《有机化学》课件-第4章 脂环烃

有机化学第四章脂环烃学习目标1.了解脂环烃的分类及环烷烃的大小与环的稳定性的关系。2.了解环烷烃的构造成异构现象，掌握环烷烃和环烯烃的命名方法。3.熟悉环烷烃的化学反应及其应用。薄荷醇甾体化合物萜类化合物脂环烃的分类和命名脂环烃是指分子中含有碳环结构，而性质和脂肪烃相似的一类碳氢化合物。一、脂环烃的分类根据脂环烃中成环碳原子数的多少可分为三元环、四元环、五元环、六元环等。根据碳环内有无不饱和键，又可分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃。本章重点介绍单环饱和脂环烃脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类单环饱和脂环烃亦称环烷烃，环上碳原子彼此单键σ键相连。例如：CH2CH2H2CH2CH2CCH2CH2CH2CH2CH2H2CH2CA.B.C.环丙烷环丁烷环戊烷脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类不饱和脂环烃，环上含有不饱和键，含有双键的叫环烯烃，含有三键的叫环炔烃。例如：D.E.CH2CH2HCCH2CH2HCH2CH2CCH2CH2CH2H2C—C≡C—环己烯环辛炔脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类为了方便，脂环化合物的构造式，可以用简单的几何图形来表示。上述脂环烃构造式可分别简写为：又如：CH2H2CCH—CH2CH3CH—CH—CH3CH3CH2CH3—HCCH2CH2CH2可简写为：可简写为：—CH2CH3乙基环丙烷CH3——CH—CH3CH31—甲基—4—异丙基—环己烷A.B.C.D.E.≡脂环烃的分类和命名二、脂环烃的命名环烷烃的命名根据成环碳原子的数目，以相应烷烃的名称冠以“环”字叫环某烷。例如：环丙烷环己烷环辛烷脂环烃的分类和命名二、脂环烃的命名环上的支键作为取代基，若取代基不止一个时，则将成环碳原子编号，选取较小的取代基位次为1，然后将其他取代基位次按尽可能小的方向顺序编号，取代基列出次序由小到大，并将取代基的位次和名称写在”环某烷”之前。CH3CH3CH3甲基环戊烷1，2—二甲基环己烷C2H5CH31—甲基—3—乙基环己烷—CH3C2H5CH3CH2CH2—1234561—甲基—2—乙基—4—正丙基环己烷脂环烃的分类和命名二、脂环烃的命名不饱和脂环烃环上含有不饱和键，含有双键的叫环烯烃，含有三键的叫环炔烃。以不饱和碳环作为母体，环上连的支链作为取代基，环上碳原子的编号顺序应使不饱和键所在位次最小。对于只有一个不饱和键的脂环烃，不饱和键的位置可以不标出来。例如：1234561212345H3C—环己烯3—甲基环戊烯1，3—环己二烯≡环辛炔脂环烃的分类和命名随堂练一练给下列化合物命名：1.2.命名为：

。命名为：

。3.4.命名为：

。命名为：

。环烷烃的构造异构现象环烷烃比相同碳原子数的烷烃少2个氢原子，所以环烷烃的通式为CnH2n

，与烯烃为同一个通式，因此环烷烃与相同碳原子数的烯烃互为构造异构体。例如：丙烯与环丙烷互为构造异构体n=3CH2CH2H2CC3H6（烯烃）CH3—CH＝CH2（丙烯）C3H6（环烷烃）（环丙烷）环烷烃的构造异构现象环烷烃的构造异构现象可因成环碳原子数目的不同，取代基的不同（碳原子的数目和碳链构造不同）以及取代基在环上相对位置的不同都可产生异构现象。例如C5H10

的环烷烃，就有五种异构体。—CH3CH3H3C—CH3CH3环戊烷甲基环丁烷—CH2CH3乙基环丙烷1，1—二甲基环丙烷1，2—二甲基环丙烷环烷烃的物理性质名称熔点/℃沸点/℃密度(20℃)/(g/Cm3)环丙烷—127.6—32.90.720(—79℃）环丁烷—80130.703(0℃)环戊烷—94490.745甲基环戊烷—142.4720.779环己烷—6.580.80.779甲基环己烷—126.5100.80.779环庚烷—121180.810环辛烷141490.836表4—1环烷烃的物理常数常温下，环丙烷和环丁烷为气体，环戊烷为液体，高级环烷烃为固体。环烷烃的沸点、熔点和密度都比含相同数目碳原子的烷烃高。环烷烃的化学反应及应用环的大小与稳定性：稳定性：中环＞普通环＞小环环的大小与化学性质的关系：五元以上环烷烃性质相似烷烃，较稳定，只能发生取代及氧化反应Cl2/hrH2/Pt催化加氢H2/Ni催化加氢Cl不反应不反应小环烷烃不稳定易发生开环反应环烷烃的化学反应及应用开环加成反应催化加氢更高温度+H—HNi80℃CH3CH2CH3较高温度+H—HNi200℃CH3CH2CH2CH3+H—HNi300℃以上CH3CH2CH2CH2CH3环烷烃的化学反应及应用加卤素小环与溴发生加成反应后，溴的红棕色消失现象明显，可用来鉴别三元环、四元环与烷烃。环戊烷、环己烷在加热下也不易与溴发生加成反应。+Br—BrCH2—CH2—CH2BrBrCCl4室温1，3—二溴丙烷+Br—BrCH2—CH2—CH2—CH2BrBr△1，4—二溴丁烷环烷烃的化学反应及应用加卤素+Br—BrCH2—CH2—CH2BrBrCCl4室温1，3—二溴丙烷1，3—二溴丙烷——

对水生生物有毒，可能对水体环境产生长期不良影响。如何处理？环烷烃的化学反应及应用对接生活1,3-二溴丙烷和1,4-二溴丁烷是重要的有机合成原料，其中1,4-二溴丁烷主要用于合成镇咳药物氨茶碱、咳必清等。由1,4-二溴丁烷合成的药环烷烃的化学反应及应用烷基环丙烷与卤化氢进行加成反应时。环的破裂发生在含氢最多和含氢最少的两个碳原子之间。例如：H3C—+H—BrCH3—CH—CH2—CH3Br2—溴丁烷H3CH3CCH3HHH+H—BrCH3—C—CH—CH3

CH3BrH3C2，3—二甲基—2—溴丁烷加卤化氢环烷烃的化学反应及应用取代反应+Br2Br紫外光或300℃+HBr溴代环戊烷+Cl2Cl紫外光或热+HCl氯代环己烷环烷烃的化学反应及应用氧化反应KMnO4水溶液室温不能与环丙烷等环烷烃反应，但在室温下可以用高锰酸钾水溶液来鉴别环烷烃和烯烃。当环丙烷含有微量丙烯时，也可用高锰酸钾水溶液洗涤除去丙烯。在加热下利用强氧化剂或在催化剂存在下利用空气或氧气进行氧化，则环烷烃也可被氧化。例如：OH空气，环烷酸钴（锰）125~165℃，0.8~1.5MPa+＝环己醇O环己酮环烷烃的化学反应及应用氧化反应综上所述，环烷烃既像烷烃又像烯烃。环戊烷和环己烷等较大的环比较稳定像烷烃，主要进行取代和氧化反应，而环丙烷和环丁烷等小环容易开环与烯烃相似，易进行开环加成反应。环丙烷既可使溴水褪色（与烷烃区别），又不能使高锰酸钾水溶液褪色（与烯烃区别）。环烯烃、环炔烃的性质与相应的烯烃、炔烃性质相似。环烷烃的化学反应及应用完成下列反应1.2.重要的环烷烃——环己烷脂环烃及其衍生物广泛存在于自然界中，我们所熟悉的松节油、樟脑、薄荷、麝香及高效、低毒农药除虫工菊素等都属于脂环烃及其衍生物。石油是环烷烃的主要来源。石油中所含的环烷烃主要是环戊烷、环己烷及它们的烷基衍生物。环己烷是最重要的环烷烃。

环己烷为无色液体，沸点80.8℃、密度0.779g/Cm3，比水轻，易挥发和易燃烧，不溶于水而溶于有机溶剂。重要的环烷烃——环己烷工业上生产环己烷主要采取石油镏分分离法和苯催化加氢法，其中苯催化加氢法是目前普遍采用的方法，以镍为催化剂，在180~250℃进行苯的加氢生成环己烷。+3H2Ni180~250℃此反应产率很高，而且产品纯度也高。

环己烷是重要的化工原料，主要用于合成尼龙纤维。也是大量使用的工业溶剂，如用于塑料工业中，溶解导线涂层的树脂，还用作油漆的脱漆剂等。不饱和度及其应用一、不饱和度不饱和度又名缺氢指数，用希腊字母Δ表示，它是反映有机分子不饱和和度的量化标志，由于烷烃分子饱和和度最大，规定其Δ=0，烃分子中每增加一个双键盘或一个饱和脂环，氢原子就减少两个，其不饱和度就增加1。烃及其衍生物的不饱和度的计算公式为：2C+2－H－X+N2Δ＝式中：C、H、X、N分别代表分子中碳、氢、卤素、氮的原子数。一个单位的不饱和度相当于一个双键和一个饱和脂环结构，对于含氧化合物，不饱和度与氧无关。不饱和度及其应用二、不饱和度的应用可以辅助判断同分异构体。本方法适用于结构复杂的有机物，若两种有机物互为同分异构体，其分子式必相同，则其不饱和度也必然相等。也就是说，若两个有机物的分子式相同，构造式不同，当其不饱和度相等时，两个有机物一定互为同分异构体，可以辅助推测有机物的构造。根据化学性质推测有机物的构造，通常解题思路是先确定分子式，根据分子式确定其不饱和度，以此来初步推测分子中是否含有饱和脂环、苯环（苯环的Δ＝4）、、（Δ＝2)、（Δ＝1）及其他不饱和烃，然后根据各步化学性质推出其各种可能的构造，推出可能的构造后，再从前后逐步验证。C＝C—C≡C—C＝O例题【例4—1】化合物A和B的分子式均为C4H6，室温下它们都能使溴的CCl4溶液褪色，当使用等物质的量的样品与溴反应时；B所需溴的量是A的二倍；它们都能与HBr反应，而得到C4H7Br的C和D；B能与硝酸银的氨溶液作用生成白色沉淀。试推测A和B的构造式，并写出有关化学反应式。2×4－6＋22解由A和B的分子式C4H8可以算出它的不饱和度Δ＝

＝2，A和B分子中可能含有两个C＝C或一个—C≡Ｃ—或一个环烯烃构造,它们在室温下都能使溴的CCl4溶液褪色，当使用等物质的量的样品与溴反应时，B所需的量是A的二倍，它们都与HBr反应，但得到C4H7Br的C和D，说明A分子是只含一个子C＝C双键的环烯烃，A的构造式可能是，B分子中可能含有一个—或两个C＝C双键。C≡Ｃ—例题又根据B能与硝酸银的氨溶液作用生成白色沉淀，说明分子中含有—构造，推测B的构造式可能为CH3CH2，各步化学反应式如下：C≡CHC≡CH+BrBr2CCl4BrBrACH3CH2

C≡CHBr2CCl4CH3CH2

C＝CHBrBrBr2CCl4CH3CH2

C＝CHBrBrBrBrB+HBrHBrCCH3CH2

C≡CHCH3CH2

C＝CH2BrD+HBr例题根据以上化学反应验证，A、B的构造分别为：A：B：CH3CH2

C≡CHCH3CH2

C≡CH+Ag（NH3）NO32CH3CH2

C≡CAg↓+NH4NO3+NH3（白色）B本章总结

环烷烃的通式为CnH2n，与烯烃相同,因此，环烷烃与相同碳原子数的烯烃互为同分异构体。

环烷烃的构造异构：可因成环碳原子的数目不同，取代基的不同以及取代基在环上位置的不同产生构造异构体。

环烷烃和单环环烯烃的命名与相应的烷烃和烯烃相似，命名时在相应的烷烃和烯烃名称前加一”环”字。本章总结

环烷烃的化学反应催化剂H2加成反应加氢CH3—CH2—CH3催化剂H2CH3—CH2—CH2—CH3加卤素CH2—CH2—CH2BrBrBr2室温CH2—CH2—CH2—CH2BrBr△Br2加溴化氢—CH3CH3—CH—CH2—CH3BrHBrHBrCH3—CH2—CH2—Br加氢碘酸HICH3—CH—CH2—CH2I本章总结

环烷烃的化学反应取代反应氧化反应溴代+Br2Br紫外光或加热+HBr氯代+Cl2Cl紫外光或加热+HClOH空气，催化剂加热，加压+＝O习题⒈给下列化合物命名：⑴—CH2CH3CH3⑵CH3CHCH3⑶⑷CH2CH3CH3⑸—CH═CH—CH3CH2CH3C2H5⑹习题⒉写出下列化