第二章 烷烃与环烷烃2.

1环烃又称闭链烃，为碳骨架成环状结构的一类碳氢化合物。根据结构和性质，又可分为：环烃脂环烃(alicyclichydrocarbon)芳香烃(aromatichydrocarbon)——性质似脂肪烃单脂环烃多脂环烃——性质似苯苯型芳香烃非苯型芳香烃第二节环烷烃第二章烷烃和环烷烃2环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环辛烷以较小数字表示较小基的位次1-甲基-4-异丙基环己烷cyclopropanecyclobutanecyclopentanecyclohexanecyclooctane1.单脂环烃:在相应的烃名前加“环”字;英文名加词头cyclo(一)命名1-甲基-3-叔丁基环戊烷第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(一、分类命名)3当环上有复杂取代基时，可将环作为取代基命名。2-甲基-1-环丙基-5-环戊基戊烷CH2CH2CH2CH31-Cyclopropylbutane1,3-Dicyclohexylpropane1-环丙基丁烷1-cyclopropylbutane1,3-二环己基丙烷1,3-dicyclohexylpropaneCH2-CH2-CH2-CH-CH2CH3CH2-CH2-CH2-CH-CH2CH3第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(一、分类命名)4二、环烷烃的顺反异构第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(二、结构与稳定性)环烷烃的CC单键，因受到环的限制不能自由的旋转，所以当两个碳原子各连一个取代基，可产生顺式异构体（cis-isomer）和反式异构体（trans-isomer）。CH3CH3CH3CH3HH顺-1,3-二甲基环戊烷反-1,3-二甲基环戊烷CH3CH3CH35二、环烷烃的结构与稳定性环烷烃分子中的碳原子采取sp3杂化；除了环丙烷以外，其它环烷烃的碳原子都不在同一平面上。环丁烷环戊烷第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(二、结构与稳定性)6键角与轨道的正常夹角有偏差,造成重叠程度小,键能下降,产生角张力。由于几何形状上的限制，环丙烷分子虽是平面结构，但成键的电子云并不沿轴向重叠,而是形成一种弯曲键。香蕉键开链或较大脂环化合物中轨道可达到最大重叠环丙烷分子中轨道部分重叠第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(二、结构与稳定性)7脂环烃的稳定性顺序(由小到大)：三元环四元环五元环～六元环及以上的脂环烃第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(二、结构与稳定性)8分子中碳碳之间的键角能够保持或尽可能接近109°28′。因此除了三、四元环以外，环戊烷及其以上的环烷烃都是稳定的。环己烷（椅式构象）第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(二、结构与稳定性)9环庚烷C7H14环辛烷C8H16大环烷烃的结构第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(二、结构与稳定性)10脂环烃的物理性质和化学性质与相应的脂肪烃相似。环烷烃性质似烷烃。三、环烷烃的性质但小环的环烷烃不稳定,容易发生开环加成反应。(一)自由基取代反应：第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(三、化学性质)+Br2——+H—BrBr300℃+Br2——+H—BrBr300℃111.催化加氢催化加氢易到难：环丙烷环丁烷环戊烷。≥6环烷烃更难。(二)加成反应：CH2CCH2+H2Ni80℃CH3—CH2—CH3H2+C—CH2C—CH2H2Ni120℃CH3—CH2—CH2—CH3H2H2+H2Ni/300℃CH3—CH2—CH2—CH2—CH3+H2Ni/300℃CH3—CH2—CH2—CH2—CH3第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(三、化学性质)122.加卤素CH2CCH2+Br2CH2—CH2—CH2H2BrBr室温CCl4+Br2BrBr第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(三、化学性质)13+HBrCH3CH2CH2Br+HICH3CH2CH2CH2I3.加卤化氢环丙烷的烷基取代物与HX开环加成,环的开裂总是在含最多H和最少H的碳原子间进行,氢加到含氢多的碳原子上。+HBrCH3CH2CH2Br+HICH3CH2CH2CH2I20℃HBr+CHCH2CCH3CH3CH3HBr+HBr+CHCH2CCH3CH3CH3CH2CHCH3CCH3CH3BrH第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(三、化学性质)14(一)两种典型构象——船式和椅式船式构象椅式构象第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)四、环己烷的构象异构15动画模拟：船式构象与椅式构象的相互转化环己烷的椅式构象和船式构象可以通过分子中C—C键的扭转互相转化。椅式半椅式椅式半椅式扭船式船式第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)16512346124356HHHHHHHHHHHH123456chairformboatform124356HHHHHHHHHHHH透视式棒球模型第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)17(二)构象异构的能量分析HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH船式(模型)124356HHHHHHHHHHHH183pm重叠式(扭转张力)空间张力142356重叠式的H透视式Newman投影式第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)18椅式(模型)第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)123456HHH1,3-二竖键的相互作用力交叉式HH123456交叉式的H椅式构象99.9%船式构象0.1%19(三)椅式构象中的竖键和横键123456234561C1C3C5的键下翘C2C4C6的键上翘C1C3C5的键竖直向上C2C4C6的键垂直向下axisaxisequatorequatoraxisaxisequatorequator与对称轴平行的C－H键,叫竖键(直立键，a键)，几乎垂直于对称轴的C－H键,叫横键(平伏键，e键)第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)20翻环作用：通过碳碳单键的转动,环己烷一种椅式构象可以转变成另一种椅式构象。转环前后，a键变e键，e键变a键。aaaaaaeeeeeeaaaaaaeeeeee45.2kJ/mol106/s动画模拟：椅式环己烷的翻环作用a→e第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)21eaea怎样画椅式环己烷的构象式?HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)22(四)取代环己烷的构象分析甲基在a键HHHHHH132456-7.5kJ/molHHHHHH123456甲基在e键1,3-二竖键相互作用力空间张力弱的引力5%95%1,3-二竖键相互作用产生较强的非键合斥力使甲基位于a键的构象有较高的能量,取代基在e键上构象为优势构象。第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)23叔丁基在a键ea空间张力99.9%(优势构象)0.1%叔丁基环己烷的优势构象叔丁基在e键第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)24二取代环己烷的构象分析CH3CH3HHDiaxialHHCH3H3CDiequatorial(a,a)(e,e)CH3H3CCH3HH3CHEquatorial-axial(a,e)(a,e)CH3CH3CH3HCH3HAxial-equatorial第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)25HH3CCH3H(e)(a)(a,e)CH3HHCH3(a)(e)(a,e)CH3CH3CH3CH3课堂练习:画出cis-1,3-二甲基环己烷的优势构象。第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)26HHCH3CH3HHCH3CH3HHHeeaa反-1,2-二甲基环己烷HCH3CH3HCH3CH3HHeaae顺-1,2-二甲基环己烷实验测定,反式异构体比顺式异构体稳定7.8kJ·mol-1。(优势构象)第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)27(t-Bu,e;Me,a)CHHCH3H3CH3CH3Ctrans-1-甲基-3-叔丁基环己烷trans-1-tert-Butyl-3-methylcyclohexaneCH3CHHCH3H3CCH3优势构象有不同取代基时，大基团处于e键的构象为优势构象。(t-Bu,a;Me,e)第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)28通过对以上各种构象异构的讨论，可总结出以下规律：1.环己烷的椅式构象为最稳定的构象；2.多取代环己烷的优势构象是e键取代基最多的构象;3.有不同取代基时,大基团处于e键为优势构象。第二章烷烃和环烷烃第二节环烷烃(四、环烷烃的构象)29第一节烷烃1.烷烃的结构碳原子sp3杂化，四面体构型2.烷烃的命名系统命名法：选主链－编号－配基3.烷烃的异构构象异构：透视式，Newman投影式4.烷烃的性质游离基取代:链引发－链增长－链终止卤代活性:R3CHR2CH2RCH3;F2Cl2Br2I2本章要点30第二节环烷烃1.脂环烃的命名单脂环烃:环某烷;环某基某烃2.环烷烃的结构和稳定性三元环四元环五元环～六元环及以上的脂环烃3.环烷烃的性质取代;加成(加H2、X2、HX等)4.环己烷的构象异构船式、椅式优势构象:e键取代基最多的椅式构象;大基团处于e键的椅式构象.本章要点