异丙基环己烷顺延安PPT课件.ppt

Organic Chemistry延安大学化工学院 有机化学教研室1.2.概述：概述：单环环烷烃单环环烷烃通式：通式：CnH2n ,与与烯烃烯烃互互为为异构体。异构体。环烷烃环烷烃的性的性质质与与烷烃烷烃相似。相似。一一.环烷烃环烷烃的分的分类类、命名和异构、命名和异构 (Classification,Nomenclature,Isomerism of Cycloalkanes)1.分分类类单环单环体系体系小小环环：34个碳原子。个碳原子。普通普通环环：57个碳原子。个碳原子。中中环环：811个碳原子。个碳原子。大大环环：12个以上碳原子。个以上碳原子。多多环环体系体系螺螺环环：两个：两个环环公用一个碳原子，公用的碳叫螺碳。公用一个碳原子，公用的碳叫螺碳。桥环桥环：两个：两个环环公用两个或两个以上碳原子。公用两个或两个以上碳原子。螺碳螺碳桥头桥头碳碳3.2.异构异构包括：包括：构造异构构造异构顺顺反异构：反异构：例：例：C5H10的的环烷烃环烷烃异构异构构造式相同，分子中原子在空构造式相同，分子中原子在空间间的的排列方式不同。由于排列方式不同。由于环环的存在，使的存在，使C-C键键不能旋不能旋转转而引起的。而引起的。4.3.命名命名1).单环环烷烃单环环烷烃规则规则：.确定母体：确定母体：环环某某烷烷（由（由环环中中总总碳数确定）。碳数确定）。.编编号：若号：若环环上有取代基，上有取代基，编编号尽可能小。若有号尽可能小。若有 不同取代基，要用不同取代基，要用较较小的数字，表示小的数字，表示较较小取代小取代 基的位置。基的位置。.书书写同写同烷烃烷烃。5.例：例：.对对于于顺顺反异构体：反异构体：顺顺式（式（cis）：相同基）：相同基团团在平面的同在平面的同侧侧。反式（反式（trans）：相同基）：相同基团团在平面的两在平面的两侧侧。1-甲基甲基-2-乙基乙基环环戊戊烷烷1-甲基甲基-4-异丙基异丙基环环己己烷烷顺顺-1,2-二甲基二甲基环环丙丙烷烷6.反反-1,3-二甲基二甲基环环戊戊烷烷反反-1-乙基乙基-3-异丙基异丙基环环戊戊烷烷2).多多环烃环烃螺螺环烃环烃:.确定母体：螺某确定母体：螺某烷烷（由螺（由螺环环中中总总碳数确定）。碳数确定）。.编编号：先号：先编编小小环环后后编编大大环环。从小。从小环环中和螺碳相中和螺碳相 邻邻的碳开始的碳开始编编号，使取代基位次最小。号，使取代基位次最小。.写法：写法：7.位次位次取代基位置取代基位置用用阿阿拉拉伯伯数数字字，数数字字间间用用逗逗号号隔隔开开（半半字字线线）取代基名称取代基名称相相同同的的取取代代基基合合并并起起来来，用用一一、二二、三三 表表示示螺螺a.b某某烷烷除除螺螺碳碳外外每每个个环环中中的的碳碳原原子子数数。a 为为小小环环中中的的，b 为为大大环环中中的的。8.螺螺2.4庚庚烷烷1234567123456781,6-二甲基螺二甲基螺3.4辛辛烷烷.编编号：先号：先编编大大桥桥后后编编小小桥桥，从，从桥头桥头碳开始碳开始编编，使，使 取代基位次最小。取代基位次最小。.环环数的确定：把数的确定：把桥环烃变为链烃桥环烃变为链烃，打开几次，就，打开几次，就 是几元是几元环环。桥环烃桥环烃：.确定母体：几确定母体：几环环某某烷烷（由（由桥环桥环中中总总碳数确定）。碳数确定）。.写法：写法：9.位次位次取代基位置取代基位置用用阿阿拉拉伯伯数数字字，数数字字间间用用逗逗号号隔隔开开（半半字字线线）取代基名称取代基名称相相同同的的取取代代基基合合并并起起来来，用用一一、二二、三三 表表示示几几环环a.b.c某某烷烷除除桥桥头头碳碳外外每每个个桥桥中中的的碳碳原原子子数数。由由大大桥桥到到小小桥桥。10.1234567891,9-二甲基二甲基-3-乙基二乙基二环环4.2.1壬壬烷烷12345672,7,7-三甲基二三甲基二环环2.2.1庚庚烷烷12345677,7-二二氯氯二二环环4.1.0庚庚烷烷11.二二.环烷烃环烷烃的物理性的物理性质质和化学反和化学反应应 (Physical Properties,Chemical Reactions of Cycloalkanes)1.物理性物理性质质（自学）（自学）2.化学反化学反应应1).取代反取代反应应机理：自由基机理机理：自由基机理取代反取代反应应一般在五、六元一般在五、六元环环上易上易发发生。生。2).加成反加成反应应小小环环易易发发生加成反生加成反应应。12.加加 H2由上面反由上面反应应条件可以看出，小条件可以看出，小环发环发生加成反生加成反应应活性大。活性大。.加加 X213.不发生加成反应.加 HX（主）14.不不对对称称环环丙丙烷烷加加 HX 的的规规律：律：.开开环环位置：在含位置：在含氢氢最多与含最多与含氢氢最少的两个碳之最少的两个碳之间间。.氢氢加在含加在含氢较氢较多的碳原子上。多的碳原子上。（主）（主）15.3).氧化反氧化反应应环环丙丙烷烷与与烯烃烯烃既既类类似又有区似又有区别别，它有抗氧化能力，不使它有抗氧化能力，不使KMnO4水溶液褪色，可用此区水溶液褪色，可用此区别别：环环丙丙烷烷不不饱饱和和烃烃16.三三.环烷烃环烷烃的的稳稳定性定性(Stability of Cycloalkanes)为为什么三元什么三元环环不不稳稳定易定易发发生加成？生加成？为为什么五元什么五元环环、六元、六元环较稳环较稳定不易定不易发发生开生开环环加成，而易加成，而易发发生取代？生取代？1.拜拜尔尔（Baeyer）张张力学力学说说要点要点.形成形成环环的碳原子都在同一平面上，并排成正多的碳原子都在同一平面上，并排成正多边边形。形。.正常正常C-C键键之之间夹间夹角角为为109.5，环环中中C-C键键之之间夹间夹角角 为为了保持了保持109.5，环环中的中的键键角要角要扩张扩张或或压缩压缩，从而，从而产产 生生张张力。力。17.键键角角变变形程度越大，形程度越大，张张力越大。力越大。.张张力使力使环环的的稳稳定性降低，定性降低，张张力越大，力越大，环环的反的反应应性越大。性越大。例：例：由上面由上面计计算可知：算可知：a.环环戊戊烷烷、环环己己烷烷偏偏转转角度最小，也最角度最小，也最稳稳定。定。18.b.环环丙丙烷烷的的键键角偏角偏转转大于大于环环丁丁烷烷，因此，因此环环丙丙烷烷反反应应活性大于活性大于 环环丁丁烷烷。拜拜尔尔张张力学力学说说的不足之的不足之处处：由拜由拜尔尔张张力学力学说说，比六元，比六元环环大的大的环环都有偏都有偏转转角，并且角，并且环环越越大，偏大，偏转转角越大，角越大，张张力越大。力越大。这这一推一推论论不正确。不正确。这这是由于是由于张张力学力学说说前提不合理，即前提不合理，即环环中碳原子在同一平面内不合理。中碳原子在同一平面内不合理。拜拜尔尔张张力学力学说说存在于小存在于小环环中。中。2.燃燃烧热烧热与与环烷烃环烷烃的的稳稳定性定性燃燃烧热烧热纯纯粹的化合物完全燃粹的化合物完全燃烧烧所放出的所放出的热热。化合物的燃化合物的燃烧热烧热越大，化合物越不越大，化合物越不稳稳定。定。19.从有机化学高等教育出版社（第二版）胡宏从有机化学高等教育出版社（第二版）胡宏纹纹 主主编编 上册上册 P50 表表 3.2 单环环烷烃单环环烷烃(CH2)n的燃的燃烧热烧热kJ mol-1(298K)可看出：小可看出：小环环：三元、四元：三元、四元环张环张力很大。力很大。普通普通环环：五、六、七：五、六、七环张环张力很小。力很小。中中环环：811环环，张张力力较较普通普通环环大。大。大大环环：n12，几乎无，几乎无张张力。力。20.3.张张力和力和张张力能力能有机分子中能有机分子中能产产生生张张力的因素有力的因素有4种：种：非非键键作用作用键长变键长变化化键键角角变变化化扭扭转转角角变变化化非非键键合合张张力能力能Enb角角张张力能力能E扭扭转转角角张张力能力能E键张键张力能力能El以以范范德德华华半半径径为为准准，当当两两个个原原子子或或原原子子团团相相互互靠靠近近的的距距离离小小于于两两者者的的范范德德华华半半径径之之和和时时，产产生生的的张张力力。两两个个用用化化学学键键连连接接的的原原子子核核之之间间的的距距离离等等于于平平衡衡键键长长时时，能能量量最最低低。分分子子中中由由于于几几何何原原因因，必必须须使使某某一一个个键键伸伸长长或或缩缩短短，能能量量都都随随之之升升高高。分分子子中中由由于于几几何何原原因因要要使使键键角角的的大大小小偏偏离离平平衡衡位位置置时时，所所引引起起的的张张力力。分分子子中中由由于于扭扭转转角角变变化化所所引引起起的的张张力力。21.例：例：顺顺交叉式丁交叉式丁烷烷构象，由于两个甲基的非构象，由于两个甲基的非键键作用，相互排作用，相互排 斥，不斥，不稳稳定。定。例：三元例：三元环环、四元、四元环环由于由于键键角角变为变为60、90，所以有一种，所以有一种 角角张张力，不力，不稳稳定，易定，易发发生加成反生加成反应应。例：扭例：扭转转角角变变化化时时，C-C键键、C-H键键相互靠近，有一种扭相互靠近，有一种扭转转 角角张张力。力。22.四四.环烷烃环烷烃的构象的构象(Conformation of Cycloalkanes)1.环环己己烷烷的构象的构象23.24.25.26.1).椅式椅式123456碳碳1、24、5在同一平面上，是椅座。在同一平面上，是椅座。碳碳1、5、6在同一平面上，是椅背。在同一平面上，是椅背。碳碳2、3、4在同一平面上，是椅腿。在同一平面上，是椅腿。C3C3：三重：三重对对称称轴轴。即。即绕绕此此轴轴旋旋转转120或其倍数，得到的构或其倍数，得到的构 型与原来的构型一型与原来的构型一样样。椅式椅式C-H键键的分的分类类：6个直立个直立键键：3个朝上，个朝上，3个朝下。个朝下。都叫都叫a键键。平行于。平行于C3轴轴。27.6个平伏个平伏键键：3个朝上，个朝上，3个朝下。个朝下。都叫都叫e键键，与直立，与直立键键成成10928/。C3.椅式是椅式是环环己己烷烷的最的最稳稳定的构象，在各种构象的平衡混合定的构象，在各种构象的平衡混合 物中，椅式占物中，椅式占99.9%。结论结论：因因为为在椅式构象中，相在椅式构象中，相邻邻两个碳原子上两个碳原子上C-H键键都都处处于交于交叉式。四种叉式。四种张张力能力能为为零。零。28.室温下室温下环环己己烷烷分子由于分子由于热热运运动动，可以从一个椅式，可以从一个椅式经过环经过环的的 翻翻转转，成，成为为另一个椅式构象。另一个椅式构象。123456123456.椅式构象用椅式构象用纽纽曼投影式表示曼投影式表示(从从C3朝朝C4看，看，C1朝朝C6看）。看）。25164329.2).船式船式 123456碳碳1、2、4、5在同一平面上在同一平面上碳碳3、6在平面的同在平面的同侧侧。C1和和C2及及C4和和C5上的基上的基团团都都处处于重叠式于重叠式E0C3和和C6上的两个上的两个C-H离得离得较较近，互相排斥，使得近，互相排斥，使得Enb0、El0、E0，所以内能高，不，所以内能高，不稳稳定。定。3).扭船式扭船式将船式构象扭将船式构象扭动动，使，使3、6两个碳两个碳错错开，开，C3和和C6上的两个上的两个C-H斥力减小，因此斥力减小，因此扭船式能量低于船式，但比椅式高。扭船式能量低于船式，但比椅式高。12345630.4).半椅式半椅式123456内能最高，内能最高，5个碳原子在一个平面上。个碳原子在一个平面上。5).环环己己烷烷四种典型构象的能量关系四种典型构象的能量关系图图椅式椅式半椅式半椅式扭船式扭船式船式船式E31.2.取代取代环环己己烷烷的构象的构象1).一取代一取代环环己己烷烷的构象的构象结论结论：一取代：一取代环环己己烷烷最最稳稳定构象是取代基在定构象是取代基在e键键上。上。例：例：95%5%32.97%3%99.9%从上述三个从上述三个实验实验事事实实可看出：取代基体可看出：取代基体积积越大，越大，e取代占的取代占的比例越大。比例越大。33.2).多取代多取代环环己己烷烷的构象的构象结论结论：.多取代多取代环环己己烷烷，e取代基最多的构象最取代基最多的构象最稳稳定。定。.多取代多取代环环己己烷烷，体体积较积较大的取代基大的取代基为为e型的构象型的构象 最最稳稳定。定。例例1：写出：写出顺顺-1,2-二甲基二甲基环环己己烷烷的最的最稳稳定构象。定构象。（ae）（ae）（ee）（aa）稳稳定定例例2：写出反：写出反-1,2-二甲基二甲基环环己己烷烷的最的最稳稳定构象。定构象。34.从例从例1和例和例2可看出：可看出：对对于于1,2取代反式取代反式较顺较顺式式稳稳定。定。例例3：写出：写出顺顺-1,3-二甲基二甲基环环己己烷烷的最的最稳稳定构象。定构象。例例4：写出反：写出反-1,3-二甲基二甲基环环己己烷烷的最的最稳稳定构象。定构象。eeae从例从例3和例和例4可看出：可看出：对对于于1,3取代取代顺顺式式较较反式反式稳稳定。定。同理可推出：同理可推出：对对于于1,4取代反式取代反式较顺较顺式式稳稳定。定。35.练习练习：写出：写出最最稳稳定构象。定构象。写出写出顺顺-1-甲基甲基-4-叔丁基叔丁基环环己己烷烷的最的最稳稳定构象。定构象。36.写出写出最最稳稳定构象。定构象。写出写出 1-甲基甲基-4-叔丁基叔丁基环环己己烷烷的最的最稳稳定构象。定构象。写出写出最最稳稳定构象。定构象。37.五五.多多环烃环烃的构象的构象(Polycyclic Cycloalkanes)1.十十氢萘氢萘有两种异构体：有两种异构体：或或或或顺顺十十氢萘氢萘反十反十氢萘氢萘38.稳稳定构象：定构象：（ae）（ae）顺顺十十氢萘氢萘反十反十氢萘氢萘不能翻不能翻转转（ee）十十氢萘氢萘最最稳稳定的构象是反式。定的构象是反式。39.2.菲菲烷烷菲菲菲菲烷烷菲菲烷烷有多种异构体：例：有多种异构体：例：多多环烃环烃中，含椅式最多的构象中，含椅式最多的构象为为最最稳稳定的构象。定的构象。40.稳稳定构象：定构象：41.42.43.44.45.3.金金刚烷刚烷熔点高，引入一个取代基后，熔点大幅度降低。熔点高，引入一个取代基后，熔点大幅度降低。46.47.六六.环烷烃环烷烃的合成的合成(Synthesis of Cycloalkanes)1.武慈合成武慈合成48.2.芳香化合物的催化芳香化合物的催化氢氢化化本章结束49.