Transcript 第6章脂环烃
第六章
6.1
6.2
6.3
6.4
脂 环 烃(4课时)
环烷烃的命名法
环烷烃的性质
环的张力---张力分子
环己烷的构象
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教学要求
掌握环烷烃、环烯烃的命名方法。
掌握单环环烷烃的化学性质。
理解环烷烃中的角张力概念,认识环的稳定
性与环的大小的关系。
掌握环己烷及其取代环己烷的构象分析方法。
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6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
脂环烃的概念:
分子中含有碳环构造,其性质却与开链的脂
肪族化合物非常相似的一类化合物,叫做脂
环化合物。
由碳、氢两种元素组成的脂环化合物,叫做
脂环烃。
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6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
6.1.1分类
(1)饱和脂环烃 环烷烃(通式 CnH2n)如:
CH3
不饱和脂环烃
环烯烃
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环炔烃 如:
6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
6.1.1分类
(2)环的大小
小环(C3-C4) 普通环(C5-C7)
中环(C8-C12)大环(C12以上 )
⑶环的多少
单环;多环(十氢化萘)
(以六元环化合物最为常见)
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6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
6.1.2异构现象(教材没讲,可作笔记)
(1)碳架异构
CH3
如:C5H10
CH2CH3
CH3
CH3
CH3
P73习题2
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CH3
6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
6.1.2异构现象
(2)顺反异构
分子中原子或基团的连接顺序或方式相同, 但
空间排列方式不同。环不能无限扭曲导致环烷
烃的顺反异构。
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6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
6.1.2异构现象
(2)顺反异构
规定:假定所有环碳原子共平面,把它作为参考平
面,两个相同取代基在平面同侧的叫顺式,在平面
异侧的叫反式。不相连两个碳上的取代基也可以确
定顺反位。如:1,2,3,4-四甲基环丁烷:
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6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
6.1.2异构现象
(2)顺反异构
H 3C
H
CH3
H 3C
H
H
顺 -1,2 -二 甲 基 环 丙 烷
H
CH3
反 -1,2-二 甲 基 环 丙 烷
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6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
6.1.2异构现象
(2)顺反异构 环丁烷:
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6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
6.1.2异构现象
看两个不相连碳原
子(对角线)上甲
基的位置
(2)顺反异构 1,2,3,4-四甲基环丁烷:
顺,反
顺,顺
反,反
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顺,顺
6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
6.1.2异构现象
如:C5H10
(3)官能团异构 ------ 烯烃
CH3-CH2-CH2-CH=CH2 等
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6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
6.1.3 命名
(1)环烷烃的命名
(a)根据分子中成环碳原子数目,称为环某烷。
(b)把取代基的名称写在环烷烃的前面。
(c)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。
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6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
(1)环烷烃的命名
例如:
1
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6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
(1)环烷烃的命名
例如:
1
反-1, 2-二甲基环戊
烷
顺-1, 2-二甲基环戊烷
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1-环丁基戊烷
6.1 环烷烃的分类、异构与命名法
6.1.3命名
(2)环烯烃的的命名
(a)称为环某烯
(b)以双键的位次和取代基的位次最小为原则
二
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练习
P73----习题1,
2(命名)
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6.2 环烷烃的性质
6.2.1物理性质
P73
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6.2.2环烷烃的化学性质
小环像烯 (发生开环加成反应),其他脂环烃性质像烷。
1、加成反应(小环)
加氢
H 2 Ni
C H 3C H 2C H 3
8 0 oC
Br 2 ,CCl
4
常温
HBr
条件
苛刻
+ H2
+ H2
C H 3C H 2C H 2B r
N i
2 0 0 0C
Pt
B r C H 2C H 2C H 2B r
C H 3C H 2C H 2C H 3
C H C H 2C H 2C H 2C H 3
3
3 0 [email protected]
0 0C
6.2.2 环烷烃的化学性质
小环像烯 (发生开环加成反应),其他脂环烃性质像烷。
1、加成反应(小环)加卤素
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6.2.2 环烷烃的化学性质
小环像烯 (发生开环加成反应),其他脂环烃性质像烷。
1、加成反应(小环)
加HX, H2SO4
取代环丙烷与HCl反应时,含H最多和含H最少
的C-C键断开,产物符合Markovnikov规则。
H 3C
CH3
+
HCl
CH3
CH3
C H 2 C H C ( C H 3) 2
H
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Cl
6.2.2 环烷烃的化学性质
小环像烯 (发生开环加成反应),其他脂环烃性质像烷。
1、加成反应(小环)加HX, H2SO4
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6.2.2 环烷烃的化学性质
小环像烯 (发生开环加成反应),其他脂环烃性质像烷。
2、自由基取代反应 P74
hν
+
Cl2
Cl
或加热
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+
HCl
6.2.2 环烷烃的化学性质
小环像烯 (发生开环加成反应),其他脂环烃性质像烷。
3、氧化反应
KMnO
4
由此看出环烷烃性质确实像脂肪族饱和
烃---烷烃。如何鉴别环烷烃与烯烃?
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练习
P74----习题3,4,5
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6.3 环的张力—张力分子
⑴加氢
环丙烷 环丁烷 环戊烷(条件苛刻)
⑵加溴
⑶加溴化氢
环丙烷 环丁烷
环丙烷
从环烷烃的化学性质可以看出,环丙烷最不稳定,
环丁烷次之,环戊烷比较稳定,环己烷以上的大环都
稳定,这反映了环的稳定性与环的结构有着密切的联
系。
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6.3 环的张力—张力分子
6.3.1环丙烷的结构
理论上:(1) 饱和烃,C为sp3杂化,
键角为109.5°
(2) 三碳环,成环碳原子应共平面,内角为
60°(两者矛盾)
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6.3 环的张力—张力分子
6.3.2张力学说
环丙烷:键角 C-C-C =
105.5°;H-C-H =114°
环丙烷环中两个相邻碳
原子以sp3杂化轨道形成
C—C σ键时,不能沿对
称轴在一条直线上重叠,
只能以弯曲的方式重叠。 C
C
60O
105.5 0
C
因此重叠程度较少而不稳定,容易断裂。弯曲的σ键,称
弯曲键。其键角为 105.5°,因键角要从109.5°压缩到
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105.5°,故环有一定的张力(角张力)。
6.3 环的张力—张力分子
6.3.2张力学说
另外环丙烷分子中还存
在着另一种张力——扭转张
力(由于环中三个碳位于同
一平面,相邻的C-H键互相
处于重叠式构象,有旋转成
交叉式的趋向,这样的张力
称为扭转张力)。
C
C
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60O
105.5 0
C
6.3 环的张力—张力分子
6.3.2张力学说
由此可见,环丙烷分子中存在着较大的张力(角张力
和扭转张力),是一个有张力环,所以易开环,发生
加成反应。键角变形的程度越大,张力越大。张力使
环的稳定性降低,张力越大,环的反应活性也越大。
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6.3 环的张力—张力分子
6.3.2张力学说
⑴乙烷 重叠式构象比交叉式构象能量高的原因:扭转张力
⑵丁烷 重叠式构象比交叉式构象能量高的原因:扭转张力+
立体张力
⑶环丙烷、环丁烷分别比丙烷、丁烷的能量高,稳定性小的
原因:主要来自角张力,也存在扭转张力。
扭转张力、立体张力、角张力是有机化合物分子中的三种
张力,但有本质不同。
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6.4 环己烷的构象
椅型和船型是环己烷的两种不同的
构造:分子中原子互相连接的方式和次序;
典型(极限)构象 (理论上有无穷多个构象)
构型:在构造式的基础上,分子中原子的空间排列
方式;(如1,2-二甲基环丙烷)
构象:由于围绕单键旋转而产生的分子中原子在空
间不同排列形式。
构型和构象都属于立体异构。
二者像背靠背的两把椅子
思考:环己烷碳原子是什么杂化?理论上键角应该是多少度?
角张力大小?六个碳原子能否共平面?
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船 型
椅 型
6.4 环己烷的构象
6.4.1环己烷的椅型构象和船型构象
通过键角的扭动和σ键的旋转,椅型构象和船型
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构象可以相互转变。椅型是稳定构象。
6.4 环己烷的构象
6.4.1环己烷的椅型构象和船型构象
(1)椅式构象稳定的原因:
交叉式构象
模
型
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6.4 环己烷的构象
6.4.1环己烷的椅型构象和船型构象
(1)椅式构象稳定的原因:
透
视
式
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6.4 环己烷的构象
6.4.1环己烷的椅型构象和船型构象
(1)椅式构象稳定的原因:
纽
曼
投
影
式
③
②
①
④
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交叉式构象
⑤
⑥
6.4 环己烷的构象
6.4.1环己烷的椅型构象和船型构象
(1)椅式构象稳定的原因:
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6.4 环己烷的构象
6.4.1环己烷的椅型构象和船型构象
(2)船式构象不稳定的原因:
立体张力
扭转张力
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6.4 环己烷的构象
6.4.1环己烷的椅型构象和船型构象
(2)船式构象不稳定的原因:
存在何种立体效应
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6.4 环己烷的构象
6.4.2环己烷分子中的a键和e键
在椅式构象中C-H键分
为两类。
第一类六个C-H键与分
子的对称轴平行,叫做
直立键或a键(其中三
个向环平面上方伸展,
另外三个向环平面下方
伸展);
第二类六个C-H键与直
立键形成接近109.5°
的夹角,平伏着向环外
伸展,叫做平伏键或e
键。如图:
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上
下
交
替
6.4 环己烷的构象
6.4.2环己烷分子中的a键和e键
在室温时,环己烷的椅式构象可通过C-C键
的转动(而不经过碳碳键的断裂),由一种椅
式构象变为另一种椅式构象,在互相转变中,
原来的a键变成了e键,而原来的e键变成了a键。
如 图
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6.4 环己烷的构象
6.4.2环己烷分子中的a键和e键
当六个碳原子上连的都是氢时,两种构象是同一构
象。连有不同基团时,则构象不同。
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6.4 环己烷的构象
6.4.3 一取代环己烷的构象
一元取代环己烷中,取代基可占据a键,也可占
据e键,但占据e键的构象更稳定。
二者是什么关系?
构象异构体
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6.4 环己烷的构象
6.4.3一取代环己烷的构象
哪一个立体张力大呢?
a型
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6.4 环己烷的构象
6.4.3一取代环己烷的构象
背靠背的两把椅子
原因:a键取代基结构中的非键原子间斥力比e键取代基的大
(因非键原子间的距离小于正常原子间的距离-范德华半径
所致)。从下图中原子在空间的距离数据可清楚看出。取代
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基越大e键型构象为主的趋势越明显。
6.4 环己烷的构象
6.4.3一取代环己烷的构象
是扭转张力吗
是立体张力
如何解释?
是角张力
吗
从上图可看出,取代基越大e键型构象为主的趋势越
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明显。
小 结
单环环烷烃的结构与稳定性
环戊烷、环己烷 —— 取代反应
环丙烷、环丁烷 —— 易开环并发生加成
环己烷和取代环己烷的构象
椅式构象(优势构象)
环己烷的构象
船式构象
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小 结
一元取代基主要以e键和环相连。
多元取代环己烷最稳定的构象是e键上
取代基最多的构象。
环上有不同取代基时,大的取代基在e
键上构象最稳定。
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练习
P79----习题6(1)(4) ,8,
11
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作业
P79----习 题
6(2) (3),7,9,10
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