第四章脂环烃

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1、脂环烃重难点重点：脂环烃的命名、化学性质、环大小与稳定性难点：张力学说第四章环烃第一节脂环烃脂环烃:由碳和氢两种元素组成的一类碳环化合物。一、脂环烃的分类碳原子的饱和程度碳环的数目环烷烃环烯烃环炔烃单环脂环烃二环脂环烃多环脂环烃降冰片烷立方烷脂环烃的构造异构现象比脂肪烃复杂，如环烷烃C5H10的构造异构体:环戊烷甲基环丁烷乙基1,1-二甲基-1,2-二甲基-环丙烷环丙烷环丙烷二、脂环烃的命名（一）单环脂环烃在相应烷烃名称前加“环”字，称为“环烷”；使所有取代基编号尽可能小；环烯(或炔)烃编号时，把1,2位留给双(或三)键碳原子。叔丁基环戊烷1-甲基-4-乙基-3

2、，4-二甲基-5-甲基-环己烷环戊烯环辛炔（二）二环脂环烃指分子碳架中含有两个碳环的烃。它又分为：联环烃螺环烃桥环烃联二环己烷螺[4.4]壬烷二环[2.2.1]庚烷1.螺环烷烃以“螺”为词头,称“螺烷”；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；将各环除螺原子以外的碳原子个数由小环到大环用数字表示，用圆点分开放在方括号中，括号放在“螺”和“烷”中间；支链命名与烷烃相同。螺[2.4]庚烷螺[5.5]十一烷5-甲基螺[3.4]辛烷2.桥环烷烃7,7-二甲基3,7,7-三甲基2,8-二甲基-1-乙基二环[2.2.1]庚烷二环[4.1.0]庚烷二环[

3、3.2.1]辛烷按成环碳原子数称为“二环烷”；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，将括号放在“二环”和“烷”中间；编号从一个桥头开始，沿最长桥到另一桥头，再沿次长桥回到起始碳，最后是最短桥；将环上取代基位次和名称放在“二环”之前。有机化学8三单环环烷烃的结构与稳定性环丙烷的结构理论上：1°饱和烃，C为sp3杂化,键角为109.28°2°三碳环，成环碳原子应共平面，内角为60°自相矛盾故三元环的结构特殊。现代物理方法测定，环丙烷分子中：键角C-C-C=105.5°;H-C-H=114°。所以环丙烷分子中碳原子之间的sp3杂化轨道是以弯曲键

4、（香蕉键）相互交盖的。由图可见，环丙烷分子中存在着较大的张力（角张力和扭转张力），是一个有张力环，所以易开环，所以易开环，发生加成反应环丙烷的结构图有机化学9环丁烷的构象与环丙烷相似，环丁烷分子中存在着张力，但比环丙烷的小，因在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面上，环丁烷的构象见右图：根据结晶学和光谱学的证明，环丁烷是以折叠壮构象存在的，这种非平面型结构可以减少C-H的重叠，使扭转张力减小。环丁烷分子中C-C-C键角为111.5°，角张力也比环丙烷的小，所以环丁烷比环丙烷要稳定些。总张力能为108KJ/mol。有机化学10环戊烷的构象环戊烷分子中，C-C-C夹角为

5、108°，接近sp3杂化轨道间夹角109.28°，环张力甚微，是比较稳定的环。但若环为平面结构，则其C-H键都相互重叠，会有较大的扭转张力，所以，环戊烷是以折叠式构象存在的，为非平面结构，见右图，其中有四个碳原子在同一平面，另外一个碳原子在这个平面之外，成信封式构象。环戊烷的构象这种构象的张力很小，总张力能25KJ/mol，扭转张力在2.5KJ/mol以下，因此，环戊烷的化学性质稳定。有机化学11单环环烷烃的稳定性不同环烷烃的稳定性次序:环丙烷<环丁烷<环戊烷<其它环烷烃<环己烷张力学说影响环烷烃稳定性的三种张力:角张力:由键角偏差引起的张力.扭转张力:由于环上单

6、键旋转的受阻使构象不易达到内能最低的交叉式排列,非键原子或基团发生相互作用而产生的张力.跨环张力(或称空间张力):在跨环的原子或基团之间,相距小于vanderWaals半径而产生斥力.四、环己烷及其衍生物的构象环己烷的六个成环碳原子不共平面，C－C－C键角为109.28°，是无张力环。它有椅型和船型两种极限构象：椅型船型船型环己烷比椅型能量高30kJ·mol-1，常温下平衡体系主要以稳定的椅型构象存在。环己烷由一种椅型构象翻转为另一种椅型构象时，原来的a键都变为e键，原来的e键都变为a键。环己烷中的碳氢键可分为两种类型，每个碳原子上有一个a键和一个e键，在环中上下

7、交替排列。有机化学14为什么椅型构象最稳定?①环上C–C键间的夹角均保持109.28°.②所有相邻C–H键都处于较稳定的交叉式构象.③环内氢原子之间相距较远,不产生斥力.一取代环己烷的取代基在e键上的构象占优势。取代基越大，这种优势越明显。若环上连有不同的取代基，一般是体积大的取代基优先处于e键。顺-1-甲基-4-叔丁基环丁烷R=CH3时，95%处于e键；R=(CH3)3时，99.9%处于e键有机化学161，2-二取代环己烷有机化学17小结：1°环己烷有两种极限构象（椅式和船式），椅式为优势构象。2°一元取代基主要以e键和环相连。3°多元取代环己烷最稳定的构象是e

8、键上取代基