有机化学烷烃和环烷烃

1、第二章第二章 饱和烃饱和烃烃类烃类（烷烃、烯烃、炔烃、芳烃）（烷烃、烯烃、炔烃、芳烃）2 2 烷烃的结构烷烃的结构构成烷烃的碳原子以sp3杂化轨道成键，为键。（1）形状：一头大，一头小。（2）成分：每一个轨道含1/4S，3/4P成分。（3）易于成键：成键时，轨道重叠程度大于单纯S或P轨道。（4）键角：等性杂化，各轨道间夹角均为10928。spsp3 3 杂化轨道特点杂化轨道特点复习复习CHHHH109.5o1.09 键键(sp3-s)CHHCHHHH109.3o1.54 1.10 键键(sp3-s) 键键(sp3-sp3)键键：轴对称，键可“旋转”。CH4C2H6C3H8C4H10C5H12C

2、6H14C20H42366,319235化合物含有的碳原子数和原子种类越多化合物含有的碳原子数和原子种类越多, , 同分异构体越多。同分异构体越多。 构造异构体的含义构造异构体的含义l构造异构体构造异构体是指是指分子式相同分子式相同, ,分子中各原子分子中各原子连接次序不同连接次序不同的化合物的化合物，又叫，又叫碳架碳架异构异构。正丁烷正丁烷异丁烷异丁烷H3CCH2CH2CH3H3CCHCH3CH3H3CCCH3CH3CH3H3CCH2CH2CH2CH3H3CCHCH2CH3CH3CHCH2CCH3CH3CH3H3CCH3R（烷烷基基）CH3CH3CH2CH3CH2CH2中中文文名名英英文文名

3、名甲甲基基乙乙基基（正正）丙丙基基methylethyln-propylCH3CHCH3异异丙丙基基缩缩写写MeEtn-Prisopropyli-PrRHRCH3CH2CH2CH2CH3CHCH2CH3（正正）丁丁基基异异丁丁基基n-butylisobutylCH3CCH3CH3叔叔丁丁基基tert-butyln-Bui-But-Bu(tertiary)CH3CH2CH仲仲丁丁基基sec-butyls-BuCH3(secodary)R（烷烷基基）中中文文名名英英文文名名缩缩写写C1C2C3CH4CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3CH3(CH2)3CH3

4、CH3CHCH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH3C4C5CH3(CH2)4CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3C6如何命名？如何命名？如何命名？如何命名？CH3(CH2)5CH3CH3(CH2)6CH3CH3(CH2)7CH3CH3(CH2)8CH3CH3(CH2)9CH3CH3(CH2)10CH3CH3(CH2)11CH3CH3(CH2)18CH3C7C8C9C10C11C12C13C20最长链为主链最长链为主链取代基编号数最小取代基编号数最小CH3CH2CH2CHCHCH3CH2CH

5、31234CH356122 甲甲基基 3 乙乙基基己己烷烷3- -异异丙丙基基己己烷烷3 ethyl 2 methylhexane3456不不正正确确命命名名取代基最多的链为主链取代基最多的链为主链小基团排在前面（英文小基团排在前面（英文以字母顺序排列）以字母顺序排列）CH3CH2CH2CHCH2CH3CH2CH2CH2CH312345678123456784 乙乙基基辛辛烷烷4 ethyloctane4 乙乙基基 辛辛烷烷不不正正确确命命名名不同基团编号相不同基团编号相同时，使小取代基同时，使小取代基编号最小编号最小7CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3123456CH3123456

6、CH2CH38783- -甲甲基基- -6- -乙乙基基辛辛烷烷6 ethyl 3 methyloctane相同取代基合并用相同取代基合并用大写大写数字表示（数字表示（英英文表示基团数目用词文表示基团数目用词头头 di, tri, tetra, penta, hexa 表示）表示）CH3CH2CHCH2CHCHCH2CH3EtEt123456Et783, 4, 6 三三乙乙基基辛辛烷烷3, 4, 6 triethyloctane用用“,”隔开隔开 支链上连有取代基支链上连有取代基，则从和主链相连的碳原子开始将支，则从和主链相连的碳原子开始将支链碳原子依次编号，并将取代基位号、名称连同支链名写链

7、碳原子依次编号，并将取代基位号、名称连同支链名写在括号内。在括号内。CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3H3CCH2CH31 2 3 4 5 6 7 8 9 102312-甲基甲基 5 -（1,1-二甲基丙基）二甲基丙基）癸烷癸烷2-甲基甲基 5 - 1,1-二甲基丙基二甲基丙基癸烷癸烷例题：例题： CH3CH2CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH2CHCH3CH3123456712345672 , 5_ _4正确：二甲基异丁基庚烷支链编号：2 , 5 , 4错误： 2 , 6_ _4二甲基仲丁基庚烷支链编号：2 , 6 , 4命名下列烷烃CH3CH CH

8、2CH CH2CCH3CH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH31 2 3 4 5 6 7 8 9-4-异丙基A A）选主链。）选主链。B B）编号码。）编号码。C C）名取代。）名取代。壬烷2，6，6-三甲基用系统命名法命名下列烷烃：用系统命名法命名下列烷烃：1课堂练习课堂练习CH3CH2CHCHCH2CH3CH3CH2CH2CH32.3 2.3 烷烃的构象（烷烃的构象（conformationconformation）构象构象：一已知构型的分子，仅由一已知构型的分子，仅由单键的旋转单键的旋转而引起分而引起分子中的原子或基团在子中的原子或基团在空间空间的特定排列形式称为构象。的特定排列形

9、式称为构象。构象异构体：构象异构体：单键旋转时会产生无数个构象，单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为这些构象互为构象异构体。构象异构体。乙烷的两种构象乙烷的两种构象CHHCHHHH12HHHHHH1212HHHHHH1Ball and Stick Model不方便不方便伞形式伞形式( (透视式透视式)锯架式锯架式 ( (从斜侧面看分子模型的形象从斜侧面看分子模型的形象) )投影式投影式( (从碳碳键轴的延长线上来观察从碳碳键轴的延长线上来观察 ) )构象有无数种，主要研究典型位置的构象：重叠式、交叉式。重叠式、交叉式。von der waals排斥力，排斥力，CHHCHHHH2.3 小于两

10、个小于两个H 的的von der waals 半半径（径（1.2）之和，）之和，有排斥力有排斥力重叠式能量比交叉式高12.1KJ/mol乙烷构象能量变化图乙烷构象能量变化图060120potential energy (KJ/mol)degrees of rotation12.11HHHHHH1HHHHHH1HHHHHH分子由一个交叉式转到另一个交叉式需经过能量较高的重叠式，亦称能垒。因此，碳碳单键的旋转并非自由碳碳单键的旋转并非自由。说说 明明旋旋转转60o12HHHHHH112HHHHHH112HHHHHH1旋旋转转60o旋转中须克服能垒旋转中须克服能垒扭转张力扭转张力 电子云排斥电子云排

11、斥 相邻相邻两两H间的间的von der waals排斥力排斥力Newman投影式的写法投影式的写法： (1) 从从C- -C单键的延线上观察：单键的延线上观察： 前碳前碳： 后碳后碳： (2) 固定固定“前前”碳，将碳，将“后后”碳沿键轴旋转，得到乙烷的碳沿键轴旋转，得到乙烷的各种构象。或固定各种构象。或固定“后后”碳，将碳，将“前前”碳沿键轴旋转，碳沿键轴旋转，得到乙烷的各种构象。得到乙烷的各种构象。 60oC1旋旋转转 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全重叠式室温下，构象异构体处于迅速转化的动态平衡，不能分离不能分离。对位交叉占68%， 邻位交叉占32%，其余含量极少

12、。CH3HBrBrHH3C60oCH3HBrBrHH3C60o2360oHBrCH3BrHH3CC2转HBrCH3BrHH3C60oBrH3CHBrHH3C60oBrH3CHBrHH3C60o其它烷烃的构象其它烷烃的构象例例：画画出出化化合合物物的的所所有有交交叉叉式式和和重重叠叠式式构构象象BrHCH3BrH3CH23规律规律: 大基团总是大基团总是占据反是对位交叉占据反是对位交叉最稳定最稳定最不稳定最不稳定沸点：沸点： 化合物的蒸汽压等于外压化合物的蒸汽压等于外压(0.1Mpa)时的温度。时的温度。 常温常压下，常温常压下，C4以下为气体，以下为气体， C5-C16 液体，液体，C16固体

13、固体 烷烃的烷烃的b.p随分子量的随分子量的而有规律地而有规律地2.4 物理性质物理性质每增加一个每增加一个CH2，b.p的升高，但升高值随分子量的增加而减小的升高，但升高值随分子量的增加而减小。 CH4 b.p -162C C2H6 b.p -88C (沸差为74C) C14H30 b.p251C C15H32 b.p268C (沸差为17C) 原因：原因： 分子间色散力分子间色散力(瞬间偶极间的吸引力瞬间偶极间的吸引力)与分子中原子的大小和数目成与分子中原子的大小和数目成正比，分子量正比，分子量，色散力，色散力，因而，因而b.p。 正构者正构者b.p高。支链越多，沸点越低。高。支链越多，沸

14、点越低。 n- C5H12 (b.p 36C) i- C5H12 (b.p 28C) 新- C5H12:( b.p 9.5C) 原因：支链多的烷烃体积松散，分子间距离大，接触面积小，色散力小原因：支链多的烷烃体积松散，分子间距离大，接触面积小，色散力小2. 熔点熔点 烷烃的烷烃的m.p亦随分子量的增加而有规律地增加：亦随分子量的增加而有规律地增加：总趋势是分子总趋势是分子量量，m.p。 但但偶碳数者偶碳数者m.p 高，高， 奇碳数者奇碳数者m.p低低。原因原因1： 烷烃在结晶状态时，碳原子排列很有规律，碳链为烷烃在结晶状态时，碳原子排列很有规律，碳链为锯齿形：锯齿形：分子间距离紧凑，分子间力大

15、，晶格能高分子间距离紧凑，分子间力大，晶格能高 分子间距离松散，分子间力小，晶格能低分子间距离松散，分子间力小，晶格能低原因2： 烷烃的熔点变化除与烷烃的熔点变化除与分子量分子量有关，还与有关，还与分子的形状分子的形状有关有关。对于分子式相同的同分异构体：。对于分子式相同的同分异构体：新新戊戊烷烷 异异戊戊烷烷m.p. 对称性高，晶格能高对称性高，晶格能高3. 相对密度相对密度 随分子量随分子量，烷烃的相对密度，烷烃的相对密度，最后接近于，最后接近于 0.8(d0.8) 原因原因:分子量分子量，分子间力，分子间力，分子间相对距离，分子间相对距离，最后趋，最后趋于一极限。于一极限。4. 溶解度溶

16、解度 不溶于水，易溶于有机溶剂如不溶于水，易溶于有机溶剂如CCl4, (C2H5)2O, C2H5OH等。等。 原因：原因：“相似相溶相似相溶”，烷烃极性小。，烷烃极性小。 CCH2.5.1 氧化和燃烧反应（了解）氧化和燃烧反应（了解）燃烧反应：催化氧化： RCH2CH2RO2,120C0锰盐，1.53MPaRCOOH + RCOOH用途：用途：内燃机,汽油,柴油等发生热能的基本反应,热源利用(沼气等).CnH2n+2+3n+12()O2nCO2 (n+1)+H2O2.5.2（3） 异构化和裂化（自学）异构化和裂化（自学）CH3CH2CH2CH3隔绝空气600 CoCH4 + CH3CH3 +

17、 CH3CH2CH3 + CH2=CHCH3 + CH2=CH2等化合物从一种构造转变成另一种构造的反应称为异构化反应异构化反应。 CH3CH2CH2CH3AlCl3, HCl90 95 ,1 2MPaCH3CHCH3CH3正构烷烃异构成带支链的烷烃，可以提高油品的质量。烷烃在没有氧气存在下进行的热分解反应叫裂化反应裂化反应 利用裂化反应，可以提高汽油(C6C9)的产量和质量。 辛烷值也称为抗爆震能力，辛烷值也称为抗爆震能力，辛烷值越大，抗震性好，质辛烷值越大，抗震性好，质量也好量也好。正正庚庚烷烷 2,2,4-三甲基戊烷三甲基戊烷辛烷值辛烷值 0 100辛烷值辛烷值汽油：汽油：C4C10，支

18、链烷烃、烯烃及某些芳烃具有较好的，支链烷烃、烯烃及某些芳烃具有较好的抗震性，异构化和裂解反应可以改善油品辛烷值，提高抗震性，异构化和裂解反应可以改善油品辛烷值，提高油品质量。油品质量。hv orCH3Cl+Cl2CH2Cl2CHCl3CCl4+HCl+CH4 CH4 （过过量量）Cl2+hv or CH3Cl+HClCH4Cl2（过过量量）+hv or+HClCCl4 +定义：烷烃中氢原定义：烷烃中氢原子被其它基团取代子被其它基团取代的反应的反应2.5.4 烷烃的取代反应烷烃的取代反应 I2HICH3I+CH4+hv orCH3X+X2CH2X2CHX3CX4+HX+CH4 +CH4 （过过量

19、量）X2+hv or CH3X+HXCH4X2（过过量量）+hv or+HXCX4 主要讨论的内容主要讨论的内容解释：解释：1反应活性反应活性 2 反应热反应热l l CH4X2+hv or CH3X+HXn Cl2n CH4hv or CH4ClCl2ClClCl ClCl+DH = 242.7 kJ/mol易易发发生生Cl2ClCl ClCl+自自由由基基消消失失，回到起始物 Cl+ Cl+ClCl无无效效碰碰撞撞（净净结结果果= =0 0）氯自由基氯自由基CH3HHCH3+不不易易发发生生DH = 439.3 kJ/molClCH3H+ClH+CH3有有效效碰碰撞撞（产产生生新新的的自自

20、由由基基）甲基自由基甲基自由基ClCH3H+ClH+CH3重重复复前前面面反反应应CH4ClCl2HClCH3CH3ClCH4ClCl2HClCH3CH3ClCl+CH3Cl+Cl有有效效碰碰撞撞( (产产生生CH3Cl和和Cl )ClCH3+CH3Cl自自由由基基消消失失，反反应应终终止止CH3CH4+CH3CH4+净净结结果果= =0 0ClHClCH3CH3ClCH3ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3Cl2n HClCH3CH3( (少少) )n CH3ClClCH3H+ClCl ClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+

21、CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反应应重重复复进进行行链链引引发发链链转转移移（链链传传递递, ,链链增增长长）链链终终止止chain initiationchain propagationchain terminationhv or BrCH3H+BrBrBrBr+CH3BrBr+BrBrBr+BrBrBrCH3+CH3BrCH3CH3+CH3CH3BrH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反应应重重复复进进行行链链引引发发链链转转移移（链链传传递递, ,链链增增长长）链链终终止

22、止chain initiationchain propagationchain terminationCH3Brhv or hv orX2CH4 CH3XXX2CH3XH机理应解释机理应解释的实验现象的实验现象? O2 存在时有存在时有延迟现象延迟现象? 反应速率：反应速率：氯代氯代 溴代溴代Csp2HHH甲基自由甲基自由基的结构基的结构OOCH3OO+CH3OO过过氧氧烷烷氧氧基基自自由由基基较较稳稳定定, ,活活性性低低O2双双自自由由基基+ + 7.5 kJ/mol吸热吸热112.9 kJ/mol放热放热ClCH3H+ClClClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClC

23、lCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反应应重重复复进进行行hv or 2.5.6 ClH +CH3反反应应进进程程ClCH4+ClCH3H ClCH3Cl CH3Cl + ClEa 1Ea 2 H 1 H 2 势势能能势能最高势能最高处的原子排列，处的原子排列，Ea：活化能（：活化能（ activation energy）；）； H: 反应热反应热XCH3H+XH+CH3435 kJ/mol431 kJ/mol H( (反反应应热热) )+ 4 kJ/molEa( (活活化化能能) )+ 17 kJ/mol+

24、69 kJ/mol+78 kJ/molCl366.1 kJ/molBrClCH3H ClCH4+HCl +CH316.775.3反反应应进进程程反反应应进进程程势势能能 k kJ J/ /m mo ol l势势能能 k kJ J/ /m mo ol l BrCH3H HBr +CH3BrCH4+2.5.7 2.5.7 烷烃卤代反应的选择性问题烷烃卤代反应的选择性问题CH3CH2CH3X2CH3CH2CH2XCH3CHCH3+Xhv or XH+R1XH+R2XRH+自由基生成的自由基生成的相对速度决定相对速度决定反应的选择性反应的选择性自由基稳定性：自由基稳定性：R1R2自由基的相对稳定性自由

25、基的相对稳定性决定反应的选择性决定反应的选择性R H的键离解能（的键离解能（DH）XRH+XH+R1R1HR2H+R2自由基的相对稳定性：自由基的相对稳定性：3o 2o 1oCH3CH2CH3CH3CHCH3CH3CH2CH2410.0 kJ/mol397.5 kJ/mol+H+HCH3CHCH3CH3CCH3CH3CHCH2CH3CH3CH3389.1 kJ/mol410.0 kJ/mol+H+H键离解能（键离解能（DH）Csp2HHH 电子转移电子转移，使电荷更分散，有利于体系，使电荷更分散，有利于体系 的稳定的稳定CCHHHHH pH3CCCH3CH3H3CCCH3HH3CCHHHCHH

26、 -p 0 3 6 9自由基稳定性：自由基稳定性：3 R 2 R 1 R CH3C+CH3H3CC：HH，p -超共轭效应只考虑氢原子的类型只考虑氢原子的类型, , 忽略烷烃结构的影响忽略烷烃结构的影响CH3CH2CH3Cl2hv , 25oCCH3CH2CH2ClCH3CHCH3+Cl43%57%CH3CHCH3Cl2hv , 25oCCH3CHCH2ClCH3CCH3+Cl64%36%CH3CH3CH3氯代选择性氯代选择性（25oC）：3o H : 2o H : 1o H = 5.0 : 4 : 1选择性：选择性：2o H : 1o H = 57/2 : 43/6 = 4 : 1选择性：选

27、择性：3o H : 1o H = 36/1 : 64/9 = 5 : 1CH3CH2CH3Br2hv , 127oCCH3CH2CH2BrCH3CHCH3+Br3%97%CH3CHCH3Br2hv , 127oCCH3CHCH2BrCH3CCH3+Br少量 97 %CH3CH3CH3选择性：选择性：2o H : 1o H = 97/2 : 3/6 = 82 : 1选择性：选择性：3o H : 1o H = 1600 : 1溴代选择性溴代选择性（127oC）：3o H : 2o H : 1o H = 1600 : 82 : 1自由基的相对稳定性：自由基的相对稳定性：3o 2o 1o氯代反应反应迅

28、速，但选择性差；溴代反应反氯代反应反应迅速，但选择性差；溴代反应反应温和，选择性好应温和，选择性好。 天然气、沼气中烷烃含量可达到天然气、沼气中烷烃含量可达到75%97% 油田气的主要成分是低级烷烃。油田气的主要成分是低级烷烃。 某些动植物中含有少量某些动植物中含有少量 卷心菜叶卷心菜叶 正二十九烷正二十九烷 C29H60 菠菜叶菠菜叶 C33H68 C37H76 C35H72 苹果表皮苹果表皮 正二十七烷正二十七烷 C27H56 天然气、石油是烷烃的主要来源天然气、石油是烷烃的主要来源2.6 烷烃的主要来源和制法 2.6.1 烷烃的主要来源烷烃的主要来源油田油田 乙炔乙炔 乙烯乙烯开采开采

29、油田气油田气 裂解裂解 丙烯丙烯 丁二烯丁二烯 原油原油 炼厂气炼厂气 环己烯环己烯 苯苯 石油石油 加工加工 甲苯甲苯 二甲苯二甲苯液体石油液体石油 重整重整 萘萘 馏分馏分石油的开采和利用石油的开采和利用 RXLiRLiCuXR2CuLiRXR R2）CoreyHouse反应反应CH3CH=CHCH3 + H2CH3CH2CH2CH3Ni,乙醇25 C，5MPa。1） 烯烃加氢烯烃加氢 2n-C16H33I + Na n-C32H66 + 2NaI23) Wurtz 3) Wurtz 反应反应 卤代烷和钠作用得到碳链增长一倍的烷烃，卤代烃以溴或碘代烷为好，伯卤代烷可以得到更高的产率。2RX

30、+2NaR R+2NaXRX + RX + Na RR + RR + RR当这些混合物难以分离时，该方法就失去了应用价值。 WurtzWurtz反应仅适用于合成对称的烷烃反应仅适用于合成对称的烷烃RRRR。如果用两种不同的卤代烷，则Wurtz反应的结果会产生3种不同的烷烃。格氏试剂和含活泼氢的化合物(如水、醇、氨等)作用得到烷烃：4) Grignard (4) Grignard (格林尼亚格林尼亚) )试剂法试剂法RMgX+H OHR H+Mg(OH)X本部分总结本部分总结 烷烃的卤代及其自由基反应机理； 烷烃的制备； 氢原子的活泼性：3H2H1H； 自由基的稳定性：321 CH3。主要内容主

31、要内容u 直链烷烃两头的两个碳原子以单键连接成直链烷烃两头的两个碳原子以单键连接成环状环状结构。结构。 以环为母体，名称以环为母体，名称用用“环环” （英文（英文用用 “cyclo”）开）开头。头。 环外基团作为环上环外基团作为环上的取代基的取代基CH31231234 取代基位置数字取取代基位置数字取最小最小（二）环烷烃命名（二）环烷烃命名复杂化合物，环作取代基，长链作母体。复杂化合物，环作取代基，长链作母体。3-甲基甲基-4-环丁基环丁基庚烷庚烷2. 桥环和螺环化合物的命名桥环和螺环化合物的命名 含有两个或两个以上碳环的化合物称为含有两个或两个以上碳环的化合物称为多环烃，其中通过多环烃，其中

32、通过共用两个碳原子的双共用两个碳原子的双环结构称为桥环化合物环结构称为桥环化合物；而通过而通过共用一个碳原子的双环结构称为共用一个碳原子的双环结构称为螺环化合物螺环化合物。12345678910124567891012345678910 (用用.隔开隔开) 从从桥头碳开始桥头碳开始编号，经过编号，经过最大环最大环到达另一桥头，再经次到达另一桥头，再经次第二第二大环大环回到第一个桥头，最短的桥最后编号。回到第一个桥头，最短的桥最后编号。 母体名称前冠以母体名称前冠以“环数环数”，后接，后接, ,方括中表明环内方括中表明环内 除桥头除桥头碳原子外的碳原子数目，碳原子外的碳原子数目，从大到小从大到小

33、排列，之间用排列，之间用圆点圆点分开。分开。1.1.尽可能使取代基或不饱和键位次较小尽可能使取代基或不饱和键位次较小123456788,8-二甲基双环二甲基双环3.2.1辛烷辛烷123456789 双环双环4,3,0壬烷壬烷123456782,8-二甲基双环二甲基双环3,2,1-6-辛烯辛烯 编号从小环开始编号从小环开始 取代基数目取最小取代基数目取最小 (用用.隔开隔开)123456789101234567从从小环小环中与共有碳原子中与共有碳原子相连的碳原子开始编号相连的碳原子开始编号，经，经过共有碳原子，再编另一大环。过共有碳原子，再编另一大环。尽可能使尽可能使取代基处在最小的位次取代基处

34、在最小的位次母体名称前冠以母体名称前冠以“螺螺”，后接，后接 ,方括内注明环中方括内注明环中除共有碳原子以外的碳原子数，由除共有碳原子以外的碳原子数，由小到大小到大，之间用，之间用圆点隔开。圆点隔开。CH3145674-甲基螺2.4庚烷231234567896-甲基螺4.4-1-壬烯（三）环烷烃的同分异构（三）环烷烃的同分异构1 构造异构构造异构2 顺反异构顺反异构-由于分子中与由于分子中与环或双键环或双键相连接的原子或原子团相连接的原子或原子团的相对旋转受到阻碍而产生的来的相对旋转受到阻碍而产生的来立体异构立体异构。两个相同的原子（团）在环的两个相同的原子（团）在环的同侧同侧为为顺式顺式构型

35、构型两个相同的原子（团）在环的两个相同的原子（团）在环的异侧异侧为为反式反式构型构型CH3HCH3HCH3HCH3HH3CCH3H3CCH3HHH3CCH3 顺反异构用顺反异构用“顺顺”或或“反反”注明基团相对位注明基团相对位置。置。 英文用英文用 “cis”和和“trans”表示。表示。 1. 影响构象稳定性的因素影响构象稳定性的因素： 角张力：角张力：任何原子都倾向于使其键角与成键轨道的角度相匹配，任何原子都倾向于使其键角与成键轨道的角度相匹配， 即即sp3碳的键角倾向于接近碳的键角倾向于接近109.5 扭转张力：扭转张力：相连的两个相连的两个sp3碳倾向于成交叉式，使键电子云之间碳倾向于

36、成交叉式，使键电子云之间 斥力尽可能最小，斥力尽可能最小，即二面角倾向于成即二面角倾向于成60 空间位阻：空间位阻：非成键的原子和基团的大小、极性、相互距离对稳非成键的原子和基团的大小、极性、相互距离对稳 定性的影响。定性的影响。即即Van der Waals张力尽可能小张力尽可能小 （四）结（四）结构构 环丙烷三个原子共平面，相邻的两个C上C-H键处于重叠式，能量高能量高。扭转张力：扭转张力：由于构象是重叠式而引起的张力称之。环丙烷分子中由于角张力和扭转张力角张力和扭转张力均存在，分子能量高，不稳定。2. 环丙烷（了解）环丙烷（了解）CCCHHHHHH104o角张力角张力扭转张力扭转张力角张

37、力稍增角张力稍增加加, , 扭转张扭转张力明显减小力明显减小HHHHHHHH1234C1-C2C4-C3HHHHHH1234HHHHHHHHHH1234HHHHH2C123H2C4C1-C2HHHHHHHH1234HH5HH4HH5HHHHH2C12CH24H2C35C4-C5C1-C2C4-C5 为全为全重叠式构象重叠式构象C1-C2, C2-C3 为交叉式为交叉式3 环己烷的结构及构象环己烷的结构及构象120oHHHHHHHHHHHHn 环己烷不是平面型分子环己烷不是平面型分子HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH123456123456根据环己烷的燃烧热可以知道：根据环己烷的燃

38、烧热可以知道：环己烷分子中不存在环张力，即无角张力，也无扭转张力。环己烷分子中不存在环张力，即无角张力，也无扭转张力。分子中键角为分子中键角为109.5，碳原子之间为交叉式构象。，碳原子之间为交叉式构象。环己烷的两种极限构象环己烷的两种极限构象椅式：椅式：船式：船式：H 的范德华半径为的范德华半径为1.2HHHHHHHHHHHH123456旗旗杆杆键键C2- -C3C6- -C5HHHHHHHH165423重重叠叠式式（扭扭转转张张力力 范范德德华华力力）1.8 HHHHHHHHHHHH123456C4- -C3C6- -C1HHHHHHHH612543交交叉叉式式( (范范德德华华力力) )

39、4623.55.4kJ / mol势势能能扭扭转转过过程程 环己烷椅式构象的画法环己烷椅式构象的画法HHHHHHHHHHHH相对的两根键相互平行相对的两根键相互平行六个碳原子交替分布在两个平面上六个碳原子交替分布在两个平面上每个碳均有一根每个碳均有一根C H键在垂直方向键在垂直方向(竖键，竖键，a 键键)，上平面，上平面 的向上画，下平面的向下画的向上画，下平面的向下画其它其它C H键键(横键，横键，e 键键)分别向左分别向左(左边的三个左边的三个)或向右或向右(右右 边的三个边的三个)，上下交替，上下交替 环己烷椅式构象中的两种类型氢环己烷椅式构象中的两种类型氢 C H：a 键键 axial

40、 bond 竖键、直键、直立键竖键、直键、直立键 C H：e 键键 equatorial bond 横键、平键、平伏键横键、平键、平伏键HHHHHHHHHHHH123456HHHHHHHH612543a a键型构象键型构象e e键型构象键型构象哪种更稳定？结论：结论：e e键型构象的稳定性大于键型构象的稳定性大于a a键型构象键型构象CCHH123456612345HHHHHHHHHHHHHHHHHHHCHHHCHHHCHHHH3CH3CH3C 当两个取代基都当两个取代基都取代在环平面的同方向取代在环平面的同方向时，称为顺式；时，称为顺式；取代取代在环平面的反向在环平面的反向时，称为反式。时，称为反式。（2）二取代环己烷的顺）二取代环己烷的顺/反异构和稳定性反异构和稳定性CH3CH3CH3H3C顺-1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷l cis- -1, 2- -二甲基环己烷二甲基环己烷CH3CH3HHCH3CH3CH3CH3122112l tra