第四章 脂环烃（课件）-《有机化学基础》同步教学（化学工业出版社第4版）

脂环烃 一 、概述 脂环烃：性质与开链脂肪烃类似。 单环烃：小环(碳数3-4)、普通环(5-7)、中环(8-11)、大环(>=12) 多环烃：隔离多环、联环、桥环、螺环 1.1 分类 (单)环烷烃 通式：CnH2n （与烯烃通式相同） 桥环烃（稠环） 桥环烃 螺环烃 以环为母体，名称用“环” 开头。 环外基团作为环上的取代基 环丙烷 环己烷 甲基环丙烷 1, 3-二甲基环己烷 1-甲基-4-异丙基环己烷 （较小）取代基的标号较小 1.2 命名 1）简单环烷烃的命名 4-甲基-5-乙基环己烯 2）简单环烯烃的命名 以环为母体以“环”字开头，从双键位置开始标号，同时保证较小取代基（一般是甲基）标号最小 1 2 3 4 5 3）结构较复杂的环烷烃的命名 当环烃与较长的碳链或者较优先官能团相连时，环作为取代基，成为“环X基” 2,6-二甲基-4-环戊基壬烷 环己基胺 二、环的稳定性 sp3杂化 正四面体 键角109.5° 环丙烷 成键时不能完全“头对头” 键角105.5° 由于环状结构的限制，环烃的键角不为109.5°，因此存在一定的角张力，实际键角与109.5°差距越大，角张力越大（结构不稳定），易发生开环。 环烃中结构最稳定的是五元环和六元环。 三、环烷烃的物理性质（自学） 随着碳数增加，环烷烃熔点、沸点和密度等物理性质呈规律性的变化。 环烷烃与同碳数的直链烷烃相比，熔点、沸点相对较高，密度相对较大。 四、环烷烃的结构和构象 环烷烃分子中的碳原子都是sp3杂化碳原子，因此其空间构型并不是简单的平面等边形。 4.1 环丙烷的构象 环丙烷的分子结构不是正三角形结构，也不是烷烃sp3杂化碳原子的键角，而是三个弯曲的“C-C”单键，形状类似香蕉。 角张力（angle strain）： 环的角度与sp3轨道夹角差别引起的张力 Newman投影式 所有C-H 键均为重叠式构象，有扭转张力 平面型 4.2 环丁烷的构象 平面型构象：不稳定 折叠型构象：更稳定 信封式构象：更稳定 4.3 环戊烷的构象 平面型构象：不稳定 4.4 环己烷的构象（重点） 环己烷分子中的碳原子均为sp3杂化碳原子，键角为109.5°，是非张力环，较为稳定。 由于环状结构所限，环己烷中的6个碳碳单键（σ键）不能完全自由地旋转，但这6个键可以协同旋转，产生不同的构象，其中有两种极限的构象为船式构象和椅式构象。 环己烷的椅式构象和船式构象 4 5 2 1 3 6 1 3 4 6 5 2 2 1 3 4 5 6 H H H 230pm 椅式构象 2 3 H H 183pm 1 5 6 4 船式构象 结论一：椅式构象是最稳定的优势构象！ 13 各种环己烷构象的势能图 环己烷椅式构象的画法 相间的两根键相互平行（画Z字形） 六个碳原子交替分布在两个平面上 每个碳均有一根C-H键在垂直方向，上平面的向上画，下平面的向下画 其它C-H键分别向左（左边的三个）或向右（右边的三个），且上下交替 H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H 直立键 （a 键 ） 平伏键 （ e 键 ） 直立键和平伏键 直立键：与分子的对称轴平行，竖直向上或者竖直向下的键，也称a键 平伏键：平伏着向环外伸展，水平方向的键，也称e键 记忆：直立键的方向是向上-向下交替的，右上角的碳原子直立键向上，以此类推 结论二：如果分子内只有一个取代基，该取代基位于平伏键（e键）上时是优势构象。 重叠式，有空间阻碍作用 交叉式 结论二衍生：如果分子内有多个相同的取代基，平伏键（e键）上取代基最多的构象是最稳定的构象。 最稳定构象 最不稳定构象 中间形态 结论三：环上有不同取代基时，较大基团处于平伏键（e键）为优势构象。 优势构象 优势构象 环己烷上取代基的顺反表示方法 顺式 反式 反式 顺式 在椅式构象中，取代基的顺反关系由竖直方向上的分向量判断。若竖直方向上朝向相同，则为顺式；若竖直方向上朝向相相反，则为反式。 反式 反式 顺式 例：判断优势构象 1）判断取代基之间的顺反关系 2）画出船式构象，将大集团画在平伏键（e键）上 3）将小基团画在相应的顺/反位置 例：判断优势构象 问题1：顺-1,2-二甲基环己烷的优势构象？ 问题2：1,2-二甲基环己烷的优势构象？ 五、环烷烃的化学性质及稳定性 环己烷、环戊烷分子的张力较小，环状结构稳定，其化学性质与直链烷烃类似，易与卤素单质发生自由基取代反应。 环丁烷、环丙烷分子的张力较大，环状结构不稳定，倾向于断键开环，因此其碳碳键与烯烃中的π键性质相似，易发生加成开环反应。 24 5.1 小环的催化氢化反应（开环） 环丙烷、环丁烷可在催化加氢的条件下断键开