2.1脂环烃（课件）-《有机化学》同步教学（北京出版社）

闭链烃 第二章 1 闭链烃又称环烃，是指碳原子之间相互结合成环状的碳氢化合物。根据闭链烃的结构和性质，闭链烃又可分为脂环烃和芳香烃。 2 1.掌握脂环烃的概念、结构特点和系统命名法； 2.理解环的大小与稳定性的关系及脂环烃的主要化学性质； 3.了解常见的脂环烃。 学习目标 第一节　脂环烃 3 脂环烃及其衍生物与医药 脂环烃及其衍生物广泛存在于自然界。石油中含有大量的环烷烃。一些天然植物中含有挥发油（又名精油），如松节油、薄荷油、桂皮油、樟油、丁香油等，其成分大多是环烯烃及其衍生物。动植物体内具有生物活性的甾体化合物也是脂环烃的衍生物，如肾上腺皮质激素、雌激素、雄激素等。许多药物如含颠茄生物碱的解痉药阿托品、莨菪碱及有镇痛作用的盐酸吗啡等都是脂环烃的衍生物。要了解以上药物首先需要了解它们的母体——脂环烃。 【走进医药】 （一）脂环烃的结构和分类 （二）脂环烃的命名 一、脂环烃的分类和命名 1. 环丙烷 2. 环丁烷 3. 环戊烷 4. 环己烷 二、环烷烃的结构与稳定性 1. 催化加氢 2. 与卤素单质反应 3. 环丙烷与开链烃相似的性质 三、环烷烃的性质 第一节　脂环烃 4 （一）脂环烃的结构和分类 1. 根据分子中碳环的不饱和程度分为环烷烃、环烯烃和环炔烃。其性质与相应的开链烷烃、烯烃和炔烃类似。书写结构式时，碳环上的碳原子和氢原子可以省略，这种结构式称为键线式。 2. 按照分子中环的数目，脂环烃又可分为单脂环烃和多脂环烃。单脂环烃中的单环烷烃的通式为CnH2n，与单烯烃互为同分异构体。根据环的连接方式不同，多脂环烃又可分为螺环烃和桥环烃。 （二）脂环烃的命名 1. 环烷烃的命名　按分子中环上的碳原子数称“环某烷”。若环上有取代基，则给环上的碳原子编号，标出取代基的位次和名称，并使取代基位次最小。若有不同的取代基，则使碳原子数最少的取代基位次为1。 2. 环烯烃的命名　按环上的碳原子数称“环某烯”。若环上有取代基，则以双键位次为1，并以编号数较小为原则确定取代基的位次。 一、脂环烃的分类和命名 一、脂环烃的分类和命名 6 课堂活动一 试写出环烷烃、环烯烃、环炔烃的分子通式。与开链烷烃、烯烃和炔烃的通式相比较，你能得出什么结论？ 一、脂环烃的分类和命名 8 一、脂环烃的分类和命名 9 课堂活动二 用系统命名法命名下列脂环烃： 二、环烷烃的结构与稳定性 1. 环丙烷 按几何学要求，环丙烷分子中三个碳原子共一个平面，碳碳键间的夹角为60º，如图2-1（a）所示。但碳原子的sp 3 杂化轨道沿键轴方向重叠，夹角应为109°28′， 例如丙烷，如图2-2 所示。因此，环丙烷中的碳碳σ 键不能像开链丙烷那样沿键轴方向重叠，而是形成了一种弯曲键，如图2-1（a）、（b）所示。这种弯曲键使环丙烷的碳碳σ 键比开链丙烷中的碳碳σ 键重叠程度小，没有正常σ 键稳定。而且环丙烷分子内存在一种因键角偏离正常键角而引起的力，叫角张力或拜尔张力，环烷烃分子中键角偏离正常键角越多，张力越大，环的稳定性越小。环丙烷分子中键角偏离正常值最多，环张力最大，稳定性最小，最易发生开环加成反应。 11 二、环烷烃的结构与稳定性 1. 环丙烷 12 二、环烷烃的结构与稳定性 2. 环丁烷 环丁烷分子中，碳碳键间的夹角为90º，如图2-3（a）所示，碳碳键的弯曲程度不像环丙烷那样强烈，键角偏离正常值小于环丙烷，角张力也没有环丙烷那样大，因此比环丙烷相对稳定。但实际上四个碳原子并不在一个平面上，如图2-3（b）、（c）所示： 13 二、环烷烃的结构与稳定性 3. 环戊烷 随着碳原子数增加，成环碳原子可以不在一个平面内，碳碳键逐渐趋于最大重叠，环戊烷的键角非常接近109.5º。通常情况下，环戊烷的空间结构是信封型的。如图2-4 所示： 14 二、环烷烃的结构与稳定性 4. 环己烷 环己烷的键角等于109.5º，碳碳键无弯曲，是正常的碳碳σ 键，环己烷是无张力环，环系稳定，不易开环加成。环己烷的空间结构是椅型或船型，其中以椅型最稳定。如图2-5 所示： 环的稳定性顺序：环丙烷＜环丁烷＜环戊烷＜环己烷。 15 环烷烃的熔点、沸点和比重都比含同数碳原子的开链烷烃高。环戊烷、环己烷和链状烷烃的化学性质很相似，对一般试剂表现得不活泼，可以发生取代反应。环丙烷、环丁烷由于环的不稳定性，易发生开环加成反应，此性质与相应的开链烷烃的性质有明显差异。 3 2 1 2. 与卤素单质反应 在室温下，环丙烷可以与卤素单质分子发生加成反应。如环丙烷与溴水发生加成反应，生成1,3-二溴丙烷。 环丁烷需要在加热的条件下才能与卤素单质反应。 3. 环丙烷与开链烃相似的性质 对氧化剂较稳定，环丙烷不与KMnO4溶液作用。因此，可用KMnO4溶液来区别烯烃和环烷烃，用溴水来鉴别开链烷烃与环烷烃。 1. 催化加