第3章 环烷烃（课件）- 《有机化学（第二版）》同步教学（科学版）

第三章 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） 1 2 3 4 5 6 7 螺［ 2.4 ］庚烷 7-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 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 6-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 1 2 3 4 5 6 4-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 4 C 5 C 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= 2 N = 3 4 5 6 7 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 Ni 40℃ 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