化工四大化学(专业)第05脂环烃(课堂讲义)

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2. 氧化反应
在常温下，环烷烃一般不能被氧化剂及空气中的氧
氧化。即便是环烷烃中最不稳定、性质最活泼的环 丙烷，也不会被KMnO4的水溶液氧化而发生反应。 利用此性质可以区别烯、炔和环烷烃。
6.KMnO4氧 化
H 3C H 3C
CCC H 3K M nO 4(水 溶 液 ）H 3C
C H 3
有机化学
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5.3 脂环烃的化学性质
脂环烃的化学性质由于其结构上的特点而与相应 的开链烃的性质相似，如饱和脂环烃的性质与开 链烷烃的性质相似；不饱和脂环烃则与相应的不 饱和开链烃的性质相似。即环烯烃具有与烯烃相 同的性质，而环炔烃则与开链炔烃的性质相同。
脂环烃也由于与开链烃不同的环状结构，使得其性 质与开链烃又有不同之处。如使环的结构破坏的反 应，此类反应有氧化、催化加氢、加卤素、加卤化 氢等。在一定条件下，环烷烃还能变为芳烃（石油 芳构化反应）。
HCl
CH3CH2CH2Cl
HCl
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加卤化氢与马氏规则
当环烷烃的烷基衍生物与HX加成时，环断开时是 从含氢最少的碳与含氢最多的碳间断开，并且H原 子加到含H多的碳上，X原子加到含H少的碳上。
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HCl
Cl
HBr
Br
即环烷烃加HX时，符合马氏规则。
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5.3.2 环烯烃和环二烯烃的反应（P100）自学
C3~C4 C5~C6 C7~C11 C12~
有机化学
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7
桥环、螺环和特殊环
② 多环脂环烃
分子中有两个以上碳环。
按各自特点又可分为桥环、螺环和特殊环。

CH3与 C2-C3键、 C5-C6键为邻交叉
E = 3.8KJ /mol-1 2 = 7.6 KJ /mol-1
4
2 3
5 H6 1
H
CH 3
CH3与C3-H、C5-H有相互排斥 力，这称为1,3-二直立键作用。
每个H与CH3的1,3-二直立键
作用相当于1个邻交叉。
.
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（２）二取代环己烷的构象
较大基团在e键最为稳定
CH3
顺-1-甲基-4-氯环己烷
C H 3 C l
C l H C H 3
形成分子内氢键
.
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两个规则
Hassel规则
带有相同基团的多取代环己烷，如果没有其它因素 的参与，那末在两个构象异构体之间，总是有较多取代基 取e键向位的构象为优势构象。
Barton规则
带有不同基团的多取代环己烷，如果没有其它因素的 参与，那末其优势构象总是趋向于使作用最强的和较强的 基团尽可能多地取e键的向位。
5－甲基－1，3－环戊二烯 不是1－甲基－2，4－环戊二烯
.
5
（2）多环脂环烃的命名
（i）桥环烃 两个环共用两个或多个碳原子的烃叫桥环烃。
桥头碳
7 H H2C C
H C 2 CH3
6 H2C
8CH2 CH2 3
5
C H
CH2 4
桥头碳
（a）先找到桥头碳，给化合物编号，原则：自桥的一端开始，循着最长 的环节编到桥的另一端，然后循着次长的环节编回到起始桥端，最短环 节最后编号。
5 43
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6
三个全重叠 三个邻交叉
四个全重叠 两个邻交叉
半椅式构象是用分子力学计算过渡态的几何形象时提出的。

另外环丙烷分子中还存在着另一种张 力——扭转张力（由于环中三个碳位于同一平 面，相邻的C-H键互相处于重叠式构象，有旋 转成交叉式的趋向，这样的张力称为扭转张 力）。环丙烷的总张力能为114KJ/mol。
环烷烃的燃烧热
烷烃燃烧热：1mol纯完全燃烧生成CO2和水时放出的热。 每个 –CH2-的燃烧热应该是相同的，约为658.6KJ·mol-1。 1930年，用热力学方法研究张力能。
出，基团顺序按“次序规则”小的优先 列出。 • 例如：
C3H
C3H CH C3H
C3H
1， 3-=甲 基 环 戊 烷 异 丙 基 环 己 烷
２．环烯烃的命名
1， 4-=甲 基 -4-乙 基 1-甲 基 -3-异 丙 基
环 己 烷
环 己 烷
（1）称为环某烯。
（2）以双键的位次和取代基的位置最小为 原则。
CH 2-CH 2-CH 2-CH 2
Br
Br
溴褪色 可用于 鉴别环 烷烃
Br2/CCl4
不起加成，而是取代反应
（3）加H X, H2SO4
HBr H2S4 O
C3HC3H
C3HC CHC3H Br
C3HC C3HC C3H HC3HH2O
C3HC3H C3HC CHC3H
OS 3HO
OH
加成产物符合马式规则
中环化合物
n≧12
大环化合物
二、 异构现象
脂环烃的异构有构造异构和 顺反异构。如C5H10的环烃的异 构有：
顺 式 b p 3 7 ℃反 式 b p 2 9 ℃
• 单环烷烃的异构现象
C5H10的同分异构体
CH2CH3
CH3
1
2
CH3 CH3

1、催化氢化 、
CH2= CH2 + H2 Ni 40℃ ℃ CH3CH3
+ H2
+ H2
Ni 80℃ ℃
Ni 120℃ ℃
CH3CH2CH3
CH3CH2CH2CH3
+ H2
Ni
300℃ ℃
NO!
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2、与X2加成 、
+ Br2/CCl4
+ Br2/ CCl4
室温
B rCH 2 CH2 C H2 Br
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二、衡量环稳定性的标度： 衡量环稳定性的标度： 环上每molCH2的燃烧热值及其张力能 环上每
HC: 环烷烃分子的燃烧热值 环烷烃分子的燃烧热值(KJ/mol) HC/n: 环上每 环上每molCH2的燃烧热值 环上每molCH2的张力能： 环上每 的张力能： 指环上每molCH2的燃烧热值与开链烷烃 指环上每 的燃烧热值（ 之差。 每molCH2的燃烧热值（659KJ/mol)之差。 之差
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
HNO3
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1885年A. Baeyer提出了张力学说 年 提出了张力学说. 提出了张力学说
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第三节 环烷烃的结构
一、拜耳(Baeyer)的张力学说 拜耳 的张力学说 基本假定:所有的环碳原子都具有四面体的结 基本假定 所有的环碳原子都具有四面体的结 都在同一个平面上,且排列成正多边形 构,都在同一个平面上 且排列成正多边形 都在同一个平面上 且排列成正多边形.
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第五章 脂环烃
本章讲授提要
第一节：脂环烃的分类、 第一节：脂环烃的分类、命名 第二节： 第二节：脂环烃的化学性质 第三节： 第三节：环烷烃的结构 第四节： 第四节：环己烷的构象 第五节： 第五节：脂环烃的制备