2333_取代环己烷的构象pdf
环己烷及取代环己烷构象的教学探讨
（ 京 大 学 金 陵学 院 ， 学 与 环境 生 物 科 学 系 ， 南 化 江苏 南 京 ２０８ １ ０ ９）
摘
要 ： 学 习环 己烷 构 象 时 ， 多 学 生 不 能 正确 地 写 出环 己 烷 的椅 式 构 象 ， 无 法 正 确 地 表 示 直 立 键 和 平 伏 键 的 位 置 ． 对 这 些 在 很 也 针
的就 是第 三种 线型 ． ２号 碳原 子 为例 ， ２上 已连 有 ａ ｂ两种 线 型 ， 么 其 平伏 键 的应 该 是 属 于 １ 型 的． 以 Ｃ 、 那 ２ 线
按 照 上 述 方 法 ， 可 以 很 容 易 的 将 另 外 几 个 碳 原 子 的 平 伏 键 画 出 来 ． 图 ２所 示 ． 直 立 键 相 同 ， 伏 键 也 是 也 如 和 平
２ 直 立 键 与 平 伏键 的 画法
接下 来看一 下直立 键和平伏 键 的画法 ． 首先 是直立键 即 ａ键 ， 画法 是 同学 们 最容 易 掌握 的 内容 ， 其 直立
键 垂 直 画 ， 者 沿 纸 面 向 上 或 向下 ． Ｃ１ Ｃ ， ４ Ｃ 所 在 的 平 面 为 基 准 ， 该 平 面 以 上 的 碳 原 子 （ ３ 的 直 或 以 ，２Ｃ ，５ 在 Ｃ ）
２０ １１生
青海 师范 大学学 报（ 自然科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＱｉ ｇ ａ ｒ ｌＵｎ ｖ ｒ ｉｙ Ｎａ ｕ ａ ｃ ｅ ｃ ） ｏ ｒ ａ ｎ ｈ ｉ ｏ Ｎｏ ｍａ ｉ ｅ ｓｔ （ ｔ ｒ ｌ ｉｎ ｅ Ｓ
第 ２期
２ ｌｌ Ｏ ＮＯ ２ ．
环 己烷 及 取 代 环 己 烷 构 象 的 教 学 探 讨
学 生最 容易犯 错 的地方 ． 面我 们 就介绍 一种 简单 快 速正 确 的画 出平 伏 键 的方法 ． 下 在刚 刚 的画好环 己烷 的构
2CH4环烃
五、环己烷及取代环己烷的构象
1. 环己烷的船式和椅式构象
环己烷分子有无数构象，船式和椅式是环己烷的两种典型构象 （能保持正常C-C-C键角的空间排布方式），因为一种象船，一种象 椅子故得名。
椅式 船式 特点：无论船式或椅式，环中C2C3C5C6都在同一平面上，只不过在船 式中，C1和C4在C2C3C5C6形成的平面的同侧，象船；在椅式中，C1和 C4则分别在C2C3C5C6形成的平面的上下两侧，象椅子。
五、环己烷及取代环己烷的构象
结论：椅式比船式稳定，椅式为优势构象。
五、环己烷及取代环己烷的构象
2点原因：
① 在船式构象中，C1及C4上的两个氢原子相距极近；
② 在椅式环己烷中每一个C-C键上的基团的构象，它们都 呈邻位交叉式，稳定；而在船式构象中，C2-C3及C5-C6上 连接的基团为重叠式。
五、环己烷及取代环己烷的构象
五、环己烷及取代环己烷的构象
取代基相同的多元取代环己烷：
反-1,2-二甲基环己烷
H H 3C H CH3 H CH3 CH3 H
较稳定
H
顺-1,3-二甲基环己烷
H H CH3 H CH3
CH3 H H CH3 CH3 H H
CH3 CH3
较稳定
反-1,4-二甲基环己烷
CH3
较稳定
五、环己烷及取代环己烷的构象
五、环己烷及取代环己烷的构象
构象翻转特点：a/e键互换
equtorial (down)
CH
3
CH
3
axial (down)
五、环己烷及取代环己烷的构象
3. 取代环己烷的构象
环己烷最稳定的构象为椅式，对取代环己烷进行分析时，主要考 虑椅式构象。 环己烷的取代物有两种取向（可连a键或e键）。从许多实验事实 可总结出如下规律：
二取代环己烷和稠环烃的构象
CH3
a键(直立键)
小 结： （1）环己烷多元取代物最稳定构象 是e-取代基最多的构象。
（2）环上有不同取代基时，大取代 基在e键的构象较稳定。
问题： 画出下列各二元取代环己烷最稳定的构 象：
（1）顺-1-氯-2-溴环己烷
（2）反-1-氯-4-碘环己烷
（3）顺-1，3-二羟基环己烷
（4）顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷
CH2
2
CH2
10 11
12
3
6
8
3
54
10 CH2 12
1
HC
9 CH2
13 CH2
4 CH2 5 CH2
6
H2C
HC 9
CH2 CH CH
CH2 CH CH2
8
7
6
CH2
4
CH2
CH2
5
H2C
CH
CH2
8
7
三环[3.2.1.02,4]辛烷
三环[5.4.0.02,9]十 一烷
三环[5.5.1.0 3,11]十三烷
H
HH
H
H
H
H
H
环丁烷的构象
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
HH
H
H
H H
H
H
H
H
H H
H
H H
H
信封式 能垒 2.5KJ/mol 环戊烷构象
半椅式
第四节 环己烷的构象
在环己烷分子中，C原子是SP3杂 化。六个C不在同一平面，C-C键夹 角保持109º28'，因此环很稳定。其 有二种极限构象。
取代环己烷的构象
取代基的电子效应
总结词
详细描述
给电子取代基可以降低环己烷的能垒，使 其更稳定。
给电子取代基如羟基、氨基等具有较高的 电负性，能够诱导环己烷环产生极化，降 低其能垒，使其构象更稳定。
总结词
详细描述
吸电子取代基则会增加环己烷的能垒，使 其不稳定。
吸电子取代基如卤素、硝基等具有较低的 电负性，能够使环己烷环产生去极化，增 加其能垒，使其构象不稳定。
总结词
取代基的电子效应是指取代基的电子性质对环己烷构象的 影响。
详细描述
取代基的电子效应可以通过诱导和共轭两种方式影响环己 烷的构象。诱导效应取决于取代基的电负性，而共轭效应 则与取代基能否与其他不饱和体系形成共轭有关。
总结词
取代基的空间效应是指取代基的空间大小和形状对环己烷 构象的影响。
详细描述
空间效应主要表现在取代基的大小和形状是否与环己烷环 匹配，以及取代基之间的相互位置关系。如果取代基太大 或形状不匹配，可能会引起环己烷构象的变化。
总结词
扭船型构象是一种不稳定的构象，其中取代基难以稳定地占据扭船型位置，导致 分子结构不稳定。
详细描述
在扭船型构象中，环己烷的六个碳原子大致呈扭曲的船的形状排列，其中两个碳 原子位于扭曲船的底部，形成扭船型位置。由于这种构象中取代基难以稳定地占 据扭船型位置，因此扭船型构象是一种不稳定的构象。
02
非极性取代基的位置也会影响其构象稳定性。例如，当非极 性取代基处于直立键位置时，它们与环己烷的碳原子之间的 相互作用更弱，导致更低的构象稳定性。
体积较大的取代基
体积较大的取代基可以与环己烷的碳原子形成更强烈的空间排斥相互作用，这通常会导致较低的构象稳定性。这种相互作用 可以通过计算取代基和环己烷之间的空间排斥力来预测。
《取代环己烷的构象》课件
未来研究的方向和展望
深入研究取代基对环己烷构象的影响：未来研究 可以进一步探讨不同取代基对环己烷构象的影响 ，以及取代基与环己烷构象之间的相互作用机制 。
发展新的理论和方法：随着计算化学的不断发展 ，未来可以发展更精确的理论和方法来研究取代 环己烷的构象，提高预测的准确性和可靠性。
探索取代环己烷在生物体内的构象变化：环己烷 在生物体内可能存在构象变化，未来研究可以关 注取代环己烷在生物体内的代谢过程和构象变化 ，为药物设计和生物活性分子的研究提供帮助。
核磁共振波谱法是通过分析原子核的磁性和化学环境来推断分子的构象。在取代环己烷中，可以通过分析氢核磁共振（1H NMR）和碳核磁共振（13C NMR）数据，确定取代基的取向和构象。
核磁共振波谱法具有较高的灵敏度和分辨率，可以提供较为准确的信息。但是，对于一些复杂的分子，可能需要结合其他谱 学方法进行分析。
02
取代环己烷的构象类型
椅型构象
总结词
最常见的构象类型
详细描述
椅型构象是取代环己烷中最常见的构象类 型，其中取代基在环平面的上方或下方， 整个分子呈现出椅子的形状。
空间位阻
稳定性
在椅型构象中，取代基之间的空间位阻较 小，有利于取代基之间的相互作用。
椅型构象相对稳定，因为其具有较低的能 量状态。
船型构象
05
取代环己烷的构象在化 学工业中的应用
作为溶剂和反应介质
取代环己烷的构象具有稳定的化学性 质和良好的溶解性能，使其成为一种 理想的溶剂和反应介质。在化学工业 中，取代环己烷可以用于溶解和提取 各种有机化合物，促进化学反应的进 行。
VS
取代环己烷的构象具有较低的蒸气压 和较高的沸点，使其在高温和低压力 条件下仍能保持较高的溶解能力，有 利于提高化学反应的效率和产率。
2333_取代环己烷的构象pdf
2.3.3.3 取代环己烷的构象CH 3HCH 3Hr.t.5 ％95 ％单取代环己烷的构象原因1: Van de waals 范氏力AtomHCH 2CH 3NPOR/pm 120200200150190140Atom S F Cl Br I R/pm185135180195215CH 3HCH 3H250pmr.t.1,3－二直立键相互作用6116原因2:扭转张力162HH CH5a 键162CHH35CH 3HCH 3He 键6161结论与推论：1、一取代时，取代基趋向于处于e键2、若有多个取代基，在满足顺反构型关系的前提下，则越多取代基处于e键时越稳定。
3、若环上有不同取代基，在满足顺反构型关系的前提下，则大基团处于e键时较稳定。
二取代环己烷的构象（相同取代基）a键、e键的顺反关系a 键e 键1,1 Cis-1,2trans-1,2 trans-1,3cis-1,3 cis-1,4 trans-1,4☐二取代环己烷的构象（不同取代基）◆Conformation with all groups on e bond is most preferred;在满足空间构型的前提下，令尽可能多的取代基处于e键。
◆If the above condition can not be met, the larger group willbe on the e bond.在满足空间构型的前提下，优先满足大基团处于e键。
-F, -CN < -Cl, -Br, -I < -OCH3< -OH < -COOH < -NH2< -CH3< -CH2CH3< -CH(CH3)2< -C6H5< -C(CH3)3注：1、OH，NH2易受溶剂的影响，尤其是形成氢键时。
2、此顺序应用于1,2取代时可能有误差。
练习：画出以下结构的最稳定构象t-Bu 3t-Bu3t-BuCH3t-BuCH3t-Bu3t-Bu 3。
取代环己烷的构象
全部占据e键最稳定
05-05 取代环己烷的构象
一、一取代环己烷的构象
取代基占据e键
更稳定
取代基占据a键
05-05 取代环己烷的构象
一、一取代环己烷的构象
05-05 取代环己烷的构象
二、二取代环己烷的构象
1、 1-2-取代环己烷
05-05 取代环己烷的构象
二、二取代环己烷的构象
1、 1-2-取代环己烷
最稳定构象
05-05 取代环己烷的构象
二、二取代环己烷的构象
1、 1-3-取代环己烷
05-05 取代环己烷的构象
二、二取代环己烷的构象
1、 1-3-取代环己烷
最ห้องสมุดไป่ตู้定构象
05-05 取代环己烷的构象
二、二取代环己烷的构象
1、 1-4-取代环己烷
05-05 取代环己烷的构象
二、二取代环己烷的构象
1、 1-4-取代环己烷
最稳定构象
05-05 取代环己烷的构象
第二章 脂环烃3-4课时
H
氢分子
H
C(CH3)3
室温
C(CH3)3
<0.1% >99.9%
2、两个相同取代环己烷的构象 例题：写出顺-1，2-二甲基环己烷的稳定构象 规律：两个基团相同，先把其中一个基团放在e-键，再根据顺反 关系确定另外一个基团的位置（a-键或e-键）
CH3 H H H CH3CH3 CH3
H
练习：a、写出顺-1，4-二甲基环己烷和顺-1，3-二甲基环己烷的 稳定构象 b、通过构象分析1，3-二甲基环己烷顺和反结构的稳定性
CH3
表示方法
CH3
H
CH3
H CH3 H CH3 CH3 CH3
CH3
H CH3
二、多取代环状化合物
CH3
CH3
CH3
1、反，反-1，2，3-三甲基环己烷（第二个以第一个为基础， 第三个以第二个为基础） 2、r-1，反-2，顺-3-1，2，3-三甲基环己烷（都以第一个为基础）
三、十氢萘的构象
H2, Ni
由于形成分子的原子的电负性不同，使分子中成键的 由于形成分子的原子的电负性不同， 电子云沿碳链向电负性较大的基团方向偏移的效应。 电子云沿碳链向电负性较大的基团方向偏移的效应。 诱导效应的产生
δ+ δ－
CH3
CH 2
CH2
CH2
C X
Cl
C
Y+
静态诱导效应：静态分子中表现出来的诱导效应。 静态诱导效应：静态分子中表现出来的诱导效应。 动态诱导效应：发生反应时， 动态诱导效应：发生反应时，共价键电子对的正常 分布发生的改变。 分布发生的改变。
椅式
船式
纽曼投影式： 纽曼投影式：
H H H H
取代环烷烃的优势构象
取代环烷烃的优势构象嘿，大家好！今天咱们聊聊一个听起来挺高大上的话题——取代环烷烃的优势构象。
别担心，听起来复杂，但咱们可以轻松地聊聊这个话题。
想象一下，环烷烃就像那种在聚会上总是占据舞池的“明星”，它们有时候表现得特别出色，但也会让人觉得腻味。
取代环烷烃呢，就是那些神秘的替代者，哎呀，听上去好像更有趣了，不是吗？咱们得明白，环烷烃是一种啥。
简单来说，它们就是一些有着封闭环状结构的碳氢化合物。
想象一下，像是个小圈子，大家在里面聚会。
可问题来了，这个圈子有时候会让人觉得气氛太死板，缺少点新鲜感。
此时，取代环烷烃就像是一位新朋友，带来了新鲜的空气和不同的活力。
它们可以让咱们的化学反应变得更加多样化，哎，谁不喜欢点儿花样呢？取代环烷烃的优势可不止于此哦。
它们在化学反应中的稳定性更好，就像是个稳重的朋友，不容易因为外界的小风小浪而慌张。
这就意味着，当你把它们加入到某个化学反应中，结果就会更加可靠，没那么多“意外惊喜”。
谁说化学反应就得像过山车一样刺激？稳稳当当的也不错嘛。
更有趣的是，取代环烷烃的结构也给了它们更大的灵活性。
想象一下，它们可以像变色龙一样，根据不同的环境调整自己的状态。
这样一来，咱们就能在不同的化学反应中获得不同的产物，简直是“千变万化”的小能手。
反观环烷烃，固执得像个老古董，死撑着自己的固定模式，没办法跟上时代的潮流。
再来看看它们的生态优势吧。
随着环保意识的提高，咱们越来越关注那些对环境友好的化学物质。
取代环烷烃在这方面表现得可圈可点。
它们通常比环烷烃更容易降解，不容易在自然界中造成长期的污染。
这样一来，咱们在享受科技进步带来的好处时，也能为保护地球出一份力。
是不是觉得心里美滋滋的？取代环烷烃的魅力还不止于此。
在某些工业应用中，它们展现出的性能真的是让人刮目相看。
比如在石油化工行业，取代环烷烃作为溶剂，能够更有效地与其他化学物质结合，提升反应效率。
试想一下，咱们如果能把每一滴溶剂的使用效率都提高，那可真是事半功倍，岂不是太划算了？有人可能会问，环烷烃就那么不堪吗？它们也是有闪光点的。
有机化学 环烷烃构象PPT课件
第3页/共20页
环己烷的碳碳键角保持了正常的109.5，无角 张力，它有两种典型的构象：
30KJ/mol
椅式构象
(chair form)
椅式构象是环己烷最稳定的构象式。
第4页/共20页
船式构象
(boat form)
环己烷的构象分析：
0.25nm
6
5
4
1
2
3
椅式构象
0.18nm 船式构象
第5页/共20页
ｅ键上
第14页/共20页
1，４-二取代 ： 试比较顺式和反式 1,4-二甲基环己烷的稳定性。
H3C
CH3
CH3 e
CH3
CH3
a
a
CH3 e
ea键型
H3C
CH3 a
CH3
a CH3
CH3 e
e CH3
ee键型
甲基ee键型异构体比甲基ea键型异构体稳定。
第15页/共20页
小结：
• １°一元取代基主要以e键和环相连。 • ２°多元取代环己烷最稳定的构象是e键上取
1. 指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。
CH3
C(CH3)3
(CH3)3C
CH3
2. 写出化合物
OH
CH3
的优势构象
OH
CH3
第18页/共20页
CH3 Hale Waihona Puke H环烷烃的主要来源和制法：
环烷烃主要来源于石油。
(1)芳香族化合物催化氢化
。
Ni,150~200 C
OH + 3H2 1.5MPa
OH
(２) Ｄ—Ａ方法
CHO
+
30。C 100%
5环烷烃(1)
反应选择性 与碳正离子 稳定性有关
CH2CH2CH2CH2
结论：（1）环丙烷活性最大，不稳定，易发生开环加成
（H2、X2、HX）；
（2）其他环烷烃性质与开链烷烃相似，发生X2的 自由基取代反应； （3）环丙烷衍生物开环位置：取代最多的C与取 代最少的C之间； 加成位置：符合马氏规则。
例如:
Br2
按衍生物命名
十氢萘
萘
课堂练习：
1,2,4-三甲基二环[4.3.0]壬烷
5-氯螺[2.5]辛烷
二．环烷烃的性质
环的大小与稳定性
环烷烃随着环的大小不同，其稳定性 不尽相同。 燃பைடு நூலகம்热： 1 mol化合物燃烧,生成CO2 + H2O，放出 的热量。
CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O + 燃烧热
环烷烃的燃烧热数据
环的大小与化学性质
五元以上 环烷烃 性质相似
链状烷烃
Cl2 / hv
Cl
自由基取代反应
H2 / Pt 催化加氢
HI
不反应
不反应
!!!
小环环烷烃 活泼，易开环
小环化合物的特殊性质 —— (易开环加成）
小环化合物的催化加氢
H2 / Pt, 50oC or Ni, 80 C
2 2
o
CH3CH2CH3
平面型
H
H 1 H C1-C2 2 H H
H H
C
C H
H
角张力： 环的角度与sp3轨道夹 角差别引起的张力
所有C-H 键均为 重叠式构象，有 扭转张力
环产生张力的因素: 非键性相互作用：非键合的两原子或原子团距 离小 于其范氏半径之和（强烈排斥） 键长变化：两成键原子间距离偏离正常键长；
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2.3.3.3 取代环己烷的构象
CH 3
H
CH 3
H
r.t.
5 ％95 ％
单取代环己烷的构象
原因1: Van de waals 范氏力
Atom
H
CH 2
CH 3
N
P
O
R/pm 120200200150190140
Atom S F Cl Br I R/pm
185
135
180
195
215
CH 3
H
CH 3
H
250pm
r.t.
1,3－二直立键相互作用
6
11
6
原因2:
扭转张力
1
62
H
H C
H
5
a 键
1
6
2
C
H
H
35
CH 3
H
CH 3
H
e 键
6
1
6
1
结论与推论：
1、一取代时，取代基趋向于处于e键
2、若有多个取代基，在满足顺反构型关系的前提下，则越多取代
基处于e键时越稳定。
3、若环上有不同取代基，在满足顺反构型关系的前提下，则大基
团处于e键时较稳定。
二取代环己烷的构象（相同取代基）a键、e键的顺反关系
a 键
e 键
1,1 Cis-1,2
trans-1,2 trans-1,3
cis-1,3 cis-1,4 trans-1,4
☐二取代环己烷的构象（不同取代基）
◆Conformation with all groups on e bond is most preferred;
在满足空间构型的前提下，令尽可能多的取代基处于e键。
◆If the above condition can not be met, the larger group will
be on the e bond.
在满足空间构型的前提下，优先满足大基团处于e键。
-F, -CN < -Cl, -Br, -I < -OCH3< -OH < -COOH < -NH2< -CH3< -
CH2CH3< -CH(CH3)2< -C6H5< -C(CH3)3
注：1、OH，NH2易受溶剂的影响，尤其是形成氢键时。
2、此顺序应用于1,2取代时可能有误差。
练习：画出以下结构的最稳定构象
t-Bu 3
t-Bu
3
t-Bu
CH3
t-Bu
CH3
t-Bu
3
t-Bu 3。