有机化学教案

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1、有机化学教案第五章脂环烃Cyclocarbohydrons（4学时）具有环状结构的碳氢化合物称为环烃，环烃又可分为脂环烃和芳香烃。开链烃两端连接成环的化合物与链烃性质相似，称为脂环烃。5.1脂环烃的分类和命名5.1.1分类按照分子中所含环的多少分为单环和多环脂环烃。根据脂环烃的不饱和程度又分为环烷烃和环烯烃（环炔烃）。在多环烃中，根据环的连接方式不同，又可分为螺环烃和桥环烃。5.1.2环烷烃的异构和命名1、单环烷烃的异构现象环烷烃中由于环的大小及取代基位置的不同，产生各种构造异构体。最简单的环烷烃有三个碳原子，它没有异

2、构体。C4有两种异构体，C5有六种异构体。C4H8的同分异构体：C5H10的同分异构体：此外，还有旋光异构（下一章）和构象异构（下一节）。2、命名单环脂环烃的命名：单环烷烃的通式与烯烃相同，为CnH2n，但其中没有双键，仅有一个闭合的碳环。环烷烃的命名与烷烃相似，根据成环碳原子数称为“某烷”，并在某烷前面冠以“环”字，叫环某烷。例如：环上带有支链时，一般以环为母体，支链为取代基进行命名，如：若环上有不饱和键时，编号从不饱和碳原子开始，并通过不饱和键编号，如：5-甲基-1，3-环戊二烯3-甲基环已烯环上取代基比较复杂时，

3、环烃部分也可以作为取代基来命名。如：2-甲基-3-环戊基戊烷螺环烃的命名：在多环烃中，两个环以共用一个碳原子的方式相互连接，称为螺环烃。其命名原则为：根据螺环中碳原子总数称为螺某烃。在螺字后面用一方括号，在方括号内用阿拉伯数字标明每个环上除螺原子以外的碳原子数，小环数字排在前面，大环数字排在后面，数字之间用圆点隔开。如：桥环烃的命名：在多环烃中，两个环共用两个或两个以上碳原子时，称为桥环烃。命名时以二环（双环）为词头，后面用方括号，按照桥碳原由多到少的顺序标明各桥碳原子数，写在方括号内（桥头碳原子除外），各数字之间用原

4、点隔开，再根据桥环中碳原子总数称为某烷。如：桥环烃编号是从一个桥头碳原子开始，沿最长的桥路编到另一个桥头碳原子，再沿次长桥编回桥头碳原子，最后编短桥并使取代基的位次较小。如：5.2脂环烃的结构5.2.11885年Bagyer提出了张力学说1．环丙烷环中C-C键形成一种弯键结构,碳环键角为105.5o,H-C-H键角114º：2．环丁烷和环戊烷的构象环丁烷与环丙烷相似，C-C键也是弯曲的，C-C-C键角约111.5º，其中四个C不在同一平面。3．环己烷的构象在环己烷分子中，C原子是SP3杂化。六个C不在同一平面，C-C键

5、夹角保持109º28¹,因此环很稳定。其有二种极限构象：船式构象不稳定的原因：5.2.2环的张力一、拜尔张力学说1880年以前，只知道有五元环，六元环。1883年，W.H.Perkin合成了三元环，四元环。1885年，A.Baeyer提出了张力学说。张力学说提出的基础•所有的碳都应有正四面体结构。•碳原子成环后，所有成环的碳原子都处在同一平面上（当环碳原子大于4时，这一点是不正确的）。张力学说的内容当碳原子的键角偏离109°28′时，便会产生一种恢复正常键角的力量。这种力就称为张力。键角偏离正常键角越多，张力就越大。从

6、偏转角度来看，五员环应最稳定，大于五员环或小于五员环都将越来越不稳定。但实际上，五员，六员和更大的环型化合物都是稳定的。这就说明张力学说存在缺陷。二、环烷烃的燃烧热•1930年，用热力学方法研究张力能。•燃烧热：1mol纯烷烃完全燃烧生成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。燃烧热的数据表明，五员和五员以上的环烷烃都是稳定的。三、张力能从现在的角度看，三员环的张力能是由以下几种因素造成的：1、由于二个氢原子之间的距离小于范德华半径之和，所以产生非键连作用，造成内能升

7、高；Enb2、轨道没有按轴向重迭，导致键长伸长或缩短，电子云重叠减少，造成内能升高；El3、Eq是由于偏转角引起的张力（即角张力）能。4、Ef是由全重叠构象引起的。5.3脂环化合物的立体异构5.3.1脂环化合物的顺反异构1）三元环:5.3.2环己烷及其衍生物的构象一、环己烷的构象•1890年，H.Sachse对拜尔张力学说提出异议。•1918年，E.Mohr提出非平面、无张力环学说。指出用碳•的四面体模型可以组成两种环己烷模型---•船式和椅式。•1943年，O.Hassel用电子衍射法研究结构，发现椅式稳定。•195

8、0年，D.Barton根据环己烷的构象研究化学反应。•1969年，O.Hassel和D.Barton共同获得诺贝尔化学奖。1)环己烷的椅式构象环已烷可以椅式和船式构象存在。在环已烷的构象中，最稳定的构象是椅式构象，在椅式构象中，所有键角都接近正四面体键角，所有相邻两个碳原子上所连接的氢原子都处于交叉式构象。在环已烷的椅式构象中，1