脂环烃

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1 2
H H
5 3
H3C
1 6 5
C1-C2 -
C5-C4 C1-C2 C5-C4 -
6
4
H H3C H H
2 1 6
H
4 5
H H
H H
2
CH3
1
3
H
4 5
H H
3
H
6
H
H
CH3与C3为对位交叉 为 室 优势构象, 温时占95%
CH3与C3为邻位交叉 为
(有排斥力)
叔丁基环己烷的构象
H H H C
第5 章
脂环烃 (alicyclic hydrocarbons) hydrocarbons)
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 脂环烃的分类和命名 环烷烃的物理性质 环烷烃的结构与稳定性 脂环烃的化学性质
第一节 脂环烃的分类和命名
一. 脂环烃的分类
环烷烃 CnH2n 环 碳原 子的饱 和程 度 环 烯烃 脂环 烃 单环 碳环 数目 双环 多环 环 炔烃 CnH2n-2 CnH2n-4
第三节 环烷烃的结构与稳定性
四. 环己烷
2. 环己烷的典型构象 环己烷的典型构象
向上翻
椅式 (chair form) 最稳定
船式 (boat form) 较不稳定
半椅式 (half chair form) 最不稳定
扭船式 (twist boat form) 较稳定
第三节 环烷烃的结构与稳定性
四. 环己烷
H H
3 5
H
2
4
HH H
C4-C5 -
H H
1
H H
C1-C2 -
H H
5
H
4 4
H2 2 C
3 5C 1
H H H
H2C
“信封”状 信封” 分子
H H
C4-C5 为全 重叠式构象
H2
C1-C2, C2-C3 为交叉式
第三节 环烷烃的结构与稳定性
四. 环己烷
1. 环己烷的结构
120o
如果环己烷的 个碳原子在同一平面上: 如果环己烷的 6 个碳原子在同一平面上 • 将有角张力(偏离 将有角张力(偏离109.5o) • 将有扭转张力(C-H重叠) 将有扭转张力( 重叠) 重叠
5. 二取代环己烷的构象
(2) 1,2-二取代环己烷 二取代环己烷
CH3
2 1
CH3
2
H CH3 H
1
CH3 CH3
1 2
CH3
能量相等 1, 2-cis(顺式) (
2 1
2 1 1
2 1
CH3 H H CH3
CH3
2
CH3 H H CH3
CH3
CH3
CH3
1, 2-trans(反式) (
1, 2-trans(反式) (
单环环烷烃通式: 与烯烃通式相同) 单环环烷烃通式:CnH2n(与烯烃通式相同)
第一节 脂环烃的分类和命名
一. 脂环烃的分类
小环(C3 ~ C4) ) 常见环(C5 ~ C6) ) 成环 碳原 子数 中环(C7 ~C11) ) 大环(C12以上) 以
第一节 脂环烃的分类和命名
二. 脂环烃的命名 1. 单环脂环烃的系统命名 • • • • 根据环中碳原子的数目叫“环某烃” 根据环中碳原子的数目叫“环某烃”; 环上取代基的位次和编号写在母体环烃 名字前面, 编号”原则与链烃相同; 名字前面,“编号”原则与链烃相同; 若有两个取代基,则在最前面标明“ 若有两个取代基,则在最前面标明“顺、 反”; 若取代基碳链较长,则环作为取代基。 若取代基碳链较长,则环作为取代基。
C
H C
H H H H H H H
C
(H3C)3C
室温: 100%
有非常大的1. 竖键作用 有非常大的 3-竖键作用
第三节 环烷烃的结构与稳定性 四. 环己烷
5. 二取代环己烷的构象
(1) 1,1-二取代环己烷 二取代环己烷
Me Me
CHMe2 Me
优势构象
第三节 环烷烃的结构与稳定性 四. 环己烷
+ 1
(2) 环烯 炔)烃 --脂环烃的环上有双键(或 环烯(炔 烃 --脂环烃的环上有双键 脂环烃的环上有双键( 叁键). 叁键). 命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体, 命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链 为取代基. 为取代基. 碳环上的编号顺序: 碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置 号码最小. 号码最小. 对于只有一个不饱和键的环烯(或炔) 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. 或叁键位置可不标.
第二节 环烷烃的物理性质
二 . 环烷烃的燃烧热
CnH2n
+
O2
CO2
+
H2O
+
Q
每个CH2 每个 的燃烧热 环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 开链烷烃 697.1 686.1 664.0 658.6 662.4 658.6 环辛烷 环壬烷 环癸烷 环十四烷 环十五烷
5.4 23.5
扭转过程
环己烷椅式构象的画法
H H H H H H H H H H H H
• 相间的两根键相互平行(画 Z 字形) 相间的两根键相互平行 相互平行( 字形) • 六个碳原子交替分布在两个平面上 六个碳原子交替分布在两个平面 两个平面上 • 每个碳均有一根 每个碳均有一根C-H键在垂直方向,上平面的向上画, 键在垂直方向, 键在垂直方向 上平面的向上画, 下平面的向下画 • 其它 其它C-H键分别向左(左边的三个)或向右(右边的 键分别向左(左边的三个) 向右( 三个),且上下交替 三个),且上下交替 ),
第一节 脂环烃的分类和命名
二. 脂环烃的命名 1. 单环脂环烃的命名
CH3 CH3 CH3 H
H
H
H
CH3
顺-1,4-二甲基环己烷 二甲基环己烷 cis-1,4-二甲基环己烷 二甲基环己烷
反-1,4-二甲基环己烷 二甲基环己烷 transs-1,4-二甲基环己烷 二甲基环己烷
第一节 脂环烃的分类和命名
四. 环己烷
6. 多取代环己烷的构象
Me
百度文库
Me Me
CMe Me CMe3 Me CMe3
第三节 环烷烃的结构与稳定性
四. 环己烷
7. 十氢萘的构象
H H H H 顺 式
H H
H 反 式
H
第四节 环烷烃的物理性质
一. 环烷烃的物理性质
1.环烷烃的熔点、沸点、密度均比相应的 环烷烃的熔点、沸点、 环烷烃的熔点 烷烃高。 烷烃高。 2.相对密度也比相应的烷烃高 但比水轻 相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻 相对密度也比相应的烷烃高 但比水轻. 3.不溶于水,易溶于有机溶剂。 不溶于水,易溶于有机溶剂。 不溶于水
第一节 脂环烃的分类和命名
二. 脂环烃的命名 1. 单环脂环烃的系统命名
CH3 1 2 3 4 1 2 3
甲基环丙烷 methylcyclopropane
1,3-二甲基环己烷 1,5-二甲基环己烷 1, 3-dimethylcyclohexane 1-甲基-4-异丙基环己烷 1-isopropyl-4-methylcyclohexane
2. 环己烷的典型构象 环己烷的典型构象
H
3
H H 2 H
5 6 1
109.5o H
H H
4
H H
3
4
H
2
H H
1
H H H
H
H H H H
H
H H
5
6
H
椅式 (chair form) C2, C3, C5, C6 共平面
船式 (boat form)
各种环己烷构象的势能图
kJ / mol
势 能
46
二. 脂环烃的命名 2. 脂环烃的其它命名方法
按形象命名
立方烷
金刚烷
按衍生物命名
十氢萘 Decahydro-naphthalene
萘 naphthalene
O
莰烷 camphane
2-莰酮(樟脑) 莰 camphor
第一节 脂环烃的分类和命名
二. 脂环烃的命名 3. 不饱和度计算
u=
Σ (n-2) 2
二. 脂环烃的命名 1. 单环脂环烃的命名
CH3
CH3
CH3
H
H
CH3
H
H
H
CH3
CH3
H
顺-1,3-二甲基环戊烷 (cis-1, 3-dimethylcyclopentane)
反-1,3-二甲基环戊烷 (两者为对映异构体) (trans-1, 3-dimethylcyclopentane)
第一节 脂环烃的分类和命名
CH3
1 6 5 4 2 3
H3C 3
4
2 1 6 5
1-甲基 环己烯 甲基-1-环己烯 甲基
3-甲基 环己烯 甲基-1-环己烯 甲基
第三节 环烷烃的结构与稳定性
一.环丙烷的结构
104o
H C H H H 3 H 2 H 1H H
H
3
2 H 1
H
H H
C
C H H
H C1-C2 -
H H Newman投影式 投 所有C-H 键均为 重叠式构象
4
4 1
H3C
1, 4-trans(反式) (
H3C CH3
优势构象
1
CH3
第三节 环烷烃的结构与稳定性 四. 环己烷
5. 二取代环己烷的构象
(4) 1,4-二取代环己烷 二取代环己烷
Me CHMe2
Me CHMe2
第三节 环烷烃的结构与稳定性
四. 环己烷
5. 二取代环己烷的构象
第三节 环烷烃的结构与稳定性
优势构象
第三节 环烷烃的结构与稳定性 四. 环己烷
5. 二取代环己烷的构象
(2) 1,2-二取代环己烷 二取代环己烷
C(CH3)3
2 1
H CH3 H
1, 2-cis(顺式) (
1, 3-竖键作用 竖
H H C(CH3)3
2
CH3 C(CH3)3
1 2
CH3
1
优势构象
第三节 环烷烃的结构与稳定性 四. 环己烷
•翻转后 原来的 键转变 翻转后,原来的 翻转后 原来的a键 为e键,而e键转变为 键 键 而 键转变为a键
H
4
H
3
H
5
H
2 6
H
1
H
3 5
H H
6 2 1
H
H
H H
翻转
H H
4
HH
H
H
H H
H H
H
H
第三节 环烷烃的结构与稳定性
四. 环己烷
4. 单取代环己烷的构象
1,3-竖键作用 ,2 3
H
4
H C H
H H 3 H H
5 4 2
H
1 6
H H
H
椅式构象中C-H键的顺反关系 键的顺反关系 椅式构象中 键的
H
3
H
5
H
2 6
H
1
•相邻碳上的 键和e键为顺式 相邻碳上的a键 键 相邻碳上的
H H
H
H
4
H H H H
•两个相邻的a键(或e键)为 两个相邻的 键 两个相邻的 键 反式
a键和 键的相互转换 键和e键的相互转换 键和
。 109.5 。 60 。 24 44'
第三节 环烷烃的结构与稳定性
二. 环丁烷
H
3 2
H HH
1
H H
4
3
2 1
H H
若为平面型分子 有角张力和扭转张力
HH
4
90o
H
C4-C3 -
H
C1-C2 -
H H
H H
相邻C-H 处于 重叠式构象
H H
2
88o
H
4 1
稳定构象
角张力稍增加, 角张力稍增加 扭转张力明显 减小
5. 二取代环己烷的构象
(3) 1,3-二取代环己烷 二取代环己烷
第三节 环烷烃的结构与稳定性 四. 环己烷
5. 二取代环己烷的构象
(4) 1,4-二取代环己烷 二取代环己烷
CH3 H3C H3C H CH3
4 1
4 1
H
H3C
4 1
CH3
能量相等
1, 4-cis(顺式) (
CH3 H
4 1
CH3 H
环戊烯
环辛炔
1,3-环己二烯 环己二烯
带有侧链的环烯烃命名: 带有侧链的环烯烃命名 (A) 若只有一个不饱和碳上有侧链 该不饱和碳编号为 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为 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 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 号顺序除双键所在位置号码最小外 还要同时以侧链位 置号码满足最低系列原则. 置号码满足最低系列原则
第三节 环烷烃的结构与稳定性
四. 环己烷
3. 椅式构象中的两种类型 椅式构象中的两种类型C-H键 键
H
3
H
5
H
2 6
H
1
C H H C
H : a键 (axial bond) 键 竖键, 直键, 直立键 H : e键 (equatorial bond) 键 横键, 平键, 平伏键
H H
4
H H H H
H H
H H
C1-C2 -
4
2
H H
1
3
H
H2C H2C
3
H
相邻C-H 处于 邻位交叉式构象
H
第三节 环烷烃的结构与稳定性
三. 环戊烷 环戊烷分子中,碳碳键的夹角为 环戊烷分子中,碳碳键的夹角为108°,接近 杂化 ° 接近sp3杂化 轨道间夹角,角张力很小,是比较稳定的环。 轨道间夹角,角张力很小,是比较稳定的环。
5. 二取代环己烷的构象
(2) 1,2-二取代环己烷 二取代环己烷
Me CHMe2
优势构象
Me CHMe2
优势构象
第三节 环烷烃的结构与稳定性 四. 环己烷
5. 二取代环己烷的构象
(2) 1,2-二取代环己烷 二取代环己烷
CHMe2
Me
优势构象
Me
CHMe2
优势构象
第三节 环烷烃的结构与稳定性 四. 环己烷
C-C 键角偏离 sp3轨道夹角 109. 5o) (
角张力( ):环 角张力(angle strain):环 ): 的角度与sp 的角度与 3轨道夹角差别引 起的张力。 起的张力。
扭转张力:试图恢复 扭转张力: 交叉式构象的力。 交叉式构象的力。
第三节 环烷烃的结构与稳定性
一.环丙烷的结构
1885 年Baeyer提出张力学说 提出张力学说
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