第二章-第二节环烷烃

脂环烃-结构上具有环状碳骨架,而性质上与脂肪烃相似的烃类,总称脂环烃.(1)环烷烃--饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.•环丙烷CH2-CH2简写:CH2•环丁烷CH2-CH2简写:CH2-CH2•甲基环丙烷CH2简写:CH-CH3CH2CH3同分异构体第二节环烷烃2.8脂环烃的定义和命名(A)以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名;(B)环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前加一“环”字.(C)取代基较多时,命名时应把取代基的位置标出.(D)环上碳原子编号,以取代基所在位置的号码最小为原则.例1:•命名(与烷烃相似):1,2-二甲基环戊烷CH3CH312345•例2:例3:1,1,4-三甲基环己烷**小取代基为1位.1-甲基-3-乙基环己烷由于碳原子连接成环,环上C-C单键不能自由旋转.只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团,就有构型不同的顺反异构体.顺-1,4-二甲基环己烷环烷的顺反异构:例:1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷--脂环烃的环上有双键(或叁键).•命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链为取代基.•碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最小.•对于只有一个不饱和键的环烯(或炔)烃,双键或叁键位置可不标.环辛炔(2)环烯(炔)烃环戊烯1,3-环己二烯(A)若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1;(B)若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位置号码的加和数为最小.3-甲基-1-环己烯带有侧链的环烯烃命名:1-甲基-1-环己烯CH3123456CH3123456CH3CH31265-甲基-1,3-环戊二烯CH312534534带有侧链的环烯烃命名:1,6-二甲基-1-环己烯(1)烷烃每增加一个CH2,燃烧热增值基本一定,平均为658.6kJ/mol.(2)环烷烃的通式为:每增加一个CH2,燃烧热增加,平均每个CH2的燃烧热为Hc/n.--环丙烷的Hc/n为697.1kJ/mol,比烷烃的每个CH2高38.5kJ/mol.这个差值就是环丙烷分子中每个CH2的张力能.--环丙烷的总张力能38.53=115.5kJ/mol2.9.1环烷烃的环张力和稳定性张力能总张力能环丙烷的总张力能38.53=115.5kJ/mol环丁烷的总张力能27.64=110.4kJ/mol环戊烷的总张力能5.45=27.0kJ/mol环庚烷的总张力能3.77=25.9kJ/mol环辛烷的总张力能5.08=40.0kJ/mol...................(环丙烷,环丁烷不稳定,容易开环)•环己烷和以上的大环化合物的张力能很小或等于零,它们都是稳定的化合物.环己烷的总张力能0•环烷烃的张力能越大,能量越高,分子越不稳定.C+的扩环重排！C+的扩环重排！•烷烃是sp3杂化,键角109.5°,环烷烃的碳也是sp3杂化,但键角不一定一样.•C-C键的形成键轨道的交盖交盖较好2.9.2环烷烃的结构环丙烷的结构交盖较差•弯曲键比一般的键弱,并且具有较高的能量.•这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力.•由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力.•这样的键与一般的键不一样,它的电子云没有轨道轴对称,而是分布在一条曲线上,故常称弯曲键.内角60°•内角90°.•四个碳原子不在一个平面上.环丁烷中的键环丁烷的构象折叠式构象环丁烷的结构•实际构象:折叠环的形式--“信封式”构象.•分子张力不大,因此环戊烷的化学性质比较稳定.•不是平面结构.因C-H键的重叠,有较大扭转张力.环戊烷的结构•环己烷不是平面结构,较为稳定的构象为折叠的椅型构象和船型构象.--稳定(99.9%以上)•C-C-C键角基本保持109.5°,任何两个相邻的C-H键都是交叉式的.椅型构象无张力环.纽曼投影式透视式环己烷的椅型构象2.10环己烷的结构(1)椅型构象•所有键角也接近109.5°,故也没有角张力.但相邻C-H键却并非全是交叉的.C-2和C-3上的C-H键,以及C-5和C-6上的C-H键都是重叠式的.•C-1和C-4上两个向内伸的H由于距离较近而相互排斥,也使分子的能量有所升高.透视式纽曼投影式环己烷的船型构象(2)船型构象(3)环己烷椅型构象中碳原子的空间分布A•A线为构象的对称轴(4)椅型构象中的两种C-H键a键(直立键)e键(平伏键)•与对称轴成109.5°•通过C-C键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型为a键为e键椅型构象的翻转•两种椅型构象是等同的分子.(5)构象的翻转•两种椅型构象是两种不同结构的分子.•甲基连在a键上的构象具有较高的能量,比较不稳定•平衡体系中e键甲基环己烷占95%,a键的占5%•同一平面上的比较(6)甲基环己烷椅型构象的翻转•若有多个取代基,往往是e键取代基最多的构象最稳定.•若环上有不同取代基,则体积大的取代基连在e键上的构象最稳定.例1:1,2-二甲基环己烷，顺式如下：•同一平面上的比较.•在同侧为顺,a,e•在异侧为反.a,a;e,e.•反式(e,e)比顺式的稳定.（a,a）实际上不存在（能量太高）取代基在e键上的构象较稳定.•叔丁基在e键上的构象比在a键上的另一种构象要稳定的多.例2:顺-4-叔丁基环己醇的两种构象•是双环[4.4.0]癸烷的习惯名称.顺十氢化萘反十氢化萘(1)平面结构式(2)构象十氢化萘的结构•--环下方几个a键上的氢原子比较靠拢,有些拥挤,故分子能量较高,比较不稳定.•顺式异构体--不稳定.•环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃要高一些.•相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻.•脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似.•具有环状结构的特性2.11脂环烃的性质(一)物理性质(二)化学性质--在光或热的引发下发生卤代反应.环烷烃的反应(1)取代反应+Cl2Cl+HCl+Cl2Cl+HCl+Br2Br+HBr光光热•由下列指定化合物合成相应的卤化物，用Cl2还是Br2？为什么？CH3CH3XX(1)(2)解:(1)用溴化,因溴化反应有选择性,3ºH2ºH1ºH；(2)用氯化、溴化均可。(2)开环反应--也叫加成反应.(A)催化加氢+H2CH3CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH2CH3Ni80℃Ni200℃Pt300℃•环丙烷的烷基衍生物与HX加成，环的破裂发生在含H最多和最少的两个碳原子之间，且符合马氏规律.(B)加卤素或卤化氢•四碳环不易开环，在常温下与卤素，卤化氢不反应。+Br2BrCH2CH2CH2BrCCl4+HCH3CH2CH2BrH2OBrCH3—CH—CH2+HBrCH3CHCH2CH3CH2Br•在加热，强氧化剂作用或催化剂存在时，可用空气氧化成各种氧化产物：例:CH2CH2COOHCH2CH2COOHHNO3(3)氧化反应:思考：如何鉴别环丙烷与烯烃?•在常温下，环烷烃一般不能被氧化剂及空气中的氧氧化。即便是环烷烃中最不稳定、性质最活泼的环丙烷，也不会KMnO4的水溶液氧化而发生反应。利用此性质可以区别烯、炔和环烷烃。小结•一、烷烃的物理性质•（烷烃的物态，熔、沸点的变化规律、溶解度规律）•二、烷烃的化学性质–1.烷烃的氯代反应****–2.氯代反应机理****–3.烷烃的氧化反应****小结•三、脂环烃的化学性质*****–(一)、与开链烃类似的性质•1.卤代反应•2.氧化反应——环烷烃的鉴别–(二)、特殊的化学性质•1.催化加氢•2.开环加卤素•3.加HX及马氏规则