有机烷烃2-2012

1、 脂脂环烃的分类环烃的分类 v根据环的大小：根据环的大小：v根据环的个数：根据环的个数：小环小环34C，普通环，普通环57C，中环中环811C，大环，大环12C。 单环烃，多环烃。单环烃，多环烃。 2-8 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名v在多环体系中：在多环体系中： 螺环烃螺环烃桥环烃桥环烃 系统命名系统命名 v在同数目碳原子的开链烃名称前加在同数目碳原子的开链烃名称前加“环环”字。字。 v英文名是在名称前加词头英文名是在名称前加词头cyclo-。 甲基环戊烷甲基环戊烷 (1) 单环体系单环体系 CH3methylcyclopentane v碳原子编号时，应使取代基的位次尽可能最小。碳原

2、子编号时，应使取代基的位次尽可能最小。 cyclobutane 环丁烷环丁烷 1-甲基甲基-4-异丙基环己烷异丙基环己烷 1-methyl-4-isopropylcyclohexane v分子中有不饱和碳碳键的称环烯烃，命名时应使不饱分子中有不饱和碳碳键的称环烯烃，命名时应使不饱和键上的碳编号最小。和键上的碳编号最小。 3-甲基环戊烯甲基环戊烯 3-methylcyclopentene 3-甲基甲基-1,4-环己二烯环己二烯 3-methyl-1,4-cyclohexadiene 1-甲基环戊烯甲基环戊烯 1-methylcyclopentene (2) 二环体系二环体系 v螺环烃：螺环烃：螺

3、螺 3.4 辛烷辛烷 spiro3.4octane 根据成环碳原子总数目称为螺某烷或螺某烯；根据成环碳原子总数目称为螺某烷或螺某烯；英文名中英文名中“螺螺”用词头用词头spiro-表示。表示。 1 2 3 4 5 6 7 8 方括号内，小的数在前，大的数在后，用圆点隔开；方括号内，小的数在前，大的数在后，用圆点隔开；10-甲基螺甲基螺 4.5 -6-癸烯癸烯 螺螺 4.5 -1,6-癸二烯癸二烯 10-methylspiro4.5-6-decene spiro4.5-1,6-decadiene 螺螺 4.5 -6-癸烯癸烯 spiro4.5-6-decene 1 2 3 4 5 6 7 8 9

4、10二环二环 3.2.1 辛烷辛烷 bicyclo3.2.1octane v桥环烃：两个碳环共用两个或两个以上碳原子。桥环烃：两个碳环共用两个或两个以上碳原子。 根据成环碳原子总数目称为二环某烷；根据成环碳原子总数目称为二环某烷；英文名中二环用词头英文名中二环用词头bicyclo-表示。表示。 1 2 3 4 5 6 7 8 方括号内，大的数在前，小的数在后；方括号内，大的数在前，小的数在后；二环二环 2.2.0 己烷己烷 bicyclo2.2.0hexane 7,7-二甲基二环二甲基二环 2.2.1 庚烷庚烷 7,7-dimethylbicyclo2.2.1heptane CH2 CH CH

5、2CH2 CH CH2CH3CCH3二环二环 4.2.0 -6-辛烯辛烯 bicyclo4.2.0-6-octene 5-甲基二环甲基二环 2.2.2 -2-辛烯辛烯 5-methylbicyclo2.2.2-2-octene CH3CH CH CH2CH2CH2 CH CH2CH21,6-二甲基三环二甲基三环3.2.1.02,4辛烷辛烷1,6-dimethyltricyclo3.2.1.02,4octane 环丙烷环丙烷v环丙烷上的碳原子都是饱和碳原子，为环丙烷上的碳原子都是饱和碳原子，为sp3杂化。杂化。 114 105.5 角张力：分子内部试图恢复正常键角的力。角张力：分子内部试图恢复正

6、常键角的力。 60 HH2-9 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性v环丙烷分子相邻碳上的碳氢键都是重叠式构象。环丙烷分子相邻碳上的碳氢键都是重叠式构象。 扭转张力：试图恢复交叉式构象的力。扭转张力：试图恢复交叉式构象的力。 其他环烷烃其他环烷烃 v环丁烷四个碳原子不在一个平面上，但仍存在角张力环丁烷四个碳原子不在一个平面上，但仍存在角张力和扭转张力。和扭转张力。 v环戊烷分子中，碳碳键的夹角为环戊烷分子中，碳碳键的夹角为108，接近，接近sp3杂化轨杂化轨道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。 v环己烷分子中环己烷分子中6个碳原子不在同一平面上，碳原

7、子之间的个碳原子不在同一平面上，碳原子之间的键角为键角为10928，分子中没有张力。，分子中没有张力。 v大环原子在不同的平面内，键角接近正常的键角，为大环原子在不同的平面内，键角接近正常的键角，为无张力环。无张力环。 环三十烷环三十烷v烷烃每个烷烃每个CH2的燃烧热是的燃烧热是658.6 kJmol-1，环烷烃单元，环烷烃单元CH2的燃烧的燃烧热与环大小有关，与分子稳定性有关。热与环大小有关，与分子稳定性有关。名称名称 碳原子数碳原子数 n 燃烧热燃烧热/n 与开链烷之差与开链烷之差 环丙烷环丙烷 3 697.1 38.5 环环丁烷丁烷 4 686.2 27.4 环戊环戊烷烷 5 664.0

8、 5.4 环己环己烷烷 6 658.6 0 环庚环庚烷烷 7 662.4 3.8 环辛环辛烷烷 8 663.6 5.0 环壬环壬烷烷 9 664.1 5.5 环癸环癸烷烷 10 663.6 5.0 环烷烃的燃烧热与环的稳定性环烷烃的燃烧热与环的稳定性v环烷烃的稳定性环烷烃的稳定性： 小环，小环，3C4C 的环，不稳定，容易开环发生反应。的环，不稳定，容易开环发生反应。 普通环，普通环，5C7C的环，很稳定。环戊烷，五个碳原子不在的环，很稳定。环戊烷，五个碳原子不在一个平面上，以尽量减小扭转张力，环己烷为无张力环。一个平面上，以尽量减小扭转张力，环己烷为无张力环。 中环，中环，8C11C的环，不

9、是平面结构，没有键角的变形，的环，不是平面结构，没有键角的变形，但因成环时亚甲基上的氢原子被迫采取重叠构象，即存在但因成环时亚甲基上的氢原子被迫采取重叠构象，即存在扭转张力，所以不太稳定。扭转张力，所以不太稳定。 大环，大环，12C以上的环，原子在不同的平面内，键角接近以上的环，原子在不同的平面内，键角接近正常的键角，有两条平行的碳链组成无张力环。正常的键角，有两条平行的碳链组成无张力环。 顺反异构顺反异构 CH3CH3HHCH3CH3HHHHCH3CH2CH3反反-1-甲基甲基-4-乙基环己烷乙基环己烷 trans-1-ethyl-4-methylcyclohexane 顺顺-1,2-二甲基

10、环丙烷二甲基环丙烷 反反-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷 cis-1,2-dimethylcyclopropane trans-1,2-dimethylcyclopropane 2-10 环烷烃的立体异构现象环烷烃的立体异构现象 环己烷的构象环己烷的构象 透视式：透视式： (1) 椅式构象和船式构象椅式构象和船式构象 v六个碳原子均为六个碳原子均为sp3杂化，在保持键角杂化，在保持键角1091092828不变的不变的情况下，能以两种不同的空间形式组成六员环。情况下，能以两种不同的空间形式组成六员环。椅式椅式船式船式 纽曼投影式：纽曼投影式： HHHHHHHHHHHHHHHHHHHH椅式构象椅

11、式构象船式构象船式构象分子模型：分子模型：椅式构象椅式构象船式构象船式构象v椅式构象较稳定的原因：椅式构象较稳定的原因：船式构象中相邻碳上的碳氢键全部为重叠式构象，存船式构象中相邻碳上的碳氢键全部为重叠式构象，存在扭转张力，而椅式构象中相邻碳上的碳氢键全部为交在扭转张力，而椅式构象中相邻碳上的碳氢键全部为交叉式构象，没有扭转张力。叉式构象，没有扭转张力。 船式构象中船头碳原子船式构象中船头碳原子C1和和C4上的氢原子距离较近，上的氢原子距离较近，斥力较大。而椅式构象中斥力较大。而椅式构象中C1和和C4上的氢原子距离较远，上的氢原子距离较远，斥力较小。斥力较小。 (2) 直立键和平伏键直立键和平

12、伏键 v椅式构象中的碳氢键可以分为两类，椅式构象中的碳氢键可以分为两类，6个碳氢键与分个碳氢键与分子的对称轴平行，叫做直立键或子的对称轴平行，叫做直立键或a键。键。v另外另外6个碳氢键指向环外，与直立键成个碳氢键指向环外，与直立键成10928的角，的角，平伏着向环外伸展，叫做平伏键或平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键。键。 (3) 转环作用转环作用 XXv一个椅式构象的环己烷，可以通过碳碳单键的旋转变成一个椅式构象的环己烷，可以通过碳碳单键的旋转变成另一种椅式构象，叫做转环作用。另一种椅式构象，叫做转环作用。 v在室温下就能迅速转环，在转环的过程中，原来的在室温下就能迅速转环，在转环的过程中，

13、原来的a键键全都变成全都变成e键，原来的键，原来的e键全都变成键全都变成a键。键。v环己烷构象的势能关系：环己烷构象的势能关系：E半椅式半椅式扭船式扭船式46kJmol-123kJmol-130kJmol-1半椅式半椅式椅式椅式椅式椅式船式船式 取代环己烷的构象取代环己烷的构象 v一元取代环己烷中，取代基占据一元取代环己烷中，取代基占据e键的构象更稳定。键的构象更稳定。 (1) 一元取代环己烷的构象一元取代环己烷的构象 5% 95% CH3CH3室 温v原因：原因：a键上的甲基和环同一边相邻的两个键上的甲基和环同一边相邻的两个a键氢原子键氢原子距离较近，存在较大的斥力。距离较近，存在较大的斥力

14、。CHHHHHH0.255nm 0.233nm v这种斥力称为范得华张力。这种斥力称为范得华张力。 H H0.30nm 氢分子氢分子C(CH3)3C(CH3)3室 温99.9% 1 1 物理性质物理性质 v在室温和常压下，环丙烷和环丁烷为气体，环戊烷到在室温和常压下，环丙烷和环丁烷为气体，环戊烷到环十一烷为液体，环十二烷以上为固体环十一烷为液体，环十二烷以上为固体； v环烷烃的熔点、沸点、相对密度都比含同数目碳原子环烷烃的熔点、沸点、相对密度都比含同数目碳原子的直链烷烃高的直链烷烃高； v脂环烃均不溶于水；脂环烃均不溶于水；v脂环烃的密度在脂环烃的密度在0.6880.853之间。之间。2-11

15、 环烷烃的物理化学性质环烷烃的物理化学性质（）（） 和开链烃相似的反应和开链烃相似的反应 + Cl2 Clh CH3+ Cl2hCH3Cl+ HClv环烷烃的自由基取代反应，常见的是卤代反应，反环烷烃的自由基取代反应，常见的是卤代反应，反应的活性和环的大小无关。应的活性和环的大小无关。 + Br2BrHBr+3002 化学性质化学性质 （）（） 环烷烃的特性反应环烷烃的特性反应 v环丙烷、环丁烷在催化剂作用下与氢反应，环破裂加环丙烷、环丁烷在催化剂作用下与氢反应，环破裂加氢生成开链烷烃，反应的活性和环的大小有关。氢生成开链烷烃，反应的活性和环的大小有关。 1) 催化加氢催化加氢 v由于受到环的

16、影响，特别是小环结构的环烷烃，具有由于受到环的影响，特别是小环结构的环烷烃，具有一些开链烷烃不同的特性。一些开链烷烃不同的特性。 +H2Ni40CH3CH2CH3COv环戊烷要用活性更高的催化剂铂，在较高的温度下才环戊烷要用活性更高的催化剂铂，在较高的温度下才能加氢变成开链烷烃，环己烷则很难发生加氢反应。能加氢变成开链烷烃，环己烷则很难发生加氢反应。 + H2PtCH3(CH2)3CH3300+ H2NiCH3CH2CH2CH31202) 亲电加成反应亲电加成反应 v环丙烷在室温下可以和卤素、氢卤酸等试剂起亲电加环丙烷在室温下可以和卤素、氢卤酸等试剂起亲电加成反应，生成开链化合物。成反应，生成

17、开链化合物。+ Br2BrCH2CH2CH2Br+ Cl2ClCH2CH2CH2ClFeCl3环丙烷的烷基衍生物和氢卤酸加成时，符合马氏规则。环丙烷的烷基衍生物和氢卤酸加成时，符合马氏规则。CH3+ HBrCH3CHCH2CH3Br+ HBrCH3CH3CH3CH3 C CH CH3CH3BrCH3v环丁烷在加热条件下可以和卤素发生加成反应；环丁烷在加热条件下可以和卤素发生加成反应；v环戊烷以上，在加热条件下也不起加成反应。环戊烷以上，在加热条件下也不起加成反应。 + Br2BrCH2CH2CH2CH2Br3) 氧化反应氧化反应 v在室温下环烷烃难以氧化，和一般的氧化剂如酸性高锰在室温下环烷烃难以氧化，和一般的