02-环烷烃的结构和构象课件
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有机化学课件第-二-章烷烃和环烷烃_图文
熔点高低取决于分子间的作用力 和晶格堆积的密集度。
烷烃熔点的特点 （1） 随相对分子质量增大
而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳
烷烃的熔点升高值 大 （如右图）。 （3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点 下降。
偶数碳 奇数碳
（二） 沸点
沸点大小取决于分子间的作用力
烷烃沸点的特点
（1）沸点一般很低。 （非极性，只有色散力）
H2O2 + Fe2+
RCOO-
-e-
电解
HO• + HO- + Fe3+ RCOO •
自由基的稳定性
均裂 H=359.8kJ/mol (88kcal/mol) 共价键均裂时所需的能量称为键解离能。 键解离能越小，形成的自由基越稳定。
苯甲基自由基
稀丙基自由基 三级丁基自由基 异丙基自由基
乙基自由基 甲基自由基 苯基自由基
Hammond假设：过渡态总是与能量相近 的分子的结构相近似。
甲烷氯代反应势能图
甲烷氯代反应势能图的分析
1、第一步反应的活化能比较大，是速控步骤。 2、第二步反应利于平衡的移动。 3、反应 1 吸热，反应 2 放热，总反应放热，所以反应 只需开始时供热。 4、过渡态的结构与中间体（中间体是自由基）相似， 所以过渡态的稳定性顺序与自由基稳定性顺序一致。 推论：3oH最易被取代，2oH次之，1oH最难被取代。
甲烷氯代反应的适用范围
1、 该反应只适宜工业生产而不适宜实验室制备。 2 、该反应可以用来制备一氯甲烷或四氯化碳，不适 宜制备二氯甲烷和三氯甲烷。 3、无取代基的环烷烃的一氯代反应也可以用相应方法 制备，C(CH3)4的一氯代反应也能用此方法制备。
（2） 甲烷卤代反应活性的比较
烷烃熔点的特点 （1） 随相对分子质量增大
而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳
烷烃的熔点升高值 大 （如右图）。 （3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点 下降。
偶数碳 奇数碳
（二） 沸点
沸点大小取决于分子间的作用力
烷烃沸点的特点
（1）沸点一般很低。 （非极性，只有色散力）
H2O2 + Fe2+
RCOO-
-e-
电解
HO• + HO- + Fe3+ RCOO •
自由基的稳定性
均裂 H=359.8kJ/mol (88kcal/mol) 共价键均裂时所需的能量称为键解离能。 键解离能越小，形成的自由基越稳定。
苯甲基自由基
稀丙基自由基 三级丁基自由基 异丙基自由基
乙基自由基 甲基自由基 苯基自由基
Hammond假设：过渡态总是与能量相近 的分子的结构相近似。
甲烷氯代反应势能图
甲烷氯代反应势能图的分析
1、第一步反应的活化能比较大，是速控步骤。 2、第二步反应利于平衡的移动。 3、反应 1 吸热，反应 2 放热，总反应放热，所以反应 只需开始时供热。 4、过渡态的结构与中间体（中间体是自由基）相似， 所以过渡态的稳定性顺序与自由基稳定性顺序一致。 推论：3oH最易被取代，2oH次之，1oH最难被取代。
甲烷氯代反应的适用范围
1、 该反应只适宜工业生产而不适宜实验室制备。 2 、该反应可以用来制备一氯甲烷或四氯化碳，不适 宜制备二氯甲烷和三氯甲烷。 3、无取代基的环烷烃的一氯代反应也可以用相应方法 制备，C(CH3)4的一氯代反应也能用此方法制备。
（2） 甲烷卤代反应活性的比较
2第二章-烷烃和环烷烃2PPT课件
变化。
图2-5 乙烷分子构象的能量曲线
乙烷分子是处于交叉、重叠以及介于两者之间的无数
构象的动态平衡混合体系, 但各种构象体存在的比率不同。
2021/3/10
邓健 制作 张静夏 审校
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（二）正丁烷的构象(绕C2—C3键旋转）
CH 3
CH 3
H
H
H
CH 3
H
H
CH 3
对位交叉式
H 3C H
甲烷
一氯甲烷
二氯甲烷
三氯甲烷 四氯化碳
取代反应：有机化合物分子中的氢原子（或其他 原子）或基团被另一原子或基团取代的化学反应。
卤代反应：烷烃分子中的氢原子被卤素原子取代 的反应。
2、卤代反应的机制 可分为链引发、链增长和链终止3个阶段 ➢ 链引发：形成自由基
热 或 光
C l： C l
Cl+Cl
➢链增长：延续自由基、形成产物
1 2 7 ℃
B r
1-溴丙烷（3%）
2-溴丙烷 （97%）
C3H
光 照
C3H
C3H
C H 3— C — H
+ B r2
C H 3— C — B r 127℃
+ B r—2 C —H C
C3H
C3H
C3H
2-甲基-2-溴丙烷 （>99%）
2-甲基-1-溴丙烷(痕量)
溴代反应中，3°、2°、1°氢原子的相对反
乙烷的两种典型的构象——重叠式和交叉式，常 用两种三维式表示，即锯架式和Newman投影式。
H
H
H H
H
HH H
HH
H
H
H
H
有机化学课件 第三章 环烷烃
螺[3.4]辛烷
(c)螺环上的编号：从连接螺原子(不含)上的一个碳开始，先
编较小的环，然后经过螺原子再编大环。有取代基是在遵循
编号原则的基础上，使取代基位置号码加和数最小为原则. 例3:
5-甲基螺[2.4]庚烷
2 3
1
6 5
7 8
螺[4. 5]癸烷 spiro[4. 5]decane
4
10
9
除螺C外的碳原子数 (用"."隔开)
6-甲基二环[3.2.2]壬烷
1,7-二甲基二环[3.2.2]壬烷
桥头碳原子
10 9 8 7 1 2 3 4 5
桥头间的碳原子数 (用"."隔开) 环的数目 二环[4. 4. 0]癸烷 bicyclo[4. 4. 0]decane 组成桥环的 碳原子总数
6
十氢萘
桥 头 碳：几个环共用的碳原子，
环的数目：断裂二根C—C键可成链状烷烃为二环；断裂三根C—C 键可成链状烷烃为三环
实 例 四
H3C H
CH3 H
带有二个或二 个以上取代基 时，分子有对 称性，构型用 顺、反表示（
顺-1,2-二甲基环丙烷 cis-1,2-dimethylcyclopropane
英文用 “cis”
和“trans”表 示）。
二、双环化合物的命名
其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺环化合物. 共用两个或以上碳原子的叫桥环化合物.
当碳原子的键角偏离109°28′时，便会产生一种恢复正 常键角的力量。这种力就称为张力。键角偏离正常键角越多， 张力就越大。 109°28′内角
偏转角度=
2 4
9o44’
N=3 偏转角度
24o44’
02-环烷烃的结构和构象课件
5 十氢化萘的结构 • 是双环[4.4.0]癸烷的习惯名称.
(1) 平面结 构式
顺十氢化萘
(2) 构象
反十氢化萘
•顺式异构体--不稳定.
• --环下方几个 a 键上的氢原子比较靠拢,有些拥 挤,故分子能量较高,比较不稳定.
2 环丁烷的结构
• 内角90°. • 四个碳原子不在一个平面上.
环丁烷中的键
折叠式构象 环丁烷的构象
3 环戊烷的结构 • 不是平面结构.因C-H键的重叠,有较大扭转张力. • 实际构象:折叠环的形式--“信封式”构象.
•分子张力不大,因此环戊烷的化学性质比较稳定.
4 环己烷的结构
• 环己烷不是平面结构,较为稳定的构 象为折叠的椅型构象和船型构象.
为 a键
为e键
椅型构象的翻转
•两种椅型构象是等同的分子.
(6) 甲基环己烷椅型构象的翻转
•同一平面 上的比较
•两种椅型构象是两种不同结构的分子. •甲基连在a键上的构象具有较高的能量,比较不稳定 •平衡体系中e键甲基环己烷占95%,a键的占5%
取代基在e键上的构象较稳定. • 若有多个取代基,往往是 e 键取代基最多的构象最稳
环烷烃的结构
• 烷烃是sp3杂化，键角109.5o，环烷烃的碳也是sp3 杂化，但键角不一定一样。
1 环丙烷的结构 • C-C键的形成
交盖较好
交盖较差 键轨道的交盖
•这样的键与一般的键不 一样,它的电子云没有轨道 轴对称,而是分布在一条曲 线上,故常称弯曲键.
内角60°
•弯曲键比一般的 键弱,并且具有较高的能量. •这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力. •由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力.
• C-1和C-4上两个向内伸的H由于距 离较近而相互排斥,也使分子的能量 有所升高.
第三章--环烷烃PPT课件
31
Cyclohexane
船 式 构 象 球 棒 模 型
32
Cyclohexane
船 式 斯 陶 特 模 型
33
转环作用中的能量变化
半椅式
船式
扭船式
椅式
34
环己烷的椅式构象最稳定
✓ 角张力为0
✓ 采取邻位交叉式构象，扭转张力最小
✓
1，3-二a键相互作用小。因为H原子 范德华半径小，所以范德华张力为0
环数：使环状化合物 变成开链化合物所需 打破的碳碳键的数目
单环: 如
C
H
C
2
H
2
C
H
2
(
环
丙
烷
）
、
(环 己 烷 ）
二环：如
(十 氢萘） 又叫二 环[4.4.0]癸烷
多环：二环以上。 如 金刚烷
螺环：共有1个碳 如 按环的连接方式 稠环：共有2个碳 如十氢萘
桥环：共有2个以上碳原子 如
3
二. 单环烷烃的命名
1,1-二甲基-4-乙基环己烷
4-Ethyl-1,1-dimethylcyclohexane 7
例3
CH3
CH3 CH CH3
CH 3 CH 2 C CH 2 CH 3 CH 3
1-甲基-2-异丙基环己烷 1-甲基-2-(1-甲基乙基)环己烷
3-甲基-3-环丁基环戊烷 (长链作母体) 8
环烷烃顺反异构
h
C H 2 H 2 CC H C l+ H C l
甲基环己烷+氯r
+Br2
Br
3. 环烯烃的氧化
O 3 Z n /H 2 O C H 3 C O C H 2 C H 2 C H (C H 3 )C H O
Cyclohexane
船 式 构 象 球 棒 模 型
32
Cyclohexane
船 式 斯 陶 特 模 型
33
转环作用中的能量变化
半椅式
船式
扭船式
椅式
34
环己烷的椅式构象最稳定
✓ 角张力为0
✓ 采取邻位交叉式构象，扭转张力最小
✓
1，3-二a键相互作用小。因为H原子 范德华半径小，所以范德华张力为0
环数：使环状化合物 变成开链化合物所需 打破的碳碳键的数目
单环: 如
C
H
C
2
H
2
C
H
2
(
环
丙
烷
）
、
(环 己 烷 ）
二环：如
(十 氢萘） 又叫二 环[4.4.0]癸烷
多环：二环以上。 如 金刚烷
螺环：共有1个碳 如 按环的连接方式 稠环：共有2个碳 如十氢萘
桥环：共有2个以上碳原子 如
3
二. 单环烷烃的命名
1,1-二甲基-4-乙基环己烷
4-Ethyl-1,1-dimethylcyclohexane 7
例3
CH3
CH3 CH CH3
CH 3 CH 2 C CH 2 CH 3 CH 3
1-甲基-2-异丙基环己烷 1-甲基-2-(1-甲基乙基)环己烷
3-甲基-3-环丁基环戊烷 (长链作母体) 8
环烷烃顺反异构
h
C H 2 H 2 CC H C l+ H C l
甲基环己烷+氯r
+Br2
Br
3. 环烯烃的氧化
O 3 Z n /H 2 O C H 3 C O C H 2 C H 2 C H (C H 3 )C H O
第一章 烷烃、环烷烃和构象ppt课件
以卤代芳烃为原料，通过 Ullmann反应，可以制得联苯类化合物。
卤代芳烃可以生成Grignard试剂，但常需 较高的反应温度（必须时用四氢呋喃作溶 剂）。
卤代烃可以用下述方法制备： 1.烃的卤代。
2.从醇制备。
3.不饱和烃和HX或X2的加成。
4.卤化物的互换。
卤代烃的主要化学性质总结如下 1.亲核取代。
间位定位基的吸电子作用使苯环上电子云密度降低，结果使 苯环钝化。这类基团与苯环所联结的原子上有单位正电荷 （+NR3),或者有部分正电荷（），或者有强的吸电子基（）。 当间位定位基直接连在带δ+的碳上时，使中间体σ络合物 更不稳定，但它连在间位时，使σ络合物不稳定的影响就小 些，故E主要进入间位。
2.消除反应。
3.与金属反应。
4.与二烷基铜鋰偶联（Corey—House反应）。
5.还原。
卤代烷烃含有好的离去基（X-)并且容易被 亲核试剂Nu-进攻，反应是通过Sn1,Sn2,E1 和E2四种可能途径中的一种或一种以上的 途径发生的。 一个Sn1或E1反应是通过正碳离子中间 体进行的：
一个正碳离子中间体往往导致产物是混合 物：取代产物，消除产物和常常伴随着的 重排产物。如果中间体正碳离子通过H,Ar或 R的1，2-迁移能够形成更稳定的正碳离子， 则产生重排产物。如果RX是手性的，在Sn1 反应中则发生外消旋化。
Sn1或E1反应是一级反应：反应速率只决定 于RX的浓度，速率控制步骤是R+ 的形成。 R+的稳定性决定该步骤中过度态的能量， 这是因为过度态具有正碳离子的特性。正 碳离子的稳定性是3°>2°>1°>CH3+,因 此RX发生Sn1或E1反应的倾向是 3°>2°>1°>CH3+。烯丙基和苄基卤代物 容易发生Sn1反应，由于形成的正碳离子中 间体通过共轭而取得稳定化。
大学有机化学课件第二节环烷烃
2023/10/6
十氢萘
二、环烷烃得理化性质
(一)物理性质
状态:环丙烷、环丁烷为气态;常见 环为
(二)化学性质
液态;中环和大环为固态。
沸点、熔点、密度:比开链烷烃高。
1、卤代反应
H2CCHC2溶H解2 性+ C:不l2 溶h于 水H,可2CC溶H于C2 H有C机l溶+剂H。Cl 稳定性:六元环＞五元环＞四元环＞三
H
0.252nm
H
行得C—H键 得C－H键
H
H
H HH
H H
H
H
H
2023/10/6
椅式构象中有六个直立键,六个平伏键。直立键和周围
其她键之间得距离较近,原子间得斥力大,所以不稳定。
平伏键和周围其她原子间得距离远,原子间斥力小,所以
较稳定。
平伏键
H
H
直立键
H
2023/10/6
H H
H H
H
H H
H H
2023/10/6
螺原子
3、桥环脂环烃得命名
(1)注明词头 (2)确定母体 (3)注明环得结构 (4)编号 (5)名称书写:同烷烃
2023/10/6
以桥环中含环得数目为词头。如双环 、三环等。
算出所有环所含碳原子得总数,并将与这一 数字相应得链烃得名称写在词头得后面。 如:双环某烷、三环某烷等。
3、环烷烃得氧化燃烧
2023/10/6
从燃烧热值也可看出环得稳定性次序为: 六元环＞五元环＞四元环＞三元环
环丙烷 697.1
每个“CH2”单位得平均燃 烧热值越大,说明分子得内 能越高,稳定性越差。
环丁烷
环戊烷
环己烷
高中化学《环烷烃》课件
H2O
CH3 CH3 H3C C CH CH3
OH
四元环及四元环以上的环烷烃与HX，H2SO4 不易发生反应
相当 于烷对氧化剂稳定，不 被高锰酸钾、臭氧、氧气 等氧化剂氧化
O
O
CO2H
O O
可用高锰酸钾溶液来区 别烯烃与环丙烷衍生物
性质小结
▪小环烷烃(3，4元环)易加成，难氧 化，似烷似烯。
L-(-)-乳酸 mp: 53°
构象异构：
H
CH3 H
H CH3CH3
H
HH
H
CH3
H
对位交叉 邻位交叉
3.1.3 环烷烃的命名
(1) 根据分子中成环碳原子数目，称为环某烷。 (2) 单取代的环烷烃，将取代基的名称写在环烷烃的名称前面。 (3) 多取代的环烷烃则须加以编号。编号时，由小基团所在碳
原子编起，沿着距第2个取代基最近的环边依次编号。当环 上有不饱和键时，从不饱和键处开始编号。 (4) 取代基位次按“最低系列”原则列出，基团顺序按“次序 规则”小的优先列出。 (5) 有顺反异构时，须标明。
+ HBr CH3
+ HBr
+ H2SO4
CH3CH2CHCH3 Br
CH3 CH3
H3C C CH CH2
Br
H
CH3 CH3 H3C C CH CH2
OSO3H H
不对称取代环丙烷与不 对称试剂进行加成开环 反应时，环从取代基最 多和最少的环边打开， 氢加在氢多的碳上，卤 素或试剂的负电荷部分 加在氢少的碳上
多的构象。 4°环上有不同取代基时，大的取代基在e键上构
象最稳定。
§3.4 多环烃
3.4.1 多环烷烃的命名
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2 环丁烷的结构
• 内角90°. • 四个碳原子不在一个平面上.
环丁烷中的键
折叠式构象 环丁烷的构象
3 环戊烷的结构 • 不是平面结构.因C-H键的重叠,有较大扭转张力. • 实际构象:折叠环的形式--“信封式”构象.
•分子张力不大,因此环戊烷的化学性质比较稳定.
4 环己烷的结构
• 环己烷不是平面结构,较为稳定的构 象为折叠的椅型构象和船型构象.
(1) 椅型构象 --稳定(99.9%以上) • C-C-C键角基本保持109.5°,任何两
个相邻的C-H键都是交叉式的.椅型构 象无张力环.
纽曼投影式
透视式
环己烷的椅型构象
(2) 船型构象
• 所有键角也接近109.5°,故也没有角 张力.但相邻C-H键却并非全是交叉 的.C-2和C-3上的 C-H 键,以及C-5和 C-6上的 C-H键都是重叠式的.
定. • 若环上有不同取代基,则体积大的取代基连在 e键上
的构象最稳定. 例1: 1,2-二甲基环己烷，顺式如下：
•同一平面上的比较. •在同侧为顺, a,e •在异侧为反.a,a;e,e.
•反式(e,e)比顺式的稳定. （a,a）实际上不存在（能量太高）
例2: 顺-4-叔丁基环己醇的两种构象
•叔丁基在 e 键上的构象比在 a 键上的另一种构象 要稳定的多.
环烷烃的结构
• 烷烃是sp3杂化，键角109.5o，环烷烃的碳也是sp3 杂化，但键角不一定一样。
1 环丙烷的结构 • C-C键的形成
交盖较好
交盖较差 键轨道的交盖
•这样的键与一般的键不 一样,它的电子云没有轨道 轴对称,而是分布在一条曲 线上,故常称弯曲键.
内角60°
•弯曲键比一般的 键弱,并且具有较高的能量. •这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力. •由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力.
为 a键
为e键
椅型构象的翻转
•两种椅型构象是等同的分子.
(6) 甲基环己烷椅型构象的翻转
•同一平面 上的比较
•两种椅型构象是两种不同结构的分子. •甲基连在a键上的构象具有较高的能量,比较不稳定 •平衡体系中e键甲基环己烷占95%,a键的占5%
取代基在e键上的构象较稳定. • 若有多个取代基,往往是 e 键取代基最多的构象最稳
5 十氢化萘的结构 • 是双环[4.4.0]癸烷的习惯名称.
(1) 平面结 构式
顺十氢化萘
(2) 构象
反十氢化萘
•顺式异构体--不稳定.
• --环下方几个 a 键上的氢原子比较靠拢,有些拥 挤,故分子能量较高,比较不稳定.
• C-1和C-4上两个向内伸的H由于距 离较近而相互排斥,也使分子的能量 有所升高.
透视式
纽曼投影式 环己烷的船型构象
(3) 环己烷椅型构象中碳原子的空间分布 A
•A线为构象的 对称轴
(4) 椅型构象中的两种 C-H 键
a键 (直立键)
•与对称轴 成 109.5°
e键 (平伏键)(5) 源自象的翻转 • 通过C-C键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型