基础有机化学 脂环烃

基础有机化学脂环烃第一页，共四十七页，2022年，8月28日桥环和螺环化合物的命名；环己烷和取代环己烷的构象分析。脂环化合物的命名；环烷烃的典型构象和稳定性的关系；环己烷的构象及其表示方法；熟悉环烷烃的特性反应；了解环的张力学说。主要内容重点难点第二页，共四十七页，2022年，8月28日5-1脂环烃的分类与命名1分类按环上碳原子的饱和程度，可分为环烷烃(通式CnH2n)环烯烃(通式CnH2n-2)环炔烃(通式CnH2n-4)环戊烷环己烯环辛炔小环C3~4，普通环C5~7，中环C8~11，大环>12C。

按环的大小：第三页，共四十七页，2022年，8月28日按照分子中所含碳环的数目，可分为单环脂环烃二环脂环烃多环脂环烃环己烷环戊二烯甲基环己烷十氢化萘降冰片烷螺[2,4]庚烷立方烷篮烷金刚烷第四页，共四十七页，2022年，8月28日2命名（A）单环脂环烃选母体化合物：

在相应脂环烃烃名称前加“环”字，称为“环某烷”；“环某烯”；“环某炔”。定编号：使所有取代基编号尽可能小.环戊烷甲基环己烷1,2-二甲基环己烷1-甲基-3-乙基第五页，共四十七页，2022年，8月28日1-甲基-4-异丙基环己烷1-methyl-4-isopropylcyclohexane4-环丙基辛烷4-cyclopropyloctane环丁烷cyclobutane第六页，共四十七页，2022年，8月28日分子中有不饱和碳碳键，命名时应使不饱和键上的碳编号最小。

3-甲基环戊烯3-methylcyclopentene3-甲基-1,4-环己二烯3-methyl-1,4-cyclohexadiene

1-甲基环戊烯1-methylcyclopentene第七页，共四十七页，2022年，8月28日（B）二环烃分子碳架中含有两个碳环的烃.分为:桥环烃(桥烃)二环[4.4.0]癸烷(十氢化萘)二环[2.2.1]庚烷(降冰片烷)螺环烃(螺烃)螺[4.4]壬烷

联环烃联二环己烷第八页，共四十七页，2022年，8月28日

螺环烷烃两个碳环共用一个碳原子的脂环烃.母体化合物：词头[两环碳原子数目表示]母体.①词头:螺spiro②两环碳原子数目表示由小环到大环，用圆点分开.③母体:按成环碳原子总数称为“某烷”.螺原子编号从较小环与螺原子相邻的碳开始，沿小环经螺原子到较大的环.第九页，共四十七页，2022年，8月28日螺[2.4]庚烷螺[5.5]十一烷螺[3.4]辛烷

123456785-甲基10-甲基螺[4.5]-6-癸烯螺[4.5]-1,6-癸二烯10-methylspiro[4.5]-6-decenespiro[4.5]-1,6-decadiene螺[4.5]-6-癸烯spiro[4.5]-6-decene1

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910第十页，共四十七页，2022年，8月28日桥环烃

在脂环烃分子中,两个碳环共用两个或多个碳原子时,称为桥环化合物.桥头碳原子第十一页，共四十七页，2022年，8月28日母体名称：词头[桥的表示]母体①词头：环数。形成开链化合物断键的次数，即为几环.②桥的表示:用阿拉伯数字表明每桥所含桥原子数目(桥头碳不包括在内),按由大到小的顺序排列,数字之间用小圆点分开,放在方括号中.③母体:按成环碳原子总数称为“某烷”.二环[3.2.1]辛烷第十二页，共四十七页，2022年，8月28日二环[3.2.1]辛烷3467852,8-二甲基-1-乙基编号:

编号从一个桥头开始，沿最长桥到另一桥头碳,再沿次长桥回到起始桥头碳,最后是最短桥的碳原子.写取代基：将取代基位次和名称放在“二环”之前即可.12第十三页，共四十七页，2022年，8月28日二环[3.2.1]辛烷bicyclo[3.2.1]octane英文名中二环用词头bicyclo-表示。1

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二环[2.2.0]己烷bicyclo[2.2.0]hexane7,7-二甲基二环[2.2.1]庚烷

7,7-dimethylbicyclo[2.2.1]heptane第十四页，共四十七页，2022年，8月28日写出下列化合物结构2-甲基二环[3.2.1]辛烷螺[2.4]庚烷第十五页，共四十七页，2022年，8月28日知识回顾۞

分类：۞

重点：命名۞

难点：螺环和桥环化合物命名

1234567834678512第十六页，共四十七页，2022年，8月28日5-2脂环烃的物理性质

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；

脂环烃均不溶于水；脂环烃的密度在0.688~0.853之间。第十七页，共四十七页，2022年，8月28日

C-C,C-Hσ键牢固，化学性质稳定，似烷烃；1.

取代反应H+BrBr+Br5-3脂环烃的化学性质环烷烃第十八页，共四十七页，2022年，8月28日2氧化反应

在室温下环烷烃难以氧化，和一般的氧化剂如酸性高锰酸钾等不起反应。可用高锰酸钾溶液来区别烯烃和环丙烷衍生物。

第十九页，共四十七页，2022年，8月28日π键C=Csp2-sp2σ键2p-2p

π键

温故知新第二十页，共四十七页，2022年，8月28日3.加成反应A加氢

随环上碳的增多，环烷烃稳定性增大。C3~C4脂环烃易断环，环可以加成，似烯烃CH2CH2CH2+HH第二十一页，共四十七页，2022年，8月28日B加卤素注意：不能用溴褪色的方法来区别环烷烃与烯烃。C加卤化氢？CH2CH2CH2+HBr第二十二页，共四十七页，2022年，8月28日取代环丙烷断键：断含氢最多和含氢最少的碳原子之间的键。加氢：氢加到含氢多的碳上。三员环在常温下与X2,HX即可发生开环反应；四员环加热后，方可反应；五六元环难发生加成反应。CH3-CH-CH2CH2+HBrCH2HCH2HCH2HCH2HCH2HCH2HBr第二十三页，共四十七页，2022年，8月28日环烯烃

与烯烃相似，碳碳双键可发生加成反应，α-氢原子发生取代反应。反式加成反-1,2-二溴环己烷第二十四页，共四十七页，2022年，8月28日１环丙烷环丙烷上的碳原子都是饱和碳原子，为sp3杂化。角张力：分子内部试图恢复正常键角的力。105.5°60°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。109.5°5-4环烷烃的结构第二十五页，共四十七页，2022年，8月28日环戊烷分子中，碳碳键的夹角为108°，接近sp3杂化轨道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。环己烷分子中6个碳原子不在同一平面上，碳原子之间的键角为109°28′，分子中没有张力。2其他环烷烃第二十六页，共四十七页，2022年，8月28日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。环三十烷第二十七页，共四十七页，2022年，8月28日３环烷烃的燃烧热与环的稳定性燃烧热测定数据表明：烷烃分子每增加一个CH2，其燃烧热数值的增加基本上是一个定值658.6kJ·mol-1。环烷烃可以看作是数量不等的CH2单元连接起来的化合物。但不同环烷烃中的单元CH2的燃烧热却因环的大小有着明显的差异。第二十八页，共四十七页，2022年，8月28日一些环烷烃的燃烧热(kJ·mol-1)：环烷烃单元CH2的燃烧热增大，则稳定性降低。第二十九页，共四十七页，2022年，8月28日１顺反异构

反-1-甲基-4-乙基环己烷trans-1-ethyl-4-methylcyclohexane顺-1,2-二甲基环丙烷反-1,2-二甲基环丙烷cis-1,2-dimethylcyclopropane

trans-1,2-dimethylcyclopropane

5-5环烷烃的立体异构第三十页，共四十七页，2022年，8月28日２环己烷的构象

透视式：(1)椅式构象和船式构象

六个碳原子均为sp3杂化，在保持键角109°28′不变的情况下，能以两种不同的空间形式组成六员环椅式船式

第三十一页，共四十七页，2022年，8月28日纽曼投影式：

椅式船式

第三十二页，共四十七页，2022年，8月28日分子模型：

椅式构象船式构象第三十三页，共四十七页，2022年，8月28日椅式构象和船式构象的对比：①船式构象：无角张力;相邻碳上的碳氢键全为重叠式，存在扭转张力；椅式构象：无角张力;相邻碳上的碳氢键全为交叉式构象，没有扭转张力。②船式构象：船头碳原子C1和C4上的氢原子距离较近，斥力较大;椅式构象：C1和C4上的氢原子距离较远，斥力较小。第三十四页，共四十七页，2022年，8月28日(2)直立键和平伏键

椅式构象中的碳氢键可以分为两类，6个碳氢键与分子的对称轴平行，叫做直立键或a键。另外6个碳氢键指向环外，与直立键成109°28′的角，平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键。第三十五页，共四十七页，2022年，8月28日(3)转环作用

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。第三十六页，共四十七页，2022年，8月28日在室温下就能迅速转环，在转环的过程中，原来的a键全都变成e键，原来的e键全都变成a键。第三十七页，共四十七页，2022年，8月28日环己烷构象的势能关系：E半椅式扭船式46kJ·mol-123kJ·mol-130kJ·mol-1第三十八页，共四十七页，2022年，8月28日３取代环己烷的构象

一元取代环己烷中，取代基占据e键的构象更稳定。(1)一元取代环己烷的构象

5%

95%

第三十九页，共四十七页，2022年，8月28日<0.1%

>99.9%

第四十页，共四十七页，2022年，8月28日(2)二元取代环己烷的构象

1,2-二取代：稳定的构象是e键上取代基最多的构象，若取代基不同时，大的取代基在e键上的构象最稳定。第四十一页，共四十七页，2022年，8月28日优势构象优势构象第四十二页，共四十七页，2022年，8月28日1,3-二取代：

优势构象第四十三页，共四十七页，2022年，8月28日优势构象环己烷1,4-二