用“I I”表示。表示。+I 效应：效应：(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3-I 效应：效应：F Cl Cl Br Br I I吸电子诱导效应吸电子诱导效应给电子诱导效应给电子诱导效应63精选课件ppt 吸电子诱导效应（吸电子诱导效应（-I）：）：供电子诱导效应（供电子诱导效应（+I）：）：原子或基团的吸电子能力顺序如下：原子或基团的吸电子能力顺序如下：64精选课件pptl诱导效应的特点：诱导效应的特点：l由电负性不同而引起由电负性不同而引起 l不存在极性交替现象不存在极性交替现象 l沿原子链传递，随传递距离增加而迅速减弱沿原子链传递，随传递距离增加而迅速减弱 65精选课件ppt2)共轭效应共轭效应(Conjugated effects)p 分子中含有三个或三个以上分子中含有三个或三个以上相邻且共平面相邻且共平面的原子时的原子时,这些这些原子中相互原子中相互平行平行的轨道相互重叠在一起的轨道相互重叠在一起,从而形成离域键（大从而形成离域键（大键）体系称为键）体系称为共轭体系共轭体系.p 共轭体系中的特殊的电子效应叫做共轭体系中的特殊的电子效应叫做共轭效应共轭效应.例例 -共轭体系中的共轭效应共轭体系中的共轭效应:66精选课件ppt a)-a)-共轭体系共轭体系由由电子的离域所体现的共轭效应电子的离域所体现的共轭效应,称为称为-共轭体系共轭体系.结构特征是：结构特征是：p 双键、单键、双键交替连接双键、单键、双键交替连接p 组成该体系的不饱和键可以是双键组成该体系的不饱和键可以是双键,也可以是三键也可以是三键p 组成该体系的原子也不是仅限于碳原子组成该体系的原子也不是仅限于碳原子,还可以是还可以是氧、氮氧、氮等其它原子等其它原子.在共轭体系中在共轭体系中,电子离域的表示方法电子离域的表示方法:67精选课件pptb)p-共轭体系共轭体系 与双键碳原子直接相连的原子上有与双键碳原子直接相连的原子上有 p 轨道轨道,这个这个p 轨道与轨道与 键的键的 p 轨道平行轨道平行,从侧面重叠构从侧面重叠构成成 p-共轭体系共轭体系.能形成能形成 p-共轭体系的除具有未共用电子对的中性分子共轭体系的除具有未共用电子对的中性分子外外,还可以是正、负离子或自由基还可以是正、负离子或自由基.烯丙基正离子烯丙基正离子 烯丙基正离子烯丙基正离子 烯丙基自由基烯丙基自由基68精选课件ppt给电子共轭效应给电子共轭效应(+C(+C效应效应)和吸电子共轭效应和吸电子共轭效应(-C(-C效应效应):+C效应效应-C效应效应69精选课件ppt70精选课件ppt3 定位规律的理论解释定位规律的理论解释1)1)致活致活作用的作用的邻对位邻对位定位基定位基 +I效应和效应和+C效应效应 -I效应效应 +C效应效应 72精选课件ppt3)3)致钝致钝作用的作用的间位间位定位基定位基 具有具有-I效应效应,可使苯环电子密度减小可使苯环电子密度减小.与苯环存在与苯环存在-共轭效应共轭效应(-C),也使苯环也使苯环 电子密度降电子密度降低低.总的电子效应是使苯环的亲电取代反应钝化总的电子效应是使苯环的亲电取代反应钝化.73精选课件ppt 课堂作业课堂作业 写出下列化合物进行一元卤代的主要产物并比较它们的反应写出下列化合物进行一元卤代的主要产物并比较它们的反应活性活性.（2）（3）（4）（1）74精选课件ppt二取代苯的定位规律二取代苯的定位规律p 一致一致:p 不一致不一致:“服从服从”（谁强服从谁谁强服从谁;不同定位的不同定位的,服从邻对位服从邻对位）75精选课件ppt 例例 一致一致谁强服从谁谁强服从谁(空间位阻空间位阻)一致一致服从邻对位服从邻对位76精选课件ppt 作业：作业：P764.3;4.7;4.8;4.9;4.11;4.13;4.14;4.15;4.17.77精选课件ppt