课件-夏令营-第二部分 环烷烃

环丙烷分子中键角的偏转
角张力 当碳环中的碳原子数大于四个时，角张力基本消失
单环环烷烃 (CH2)n的燃烧热kJ · mol-1（298K）
环的大小 小 环 3 4 正常环 5 6 7 中 环 8 9 10 11 大 环 12 13 14 15 16 17 烷 烃
- △ Hc /n °
697.1 686.2
+ +
Cl2
hv
Cl +
氯代环丙烷
HCl
Br2
Br 300 C
+
HBr
2. 小环的加成反应
小环的加成反应比大环更容易进行
Ni, H2 80 C Ni, H2 120 C
o o
CH3CH2CH3
CH3CH2CH2CH3
Pt, H2 300~310 oC
CH3CH2CH2CH2CH3
在常温下，小环即可与卤素、氢卤酸发生反应
C(CH3)3 H H > 99.99% C CH3 H3C CH3
CH3 CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
多元取代的环己烷中，取代基处于e 键状态较多的构象比较稳定
Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl
Cl Cl Cl
b—异构体
g—异构体
两点经验规律：
4 2
H
5 3 6
1
H H H H 平伏键或 e 键 H H
直立键或 a 键
转环作用：两种椅形构象之间的转变
互相变换中每一个a键都变成了e键，同时每个e键也变为了a键
环己烷衍生物的构象分析
CH3 CH3 95% 5%
H
H H H C H H H
C H H H H e - 甲基
a - 甲基
CH(CH3)2 H H 97% C CH3 H CH3 3%
沸点 37℃
cis-
反-1,2-二甲基环丙烷
沸点 29℃ d200.6769 nD201.3713 trans-
d200.6938 nD201.3822
拟除虫菊酯 (Permethrin)
O O CH2
O
cis-，烯醚菊酯
Br Br CN
O
O O CH
trans-，溴氰菊酯
随着环上取代基的增加，顺反异构体的数目也相应增多 Example：1,2,3,4,-四甲基环丁烷
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二 环 [ 2.2.1] 庚 烷
二 环 [ 1.1.0] 丁 烷
二 环 [ 2.1.0] 戊 烷
桥环的编号：从桥头碳，沿最长桥到另一桥头，再沿次长桥回到开始的 桥头，最短的桥最后编号。若有取代基应使取代基的位次尽可能小。
CH3
1 7 8 6 5 4 3 2
C2H5
1-甲基-2-乙基双环[3.2.1]辛烷
A: 环己烷多元取代物最稳定的构象是 e 取代基最多的构象
B: 环上有不同取代基时，大的取代基在 e 键的构象最稳定
脂环化合物的顺反异构
环的存在使环上的碳碳键不能自由旋转，于是当两个碳原子连接不 同的取代基时，就会发生顺反异构
Example：
CH3 CH3 H CH3
H
H
CH3
H
顺-1,2-二甲基环丙烷
单环化合物的命名
它们的命名法与烷烃相似，只在烷字的前面加上一“环” 字，称为环某烷
H2C H2 C CH2 CH2 H2C H2C CH2 CH2 H2C C H2
CH2 CH2 H2C H2C
H2 C CH2 CH2 C H2
环丙烷
环丁烷
环戊烷
环己烷
螺环烃的命名
螺环烃：两个碳环共有一个碳原子的脂环烃 螺烃的命名是根据螺环上碳原子的总数目叫做螺某烷，并在螺字后 面的方括号中用阿拉伯数字标明螺原子所夹碳原子的数目，小的数字 在前，大的在后，数字之间在下角用圆点隔开。例如：
n [- △ Hc /n - 658.6] °
115.5 109.6
27.0 0 26.6 40.0 49.5 50.0 64.0 15.6 22.1 0 6.0 1.6 1.7 －
环丙烷的结构：
小环烃通常不稳定，但当它连有某些取代基的时候却可以形成稳定的化合物
Example：
O A O B O R'
+
Br2
CH2CH2CH2 Br Br CH2CH2CH2 H Br
+
HBr
环丙烷的烷基衍生物与氢卤酸的加成符合马氏规则
CH3
+
HBr
CH3 CH CH2 CH3 Br
CH3
CH3
CH3 +
CH3 CH3 HBr CH3 C CH CH3 Br
4. 小环的稳定性
环丙烷对氧化剂较稳定
CH3 CH3 C CH3 CH2 CHCH C CH3 KMnO4
对于一些结构复杂的桥环烷烃，常用俗名。
立方烷
篮烷
棱晶烷
金刚烷
稠环烃的命名
稠环烃：两个碳环共有两个碳原子的脂环烃 可当作相应芳烃的氢化物来命名 Example：
CH2 H2C H2C CH2 CH CH CH2 CH2 CH2 CH2
十氢萘
第二节 脂环烃的反应
1. 环烷烃----取代反应
环烷烃与烷烃一样主要起自由基取代反应
R
除虫菊酯
环丁烷的构象
键角约111.5°
环戊烷的构象
0.05nm
信封式
半椅式
环己烷的构象
H H H H H H (a) H H H H H H
椅式
5 3 4
对称轴
1 6
2 (b)
H
H
H H H H
H H H
H H
船式
(c)
H
椅形中的C－H键分为两类
直立键（a 键） 平伏键（e 键）
H
C3 H H H H
CH3 CH3 CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3 CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
十氢萘的顺反异构
H e H a e a e e H e H e
H
H
H
顺式
H
反式
金刚烷的结构
H H
H H H H H
H H H H H
H H H H
金刚烷
金刚石的部分结构
第六讲
第二部分 环烷烃
王 杰 博士 jiewang@nju.edu.cn 南京大学 化学化工学院 南京大学金陵学院 应用化学系 教授 主任
第一节 脂环烃的分类和命名
分类
饱和脂环烃—环烷烃 不饱和脂环烃
环烯烃 环炔烃
单环体系 小环（3～4个碳） 普通环（5～7个碳） 中环（8～12个碳） 大环（12个碳以上）
664.0 658.6 662.4 663.6 664.1 663.6 664.5 659.9 660.2 658.6 659.0 658.7 658.7 658.6
- △ Hc /n - 658.6 °
38.5 27.4
5.4 0 3.8 5.0 5.5 5.0 5.0 1.3 1.7 0 0.4 0.1 0.1 －
5 4 1 3
CH2 CH2
6
CH2 CH2
7
CH2 CH2
2
C
螺 [2.4] 庚烷
桥环烃的命名
两个环共有两个以上碳原子的多环烃叫做桥环烃。双环桥环烃的命名是根 据环上碳原子的总数称为二环某烷，以几个碳桥交会处的两个碳原子为桥 头，在环字后面的方括号内，用阿拉伯数字标明每一个碳桥上碳原子的数 目，几个数字按大小次序列出，大的数字在前，小的在后，数字之间在下角 用圆点隔开。例如：
CH3 C CH3
CHCOOH CH2
1,1-二甲基-2-异丁烯基环丙烷
2,2-二甲基环丙基甲酸
第三节 脂环烃的结构
Baeyer张力学说和环丙烷的结构
Baeyer张力学说的提出：环的大小与稳定性的关系
张力是怎样产生的？
109o28′ 24o44′
60o
+ 24o44′
+ 9o44′
+ 0o44′
- 5o44′