第5章 脂环烃（课件）- 《有机化学》同步教学（华中科大版）

有机化学 脂环烃 1 2.熟悉 单环烷烃的稳 定性；小环烷 烃的结构；环 丙烷、环丁烷、环戊烷、多取 代环己烷、十 氢萘的构象。 3.了解 脂环烃的分类与物理性质。 脂环烃的命名；脂环 烃的化学性质；环己 烷及取代环己烷的构 象，特别是二取代环 己烷的优势构象分析。 1.掌握 章节目标 根据环中是否含有不饱和键分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃，饱和脂环 烃就是环烷烃，不饱和脂环烃有环烯烃和环炔烃。 第一节 脂环烃的分类和命名 一、脂环烃的分类 根据碳环的数目分为单环、双环和多环脂环烃。 单环脂环烃根据成环碳原子的数目分为小环(C3~C4)、普通环(C5~C6)、 中环(C7~C12)和大环(＞C12)。双环和多环脂环烃根据环的连接方式分为 螺环烃和桥环烃，两个碳环仅以一个共用碳原子相结合的称为螺环烃， 共用的碳原子称为螺原子；两个碳环共用两个或两个以上碳原子的称为 桥环烃，桥碳链交汇点的碳原子称为桥头碳原子。 第一节 脂环烃的分类和命名 一、脂环烃的分类 单环脂环烃的命名与链烃相似，只需在相应直链烃的名称前加前缀“环(cyclo)”字。环碳原子编号应使不饱和键和取代基的位次尽可能低(小)。 （一）单环脂环烃的命名 二、脂环烃的命名 （一）单环脂环烃的命名 二、脂环烃的命名 环上侧链比较复杂时，可将环作为取代基进行命名。 （一）单环脂环烃的命名 二、脂环烃的命名 （二）螺环烃的命名 二、脂环烃的命名 螺环烃根据螺原子的数目分为单螺、双螺等。单螺命名时根据参与成环的碳原子总数称为“螺[ ]某烃”，方括号内用阿拉伯数字标明每个碳环的碳原子数目(螺原子除外)，从小到大，数字之间用小圆点“ . ”隔开。编号从小环紧邻螺原子的碳原子开始，经过螺原子再到大环，并使不饱和键和取代基的位次尽可能低(小)。 （二）螺环烃的命名 二、脂环烃的命名 （二）螺环烃的命名 二、脂环烃的命名 双螺命名时根据参与成环的碳原子总数称为“双螺[ ]某烃”，编号从较小的端环紧邻螺原子的碳原子开始，依次顺序经过每一个螺原子并使螺原子编号较小。顺着整个环的编号顺序，在方括号内标明各螺原子间所连接的碳原子数目。当螺原子被再次涉及时，则将该螺原子的编号以上标方式标注在与其再次相连的碳原子数目上。 二、脂环烃的命名 （二）螺环烃的命名 （三）桥环烃的命名 二、脂环烃的命名 桥环烃根据转变成链烃最少分割次数分为双环、三环等。命名双环时根据参与成环的碳原子总数称为“双环[ ]某烃”，方括号内用阿拉伯数字标明各桥所含的碳原子数目(桥头碳原子除外)，从大到小，数字之间用小圆点“.”隔开。编号从一个桥头碳原子开始，沿最长的桥到达第二个桥头碳原子，再沿次长的桥回到第一个桥头碳原子，最短的桥最后编号。环上有不饱和键和取代基时，应使其位次尽可能(低)小。 （三）桥环烃的命名 二、脂环烃的命名 （三）桥环烃的命名 二、脂环烃的命名 三环一般有两种桥头碳原子，各属于主桥（主环内最长的桥）和次桥，编号按主桥沿最长桥的桥头碳原子开始。方括号内最后一个数字是次桥的桥碳原子数，需在其右上角标明两个次桥桥头碳原子的编号，从小到大，用逗号隔开。 （三）桥环烃的命名 二、脂环烃的命名 第二节 单环烷烃的稳定性及小环烷烃的结构 一、单环烷烃的稳定性 环丙烷、环丁烷每个CH2的平均燃烧热比开链烷烃高，说明它们的分子内能高，不稳定；环己烷每个CH2的平均燃烧热与开链烷烃一样，最稳定；中环、大环烷烃每个CH2的平均燃烧热与开链烷烃接近，较稳定。 从三元环到六元环随着环的增大，每个CH2的平均燃烧热减小，其稳定性顺序为：六元环＞五元环＞四元环＞三元环。 第二节 单环烷烃的稳定性及小环烷烃的结构 二、张力学说 假设环烷烃的成环碳原子是排列在同一平面成正多边形的，这样环烷烃的C–C–C键角与饱和碳原子正四面体所要求的正常键角109º28′就产生了偏差，环烷烃的键角偏转度越大，角张力越大，环越不稳定，所以环烷烃的稳定性顺序为：环戊烷＞环丁烷＞环丙烷。 第二节 单环烷烃的稳定性及小环烷烃的结构 二、张力学说 按照拜尔“张力学说”，环己烷向外偏转5º16′，大于环戊烷的键角偏转度，环己烷应不如环戊烷稳定；随着环的增大，角张力增大，六元环以上的环烷烃应越来越不稳定。但事实是环己烷比环戊烷稳定，中环和大环亦比较稳定。造成这种矛盾的原因是拜尔假设成环碳原子是排列在同一平面的，这与事实不相符。实际上只有环丙烷的成环碳原子是排列在同一平面的，其他环烷烃均可以通过环内C–C σ键的扭转，采取非平面的构象存在。 第二节 单环烷烃的稳定性及小环烷烃的结构 三、小环烷烃的结构 环丙烷的三个碳原子是排列在同一平面的，C–C–C键角为60º，存在很大的角张力，也使两个碳原子的sp3杂化轨道不能沿键轴方向进行最大程度重叠，而是偏离