第五章脂环烃

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1、第五章脂环烃l教学基本要求1、掌握脂环烃的命名法、化学性质、顺反异构现象；2、了解环的大小与稳定性的关系；3、初步掌握环已烷的构象。l教学重点脂环烃的命名法、化学性质、顺反异构现象；环的大小与稳定性的关系；环已烷的构象。l教学难点脂环烃的化学性质、顺反异构现象；环已烷的构象。l教学时数：l教学方法与手段1、讲授与练习相结合；2、讲授与教学模型相结合；3、传统教学方法与与现代教学手段相结合；4、启发式教学。l教学内容第一节脂环烃的分类和命名脂环烃是指由碳原子相互连接成环，性质与开链烃相似的环状碳氢化合物。1.1脂环烃的分类根据环上碳原子的饱和程度不同，可将脂环烃分为环烷烃、环烯烃、环炔

2、烃等。根据脂环烃分子中所含的碳环数目不同，分为单环脂环烃和多环脂环烃。1.2脂环烃的命名1、单环脂环烃的命名【原则】与脂肪烃相似，只是在名称前加一“环”字即可。环上碳原子编号时，要使不饱和键或取代基的位次最小。2、多环脂环烃的命名分子中含有两个碳环的是二环化合物，又称双环化合物。两环共用一个碳原子的二环化合物叫做螺环化合物；两环共用两个以上碳原子的化合物叫做桥环化合物。两环仅共用两个碳原子的化合物叫做稠环化合物。(1)桥环烃的命名固定格式：双环[a.b.c]某烃(a≥b≥c)分子中两个或两个以上碳环共有两个以上碳原子；两环共用的端点碳原子为桥头碳，两桥头碳之间的碳链为桥。桥环烃的命名

3、，先用切割法（环数=将环状化合物切开成等碳原子数的链状化合物所需切割的次数）或搭桥法（环数=母体环数+桥数）等方法确定环数，然后找桥头碳，从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥头碳沿着次大环继续编号，最短的桥上的碳原子最后编号。分子中含有双键或取代基时，只是尽可能使其位次最小，并用阿拉伯数字表示。以二环、三环等做词头，据成环碳原子的总数称为某烃，在环字后面的【】中注明各桥中所含的碳原子数，大数在前，小数在后，数字之间用下角“.”隔开。例如：(2)螺环烃的命名固定格式：螺[a.b]某烃(a≤b)先找螺原子，编号从与螺原子相连的碳开始，沿小环编到大环。根据所有环上碳原子的总数

4、称为螺[a.b]某烃，在螺字后面的【】中注明两个碳环（除螺原子外）各自所有的碳原子数数目，小数在前，大数在后，数字之间用下角“.”隔开。例：(3)稠环烃的命名同桥环烃的命名。多环化合物的命名也遵循上述规则，即先视作双环把主环和主桥编号（如下例：最大的环为8元环，为主环，C1和C5为主桥的桥头碳），然后编第二号桥、第三号桥等等（下例的C3和C7为第二桥的桥头碳）并注明其桥头碳（如下例的前三个数3.3.1是主桥的原子数，后一个13,7是第二桥的原子数，其右上角3,7是桥头碳编号。近年来合成了很多新型结构的多环化合物，引起了有机化学家很大兴趣。为了简便，合成的这些化合物也规定了简称，如：立

5、方烷、篮烷、棱晶烷、金刚烷。第二节环烷烃的结构和稳定性环的稳定性与环的大小有关。三碳环最不稳定，四碳环比三碳环稍稳定一点，五碳环较稳定，六碳环及六碳以上的环都较稳定，如何解释这一事实？2.1张力学说1885年A.VonBaeyer提出了张力学说。其合理部分要点是：①当碳与其他原子连结时，任何两个键之间夹角都为四面体角(109.5°)②碳环中的碳原子都在同一平面内，键角与109.5°相差越大，越不稳定。环丙烷是三角形，夹角是60°。环中每个碳上的两C-C键，不能是109.5°，必须压缩到60°适应环的几何形状，这些与正常的四面体键角（109.5°）的偏差，引起了分子的张力，力图恢复正常

6、键角，这种力称做角张力，这样的环叫做＂张力环＂。张力环和其键角与四面体分子相比是不稳定的，为了减小张力，张力环有生成更稳定的开链化合物的倾向。所以环丙烷不稳定。环丙烷的结构现代物理方法测得，环丙烷分子中三个碳原子共平面。显然，环丙烷中没有正常的C－C键，而是形成“弯曲键”：由于环丙烷分子中的C－C键不是沿轨道对称轴实现头对头的最大重叠，而重叠较少，张力较大，具有较高的能量。根据结构与性能的关系，环丙烷的化学性质应该活泼，容易开环加成。环丁烷分子中的碳采取sp3杂化，轨道夹角109.5°。若四个碳形成正四边形，内角应为90°。角度偏差：109.5°－90°＝19.5°＜109.5°－6

7、0°＝49.5°。环丁烷中的C－C键也是“弯曲键”，但弯曲程度较小。∴环丁烷较环丙烷稳定，但仍有相当大的张力，属不稳定环，比较容易开环加成。电子衍射研究说明，环丁烷分子中四个碳原子不共平面，而呈“蝴蝶型”结构，这样可使部分张力得以缓解。环戊烷分子中的碳采取sp3杂化，轨道夹角109.5°。正五边形内角为108°，角度偏差：109.5°－108°＝1.5°可见，环戊烷分子中几乎没有什么角张力，故五元环比较稳定，不易开环，环戊烷的性质与开链烷烃相似。事实上，环