《有机化学(第二版)》第3章：环烷烃.ppt

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1、环烷烃分子中碳原子以单键互相连接成闭合的碳环，剩余的价完全与氢原子相连的烃类－－－环烷烃(cycloalkane)通式同烯烃碳环一般用多边形表示：or樟脑一、环烷烃的命名和异构环烷烃单环双环多环螺环桥环螺环烃：两个碳环共有一个碳原子。螺［3.4］辛烷稠环桥环烃：两个及两个以上碳环共有两个及以上碳原子。命名：（1）根据成环碳原子的总数称螺某烷（2）在螺字后面的方括号中，用阿拉伯数字标出除螺原子外两个碳环的碳原子数目，小的数字在前（3）编号从小环中紧连螺原子的碳原子开始，经过螺原子到达大环，同时使得位次之和最小。螺原子（共有碳原子）1234567螺［2.4］庚烷7-

2、甲基螺［4.5］癸烷桥环烃：两个及两个以上碳环共有两个及以上碳原子。命名：（1）用二环、三环等做词头，根据成环碳原子的总数称某烷。（2）在环字后面的方括号中，用阿拉伯数字标出通过两个桥头碳原子的碳链中的碳原子数目，大的数字在前。桥头碳二环［4.1.0］庚烷二环［4.4.0］癸烷十氢萘8二环［2.2.1］庚烷123456712345676-氯二环［3.2.1］辛烷降冰片烷（3）编号从一个桥头碳原子开始，经过最长的碳桥到达另一个桥头碳，再沿着次长桥回到第一个桥头碳，最短的桥上的碳原子最后编号。单环的命名方法基本上与开链烃的命名法相同取代基的位次之和要最小；有不同的取

3、代基时，用较小的数字表示较小取代基的位置1-甲基-3-乙基环戊烷1-甲基-4-异丙基环己烷含双键的脂环烃称为环烯1234564-甲基-1-环己烯1-甲基-4-异丙烯基环己烯苧烯如取代基为较长的碳链，将环作为取代基：3-环己基己烷环烷烃的异构环的大小、侧链的长短及位置不同而产生构造异构体4C5C重点观察1,2-二甲基环丙烷分子它们的互相转变会引起共价键的断裂，需要较高的能量，在室温下不能实现。顺式反式环平面为参考平面注意：此处不能用Z、E来表示（cis）（trans）反-1,2-二甲基环己烷顺-1,2-二甲基环己烷顺-1,2-二甲基环己烷二、环烷烃的结构碳原子成键

4、的正常键角是109.5°受环的几何形状的限制,不能以正常键角成键；要偏离一定角度,轨道的交盖也不在原子核的连线上；因此成的键重叠程度小，没有正常的键稳定，易开环。上面所成的键是弯键，常称为香蕉键1885年Baeyer提出了张力学说:环中碳－碳键角的变形会产生张力（力图恢复为正常键角的趋势，以追求稳定），键角变形得越大，张力越大，环越不稳定，反应活性也越强。也称角张力。偏转角度=2N=34567偏转角度24°44’9°44’4°4’-5°16’-9°33’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

5、力就越大。109°28′内角从偏转角度来看，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。实际上，环烷烃（除三元环外）并不是一个平面结构，这就使张力学说失去了存在的基础。那么，如何解释小环的不稳定性呢？实际上，在三元环及四元环中，碳碳键并不是沿键轴方向重叠的σ键。而是一种非“正规”的单键，成键的强度较弱，因而容易发生断裂。由此可见：（1）键的重叠程度小，稳定性下降。（2）电子云分布在两核连线的外侧，增加了试剂进攻的可能性，故具有不饱和烯烃的性质。三、（小环）环烷烃的化学性质环烷

6、烃的反应和烷烃相似（2个方面）三元环、四元环不稳定，易开环，生成开链化合物1、氢解Ni40℃常压100℃常压Ni环丁烷在较高温度下反应：Pt环戊烷、环己烷等要用活性高的铂催化剂在高温下开环：300℃常压2、加溴1,3-二溴丙烷常温环丁烷、环戊烷常温下不和溴起加成反应高温或者光照下发生取代反应3、加HBr常温下环丁烷、环戊烷不与HBr反应2-溴丁烷（键断裂的位置是在含氢最多和含氢最少的碳原子之间）所以：环的稳定性＜＜＜4氧化反应：环丁烷的C-C-C键角111.5°碳－碳键也是弯曲键四个碳原子不在同一平面上这种非平面结构在能量上更有利信封式C-C-C键角108°环丁

7、烷键角变形较小，较稳定；环戊烷接近正常键角，很稳定四、环己烷的构象和构象分析环己烷的几种典型构象：椅式(chairform)船式(boatform)扭船式(twist-boatform)半椅式(half-chairform)碳采取SP3杂化，6个C原子不在同一平面内（1）椅式构象相邻两个碳原子的C-H键都处在交叉式的位置透视式丁烷的邻位交叉式1、3、5碳在同一平面上2、4、6碳在另一平面上两个平面相互平行C3轴对称纽曼式（2）船式构象1234562、3、5、6碳在同一平面上1、4碳在平面的上方丁烷的全重叠式2、3和5、6碳上的C-H键都处于全重叠的位置；1、2和

8、3、4和4、5及1、6碳