第三章环烷烃

第三章环烷烃第1页，课件共41页，创作于2023年2月分类：1.单环烷烃：小环，普通环（正常环），中环，大环

C数：3-45-78-12>122.多环烷烃：螺环烃，稠环烃，桥环烃

*单环烷烃的通式：CnH2n

不饱和度：Ω=四价原子数+1+

三价原子数–一价原子数2第2页，课件共41页，创作于2023年2月3.1环烷烃的异构和命名1.环烷烃的异构异构现象构造异构：碳链异构、官能团异构、位置异构、互变异构立体异构构型异构：顺反异构、对映异构构象异构构型（configuration)：在具有一定构造的分子中，原 子在空间的排列方式。eg.写出环烷烃C5H10的异构体（考虑构型）环烷烃的顺反异构：假定环中碳原子在一个平面上，以环平面为参考平面，两取代基在同一边的叫顺式（cis-)，否则叫反式（trans-)。第3页，课件共41页，创作于2023年2月eg.第4页，课件共41页，创作于2023年2月顺反异构的表示方法:第5页，课件共41页，创作于2023年2月或者表示为:构型异构体的互变将引起共价键的断裂,这需要较高的能量,在室温下不能实现.m.p.:-87.4℃-37.1℃b.p.:124.3℃119.4℃

第6页，课件共41页，创作于2023年2月2.环烷烃的命名：（1）单环烷烃：a.根据环中碳原子的数目叫“环某烷”；b.环上取代基的位次和编号写在母体环烃名字前面，“编号”原则与烷烃相同；c.若有两个取代基，则在最前面标明“顺、反”；d.若取代基碳链较长，则环作为取代基。eg.2-甲基-3-环丙基庚烷1,1-二甲基-3-异丙基环戊烷1-甲基-3-环丁基环戊烷（1R,2R,4R)-1,2-二甲基-4-氯环己烷第7页，课件共41页，创作于2023年2月（2）多环烷烃①

螺环烃：a.根据成环的碳总数，叫螺[]某烷b.两环除开共用C外的C数，由小到大，放于[]内，并用下角原点隔开c.编号：从小环—共用C—大环（并尽可能使取代基位次小）eg.5-甲基螺[2.4]庚烷5-氯螺[2.5]辛烷1234567第8页，课件共41页，创作于2023年2月母体名—几环[n1.n2.n3…]某烷环的数目各桥上碳数由大到小排全部环上碳原子数桥头碳—共用的碳原子桥—两个桥头碳原子间的碳链(2)桥环烃（包括稠环烃）：两个或两个以上碳 环共用两个以上的碳原子。第9页，课件共41页，创作于2023年2月a.判断环数及总碳数，称几环[]某烷*环数：将桥环烃变为开链化合物需要断开的C-C键的最小数b.将桥上碳原子数（不包括桥头碳）由多到少顺序列在[]内，并用下角原点隔开（有几个桥就有几个数字）。c.编号：从第一个桥头碳开始，从最长的桥编到第二个桥头碳，再沿次长的桥回到第一个桥头碳，即按桥渐短的次序将其余的桥依次编号。（若有取代基，则尽量使其位次较小）eg.二环[4.2.0]辛烷2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷123456781234567第10页，课件共41页，创作于2023年2月练习：1,2,4-三甲基二环[4.3.0]壬烷第11页，课件共41页，创作于2023年2月3.2环烷烃的物理性质和化学性质一.物理性质：状态：气C3-C4，液C5，m.p.d.s.二.化学性质：共性：同烷烃相似，光照或加热下发生自由基取代反应。（难氧化）特性：小环的开环加成（1）加氢：+H2Ni400C,常压+H2Ni1000C,常压Pt+H23000C,常压第12页，课件共41页，创作于2023年2月（2）加溴+Br2室温+Br2光照+Br2光照或3000C（3）加溴化氢+HBr+HBr不反应+HBr不反应第13页，课件共41页，创作于2023年2月结论：（1）环丙烷活性最大，不稳定，易发生开环加成（H2、 X2、HX）；（2）其它环烷烃性质与开链烷烃相似，发生X2的自由基 取代反应；（3）环丙烷衍生物开环位置：取代最多的C与取代最少 的C之间；加成位置：符合马氏规则。eg.马氏规则：H加成到含H较多的C上，X加成到含H较少的C上。Br2+HBr第14页，课件共41页，创作于2023年2月3.3环的张力一.拜尔张力学说(A.vonBaeyer,staintheory)2.环烷烃的燃烧热105°ＣＣＣ前提：假定所有成环C共平面（不正确）可以解释三元环的反应活性高不足：不能解释环已烷和大环烷烃无角张力第15页，课件共41页，创作于2023年2月环烷烃每个CH2的张力能/kJ·mol-1环丙烷38.5环丁烷27.4环戊烷5.4环己烷0环庚烷3.8环辛烷5.0环壬烷5.5环癸烷5.0环十四烷0张力能：环烷烃比对应的开链烷烃具有的较高能量。张力能越大分子内能越高越不稳定，环丙烷，环丁烷张力能最大最不稳定，容易开环；环戊烷，环庚烷张力能不太大，较稳定；环己烷和C12以上的大环化合物张力能小，稳定。第16页，课件共41页，创作于2023年2月环产生张力的因素Enb

非键性相互作用：非键合的两原子或原子团距 离小于其范氏半径之和（强烈排斥）El

键长变化：两成键原子间距离偏离正常键长Eθ

键角变化：键角偏离正常值Eø

扭转角变化3.张力能第17页，课件共41页，创作于2023年2月30C-40C0.161nm40C-10C0.155nm<C(40)C(30)C(40)1160<C(10)C(40)C(30)1130第18页，课件共41页，创作于2023年2月一.环己烷的构象椅式船式1）椅式构象不存在：

非键作用力扭转张力；角张力3.4环己烷的构象1.两种极端构象第19页，课件共41页，创作于2023年2月2）船式构象存在：非键作用力扭转张力稳定性：椅式构象>船式构象室温下，平衡有利于椅式构象（优势构象）存在：极限构象：船式椅式（优势构象）99%以上讨论：为什么船式构象不稳定？第20页，课件共41页，创作于2023年2月3)环己烷的其它构象第21页，课件共41页，创作于2023年2月环己烷的各构象转化势能图

第22页，课件共41页，创作于2023年2月椅式构象特点：123456123456(1)六个C分别位于两个平行平面（1，3，5共平面；2，4，6共平面，两平面相距50pm)

2.椅式构象特点及碳氢键的分类第23页，课件共41页，创作于2023年2月a键(axialbonds):与对称轴平行的键e键(equatorialbonds)：与对称轴成109.5度的键(2)每个C上有两个C-H键，其一为a键（直立）另一为e键（平伏）。即12个C-H键分为两组，一组为a键，一组为e键。第24页，课件共41页，创作于2023年2月(3)相邻两组a键伸展方向相反，一个向上，一个向下，e键也如此。第25页，课件共41页，创作于2023年2月第26页，课件共41页，创作于2023年2月环上原子或基团的空间关系保持。3.构象翻转：当环己烷由一种椅式构象翻转为另一种椅式构象时，原来的a键变成e键，原来的e键变成a键。由于六个碳上连接的都是氢原子，所以两种椅式构象完全等同。第27页，课件共41页，创作于2023年2月二.取代环己烷的构象1.一取代环己烷的构象第28页，课件共41页，创作于2023年2月平衡有利于-CH3处于e键的构象(优势构象)，平伏键甲基环己烷比直立键甲基环己烷稳定：7.1kJ/mol结论：取代基在e键上的构象更稳定。例：写出甲基环己烷的的优势构象第29页，课件共41页，创作于2023年2月2.多取代环己烷的构象（ee型）优势构象（aa型）（ea型）50%（ae型）50%稳定性：顺式>反式当两个取代基相同时，以同时占据e键的最为稳定，其次是一个占据e键，另一个占据a键；最不稳定的是都占据键a的构象。第30页，课件共41页，创作于2023年2月（ea型）优势构象（ae型）(ee型）优势构象（aa型）稳定性：反式>顺式两个取代基不同时其优势构象一般为体积较大基团处于e键，另外一个基团则按几何构型要求处于a键或e键的椅式构象。第31页，课件共41页，创作于2023年2月环上同时有多个取代基时，则e键取代最多的一般都是最稳定的构象。较稳定结论：1）一取代环已烷取代基在e键上的构象较稳定。2）二元取代的环己烷取代基相同时取代基都占据e键时，构象较稳定；当两个取代基不同时，较大体积的取代基尽可能占据e键时，构象较稳定。3）多元取代的环己烷e键取代最多的构象是最稳定的构象。第32页，课件共41页，创作于2023年2月课堂练习：画出下列各二元取代环己烷最稳定的构象。1）顺-1-氯-2-溴环己烷2）反-1-甲基-4-乙基环己烷第33页，课件共41页，创作于2023年2月三.十氢化萘二环[4.4.0]癸烷烷式三萘顺十氢化萘反十氢化萘

第34页，课件共41页，创作于2023年2月顺式有构象异构体反式无构象异构体第35页，课件共41页，创作于2023年2月本章要点1.环烷烃的命名（含螺环和桥环化合物）2.环烷烃的化学性质3.环烷烃的结构及稳定性的解释4.环己烷及其衍生物的构象及构象分析。作业：41页3.1,3.253页3.4（2）（4）54页3.5（2）（4）第36页，课件共41页，创作于2023年2月习题课:一.命名下列化合物:第37页，课件共41页，创作于2023年2月二.完成下列反应三.反应的机理与甲烷氯代相似,试写出其