[理学]第五章 脂环烃

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1、..第一教学楼商洛学院化学与化学工程系第五章脂环烃[教学要求]①掌握脂环烃的同分异构现象、分类及命名②熟悉脂环烃的构象及其稳定性③了解脂环烃的物理性质④掌握脂环烃的化学性质⑤了解重要脂环烃的来源和用途第五章脂环烃脂环烃(alicyclichydrocarbons):是具有碳环结构化学性质和脂肪烃相似的烃类化合物第一节脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类1、视饱和程度可分为：饱和脂环烃（环烷烃）和不饱和脂环烃（环烯烃）2、视环大小可分为：中环（8-12个C原子的环）普通环（5-7个C原子的环）小环（3-4个C原子的环）大环（12个以上C原子的环）3、按分子中碳

2、环的数目分类：单环二环多环桥环（共用两个以上C原子）螺环（共用一个C原子）稠环（共用两个C原子）4、按环的连接方式可分为：同分异构现象碳环异构立体异构：顺反异构、对映异构和构象异构二、脂环烃的命名①按组成环的碳原子叫“环某烷”“环”（cyclo）字1、单环脂环烃②环上有两个以上不同的取代基时，按“次序规则”以较小的取代基为1位，并使其它取代基的位次尽可能最小，如③取代基较长时把环看作取代基,按烷烃命名④含不饱和键的脂环烃，从双键开始编号⑤脂环烃有顺反异构体,用顺、反标明2.多环脂环烃的命名(1)桥环烃：两个环共用两个或两个以上碳原子的烃叫桥环烃（bridg

3、edcyclohydrocarbons）①用二环、三环等做词头，以组成碳环的碳原子总数（不含支链）作为母体烃的名称叫二环[]某烷②编号从一个桥头C原子开始，先沿大环到另一个桥头C原子，再沿次环依次回到第一个桥头C原子③在方括号内用阿拉伯数字由大到小标出各桥的C原子数,取代基由小到大写在主体名称前例如（2）螺环烃:分子中两个碳环共用一个碳原子的环烃叫螺环烃(spirohydrocarbon),共用的碳原子叫螺碳原子螺环烃命名:①按组成环的碳原子总数称为“螺[]某烷”，在方括号中用阿拉伯数字由小到大标出各碳环碳原子数目（螺原子不计算在内），并用圆点隔开②编号从

4、较小环中与螺原子相邻的一个碳原子开始，经过螺碳原子到大环,并使取代基位次最小第二节环烷烃的性质物理性质:脂环烃的熔点、沸点比同碳数的烷烃高,密度出大,但比水轻.常温常压下环丙烷和环丁烷为气体,其它多为液体化学性质:1.取代反应在光照或加热下发生自由基取代2.氧化反应环烷烃一般条件下与KMnO4，O3不起反应,双键被氧化环环受影响在加热下强氧化剂氧化或有催化剂存在可被空气氧化3.加成反应(开环反应)与氢气、卤素和卤化氢加成环破裂（1）加氢在催化剂作用下进行环己烷以上不发生加成（2）加卤素如加溴环戊烷以上主要发生取代反应（3）加卤化氢仅环丙烷及其衍生可发生产

5、物符合马氏规则：溴加在含氢最少的碳上，氢加在含氢最多的碳原子上。即环破裂发生在取代基最多和最少的两碳原子之间环丙烷分子中成环碳原子都是sp3杂化，三个碳－碳键在同一平面，C—C—C键角为105.5°，H-C-H键角为114°环丙烷的结构第三节环烷烃的结构与稳定性角张力:碳环中每个碳原子的两C-C键，若不能以109.5°的夹角成键，则须压缩（或扩大）键角以适应环的几何形状，此时分子内部产生一种要求恢复正常键角的内在力量称做角张力，角张力使环丙烷易于开环环丁烷也存在着角张力，但比环丙烷小些，同时四个碳原子不在同一平面上，形如蝴蝶，比环丙烷稳定环戊烷：键角108

6、°，碳原子轨道几乎为正常重叠，几乎无角张力，且采取信封式或半椅式非平面结构更稳定环己烷：碳原子以sp3杂化，六个碳原子不在同一平面内，碳碳键间夹角109.5°无角张力，很稳定中级脂环烃（8-12C原子环）：C原子都不在同一平面，分子内由于H原子较拥挤，有较大的原子间斥力，因此体系能量较高，稳定性比大环略差一些大环化合物都较稳定（12个C以上的环）：分子呈皱折状，C原子间的键角接近正常的四面角，无张力第四节环烷烃的构象一、环已烷的构象椅式构象环己烷有椅式（chairform）和船式(boatform)两种极限构象Newman投影式船式构象Newman投影式椅

7、式与船式构象的稳定性椅式中相邻碳原子的键都处于交叉式位置，船式中相邻碳原子的键处于重叠式位置,氢原子间有斥力（位阻），且两船头氢键（旗杆键）距离较近，斥力较大，故椅式较稳定直立键（axialbond）和平伏键（equatorialbond）对称轴:穿过分子画一条直线，当分子以它为轴旋转一定角度后，可以获得与原来分子同样的形象，此直线即为该分子的对称轴直立键（a键）、平伏键（e键）:与对称轴平行的键叫直立键（a键），与直立键形成接近109.5°夹角的键，叫平伏键（e键）六个a键和e键,分别三个向上三个向下；同一碳原子若a键向上，e键必然向下,反之亦然a、e键

8、可以相互转化二、取代环已烷的构象1、一元取代环己烷如甲基环己烷，甲