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立体化学 第5章 环烷烃

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化学环烷烃

化学环烷烃

小环易发生加成反应。
11
① . 加 H2
+ H2 + H2 + H2
Ni 40℃
Ni 100℃
CH3CH2CH3
CH3CH2CH2CH3
Pt 300℃
CH3CH2CH2CH2CH3
由上面反应条件可以看出，小环发生加成反应活性大。 ②. 加 X2
+ Br2
室温
BrCH2CH2CH2Br
12
+ Br2
小环：3～4个碳原子。 普通环：5～7个碳原子。 中环：8～11个碳原子。 大环：12个以上碳原子。 螺环：两个环公用一个碳原子，公用的碳叫螺碳。
桥环：两个环公用两个或两个以上碳原子。
螺碳 桥头碳
2
单环体系
多环体系
2. 异构 包括：
构造异构
顺反异构：构造式相同，分子中原子在空间的 排列方式不同。由于环的存在，使 C-C键不能旋转而引起的。
a 为 小 环 中 的 ， 为 大 环 中 的 。பைடு நூலகம்b
7
5 6
4
3
1 2
8
7 6 4 3
1 2
7
5
螺[2 . 4]庚烷
1,6-二甲基螺[3 . 4]辛烷
桥环烃： ①. 确定母体：几环某烷（由桥环中总碳数确定）。 ②. 环数的确定：把桥环烃变为链烃，打开几次，就 是几元环。
③. 编号：先编大桥后编小桥，从桥头碳开始编，使
例：C5H10的环烷烃异构
3
CH3 CH3 H H
H CH3
CH3 H
3. 命名 1). 单环环烷烃 规则：①. 确定母体：环某烷（由环中总碳数确定）。 ②. 编号：若环上有取代基，编号尽可能小。若有 不同取代基，要用较小的数字，表示较小取代 基的位置。 ③. 书写同烷烃。

环烷烃

环烷烃
• 12
• 环烷烃的化学性质
加氢
与卤素反应
+ Cl2
hv
+ Br2 300 ℃
Cl + HCl
Br + HBr
与氢卤酸反应
+HI +HI CH3 +HI
CH3CH2CH2I
CH3CH2CH2CH2I I
CH3CHCH2CH3
反应活性次序 ：
• 第三章习题 • 1-1，2，4，5，6 • 3-1，2，5 •5 • 6-1，2，4，5 • 10-1
CH3 CH3
CH3 CH3
优势构象
多取代环己烷有不同取代基时，体积较大 的取代基在e键为优势构象
CH3
CH3
(CH3)2CH
CH(CH3)2
(CH3)2CH
CH3
优势构象
(CH3)2CH
CH3
CH3
(CH3)2CH
优势构象
(CH3)2CH CH3
• 思考题： 写出反-1-甲基-3-叔丁基环己烷的优势构象。
4
315
2
6
a键和e键：
6个a键
6个e键
• a键和e键的转换
H 5H 4H 3
H
H6 1 H2
4 5
3
6
2 1
• 取代环己烷的稳定构象
单取代环己烷一般以取代基在e键的 构象为优势构象
H
5H
4
3
HH
C
H
61
室温
2
4
3
5
2
6
CH3
1
CH3
H
多取代环己烷一般以取代基在e键较多者为 优势构象
CH3 CH3

环烷烃

环烷烃

1–甲基–2–乙基环己烷
CH(CH3)2
CH3
1–甲基环丁烯
5–异丙基– 1，3–环戊二烯
二、环烷烃的化学性质
卤代反应
光照 + Br2 Br + HBr
CH3 +
光照 Br2
Br CH3 + HBr
1-甲基-1 –溴环已烷
开环加成反应 (1)加H2
C 2 H H2C H2C H2C CH2 CH CH Ni / 80。 C H2 Ni H2
氧化反应 常温下环烷烃与氧化剂不反 应，不使KMnO4溶液褪色。
三、环烷烃的稳定性
与张力能有关
环丙烷 总张力能（KJ.mol-1） 115.5
环丁烷
110.4
环戊烷 环己烷
27.0 0
结论：环烷烃的张力能越大，越不稳定。 （稳定性：环己烷 > 环戊烷 > 环丁烷 > 环丙烷）
四、环已烷的构象
环已烷的构象
（1）优势构象：椅式构象
椅式 （2）a，e键和构象的翻转
Hale Waihona Puke 船式环烷烃内容提要
环烷烃的命名 环烷烃的化学性质 环烷烃的稳定性 环已烷的构象
环烷烃
脂环烃是指性质类似脂肪烃的碳环化合
物。饱和的脂环烃又称环烷烃，通式为
CnH2n（n≥3）。
一、环烷烃的命名
1.常见环烷烃
环丙烷
环丁烷
环戊烷
环已烷
2. 复杂结构的环烷烃命名
CH3 CH3
CH3 CH2CH3
1，2–二甲基环丙烷
CH3CH2CH3
H2C H2C CH2
H2
CH2 Ni / 200 C
。 CH3CH2CH2CH3

第五章 环烷烃ppt课件

第五章 环烷烃ppt课件
5 4
0.25 nm
6 3 2
0.18 nm
1
4 3 5 6 2 1
所有的键处于交叉式 椅型构象稳定的原因：
H H H H
4 5
H H
3
6
H
2
H H
1
H H
H
H H
H
CH2 2 H 3 5 CH2 H 4 H H
6
1
H
在船型构象中，所有的C－H键处于交叉式。
H HH
4 5 6
H H H
1
H H
6 5
H
H H
CH3 2 CH2
1
H
H
1 2
H
CH2
CH 3 H
H CH 3
H
1 2
CH 2 CH 2
H
H
取代基处在e 键上稳定。
取代基越大，它处于e 键的构象越稳定：
H H C H 3 H H 5 % C H 3 9 5 %
C H 3 H C 3 H H 3 CC H 0 . 0 1 %
H H 9 9 . 9 % C ( C H ) 3 3
7 1 6 5 4 3 2
2,7,7-三甲基二环[2.2.1] 庚烷
2）螺环烃 螺原子：两个碳环共用的碳原子
螺原子 3 2 4 10 5 1 6 7 9 8
螺[4.5]癸烷 [讨论]
3 4 5 2 1 6 7
5-甲基螺[3.4]辛烷
3,7,7-三甲基二环[4.1.0]庚烷 2,8-二甲基-1-乙基二环[3.2.1] 辛烷
一些环烷烃的燃烧热
分子燃烧热 /(kJ· mol-1)
-CH2-的 平均燃烧热 / (kJ· mol-1) 与开链烷烃 燃烧热的差 /(kJ· mol-1)

环烷烃

环烷烃
a键(axial bonds):与对称轴平行的键 e键(equatorial bonds )：与对称轴成109.5度的键
a键
e键
(3) 相邻两组a键伸展方向相反，一个向上，一个向下，e 键也如此。
a a
e e
e a
a e
e e a a
1
2
3
4
a
e
a 和e键的关系不清晰
5 a 和e 键的关系清晰
3.构象翻转：
Year 1883
Name of scientist Baeyer
1890 H.Sachse 1915-1918 W.M.Mohr
1920
1943 O.Hassel
1950 D.Barton
Point of view
Assumes that six carbon atoms are on the same plane
当环己烷由一种椅式构象翻转为另一种椅式构象时，原
来的a键变成e键，原来的e键变成a键。由于六个碳上连接的 都是氢原子，所以两种椅式构象完全等同。
5
61
43
2
456 3 21
O
O
O
O O O
4O
O1 O
O O
4O O
O O
O
O
O
环上原子或基团的空间关系保持。
O
O O O
O1 O
二. 取代环己烷的构象
3.3 环的张力
一、Bayer’s张力学说
Assumption: 1 成环的碳原子均在同一同面上，且呈正多边形 2 碳原子采取sp3杂化形式，正常键角应为约109.5度 3 为了满足平面正多边形的内角要求，成环的键必须向内或向

环烷烃的异构

环烷烃的异构

2、加溴
+ Br2 hv
+ Br2
+ Br2
BrCH2CH2CH2; HBr
+ HBr
H3C
CH3CH2CH2Br
CH3CH2CHCH3
Br
4、氧化
三元环对氧化剂相对稳定，例如，环丙烷不能使高锰 酸钾溶液退色。含三元环的多环化合物氧化时，三元环可 以保持不变。
O
O
O2 +
O
例题：某烃A，分子式为C5H10，不能使Br2-CCl4溶液 褪色，在光照下与Br2 作用，只得到一种产物B，分子式 为C5H9Br，此化合物与KOH-EtOH溶液加热回流得化合物 C（C5H8）。请推测A，B，C的结构式。
(A)
(B)
Br
(C)
第三节 环烷烃的来源和用途（自学）
补充环烷烃的实验室合成：
CH3
CH3
顺 -1,4-二 甲 基 环 己 烷
CH3
CH3
反 -1,4-二 甲 基 环 己 烷
例题：用CCS命名法命名下列化合物：
(A)
CH3
CH3
C(CH3)3 (B)
解 ：(A) 1,1- 二甲基环丙烷 (B) 叔丁基环癸烷
碳环可以简写成相同大小的正多变型，每一个定点 表示一个亚甲基。还上有取代基式，在相应的位置上写 出取代基的编号。
第一节 环烷烃的异构和命名
一、环烷烃的异构
1、构造异构 环烷烃由于环的大小及侧链的长短和位置不同而产生构造
异构体。 最简单的环烷烃含有三个碳原子，它没有异构体；含有四
个碳原子的环烷烃有两个异构体；含五个碳原子的环烷烃有五 个构造异构体。
2、立体异构
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。

有机化学第五章环烷烃

有机化学第五章环烷烃
分子轨道模型
使用分子轨道模型可以解释环烷烃的电子结构和性质，例如键的 性质和稳定性。
07 结论与展望
环烷烃的重要性和应用前景
环烷烃作为有机化学中的重要组成部分，具有广 泛的应用前景。在能源、材料、医药等领域，环 烷烃都发挥着重要的作用。随着科技的不断发展 ，环烷烃的应用领域还将进一步拓展。
在材料领域，环烷烃可用于合成高分子材料、功 能性材料等。例如，环烷烃基聚合物具有良好的 热稳定性、电绝缘性和化学稳定性，广泛应用于 电子、航空航天、汽车等领域。
位置异构。
碳环异构是指由于碳环的形状和 大小不同引起的异构，例如正烷
烃和异烷烃。
位置异构是指由于取代基在碳环 上的位置不同引起的异构，例如 1-甲基环己烯和2-甲基环己烯。
顺反异构体
顺反异构体是指由于碳-碳双键上的 取代基的相对位置不同引起的异构， 例如顺式-2-丁烯和反式-2-丁烯。
在顺反异构体中，由于双键两侧的基 团不同，导致双键上的电子分布不均 匀，从而产生不同的化学性质。
脂环烃
定义
脂环烃是一类具有闭合环状结构的烃类化合物，其碳原子之间通 过单键或双键连接形成环状结构。
分类
脂环烃可以分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃，其中饱和脂环烃又可 以分为链状脂环烃和环状脂环烃。
命名
脂环烃的命名通常采用“环”字开头，后接表示环上碳原子数目的 数字和环的名称。
芳香烃
定义
芳香烃是指具有闭合环状结构的碳氢化合物，其 特点是具有芳香性。
3
命名
桥环烃的命名通常采用“桥”字开头，后接表示 桥上碳原子数目的数字和桥的名称。
03 环烷烃的结构与性质
环烷烃的键合特点
环烷烃的碳原子之间通过单键连接，形成闭合的环状结构。

有机化学第二版__徐寿昌_第5章 环烷烃--

有机化学第二版__徐寿昌_第5章 环烷烃--
CH3CH2CH2CH2CH3
Pt
300℃
反应生成的有支链的化合物稳定：
CH2CH2CH2CH3
§5-2 脂环烃的性质
(B) 加卤素或卤化氢
CH 2 CH 2 CH 2
Br 2/CCl 4
CH 3 CH 3 CH 3 Br 2/CCl 4
Br
H3C H3C
Br
CH 3 C-CH-CH 2 Br Br
1,3-环己二烯
§5-1 脂环烃的定义和命名
带有侧链的环烯烃时:
(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.
CH3
1 6 5 4 2 3
H3C 3
4
2 1 6
二.化学性质
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
1、取代反应 在光或热的引发下发生卤代反应.
Cl + Cl2
光
+
HC l
Cl + Cl 2
+ Br2
光
+
Br
HC l
热
+
HBr
§5-2 脂环烃的性质
由下列指定化合物合成相应的卤化物， 用Cl2还是Br2？为什么？
④ .写法 ：双环[大环碳数.中环碳数.小环碳数] 某烷 双环[2.2.1]庚烷
§5-1 脂环烃的定义和命名
双环[2.1.0]戊烷
双环[3.1.1]庚烷
6-甲基双环[3.2.2]壬烷
1,7-二甲基双环[3.2.2]壬烷
§5-1 脂环烃的定义和命名

环烷烃

环烷烃

4. 环己烷的构象异构 船式、椅式 优势构象: e键取代基最多的构象; 大基团处于e键的构象。
THE END
根据分子的不饱和程度分为
2、命名 、 （1）单脂环烃 ）单脂环烃:
环丙烷
环丁烷
环戊烷
环己烷
环辛烷
以较小数字表较小基的位次
1-甲基-3-叔丁基环戊烷
1-甲基-4-异丙基环己烷
CH2-CH2 -CH2 -CH-CH2 CH3
2-甲基-1-环丙基-5-环戊基戊烷
环烯烃中以双键的位次最小 1-甲基-3-异丙基环己烯
H 4 H H H 2 H 3
183pm H H H H
5 H 3 6
1
H H
H
2
H 纽 H 曼 4 投 影H 5 H 式 H
H 3 CH2 CH2 6 交叉式
1 CH2 CH2 4
H 6 5 H H
HH HH 重叠式(存在扭转张力)
椅式构象占99.9% (优势构象 椅式构象占 优势构象) 优势构象
船式构象占0.1% 船式构象占
一些原子和基团的范德华半径（pm） H 120；C 150；N 150；O 140； Cl 180 ；CH3 200.
椅式环己烷的2类C-H键：a键和e键
与对称轴平行的C－H键，叫直立键 直立键(a键)，几乎垂直于 直立键 对称轴的C－H键，叫平伏键 平伏键(e键)。 平伏键 转环作用：通过碳碳单键的转动，环己烷一种椅式构象 可以转变成另一种椅式构象。 转环前后，a键变e键，e键变a键。
环烷烃
一、脂环烃的分类和命名 1.分类 2.命名：单脂环烃、螺环烃*、桥环烃* 二、环烷烃的结构和稳定性 三、环烷烃的性质 取代、加H2、加X2、加HX 四、环烷烃的异构现象

环烷烃的分子结构

环烷烃的分子结构

2.2.4 环烷烃的分子结构 Structures of Cycloalkanes(1) 环烷烃的环张力与稳定性。

从环烷烃的化学性质可以看出：三员环和四员环不稳定，遇某些试剂容易开环加成；五员环和六员环稳定，不易开环。

可见，环的稳定性与环的结构有着密切的联系。

1885年拜耳（Baeyer A ） 根据碳价四面体的概念提出了张力学说。

他认为构成环的所有碳原子都应位于同一平面上，各环烷烃的键角偏离正常键角（109.5°），构成碳环时碳-碳键必须向内压缩或向外扩张，这就使每个环都产生恢复正常键角的角张力(angle strain)。

角张力的存在使环变得不稳定，其中环丙烷的角张力最大，最不稳定，环丁烷次之。

根据这一学说，环戊烷最稳定，环己烷则不如它稳定，这是与事实不符合的。

近代测试结果表明，五员环及以上的环烷烃的成环碳原子不在同一个平面上，其键角接近于正常键角，基本上没有角张力，相应的环称为“无张力环”。

环丙烷 环丁烷此外，从热化学测得的有机化合物的燃烧焓（combustion enthalpy ）,通常称燃烧热(combustion heat)数据也足以说明，小环是不稳定的，而五员、六员环以及大环是比较稳定的。

燃烧热是指1mol 的有机化合物在标准压力时完全燃烧所放出的热量。

燃烧产物指定该化合物中的C 变为CO 2（气），H 变为H 2O （液），S 变为SO 2（气），N 变为N 2（气），Cl 变为HCl （水溶液）。

在烃类化合物中，每增加一个CH 2，平均增加658.5 kJ/mol 燃烧热，是一个CH 2完全燃烧后的热量。

表2.4列出了几种环烷烃在标准状态时的燃烧热。

表2.4 几种环烷烃在标准状态时的燃烧热（–⊿C H Θm kJ ·mol -1，298 K ）名 称 分子燃烧热 每个CH 2燃烧热名 称 分子燃烧热 每个CH 2燃烧热环丙烷 2091.3 697.1 环癸烷 6635.0 663.5 环丁烷 2744.8 686.2 环十一烷 7289.7 662.7 环戊烷 3320.0 664.0 环十二烷 7912.8 659.4 环己烷 3951.0 658.5 环十三烷 8582.6 660.2 环庚烷4636.1662.3环十四烷9219.0658.5环辛烷 5308.0 663.5 环十五烷 9883.5 658.9 环壬烷5979.6664.4环十七烷11180.9657.7可见，从环丙烷到环己烷，环越小，每个CH 2的燃烧热越大，随着环的增大，则每个CH 2的燃烧热依次减小。

环烷烃(环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷)的构象

环烷烃(环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷)的构象

环烷烃的构象链状化合物的构象是由基团绕C—Cσ键旋转产生的；而环状化合物的构象至少涉及到两个C—Cσ键和其键角的转动和变化，有时还涉及到键长和键角的变化，比较复杂，常称环的翻转。

一、环丙烷的构象环丙烷是三个碳的环，只能是平面构象，即它的构型。

尽管只有一种构象，但这个环极不稳定，主要因为：１、所有C-H键都是重叠构象，扭转张力大。

２、C原子是不等性杂化或弯曲键，有“角张力”存在。

二、环丁烷的构象环丁烷有两种极限构象：动画演示：平面式构象：象环丙烷一样，不稳定，存在扭转张力和“角张力”。

蝶式构象：能缓解扭转张力和角张力，呈蝶式构象。

通过平面式构象，由一种蝶式翻转成为另一种蝶式构象，处于动态平衡。

蝶式是优势构象。

也有扭转能力和角张力存在。

三、环戊烷的构象环戊烷的构象主要是信封式和半椅式构象。

两者处于平衡。

因为平面构象能量较大，一般认为环戊烷采取这种构象可能性很少。

E相对=19kJ/mol 信封式半椅式四、环己烷的构象环己烷的构象经过近百年的努力才建立起来。

Baeyer 1885年提出张力学说，认为环状化合物是平面构型Sachse 1889年质疑张力学说只适合小环，提出环已烷有船式、椅式两种构象。

Hassel 1930年利用偶极矩测定法和电子衍射法研究环已烷构象，∠CCC=109.5°，气相、液相中环已烷几乎全是椅式构象。

Barton 1950年发展了构象理论，以甾族化合物为对象提出构象分析，把构象分析明确地引入有机化学中。

Hassel 和Barton获1969年Nobel化学奖１、椅式和船式构象环已烷保持碳原子的109．5°键角，提出了椅式和船式构象.1）椅式构象：C1、C2、C4、C5在一个平面上，C6和C3分别在平面的下面和平面的上面，很象椅脚和椅背，故称“椅式”。

2）船式构象：C1、C2、C4、C5在一个平面上，C3和C6在平面上面。

形状象只船，C3和C6相当船头和船尾，故称“船式”。

环烷烃

环烷烃
120 o
H H H H H H H H H H H H
偏离109.5o
C-H 重叠

环己烷碳架是折叠的
H H
3
H
2
H
1
H H
H H
3

4 2
H H
1
H H
6
H H
4
5 H
6
H H
5
H
H H
H
C2, C3, C5, C6 共平面
H
H
椅式构象 (chair form)
船式构象 (boat form)
（打开一根 C-C 键）
H 2 / Pt, 50 o C
3 1
CH 3
3
CH 2 CH 3
or N i, 80 o C
C H 3 C HC H 2 C H 3
1
支链多 较稳定
主要产物
H 2 / Pt, 120 o C or N i, 200 C
o
CH 3 CH 2 CH 2 C H 3
小环化合物与卤素的反应
3-甲基-4-环丁基庚烷 4-cyclobutyl-3-methylheptane
2 1 1'
2'
环可作为取代基
3'
（称环基） 相同环连结时，可
3
联环丙烷 bicyclopropane
用词头“联”开头。

桥环烃（Bridged hydrocarbon）的命名
桥头间的碳原子数
2 1 3 4 5
小 环
C3 C4 C5 C7
环丙烷 环丁烷
697.1 686.1
中 环 大 环
C8 C11 C12

环烷烃知识讲解ppt课件

环烷烃知识讲解ppt课件

电子云偏
向环平面外 侧，容易受 等亲电试剂 进攻，故似 烯烃进行加 成反应。
弯曲键（香蕉键）
共价键的形成是由于原 子轨道相互交盖的结果，交 盖程度越大，键越稳定。
CH3
CH2 109。28′
CH3
10
燃 烧 热------指化合物燃烧时所放出的热量(它
的大小反映出分子内能的高低。 比较单位CH2燃烧热( H) kJ/mol
+ H2
Pt 300 0C
CH3CH2CH2CH2CH3
+ H2
Pt >300 0C
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
18
2. 加HX 、X2
CH2 CH2 + Br2
常温
CH2
CH2－CH2－CH2
Br
Br
CH2 CH2 + HBr CH2
CH2－CH2－CH2
H
Br
H3C— CH CH2 + HBr CH2
双环烃
分子的碳架中含有两个碳环的烃。
联环
桥环 螺环
稠环
4
２、螺环烃的命名 螺环烃：两个碳环共用一个碳原子的化合物。
螺原子：两个碳环共用的碳原子
螺原子
2
1
6
7
1 5 6
5
8
3
4
10 9
螺[4.5]癸烷
2
7
4
8
3
5-甲基- 螺 [3.4] 辛烷
1、确定成环碳原子的数目。 7－庚烷 ， 9－壬烷
2、从小环中螺原子旁的一个碳原子开始编号，编完小环，再 编螺原子，最后编大环。
1-甲基-3-乙基环戊烷 1
③ 若环烃中有双键时，编号应从双键开始，且使编号的数 值最小。

第二节_环烷烃概要

第二节_环烷烃概要

环烷烃2．1环烷烃的定义和命名分子中具有碳环结构的烷烃称为环烷烃，单环烷烃的通式为Cn H2n，与单烯烃互为同分异构体。

环烷烃可按分子中碳环的数目大致分为单环烷烃和多环烷烃两大类型。

1．单环烷烃最简单的环烷烃是环丙烷，从含四个碳的环烷烃开始，除具有相应的烯烃同分异构体外，还有碳环异构体，如分子式为C5H10的环烷烃具有五种碳环异构体。

为了书写方便，上述结构式可分别简化为：当环上有两个以上取代基时，还有立体异构。

单环烷烃的命名与烷烃基本相同，只是在“某烷”前加一“环”字，环烷烃若有取代基时，它所在位置的编号仍遵循最低系列原则。

只有一个取代基时“1”字可省略。

当简单的环上连有较长的碳链时，可将环当作取代基。

如：2．多环烷烃含有两个或多个碳环的环烷烃属于多环烷烃。

多环烷烃又按环的结构、位置分为桥环、螺环等。

（1）桥环两个或两个以上碳环共用两个以上碳原子的称为桥环烃，两个或两个以上环共用的叔碳原子称为“桥头碳原子”，从一个桥头到另一个桥头的碳链称为“桥”。

桥环化合物命名时，从一个桥头开始，沿最长的桥编到另一个桥头，再沿次长的桥编回到起始桥头，最短的桥最后编号。

命名时以二环、三环作词头，然后根据母体烃中碳原子总数称为某烷。

在词头“环”字后面的方括号中，由多到少写出各桥所含碳原子数(桥头碳原子不计入)，同时各数字间用下角圆点隔开，有取代基时，应使取代基编号较小。

例如：1，2，7-三甲基-双环[2.2.1]庚烷双环[4.4.0]癸烷双环[2.2.1]庚烷（2）螺环脂环烃分子中两个碳环共用一个碳原子的称为螺环烃，共用的碳原子为螺原子。

命名时根据成环的碳原子总数称为螺某烷，编号从小环开始，经过螺原子编至大环，在“螺”字之后的方括号中，注明各螺环所含的碳原子数(螺原子除外)，先小环再大环，数字间用下角圆点隔开。

有取代基的要使其编号较小。

例如：5-甲基螺[3.4]辛烷 1，6-二甲基螺[3.5]壬烷2．2环烷烃的物理性质在常温常压下，环丙烷与环丁烷为气体，环戊烷、环己烷为液体。

有机化学 环烷烃构象PPT课件

有机化学 环烷烃构象PPT课件

第3页/共20页
环己烷的碳碳键角保持了正常的109.5，无角 张力，它有两种典型的构象：
30KJ/mol
椅式构象
(chair form)
椅式构象是环己烷最稳定的构象式。
第4页/共20页
船式构象
(boat form)
环己烷的构象分析：
0.25nm
6
5
4
1
2
3
椅式构象
0.18nm 船式构象
第5页/共20页
ｅ键上
第14页/共20页
1，４-二取代 ： 试比较顺式和反式 1,4-二甲基环己烷的稳定性。
H3C
CH3
CH3 e
CH3
CH3
a
a
CH3 e
ea键型
H3C
CH3 a
CH3
a CH3
CH3 e
e CH3
ee键型
甲基ee键型异构体比甲基ea键型异构体稳定。
第15页/共20页
小结：
• １°一元取代基主要以e键和环相连。 • ２°多元取代环己烷最稳定的构象是e键上取
1. 指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。
CH3
C(CH3)3
(CH3)3C
CH3
2. 写出化合物
OH
CH3
的优势构象
OH
CH3
第18页/共20页
CH3 Hale Waihona Puke H环烷烃的主要来源和制法：
环烷烃主要来源于石油。
(1)芳香族化合物催化氢化
。
Ni,150~200 C
OH + 3H2 1.5MPa
OH
(２) Ｄ—Ａ方法
CHO
+
30。C 100%

环烷烃

环烷烃
环数：使环状化合物变
成开链化合物所需打破 的碳碳键的数目。
螺环(共用一个碳） 按环的连接方式分 桥环(共用两个或两个以上的碳）
二、命名
1. 单环烷烃
a. 按成环C数目，称为“环某烷”；
b. 编号，从取代基最小的C开始，按较先遇到其他取代基的方向编号。 例
环丙烷
环丁烷
环戊烷
环己烷
CH3
5 4
1
2
CH3
二、小环烷烃特有的反应 1. 加氢开环
h
CH2 H2C CH Cl + HCl
H2,Ni CH3CH2CH3 80 C H2,Ni CH3CH2CH2CH3 120 C H2,Ni CH3CH2CH2CH2CH3 300 C
2.加卤素、加卤化氢开环
+ Br2 + HBr
BrCH2CH2CH2Br CH3CH2CH2Br
c. H间距(0.25nm)大于氢原子范氏半 径之和(0.24nm)，无范氏张力。
球棒模型
椅式构象中的C－H键类型
直 立 键 『 键 』
H
凡与垂直轴平 行的C—H键 凡与垂直轴 。 成109 28’ 的C－H键
平伏键（e键）
H
H H 0.252nm
H
a
H H
H
H H H
H
环己烷椅式构象
直立键 平伏键
例
螺原子 3 2 4 10 5 1 6 7 9 8
6 7 5 4
CH3
3 2
4-甲基螺
1
螺[4.5]癸烷
பைடு நூலகம்
5-甲基螺[3.4]辛烷
4-甲基螺[2.4]庚烷
4. 桥环烷烃命名（P56）
桥头碳原子：两环共用的碳原子。 桥：两个桥头碳原子之间的碳链或一个键。

第五章环烷烃

第五章环烷烃

4.两个不同取代基的环己烷衍生物 4.两个不同取代基的环己烷衍生物
CH(CH3)2 CH3 H CH(CH3)2 H CH3 CH3 Cl H H H 优势构象 H H H H 优势构象 H CH3 优势构象 Cl H CH3 H CH(CH3)2 CH3 CH(CH3)2
优势构象的判定
含相同基团的多取代环己烷， 含相同基团的多取代环己烷，如果没有 其它因素的影响，较多取代基处于e 其它因素的影响，较多取代基处于e-键 的构象为优势构象。 的构象为优势构象。 含不同取代基的多取代环己烷， 含不同取代基的多取代环己烷，如果没 有其它因素的影响， 有其它因素的影响，体积较大基团处于 键的构象为优势构象。 e-键的构象为优势构象。
3-甲基-4-环丁基庚烷 甲基-
OH H H OH CH3
H
反-1，2-环已二醇 ， 环
顺-1-甲基-4-氯环已烷 甲 氯
反 -1， 3-二 甲 基 环 戊 烷 ， 二
Cl H
H CH3
CH3 H
5.3 环烷烃的化学性质
小似烯， 小似烯， 大似烷， 大似烷， 高锰酸钾不破环。 高锰酸钾不破环。
加氢反应
第五章
环烷烃
Cycloalkanes
顺反异构
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同侧为顺式，不同 两个取代基在环平面同侧为顺式， 侧为反式。 侧为反式。
H CH3 H CH3 H CH3 CH3 H
顺式
反式
2.环烷烃的命名 2.环烷烃的命名
没有取代基： 没有取代基：环某烷
H2 Pt / C, 50 C H2 Pt / C, 50 C CH3CH2CH3
H2 Pt / C, 200 C CH3CH2CH2CH3

环烃及立体化学(有机化学课件)

环烃及立体化学(有机化学课件)
Br2 CH 3 Cl 2 300℃ Br HBr CH 3 Cl HCl
光
环烯烃具有烯烃的通性
Br Br2/CCl4 Br O CH 3-C-CH2CH 2CH 2CHO 1mol Cl2 500℃ 主 CH 3 Cl Cl 次 CH 3
CH 3 CH 3
O3
H2O/Zn
CH3 HCl
CH3 CH3 Cl 1，4-加成 （主） Cl 1，2-加成
2、氧化反应
环丙烷对氧化剂稳定，不被高猛酸钾、臭氧等氧化剂 氧化。例如：
CH=C CH 3 CH 3 KMnO 4 COOH CH 3 CH 3 C=O
故可用高猛酸钾溶液来区别烯烃与环丙烷衍生物。 环烃性质小结： （１） 小环烷烃（3，4元环）易加成，难氧化，似烷似烯。
普通环以上难加成，难氧化，似烷。
脂
学习要求
环
烃
脂环烃的分类、命名和异构现象
脂环烃的性质 环烷烃的环张力和稳定性 环烷烃的结构 萜类和甾类化合物
学习要求
1、掌握脂环烃的命名、顺反异构现象； 2、掌握环烷烃和环烯烃的结构和主要化学性质，并了解碳 环的大小与其稳定性的关系； 3、掌握环己烷的构象，椅式、船式和扭船式、a键和e键， 了解它们的能量关系。 4、掌握一元、二元取代环己烷的稳定构象式和理解十氢化 萘的构象。 5、掌握下列概念或术语：张力环和无张力环、船式和椅式 构象、直立键和平伏键、稠环烃、桥环烃、螺环烃。
-1
每个 C H2 的
-1 张力 ( kj.mol )
整个环的张力 ( kj.mol ) 115.5 109.6 27.0 0 26.6 40.0 49.5 50.9 0
-1
38.5 27.4 5.4 0 3.8 5.0 5.5 5.0 0
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1,2,4-三甲基环己烷
C. 必要时须注明立体构型;
D. 复杂化合物也可将环的部分当作取代基。
顺-1,2-二甲基环丙烷 反-1,3-二甲基环丁烷
4-环戊基庚烷
(2) 多环化合物的命名:
(命名较为复杂, 以二环化合物为例). A. 参加成环的总碳原子数作为母体烃; 如有8个碳原子，则称为辛烷 B. 简单桥环可用“二环”、“三环”等作词头； C. 二环“连接”处的碳原子为桥头碳原子； D. 从桥头碳原子处，由大环开始编号；将各“桥”所含的碳原子 数写入方括号中(注意:桥头C原子都不可计入)。
2) 环戊烷的构象
环戊烷的结构是以拆叠的形式存在，四个C原子基本在一 平面上，另一个C则在平面之外，这种构象称为信封式构象。 环戊烷由于以“信封式”构象存在，使分子张力较小，化学性 质较稳定。
3) 环己烷的构象及构象分析
i) 椅式和船式构象
椅式
船式
船式构象相对能量较高， 不稳定，通过C-C键扭曲， 使其成为扭曲式(或称为扭 船型)。这种构象相对于船 式能量低。
角张力---由于键角偏离正常键角 而产生的张力。
环丙烷的三个C在同一平而上，相邻两个C上的C-H键都是重叠式构象， 相互拥挤，产生排斥，也具有较高的能量。
扭转张力---由于重叠式构象而产生的张力。
4. 环烷烃的构象和构象分析
1) 环丁烷的构象
环丁烷的四个C不在同一平面上，形如蝴蝶。即通过C-C键的扭转而以 一个拆叠的碳环存在。 环丁烷的三个C原子分布在同一平面，另一个C取于平面之外。 环丁烷的这种存在形式可使环的张力降低，但仍然是一个不稳定分子。
（1）分子中有两个平行的平面，C1、C3、C5和C2、C4、C6；
（2）12个氢原子分成两类：一类与分子对称轴平行，即垂直于环平面，称为
直立键(a键)，其中三个C-H键伸在环下面,三个在环上面; 另外六个C-H键 与分子对称轴垂直，称为平伏键(e键) 。
环己烷的椅式构象也可用纽曼投影式表示:
椅式构象中C1和C2中C-H键相互关系在纽曼式中表达，说 明各C-H键均处于交叉式。
H H H H H
5%
H H
H
CH3 H H H
H H H H H H
H H H H
95%
CH3
H
CH3连在a键上，因CH3相对体积较大，与C3和C5a键上的H相距较近，排 斥力较大，使体系能量升高，相对不稳定。CH3连在e键上，向外伸展，与 C3和C5a键上的H相距较远，没有排斥作用，体系能量较底，相对稳定。
扭曲式
ii) 环己烷构象转化的位能变化
椅式和船式的相互转化是由于C-C键的扭动而引起，这种构象的转变称 为转环作用。是由于分子热运动所产生，不经过C-C键的破裂，通常在室 监迅速转环(104~105次/s)。 椅式构象转变成船式中间须径过一个扭曲式构象，
iii) 环己烷的椅式构象分析
a-键
e-键
1) 物理性质
物态：常温下，C3~C4 为气体; C5~C10 为液体; > C12 为固体. 沸点：较含同数碳原子的烷烃高；
比重：较含同数碳原子的烷烃高, 但 < 1.
2) 化学性质
一般与烷烃相似，但由于“张力”的存在，小环化合物具 有一些特殊性, 易开环。
(1) 催化加氢
+ H2 + H2 Ni, 40oC CH3CH2CH3 1 atm Ni, 100oC 1 atm CH3CH2CH2CH3
iv）a-键与e-键间可以通过环的翻转而相互转化:
椅式构象环己烷可以由一种椅式转化为另一种椅式构象，构象 翻转后原来的a-键转变成e-键，原来的e- 键转变成a-键。环己烷
实际上是两种椅式构象互相转化达到动态平衡的形式存在。
分子模型
5 取代环己烷的构象分析 （1）单取代环己烷以取代基为e-键的构象最稳定；
(3) 加HX
+ HX
H X = Cl, Br, I.
X
X H H
But: + HX
√
〤
X
（4）氧化
KMnO4 H+ KMnO4 H+ CO2H
But:
Co, Cat. + O2 100 C, 10 atm
o
CO2H CO2H
3、小环的“张力”学说和环烃的稳定性
环丙烷的结构
环丙烷中C-C-Cσ键不是沿着对称轴成 键,这样形成的σ键没有达到最大程度的重 叠，所以这种健称为弯曲键。弯曲键与正 常的σ键比较，轨道交盖程度较少，因此 比一般的σ键弱，具有较高的能量，所以 环丙烷分子具有较大的张力，容易开环。
or
+ H2
Pt, 300oC CH3CH2CH2CH2CH3 1 atm or
(2) 加卤素
+ X2 + X2 25oC 1 atm 1 atm XCH2CH2CH2X XCH2CH2CH2CH2X
X2 = Cl2, Br2
But:
+ Cl2 or + Br2
hv 300oC
Cl + HCl Br or Br
7 8 1 3 2
CH2 CH2
5 4
二环[3. 2. 1]辛烷
6
2 3 4 5
1 7 6
Cl Cl
7,7-二氯双环[4. 1. 0]庚烷
E. 螺环由小环开始编号;
4 5 6 7 3
1
螺[2. 4]庚烷
2
立方烷
棱型烷
金刚烷
三环[3. 3. 1. 13. 7] 癸烷
十氢萘
2. 环烷烃的物理性质和化学性质
第 五章
通式：CnH2n
环烷烃(Cycloalkane)
1. 分类、异构和命名 1) 分类
(1) 单环化合物:
小环: C3~C4 普环: C5~C7
CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2
CH2 CH2
CH2 CH2
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2
中环: C8~C12 大环: > C12 的环
CH2
(2) 多环化合物 桥环
螺环
2)、 异构
(1)由于环的大小及取代基位置的不同而有各种构造异构体; A. 三元环最简单, 无构造异构体;
B. 含四个碳原子的环烃，仅有两个构造异构体；
C. 含5个碳原子的环烷烃有5个构造异构体。
(2) 由于环的存在阻碍了单键的旋转，故而环烷烃有顺反异构体。
CH3 CH3 H CH3 H H CH3
A. 三元环
H
顺-1, 2-环丙烷
反-1, 2-环丙烷
B. 四元环
3) 命名
(1) 单环烷烃
A. 简单环烃的命名与烷烃相似，只需加 “环”字即可；
环丙烷
环丁烷
环戊烷
B. 当有2个取代基时, 则从取代基开始编号，并以最小和数为原则；
CH3 CH2CH3 CH3 1-甲基-3-乙基环己烷 CH3
CH3
顺-1,4-二甲基环己烷
反-1,3-二甲基环己烷
4) 十氢萘的构象
由于反式(trans)中两个环巳烷是以e键稠合(ee型)，体系能量 低；而顺式(cis)是ea型稠合，相对能量较高，所以稳定性比较： 反式>顺式。
（2）有多个取代基时，以较多取代基为e-键的构象稳定； 若取代基不同时，以较大的取代基为e-键的构象稳定；
H (CH3)3C H3)3C
H H H H H H
H H H H CH3
H
(A) 哪一个稳定?
(B)
（3）多取代环己烷的顺反异构，以二甲基取代为例：
CH3 H CH3 H (a,e) H 3C H 3C H (e, e) H CH3 CH3 (e, e) H H
顺-1,2-二甲基环己烷
反-1,2-二甲基环己烷
顺-1,3-二甲基环己烷
H CH3 CH3 H (e, a) CH3
H H (e, a) CH3 CH3
H CH3 (e, e) H
反-1,3-二甲基环己烷