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第三章 环烷烃

CH3CH2CH2CH3
CH3CH2CH2CH2CH3
Pt C,常压 3000C,常压
3.3 环烷烃的化学性质
• 亲电加成反应: 亲电加成反应:
环丙烷在室温下可以和卤素、氢卤酸等试剂起亲电加 环丙烷在室温下可以和卤素、 成反应,生成开链化合物。 成反应,生成开链化合物。
FeCl3
+ Cl2
ClCH2CH2CH2Cl
+ Br2
Br
3.3 环烷烃的化学性质
CH3 + HBr
CH3CHCH2CH3 Br
CH3 CH3 CH3
CH3CH3
+ HBr
CH3
C Br
CH
CH3
3.3 环烷烃的化学性质
结论: 结论: 1)环丙烷活性最大,不稳定,易发生开环加成(H2 环丙烷活性最大,不稳定,易发生开环加成( (
); 、X2、HX); 、 (2)其他环烷烃性质与开链烷烃相似,发生X2的自由基 其他环烷烃性质与开链烷烃相似,发生X 取代反应; 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 环丙烷衍生物开环位置:取代最多的C 之间; 加成位置:符合马氏规则。 的C之间; 加成位置:符合马氏规则。 加成到含H较多的C上 加成到含H 马氏规则:H加成到含H较多的 上,X加成到含H较少的C上。 加成到含 较少的C
3.1.1 脂环烃的分类
根据环的个数:单环烃,多环烃。 根据环的个数:单环烃,多环烃。 个数 在多环体系中:两个环共用一个碳原子的为螺环烃, 在多环体系中:两个环共用一个碳原子的为螺环烃,两 个环共用两个以上碳原子的为桥环烃。 个环共用两个以上碳原子的为桥环烃。 螺环烃
桥环烃
为了书写方便,环烃常用键线式表示。 为了书写方便,环烃常用键线式表示。
5 4 3 2 6 1 7 8 6 5 4 3 7 1 2
二环[4.2.0]辛烷 二环[4.2.0]辛烷 [4.2.0]
2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷 2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷 [2.2.1]
3.1.3 环烷烃的异构
构造异构:由环的大小、侧链的长短和位置不同而产生。 构造异构:由环的大小、侧链的长短和位置不同而产生。 分子式为C 的环烷烃的构造异构体: 分子式为C5H10的环烷烃的构造异构体:
OH +
O
+ O2
环烷酸钴 160℃,2.5MPa
环己醇
环己酮
醋酸钴
+ HNO3
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
己二酸
95℃ ,1.5MPa
3.3 环烷烃的化学性质
• 环丙烷的特性反应:能使溴的四氯化碳溶液褪色, 不能是高锰酸钾褪色
+
Br2
CCl4
BrCH2CH2CH2Br
+
KMnO4
冷、稀、OH-
H H H H H H H H
3.4 环烷烃的稳定性与环的张力
环戊烷:碳碳键的夹角为108º,接近sp3杂化轨道间夹角, 环戊烷:碳碳键的夹角为 ,接近sp 杂化轨道间夹角, 角张力很小。 角张力很小。 为避免扭转张力,以折叠式构象存在。 为避免扭转张力,以折叠式构象存在。
H H H H H
H H H H H
这种构象的张力很小,化学性质较稳定。 这种构象的张力很小,化学性质较稳定。
3.4 环烷烃的稳定性与环的张力
环己烷分子中6个碳原子不在同一平面上, 环己烷分子中6个碳原子不在同一平面上,碳原子之间 的键角为109º28',分子中没有角张力。 的键角为109º28',分子中没有角张力。 109º28' 没有角张力
H
H
H H
H
H H
H H H H H
H H

H H
H H H
H
H
H H
H
椅型构象
船型构象 船型构象
大环的碳原子在不同平面内,键角接近正常的键角, 大环的碳原子在不同平面内,键角接近正常的键角, 分子中没有角张力。 分子中没有角张力。
3.4 环烷烃的稳定性与环的张力
环烷烃的稳定性: 环烷烃的稳定性: 小环, 的环,很不稳定,容易开环发生反应。 小环,3C~4C 的环,很不稳定,容易开环发生反应。 张力主要为键角变化引起的较大角张力, 张力主要为键角变化引起的较大角张力,同时存在扭转 张力。 张力。 普通环, 的环, 普通环,5C~7C的环,角张力和扭转张力都很小。 的环 角张力和扭转张力都很小。 环戊烷,角张力很小,碳原子不在一个平面上, 环戊烷,角张力很小,碳原子不在一个平面上,以尽量 减小扭转张力; 减小扭转张力; 环己烷,无角张力,椅型构象无扭转张力。 环己烷,无角张力,椅型构象无扭转张力。 环庚烷,七元环及更大的环可能构象较多, 环庚烷,七元环及更大的环可能构象较多,且没有一 个特别稳定的构象存在。 个特别稳定的构象存在。
环己烷
1,31,3-环戊二烯
脂环烃的分类、 3.1 脂环烃的分类、命名与异构
3.1.1 脂环烃的分类
根据分子中是否含有重键: 根据分子中是否含有重键: 是否含有重键
饱和脂环烃: 饱和脂环烃:
环烷烃
不饱和脂环烃: 不饱和脂环烃: 根据环的大小: 根据环的大小: 大小
环烯烃
小环3~4C,普通环5~7C,中环 ,普通环 小环 C 中环8~11C,大环 ,大环>12C。 。
H H3C
H CH3
H H3C
CH3 H
顺-1,2-二甲基环丙烷 二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基环丙烷 二甲基环丙烷
3.2 环烷烃的物理性质
在室温和常压下,环丙烷和环丁烷为气体, 在室温和常压下,环丙烷和环丁烷为气体,环 戊烷到环癸烷为液体,环十一烷以上为固体。 戊烷到环癸烷为液体,环十一烷以上为固体。 环烷烃的熔点比含同数目碳原子的直链烷烃高; 环烷烃的熔点比含同数目碳原子的直链烷烃高; 原因:环烷烃在晶格中比直链烷烃排列更紧密。 原因:环烷烃在晶格中比直链烷烃排列更紧密。 环烷烃均不溶于水。 环烷烃均不溶于水。 不溶于水 环烷烃的密度在0.688~0.853之间。 环烷烃的密度在0.688~0.853之间。 0.688~0.853之间
3.3 环烷烃的化学性质
• 氧化反应:在室温下环烷烃难以氧化,和一般的氧化剂 氧化反应:在室温下环烷烃难以氧化,
如酸性高锰酸钾等不起反应。 如酸性高锰酸钾等不起反应。 在加热条件下和强氧化剂作用, 在加热条件下和强氧化剂作用,或在催化剂存在下用 空气氧化,可生成各种氧化产物。 空气氧化,可生成各种氧化产物。
3.4 环烷烃的稳定性与环的张力
环丙烷分子相邻碳上的碳氢键都是重叠式构象。 环丙烷分子相邻碳上的碳氢键都是重叠式构象。
键处于交叉式构象时最稳定, 键处于交叉式构象时最稳定,当偏离交叉式时就会产生一 种试图恢复交叉式构象的力。 种试图恢复交叉式构象的力。 扭转张力:试图恢复交叉式构象的力。 扭转张力:试图恢复交叉式构象的力。
3.4 环烷烃的稳定性与环的张力
• 2 其他环烷烃
环丁烷: 存在角张力,但比环丙烷的小。 环丁烷:也存在角张力,但比环丙烷的小。 为了避免扭转张力,四个碳原子不在一个平面上, 为了避免扭转张力,四个碳原子不在一个平面上,但碳氢 键仍不能达到交叉式构象,所以还存在扭转张力。 键仍不能达到交叉式构象,所以还存在扭转张力。 存在扭转张力
第三章 脂环烃
• 学习目的与要求 • ♦掌握环烷烃的结构和性质 • ♦熟悉环已烷及其衍生物的构象 重点、 重点、难点 环烃的结构、 环烃的结构、命名 环的大小及其稳定性 环烷烃的化学性质 环己烷及其衍生物的构象
脂环烃是具有脂肪族烃类(开链烃)性质的环烃, 脂环烃是具有脂肪族烃类(开链烃)性质的环烃, 分子都中含有三个以上碳原子连成的碳环; 分子都中含有三个以上碳原子连成的碳环; 碳环 环内两个相邻碳原子之间可以是单键、 环内两个相邻碳原子之间可以是单键、双键或 三键,环的数目可以是一个或多个。 三键,环的数目可以是一个或多个。
2-甲基-3-环丙基庚烷 甲基-
1,1-二甲基1,1-二甲基-3-异丙基环戊烷
1-甲基-3-环丁基环戊烷 甲基-
1,2反-1,2-二甲基环丙烷
(2)多环烷烃
螺环烃 a.根据成环的碳总数,叫螺[ ]某烷 a.根据成环的碳总数,叫螺[ ]某烷 根据成环的碳总数 b.两环除开共用 外的C 两环除开共用C 由小到大,放于[ b.两环除开共用C外的C数,由小到大,放于[ ] 内,并用下角原点隔开 c.编号 从小环—共用C 大环( 编号: c.编号:从小环—共用C—大环(并尽可能使取 代基为此小) 代基为此小)
3.4 环烷烃的稳定性与环的张力
现代物理方法测定,环丙烷分子中的键角为: 现代物理方法测定,环丙烷分子中的键角为:
105.5º
60º
H
114º
H 碳原子的sp 杂化轨道互相重叠成键时, 碳原子的sp3杂化轨道互相重叠成键时,由于它们的对称 轴不在一条直线上,因此重叠较少,形成弯键。 轴不在一条直线上,因此重叠较少,形成弯键。 角张力:分子内部试图恢复正常键角的力。 角张力:分子内部试图恢复正常键角的力。
×
3.4 环烷烃的稳定性与环的张力
环的稳定性与环的结构有密切的联系: 环的稳定性与环的结构有密切的联系: 环丙烷最不稳定,环丁烷次之,环戊烷比较稳定, 环丙烷最不稳定,环丁烷次之,环戊烷比较稳定,环己 烷最稳定,大环都较稳定。 烷最稳定,大环都较稳定。
1 环丙烷
环丙烷上的三个碳原子都是饱和碳原子, 杂化, 环丙烷上的三个碳原子都是饱和碳原子,为sp3杂化, 键角应该是109º28'。 。 键角应该是 但环上的三个碳原子是同一平面上正三角形的三个顶点, 但环上的三个碳原子是同一平面上正三角形的三个顶点, 碳碳键的夹角又应该是60º。 碳碳键的夹角又应该是 。
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