第3章环烷烃.ppt

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1、第三章环烷烃环烷烃：碳干为环状而性质与开链烷烃相似的烷烃单环烷烃的分子通式：CnH2n单环烷烃的不饱和度=1一、分类按环大小分小环(C3、C4）正常环(C5－C7）中环(C8、C12）大环(>C12）按环数分单环二环多环按环的连接方式分螺环(共用一个碳）桥环(共用两个或两个以上的碳）第一节环烷烃的分类和命名环数：使环状化合物变成开链化合物所需打破的碳碳键的数目。例1-甲基-2-异丙基环戊烷1.单环烷烃a.按成环C数目，称为“环某烷”；b.编号，从取代基最小的C开始，按较先遇到其他取代基的方向编号。二、命名1

2、,1-二甲基-4-乙基环己烷环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环做取代基时的名称—环烷基当环上的取代基较大时，环可以不做母体，改做取代基3－甲基－3－环丁基戊烷环丙基环丁基环戊基环己基例2.环烷烃的构型异构—顺反异构（1）立体异构体：构造相同，分子中原子在空间的排列方式不同的化合物互称为立体异构体，包括构型异构和构象异构。（2）环烷烃的顺反异构：受环的限制，环上C－Cσ键不能自由旋转。当环上连有两个或两个以上的取代基时，它们在空间的伸展方向不同会产生顺反异构现象。（3）顺反异构的表示方法：顺(cis)－两个取代基在环

3、同侧；反(trans)－两个取代基在环异侧。例顺-1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷3.螺环烷烃命名（P55）（1）确定螺原子：两个碳环共用的碳原子（2）根据螺环上碳原子的总数目确定母体名称为“螺某烷”（3）编号从小环开始螺[4.5]癸烷5-甲基螺[3.4]辛烷例4-甲基螺[2.4]庚烷4.桥环烷烃命名（P56）桥头碳原子：两环共用的碳原子。桥：两个桥头碳原子之间的碳链或一个键。二环[3.2.1]辛烷2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷3,7,7-三甲基二环[4.1.0]庚烷2,8-二甲基-1

4、-乙基二环[3.2.1]辛烷一、与开链烃相似的反应—环烷烃的卤代二、小环烷烃特有的反应1.加氢开环第二节环烷烃的化学性质2.加卤素、加卤化氢开环环丁烷在常温下不发生类似反应！环丙烷对氧化剂（如高锰酸钾）稳定，不使高锰酸钾褪色，可据此与烯烃区别开。一、Baeyer张力学说（1885年）角张力示意图假定环烷烃都是平面正多边形结构，而SP3碳原子键角应为109°28’,当不同的环中C－C键之间的夹角大于或小于正常键角时，环中C－C键键角的变形产生张力，这种张力具有力图恢复正常键角的趋势，这种张力被称为角张力，键角

5、变形程度越大，张力越大。张力使环的稳定性下降，反应活性增强。Baeyer张力学说建立在错误假设（认为环烷烃都是平面结构）的基础上，只对小环适用。第三节环的张力二、环烷烃的燃烧热1.把每个环烷烃的燃烧热除以环内碳原子数，得到环上每个亚甲基的燃烧热。2.用环烷烃每个CH2的燃烧热，与开链烷烃每个CH2的燃烧热（658.6kJ/mol)比较，其差值就是由于张力的产生使分子能量升高的数值，其差值×n即为每个环烷烃分子产生的张力能。（P45表3.2）结论：环己烷（六元环）最稳定，其次是环戊烷（五元环）；大环都是稳定的

6、；小环中的环丙烷最不稳定，其次是环丁烷。三、张力能张力能来源（P46）：非键作用（Enb）、键长变化（El）、键角变化（Eθ）、扭转角变化（Eφ）其中：Enb>El>Eθ>Eφ654321纽曼投影式一、椅式构象－最稳定构象第四节环己烷的构象a.键角接近109.5°，无角张力；b.交叉式，无扭转张力；c.H间距(0.25nm)大于氢原子范氏半径之和(0.24nm)，无范氏张力。球棒模型椅式构象中的C－H键类型直立键『a键』凡与垂直轴平行的C—H键平伏键（e键）凡与垂直轴成109。28’的C－H键654321环

7、己烷椅式构象直立键平伏键非键作用二、船式构象球棒模型a.键角109.5°，无角张力；b.有重叠式，有扭转张力；c.H间距(0.183nm)小于H原子半径之和，有范氏张力稳定性：椅式构象环己烷>船式构象环己烷室温下，平衡有利于椅式构象（优势构象）。环己烷的其它构象式半椅式(halfchairform)扭船式(twistboatform)椅式船式椅式半椅式构象5个碳在同一平面上有角张力（C－C键角接近120o）平面碳上的C-H键为重叠式构象（有较大的扭转张力）扭船式构象>1.83Å扭曲式构象环己烷构象形式的转换

8、转环作用中的能量变化椅式半椅式扭船式船式构象翻转一、一取代环己烷的构象第五节取代环己烷的构象分析甲基环己烷构象翻转的能量变化结论：平伏键甲基环己烷比直立键甲基环己烷稳定平衡有利于-CH3处于e键的构象(优势构象)。叔丁基处于e键的叔丁基环己烷1,3-二e键相互作用小叔丁基HUGEstericstrain叔丁基处于a键的叔丁基环己烷1,3-二a键相互作用叔丁基结论：叔丁基一般总在环己烷的平伏键上P50P51表3.3