有机化学(第二版)3环烃-文档资料

第三章
第一节
环烃
脂环烃
环丁烷 环戊烷 环己烷
三、环烷烃的结构和稳定性
（二）环烷烃的结构
【例如】 环丙烷
60º 90º 108º 120º 以上环烷烃分子结构中形成的都是弯曲键，其成键电子云 重叠程度小，键的稳定性差，容易开环。 所以当C-C-C 键角约等于109.5º 时，C—Cσ 键是正常的σ 键，此时环系稳定。如环戊烷和环己烷。
H2 C H2C CH2
第三章
第一节
环烃
脂环烃
一、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 (1)按照开链烃命名，前面冠以 “环”字，称“环某烷” (2)从特征官能团处编号，并使取代基位次最小 (3)环上含有复杂取代基时，可将脂环作为取代基 【例如】
环丙烷
环戊烷
Hale Waihona Puke 环己烷环辛烷第三章
第三章
第一节
环烃
脂环烃
三、环烷烃的结构和稳定性
（二）环烷烃的结构 为什么脂环烃会表现出上述化学性质？1885年拜尔（J.Baeyer） 提出了张力学说。 张力学说假定：1.烷烃是正四面体结构
2.环的结构是平面的
3. 碳原子是sp3杂化的，键角都109.5º 结论: 与正常键角109.5º 偏差越大,环越不稳定。环有恢复正常键角 的力，这种力称为角张力（又称为拜尔张力）。
第三章
第一节
环烃
脂环烃
一、脂环烃的分类和命名
（二）脂环烃的命名
2．螺环烃的命名
书写顺序： 取代基—几螺—[小．大环碳数]—母体，例如:
H3C
2 3 1 5 4 10 9 6 7
7 1 5 6 3 9 11 10 4 2
8
8
2-甲基螺 [4.5]癸烷
二螺[3.1.3.2]十一烷
第三章
第一节
课堂练习
第三章
环烃
环烃——具有环状结构的碳氢化合物。
脂环烃 环烃 芳香烃
第一节 第二节
脂环烃 芳香烃
本章同步测试参考答案
第三章
第一节
学习要求
知识目标：
环烃
脂环烃
1.熟悉脂环烃的定义、分类和命名 2.了解脂环烃的结构、稳定性和环烷烃的构象 3.掌握脂环烃的化学性质（取代、加成、氧化） 能力目标： 1.能正确区分和命名单环、螺环和桥环脂环烃 2.能区分环己烷及其取代环己烷的优势构象以及竖键和横键
环烃
脂环烃
二、脂环烃的性质
（一）脂环烃的物理性质 环烷烃的物理性质与烷烃相似 状态（常温下） 三元、四元环——气态 五元、六元环——液态 大环环烷烃———固态
溶解性 熔点、沸点和相对密度
环烷烃不溶于水， 溶于乙醚等有机溶剂 环烷烃比相应的开链烷烃高
第三章
第一节
环烃
脂环烃
二、脂环烃的性质
（一）脂环烃的化学性质 结构特征 化性特征 化学反应
H
C C
四、环己烷及其衍生物的构象
（一）环己烷的构象
2.船式构象
H
C C
船底4个碳原子在同一平面 相邻的碳原子为重叠式构象 两个船头碳上有伸向环内侧的2个氢原子
第三章
第一节
环烃
脂环烃
四、环己烷及其衍生物的构象
（一）环己烷的构象
椅式构象和船式构象的纽曼投影式：
H H H H CH2 CH2 H H H H HH HH H H CH2 CH2 H H
环烷烃的碳为 sp3杂化，正常键角为109.5； 2个sp3杂化轨道必须向内弯曲才能成键，不能沿键轴 方向最大限度地重叠；成键比较弱，此键有断裂恢复 原有键角的趋势，因此使整个分子具有张力，此张力 称为角张力（又称为拜尔张力）。
第三章
第一节
环烃
脂环烃
二、脂环烃的性质
（二）脂环烃的化学性质
环烷烃与烷烃相似，能发生自由基取代反应； 环烯烃与烯烃相似，易发生加成和氧化等反应； 化性特征 环丙烷和环丁烷及其烷基衍生物不稳定，易开环，发 生类似烯烃的加成反应。 化学反应 结构特征
第三章
第一节
环烃
脂环烃
四、环己烷及其衍生物的构象
（二）一取代环己烷的构象 取代环己烷的优势构象有如下规律： ① 椅式构象是最稳定的构象； ②取代基相同，e键最多的构象最稳定； ③取代基不同，大基团在e键的构象最稳定。
第三章
第二节
学习要求
知识目标：
环烃
芳香烃
1.熟悉芳香烃的定义、分类、命名和“芳香性” 2.了解苯、萘、蒽、菲的结构以及苯环的稳定性和环状闭合的- 共轭体系 3.掌握芳香烃的化学性质（取代、加成、氧化） 能力目标： 1.能正确分类和命名苯及其同系物
2.能鉴别苯和烷基苯
第三章
第二节
环烃
芳香烃
芳香烃简称芳烃，是芳香族化合物的母体。 芳香烃是具有“芳香性”的环状碳氢化合物。
“芳香性”是指环具有特殊稳定性，不易破裂，化学性质
表现为：难加成、难氧化、容易发生取代反应。
芳香烃中最典型的代表物——苯
分子式 C6H6 结构式
第三章
第二节
环烃
芳香烃
苯型芳香烃（含苯环结构）例如：
(2)
CH3
1,2-二甲基环戊烷
CH2 CH2 CH2 CH2
(3) 1,4-二环丙基丁烷
第三章
第一节
环烃
脂环烃
一、脂环烃的分类和命名
（二）脂环烃的命名
2．螺环烃的命名
命名规则：
（1）根据螺原子的数目，以螺、二螺、三螺为词头 （2）编号顺序：①螺原子邻位碳原子→ ②较小环→ ③螺原子→④较大环 （3）使环上的特征官能团和取代基位次最小 （4）在“螺”字后面写一方括号，方括号内用阿拉伯数字标明除螺原子外的 碳 原子数目，数字之间在下角用圆点隔开 （5）根据螺环上碳原子的总数称为“螺[n1.n2…]某烃”
第三章
第一节
环烃
脂环烃
一、脂环烃的分类和命名
（二）脂环烃的命名 【例如】
CH3 CH3 H CH3
H
H
CH3
H
顺-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基环丙烷
第三章
第一节
课堂练习
环烃
脂环烃
写出下列化合物的名称或结构简式 (1)
CH3 CH3CH2CHCH2CHCH3
CH3
2-甲基-4-环丙基己烷
(2) 编号顺序①第一个桥头碳原子→ ②大环→小环
→③另一个桥头碳原子→④回到第一个桥头碳原子 (3) 使环上的特征官能团和取代基位次最小
书写顺序： 取代基—环数—[大．中．小环碳数]—母体
第三章
第一节
环烃
脂环烃
一、脂环烃的分类和命名
（二）脂环烃的命名
3．桥环烃的命名 【例如】
7 8 9 10 6 5 4 3 5 6 7 8 4 3 1 2
第三章
第二节
环烃
芳香烃
139pm 120 °
二、单环芳烃
（一）苯的结构 2.苯的结构及苯环的稳定性 现代物理方法证明: （1）苯是一个平面分子，6个C和6个H都在同一平面上 （2） 6个等长的键，组成正六边形 （3）键角为120, 键长为139 pm介于C-C单键及C=C双键间
H
H
第三章
第二节
环烃
芳香烃
H H C H C C C C H H C 2 sp H
二、单环芳烃
（一）苯的结构
2.苯的结构及苯环的稳定性
杂化轨道理论认为： (1) 6个碳原子都为sp2杂化 (2) 相邻碳原子形成C-C 键 (3) 碳氢原子间形成C-H 键 (4) 每个碳原子上剩下的1个p轨道垂直于苯环平面并侧面 相互重叠，形成1个环状闭合的-共轭体系，称为大 π 键。电子离域，电子云密度完全平均化。
氧化加成910二溴蒽brbr三稠环芳香烃三致癌芳香烃致癌芳香烃主要是稠环芳香烃及其衍生物ch10甲基12苯并蒽例如苯并b芘为特强致癌物三稠环芳香烃三致癌芳香烃例如ch2甲基34苯并菲1234二苯并菲11121314151617181920一单项选择题二命名下列化合物写出其结构简式1苯基1溴丙烷chclclcl三完成下列反应式光照brchbrbrchbrch三完成下列反应式kmnoclchcoclcoohcoohcoch无明显变化红棕色褪去丙烷环丙烷苯乙烯苯乙炔br无明显变化红棕色褪去红棕色褪去无明显变化白色沉淀agnh1苯基环己烯甲苯硝基苯kmno无明显变化红棕色褪去无明显变化无明显变化紫红色褪去五推断题小环环烷烃分子不稳定易开环发生与烯烃类似的加成反应例如反应活性顺序为
褪色 无变化 无变化
Br2水
环戊烷
褪色 无变化
第三章
第一节
课堂练习
环烃
脂环烃
2.完成下列反应式： 环丙烷、环己烷分别与溴作用
+ +
Br2 Br2
CCl 4
BrCH2CH2CH2Br Br
光照或高温
第三章
第一节
环烃
脂环烃
三、环烷烃的结构和稳定性
（一）环烷烃的稳定性
通过环烷烃的开环反应可以看出： 环的反应活性为：三元环＞四元环＞五元环＞ 六元环 即环烷烃的稳定性顺序为：六元环>五元环>四元环>三元环
甲苯 氯苯 多环芳烃（含2个或2个以上独立苯环 ）例如：
一、芳香烃的分类
芳香烃 (据所含苯环 的数目分类)
CH2
二苯甲烷
稠环芳烃（2个或2个以上苯环间通过相邻 2个碳原子连接）例如：
蒽
第三章
第二节
环烃
芳香烃
二、单环芳烃
（一）苯的结构 1．苯的凯库勒（Kekulé ）式
1865年，凯库勒（F.A. Kekulé ）提出了苯的环状结构
第三章
第二节
环烃
芳香烃
二、单环芳烃
（一）苯的结构 2.苯的结构及苯环的稳定性
C H H
H C H
C
C
苯分子大键的形成及电子云分布图
共轭体系的形成使苯分子的内能降低，使苯环具 有特殊的化学稳定性，表现出具有“芳香性”。
第三章
第二节
环烃
芳香烃
二、单环芳烃
（二）苯的同系物的命名
苯的同系物：苯分子中的氢原子被烃基取代的衍生物 一元取代物
第三章
第一节
环烃
脂环烃
二、脂环烃的性质
（二）脂环烃的化学性质
结构特征 化性特征 化学反应 1.环烷烃的取代反应 2.三元、四元环的加成反应 3.环烯烃的氧化反应
第三章
第一节
课堂练习
环烃
脂环烃
1.用化学方法鉴别下列化合物： 2-戊烯、1,2-二甲基环丙烷和环戊烷
2 戊烯
1， 2 二甲基环丙烷
KMnO4溶液
N Cl N C Cl CONH OH Cl 克霉唑 （抗真菌药） 氯硝柳胺 （驱肠虫药） NO2
一、芳香烃的分类
芳香烃
(据是否具有 苯环分类)
非苯型芳香烃（不含苯环结构，但化学性质 与苯相似）例如： [18 ]轮烯 相当比例的合成药物及天然药物中都含苯型芳香烃
第三章
第二节
环烃
芳香烃
单环芳烃（含有1个苯环 ）例如： CH3 Cl
第一节
环烃
脂环烃
一、脂环烃的分类和命名
（二）脂环烃的命名
【例如】
CH3 CH3CH2CH2CHCHCH3 CH3 CH3
3-甲基-2-环戊基己烷
2,5-二甲基-1,3-环己二烯
第三章
第一节
环烃
脂环烃
一、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 二取代和多取代的脂环烃可产生顺、反两种构型异构体 2个取代基位于环平面的同侧，称为顺式 异构体； 位于环平面的异侧，称为反式 异构体。
一、脂环烃的分类和命名 （一）脂环烃的分类 【例如】
C C CH2 CH2
环丁烷
环戊二烯
环庚炔
桥环烃
螺环烃
第三章
第一节
环烃
脂环烃
一、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 环烷烃与烯烃互为同分异构体 通式为CnH2n 【例如】 丙烯 和环丙烷，分子式均为C3H6，结构式：
CH3–CH=CH2
第三章
第一节
环烃
脂环烃
一、脂环烃的分类和命名
（一）脂环烃的分类
饱和脂环烃——环烷烃 脂环烃 环烯烃（含双键） 不饱和脂环烃 环炔烃 (含三键）
单环烃 脂环烃 （两环共用一个碳原子） 螺环烃 多环烃 （两环共用两个或两个 桥环烃 以上碳原子）
第三章
第一节
环烃
脂环烃
H2 C H2C H2C CH2 CH2 HC HC CH CH H2C H2C C H2
1
2
CH3
二环[4.4.0]癸烷
二环[2.2.1]己烷
5-甲基二环[2.2.2]-2-辛烯
第三章
第一节
环烃
脂环烃
课堂练习
写出下列化合物的名称或结构简式
2 3 1 6 9 8 5 7
(1)
4
二环[4.3.0]壬烷
3 4 5 6 2 1 9 10 7 8
(2) 二环[4.3.1]-3-癸烯
第三章
第一节
以苯环为母体，烷基作为 取代基，称为“某烷基苯”
H H C C H C C H C C H H 简写为
6个碳原子连结成六元环 碳原子间以单双键间隔 每个碳原子连接1个氢原子 碳的化合价为4价
第三章
第二节
环烃
芳香烃
二、单环芳烃
（一）苯的结构
苯的凯库勒式反映的客观事实是： （1）苯分子是六元环结构
（2）苯分子中6个氢原子是完全等同的
苯的凯库勒式的不能解释的现象: （1）苯分子既然含有3个双键却难发生加成反应 （2）苯的二元取代物不只一种 （3）苯的邻二取代物只有一种
环烃
脂环烃
写出下列化合物的名称或结构:
9 10 1 5 7 6 4
(1)
2 3
8
2-甲基-螺环[4.5]癸烷
7 6
(2) 3-乙基-螺[4.5]-1,6-癸二烯
8
5
4
3 2
CH2CH3
9 10 1
第三章
第一节
环烃
脂环烃
一、脂环烃的分类和命名
（二）脂环烃的命名
3．桥环烃的命名 命名规则：(1) 根据环的数目称为“几环某烃”
椅式构象
船式构象
椅式构象比船式构象的能量低29.7 kJ.mol-1，是最稳 定的一种构象，称为优势构象
第三章
第一节
环烃
脂环烃
四、环己烷及其衍生物的构象
（二）一取代环己烷的构象 环己烷上的一个氢原子，被其他原子或基团取代，取代基 可处于横键e键或竖键 a键。
CH3
【例如】
CH3
稳定性： 甲基处于e键的构象 ＞ 甲基处于a键的构象
键角
第三章
第一节
环烃
脂环烃
四、环己烷及其衍生物的构象
（一）环己烷的构象
1.椅式构象
0.25 nm
3个碳原子分布在上面的平面内 3个碳原子分布在下面的平面内 每个碳原子均含一个垂直于平面的 C-H键，称为垂直键、竖键、a键
每个碳原子还含有另外一个C-H键，
称为平伏键、横键、e键
第三章
第一节
环烃
脂环烃