有机化学 第五章脂环烃

1、 在有机化合物中，有一类分子中具有碳环结构，在有机化合物中，有一类分子中具有碳环结构，性质与链状脂肪烃相似的有机化合物叫做脂肪族环性质与链状脂肪烃相似的有机化合物叫做脂肪族环烃，简称烃，简称。 脂环烃及其衍生物数目众多，广泛存在于自然脂环烃及其衍生物数目众多，广泛存在于自然界，如萜类、甾族和大环内酯等，在生产和生活实界，如萜类、甾族和大环内酯等，在生产和生活实际中具有重要应用。际中具有重要应用。 从本节课开始，我们就来学习脂环烃。从本节课开始，我们就来学习脂环烃。高高 兴制作兴制作 3 3. .环烷烃的性质与用途环烷烃的性质与用途1 1. .了解脂环烃的分类，掌握脂环烃的命名方法了解脂环烃的分

2、类，掌握脂环烃的命名方法 2 2. .了解环烷烃的结构与稳定性的关系了解环烷烃的结构与稳定性的关系3 3. .掌握环烷烃的化学反应规律及其实际应用掌握环烷烃的化学反应规律及其实际应用4 4. .掌握小环烷烃的鉴别方法掌握小环烷烃的鉴别方法 1 1. .脂环烃脂环烃的分类与命名方法的分类与命名方法2 2. .环环烷烃的结构与稳定性烷烃的结构与稳定性下一页下一页有有 机机 化化 学学 下一页下一页一、一、脂环烃的分类脂环烃的分类 有有 机机 化化 学学1. 按分子中有无不饱和键分类按分子中有无不饱和键分类 （1 1）饱和脂环）饱和脂环烃烃 又叫又叫，分子中没有不饱和键，分子中没有不饱和键 环戊烷

3、环己烷CH2 （可简写为 ） CH2CH2CH2CH2（可简写为 ）CH2CH2CH2CH2CH2CH2下一页下一页第五章第五章 脂环烃脂环烃（2 2）不饱和脂环烃）不饱和脂环烃 分子中含有双键和叁链的脂环烃为分子中含有双键和叁链的脂环烃为，包括，包括和和 环辛炔环戊二烯 （可简写为 ） CHCHCH2CHCHCH2CHCH2CH2CHCH2（可简写为 ）环己烯（可简写为 ） CC CH2CH2CH2CH2CH2CH2下一页下一页2. 按分子中碳环的数目分类按分子中碳环的数目分类 第五章第五章 脂环烃脂环烃（1 1）单环脂环烃）单环脂环烃 CHCH CH2CH2CH2CH2 CH2CH2CH2

4、CH2 CH2CH2C CH2CH2CH2CH2 （可简写为 ）（可简写为 ）二环4，4，0癸烷（十氢萘） 螺2、4庚烷分子中只有一个碳环的为分子中只有一个碳环的为（2 2）多环脂环烃）多环脂环烃分子中含有两个以上碳环的为分子中含有两个以上碳环的为下一页下一页第五章第五章 脂环烃脂环烃二、脂环烃的异构现象二、脂环烃的异构现象(单环烷烃) 与单烯烃互为同分异构体，但不是同一系列与单烯烃互为同分异构体，但不是同一系列 通式 ： 化学式 结构式 异构体 C3H6环丙烷 C4H8 环丁烷 无CH3甲基环丙烷下一页下一页第五章第五章 脂环烃脂环烃化学式 结构式 异构体 C5H10 环戊烷 CH3CH3

5、CH3 CH2CH3 CH3CH3 甲基环丁烷 乙基环丙烷 1,1-二甲基环丙烷 1,2-二甲基环丙烷 CH3CH3HH顺1，2-二甲基环丙烷 HHCH3CH3 反1，2-二甲基环丙烷 下一页下一页第五章第五章 脂环烃脂环烃三、脂环烃的命名方法三、脂环烃的命名方法 1. 单环烷烃的命名单环烷烃的命名 与烷烃相似，只在烷烃名称前加上与烷烃相似，只在烷烃名称前加上“”字。字。环上有支链时，需将环上碳原子编号，以标明支环上有支链时，需将环上碳原子编号，以标明支链的位置。编号以链的位置。编号以为原则，为原则，当环上有两个以上不同取代基时，则按当环上有两个以上不同取代基时，则按“”决定基团排列的先后。决

6、定基团排列的先后。 第五章第五章 脂环烃脂环烃1-甲基-2-乙基环丙烷1,1-二甲基-3-乙基环戊烷下一页下一页 654321CH3CH2CH31-甲基-4-乙基环己烷环十二烷CH2 CH3CH3CH2CH3CH3CH312345第五章第五章 脂环烃脂环烃2. 环烯烃的命名环烯烃的命名 命名时，先给环上碳原子命名时，先给环上碳原子。编号应使。编号应使，有支，有支链时则应使链时则应使 。下一页下一页 1234554321 CH3 CH3123456 1，3-环戊二烯 （简称环戊二烯）5-甲基-1，3-环戊二烯（不能叫1-甲基-2，4-环戊二烯） 3-甲基-1-环己烯 （简称3-甲基环己烯） 给下

7、列化合物命名给下列化合物命名下一页下一页第五章第五章 脂环烃脂环烃 CH3CH3 CH3CH3 C2H5 （1） （2） （3） （5） （4） 下一页下一页第五章第五章 脂环烃脂环烃四、四、脂环烃的结构与稳定性脂环烃的结构与稳定性 在环烷烃分子中，每个碳原子都与另外四个原子相连，在环烷烃分子中，每个碳原子都与另外四个原子相连，成键轨道是成键轨道是spsp 杂化的。杂化的。 1小环（三元、四元环）小环（三元、四元环） 弯曲键弯曲键 ：在环丙烷分子中，三个碳原子在同一平面上连接成环，形成在环丙烷分子中，三个碳原子在同一平面上连接成环，形成一个正三角形。它们的一个正三角形。它们的spsp3 3杂化

8、轨道不可能沿键轴方向重叠。杂化轨道不可能沿键轴方向重叠。相邻两个碳原子的两个相邻两个碳原子的两个spsp3 3杂化轨道，在形成杂化轨道，在形成CCCC键时，其对键时，其对称轴不在同一条直线上，而是以弯曲方向重叠，形成的称轴不在同一条直线上，而是以弯曲方向重叠，形成的CCCC键是弯曲的，形似键是弯曲的，形似“香蕉香蕉”，称做，称做“”。 下一页下一页 第五章第五章 脂环烃脂环烃第五章第五章 脂环烃脂环烃键角张力：键角张力： 下一页下一页弯曲键比正常的弯曲键比正常的键轨道键轨道，于于109.5，实验测得，环丙烷分子中，实验测得，环丙烷分子中CCCC键的键角键的键角为为104。相当于轨道向内压缩形成

9、的键，这种键。相当于轨道向内压缩形成的键，这种键具有向外扩张、恢复正常键角的趋势，这种趋势叫具有向外扩张、恢复正常键角的趋势，这种趋势叫做做。 由于分子内成键轨道重叠程度小，键角张力由于分子内成键轨道重叠程度小，键角张力大，所以内能较高，很大，所以内能较高，很，容易破环变成稳定，容易破环变成稳定的链状化合物。的链状化合物。的情形与环丙烷相似，所以也的情形与环丙烷相似，所以也。第五章第五章 脂环烃脂环烃2大环（五元、六元环）大环（五元、六元环） （1 1）船式排列：）船式排列： 环己烷分子中的六个碳原子在空间有两种排列方式环己烷分子中的六个碳原子在空间有两种排列方式下一页下一页 C C1 1、C

10、 C2 2、C C4 4、C C5 5在一个平面上，在一个平面上，C C2 2和和C C6 6在平面上面。在平面上面。形状象只船，形状象只船，C C3 3和和C C6 6相当船头和船尾，故称相当船头和船尾，故称“”。船式排列 第五章第五章 脂环烃脂环烃（2 2）椅式排列：）椅式排列： C C1 1、C C2 2、C C4 4、C C5 5在一个平面上，在一个平面上，C C6 6和和C C3 3分别在平面的下分别在平面的下面和平面的上面，很象椅脚和椅背，故称面和平面的上面，很象椅脚和椅背，故称“”。下一页下一页椅式排列 第五章第五章 脂环烃脂环烃小环与大环结构和稳定性比较小环与大环结构和稳定性比

11、较化合物化合物 键角键角 轨道重叠轨道重叠 键角张力键角张力 内能内能 稳定性稳定性环丙烷环丁烷环己烷(船式)环己烷（椅式）104 90109.5 109.5 小小大（空间距离近）大（空间距离远）大大无无高高较低低差差 一般好下一页下一页第五章第五章 脂环烃脂环烃 1脂环烃分类脂环烃分类 环的结构不同 饱和脂环烃： 环烷烃 不饱脂环烃 环烯烃 环炔烃 环的数目不同 单环脂环烃 多环脂环烃 2脂环烃的异构脂环烃的异构 构造异构 顺反异构：支链在空间的位置不同 下一页下一页第五章第五章 脂环烃脂环烃 3脂环烃的命名脂环烃的命名 4环的结构与稳定性环的结构与稳定性 单环烷烃：同烷烃相似，在母体名前加

12、 “环” 字 单环烯烃：同烯烃相似，在母体名前加 “环”字 三元、四元环：非正常键角，有张力， 内能高，不稳定，易破环 五元、六元环：维持或接近正常键角，无张力，较稳定，不易破环 下一页下一页 下一页下一页1脂环烃的基本概念和命名脂环烃的基本概念和命名 2脂环烃的结构脂环烃的结构 通过对脂环烃结构的讨论，我们知道了小环通过对脂环烃结构的讨论，我们知道了小环与大环的结构差异，这些差异导致了小环与大环与大环的结构差异，这些差异导致了小环与大环的化学稳定性也不相同，这节课我们就来学习的化学稳定性也不相同，这节课我们就来学习。 有有 机机 化化 学学 下一页下一页一、环烷烃的物理性质一、环烷烃的物理性

13、质 有有 机机 化化 学学1. 物态物态 常温常压下： C3C4的环烷烃为气体C5C11的环烷烃为液体高级环烷烃为固体 2. 熔点、沸点熔点、沸点 同碳数的环烷烃的熔点、沸点开链烷烃。 随C数目而 变化规律：下一页下一页第五章第五章 脂环烃脂环烃 一、环烷烃的物理性质一、环烷烃的物理性质3. 相对密度相对密度 相应的开链烷烃 环烷烃 14. 溶解性溶解性 不溶于水，易溶于有机溶剂相似相溶，环烷烃是非极性分子下一页下一页二、环烷烃的化学性质二、环烷烃的化学性质 1.取代反应取代反应 在光照或加热的情况下，在光照或加热的情况下，能与卤素能与卤素 发生取代发生取代 反应，生成反应，生成。 + BrB

14、rBr+ HBrH 光 或加热 溴代环戊烷 第五章第五章 脂环烃脂环烃下一页下一页2. 加成反应加成反应(1) 催化加氢在催化剂作用下，在催化剂作用下，等小环烷烃可以等小环烷烃可以开环发生开环发生反应，生成开链烷烃。反应，生成开链烷烃。 雷内镍 80+HHCH3CH2CH3 雷内镍 200+HHCH3CH2CH2CH3小环的加氢反应对于研究小环稳定性具有参考价值小环的加氢反应对于研究小环稳定性具有参考价值 第五章第五章 脂环烃脂环烃下一页下一页2. 加成反应加成反应(2) 加卤素 环丙烷和环丁烷都能与卤素发生开环加成反应。其中环丙烷环丙烷和环丁烷都能与卤素发生开环加成反应。其中环丙烷与卤素的加

15、成常温下就可进行，环丁烷需加热才能进行。与卤素的加成常温下就可进行，环丁烷需加热才能进行。 1，3-二溴丙烷室温+Br BrBrBrCH2CH2CH2 第五章第五章 脂环烃脂环烃下一页下一页2. 加成反应加成反应(2) 加卤素 1，4-二溴丁烷 雷内镍 200+Br BrCH2CH2CH2CH2BrBr用途用途：小环与溴发生加成反应后，溴的红棕色消失，现象变化明显，可用于。 第五章第五章 脂环烃脂环烃下一页下一页2. 加成反应加成反应(3) 加卤化氢 环丙烷和环丁烷都能与卤化氢发生加成反应，生成环丙烷和环丁烷都能与卤化氢发生加成反应，生成开链一卤代烷烃。开链一卤代烷烃。 1-溴丙烷 +HBrB

16、rCH3CH2CH2第五章第五章 脂环烃脂环烃 1-溴丁烷+HBrCH3CH2CH2CH2Br下一页下一页(3) 加卤化氢分子中带有支链的小环烷烃在发生开环加成反应时，分子中带有支链的小环烷烃在发生开环加成反应时，其断键位置通常发生在含氢较多与含氢较少的成环其断键位置通常发生在含氢较多与含氢较少的成环碳原子之间。与卤化氢等不对称试剂加成时，符合碳原子之间。与卤化氢等不对称试剂加成时，符合。 2 - 氯丁烷 ClCH3CHCH2CH3ClH+CH3CH2CH2CH第五章第五章 脂环烃脂环烃下一页下一页3. 氧化反应氧化反应环烷烃在常温下环烷烃在常温下与一般的氧化剂（如高锰酸钾与一般的氧化剂（如高

17、锰酸钾的水溶液）的水溶液）。若环的支链上含有不饱。若环的支链上含有不饱和键时，则不饱和键被氧化断裂，和键时，则不饱和键被氧化断裂，。 CHCHCH3KMnO4COOHCH3COOH+ 用途：用途：小环烷烃能小环烷烃能但但 氧化，可利用这一性质将其与烷烃、烯烃或炔烃区氧化，可利用这一性质将其与烷烃、烯烃或炔烃区 别开来。别开来。 第五章第五章 脂环烃脂环烃下一页下一页3. 氧化反应氧化反应如果在如果在，或在催化剂存在下用空，或在催化剂存在下用空气作氧化剂，环烷烃也气作氧化剂，环烷烃也。 用途：工业上生产环己醇和环己酮的方法之一。用途：工业上生产环己醇和环己酮的方法之一。 + O2OH+O环烷酸钴 125165，11.5Mpa （空气） 环己醇环己酮第五章第五章 脂环烃脂环烃下一页下一页单环烷烃化学性质可归纳为单环烷烃化学性质可归纳为： 大环（五员、六员环）似烷，易取代；大环（五员、六员环）似烷，易取代；小环（三员、四员环）像烯，易加成；小环（三员、四员环）像烯，易加成；小环像烯不是烯，酸性氧化（小环像烯不是烯，酸性氧化（KMnO4/H+）不容易。）不容易。 1用化学方法鉴别下列各组化合物 （1）（2）CH3CH2CH3 CH3CCH CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH=CH2 CH3CH2CCH 第五章第五章 脂环烃脂环烃下