有机化学课件第六章

Cyclopentane
C5H10
•XNC CHEM
H H H H H H C C C C
H H C C H H H H
CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C6H12 CH 2 CH 2
C6H12
C6H12
Polygon formula
•Expanded formula
•Condensed formula
•XNC CHEM
2. 加卤素
•XNC CHEM
3. 加HX, H2SO4
•特点:
1. HX只有HBr和HI。 2. 顺马加成。对于带支链的环，环从含H最多和含 H最少的处断开
Me Me Me + HBr CH3 CH3-C-CH-CH3 BrCH3
CH3 + HBr
•XNC CHEM
CH3CHBrCH2CH3
1. 燃烧热：1摩尔某物质完全燃烧时，所放出的热量。
H (Kcal/mol)
CH3CH2CH2CH3 + 6 1 O2 2 CH3CHCH3 + 6 1 O2 2 CH3
CH3CH2CH2CH3 + 6 1 O2 2
4CO2 + 5 H2O 4CO2 + 5 H2O
-687.5 -685.5
2.2 CH3CHCH3 + 6 1 O2 2 CH3
CH3 CH3
CH CH3
1-Isopropyl-2-methylcyclohexane 1-Methyl-2-(1-methylethyl)cyclohexane
•XNC CHEM
CH3 CH2 C CH3
CH2 CH3
3-甲基- 3-环丁基戊烷
3-Cyclobutyl-3-methylpentane
If there is only one substituent, do not use the “1”. If there is more than one substituent, you must use all numbers, including “1”! Number around the ring in a direction to get from the first substituent to the second substituent by the shorter path. For equivalent degrees of substitution, number in a direction that follows the alphabetical sequence. A carbon with greater substitution has precedence in numbering.
(二) 环烯（炔）烃(IUPAC)
1. 无侧链且环中有一个双键的环烃: 叫环某烯 2. 多侧链且多不饱和键(侧链小于环):以环为母体, 从不饱和键开编 并使所有不饱和键之编号最小 1
1 2 3 4 CH3
2 3
1
2 3
4
CH3 4
1,3-环己二烯
4-甲基环己烯
5-甲基-1-环己烯-3-炔
Nomenclature of the Substituted Monocycloalkanes
H H C H C C H Cyclopropane H H H C C H C C H C4H8 H H H CH2 CH2 CH2 CH2 C3H6 H H CH2 CH2 CH2
Cyclobutane H H C H C H C H C C H H H
CH2 CH2 CH2
CH2 CH2
H H
二. 取代反应 5员以上的环,在光照或加热条件下可与Br2,Cl2 发生自由基反 应,与开链烃相似的反应.
+ Br2 hv Br + Br2
三、加成反应 1. 加氢开环
H2,Ni CH3CH2CH3 80 C H2,Ni CH3CH2CH2CH3 120 C H2,Ni CH3CH2CH2CH2CH3 300 C
CH2
2.按碳环数
CH2
CH2
(环丙烷）、
(环己烷）
多环脂环烃 (含两个以上环的脂环烃): 螺环脂环烃 (两环共用一个C) 稠环脂环烃 (两环共用两个C) (十氢萘）又叫二环[4.4.0]癸烷 桥环脂环烃 (两环共用三个C或多个C)
•XNC CHEM
二、异构
•异构因素
1.骨架异构
a 大小 环烷烃 b.侧链个数大小 c.侧链相对位置
2.从桥头碳开始编号，经过最大环到达另一桥头，在经次大环 回到第一个桥头，最短的桥最后编号。 3.取代基写在母体名前。
7 1 2 6 4 5 3
1 2 8 3 5 二环[4.2.0]-6-辛烯 7 6 4
7,7-二甲基二环[2.2.1]庚烷
1 6 5 4 2 3 二环[2.2.0]己烷
•XNC CHEM
。
角张力:由于成键轨道的夹角与几何夹角的不同所产 生的张力.
•张力能:每个CH2单元的平均燃烧热，与开链烷烃每个 CH2单元平均燃烧热的差值× n来表示分子的张力能。 分子的总张力能 = n ( HC / n -- 659 ）
•XΒιβλιοθήκη BaiduC CHEM
角张力
•XNC CHEM
60
。
90。
108。
120。
•XNC CHEM
CH3 CH3
1,1-二甲基环己烷
1,1-Dimethylcyclohexane
•XNC CHEM
CH3 CH3 CH3 CH2
1,1-二甲基- 4-乙基环己烷
4-Ethyl-1,1-dimethylcyclohexane
•XNC CHEM
Two Ways of Naming This
•XNC CHEM
三、环脂化合物的立体异构
•立体异构：分子式相同，原子间相互联结的方式和次序相同， 但分子中原子（团）在空间的分布不同产生的异构。
（一） 顺反异构
CH3 CH3 H H
•XNC CHEM
Cycloalkyl Groups
Cyclopropyl
Cyclobutyl
Cyclopentyl
Cyclohexyl
•XNC CHEM
(三) 多环脂环烃 (IUPAC)
1. 螺环烃的命名
螺环烃:两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃。 (1) 母体名称前冠以“螺”，后接[ ],方括内注明 中除共有碳原子以外的碳原子数，由小到大， 之间用圆点隔开。 •螺 [ 小环碳数 . 大环碳数 ] 环碳数 + 烷 不包含螺原子 包含螺原子 (2) 编号原则：从较小环中与螺原子相邻的一个碳原子开始， 徒经小环到螺原子，再沿大环致所有环碳原子。 (3) 取代基写在母体名前。
H C H
23°
H C
114°
H
•环丙烷C－C键为弯曲键，电子云分布在C-C原子核 •外,有点类似于烯烃的键，可以发生类似于烯烃的 •加成反应。
所以容易破环。 •XNC CHEM
2. Baeyer张力学说（1885年）
碳原子键角应为109 28’, 任何与此正常键角的偏差 ，都会引起分子的张力，这种张力具有力图恢复正常键角的 趋势。我们把这种张力叫角张力（Angle Strain） 。 SP3
•XNC CHEM
2.桥环的命名 分之中含有两个或多个碳环的多环化合物，其中两个环 共用两个或多个碳原子的化合物称为桥环化合物。
桥头碳 桥头碳 CH2—CH—CH2 CH2 CH2 CH2—CH—CH2 桥头碳 桥头碳 或
二环 [3 .2.1 ] 辛 烷
(1) 母体名称前冠以“环数”，后接[],方括中表明环内 除桥头 碳原子外的碳原子数目，从大到小排列，之间用圆点分开。 •二环 [大环碳数 .中环碳数.小环碳数 ] 环碳数 + 烷 不包含桥头原子 •XNC CHEM 包含桥头原子
CH3 CH3 1-甲基-3-乙基环戊烷 CH2CH2CH3 C2H6 1-甲基-3-乙基-5-丙基环己烷 CH3 CH3 CH2CH3
1,5- 二甲基-2-乙基环己烷
（2）侧链 大于环：把环当成取代基，叫环某基 侧链当母体， CH2CH2CH2CH2CH3 1-环丁基戊烷
Examples of Cyclic Molecules
三. 命名
(一) 环烷烃(IUPAC) 1. 无侧链: 环某烃
CH2 CH2 CH2
环丙烷 Cyclopropane
环戊烷 Cyclohexane
a. 一个侧链 ：把侧链作为取代基 （1）侧链 小于环
CH3 甲基环戊烷
2.有侧链
CH3CH2
b. 多个侧链 ：环为母体，叫环某烷.支链为取代基 从最小的取代基开始编号，使各个取代基的 位号尽可能小，并使较小的取代基以较小编号。
H H H
分子中的各种张力
张 力
定 义 产 因 大 小
角张力 扭转张力 Angle Strain Torsional Strain
范氏张力 Van Strain
由于成键轨道的夹 键的旋转要趋向最稳定 环中对面碳上的氢原子 (原子团)间的排斥力 角与几何夹角的不 构象而引起的的力 同所产生的张力 成键轨道的夹角与 环中相邻碳上的氢原子 环中对面碳上的氢原子 几何夹角的不同 或原子团间的排斥力 间或原子团间的排斥力 环大,角张力小; 6C以上的环无此 张力. 相邻碳上的原子团越大 环中对面碳上的原子团 扭转张力越大; 越大,范氏张力越大; 6C环此张力很小; 交叉>重迭, 大基团远离扭转张力小 12C以上的环此张力很 小.
CH3 H H H
2.顺反异构
3.构象异构
CH3
H H (5)
CH3 CH2CH3 CH3 (6)
(1)
(2)
CH3 CH3 (3)
CH3 H (4)
•(1)与(2)与(3)(4)(5)(6)为环大小异构 •(3),(4)与(5)为侧链相对位置异构 •(3),(4) ,(5)与(6)为侧链个数异构 •(3)与(4) 为顺反异构 •环烷烃通式为CnH2n,与烯烃是同分异构体
•XNC CHEM
二、环烷的结构与张力学说
1．丙烷的结构
理论上： 1° 饱和烃，C为sp3杂化,键角为109.5° 2° 三碳环，成环碳原子应共平面，内角为60°
H H
自相 矛盾
105.5°
H C H
23°
H C
114°
H
•XNC CHEM
H
H
•非正常的键环
105.5°
•环丙烷EC-C= 230kJ/mol • 烷 烃EC-C =345kJ/mol
•XNC CHEM
§ 5~3
一. 氧化反应
脂环烃的化学性质
环烷对氧化剂稳定，不被高猛酸钾、臭氧等氧化剂氧 化。例如
HNO3 1.5 MPa O2 / 钴催化剂 1 100度， MPa CH2CH2COOH CH2CH2COOH
区别：环丙烷对氧化剂（如高锰酸钾）稳定，而烯烃 易被氧化
•XNC CHEM
第五章
脂环烃
第五章 脂环烃
•脂环烃：性质与脂肪烃相似,分子中碳干为环状结构的烃类。
§ 5~1
一、分类
脂环烃的分类, 异构和命名
1.按饱和性
饱和脂环烃(只含 键的脂环烃): 环烷烃 不饱和脂环烃(含不饱键的脂环烃): 环烯烃 (含C=C键的脂环烃) 环炔烃 (含C C键的脂环烃)
•XNC CHEM
单环脂环烃 (只含一个环的脂环烃): 环烷烃
3.稠环的命名
•与桥环相同,相当于二环桥环中,有一桥无C,故最后桥C为0
二环[4.4.0]癸烷
•XNC CHEM
§ 5~2
脂环烃的物理性质
1. 物质状态：
环丙,丁烷为 gas;
环C5-16 为 liquid;
C17 以上为 solid。
2. mp,bp, d 大于相应的烷烃 •环烃不宜摆动,分子易靠近
环丁烷在常温下不发生类似反应！
4. 环烯烃具有烯烃的通性
•XNC CHEM
环烃性质小结


小环烷烃（3，4元环）易加成，难氧 化，似烷似烯,活性介于烯炔之间。 普通环以上难加成，难氧化，似烷。
环烯烃、共轭二烯烃，各自具有其相 应烯烃的通性。
•XNC CHEM
§ 5~4 脂环烃的稳定性及其结构 一、环烷的稳定性
角偏差 49。28'
19。28'
1。28'
10。32'
Baeyer张力学说建立在错误假设（认为环烷烃都是
88 o
平面结构）的基础上，只对小环适用。
3.范氏张力(V.Prelog)
•范氏张力为环中对面碳上的氢原子间的排斥力 •范氏张力在于9-11C环中存在, •12C以上的环此张力很小 •XNC CHEM
H = -687.5
H = -685.5
4CO2 + 5 H2O
•XNC CHEM
2. 环烷的燃烧热
•此处用环烷每个CH2单元的平均燃烧热，与开链烷烃每 个CH2单元平均燃烧热的差值×n来表示分子的张力能。
•XNC CHEM
环己烷（六元环）最稳定， 其次是环戊烷（五元环）； 大环都是稳定的； 小环中的环丙烷最不稳定，其 次是环丁烷。