当前位置：文档之家 › 第四章环烃1(脂环烃)

第四章环烃1(脂环烃)

  • 格式：ppt
  • 大小：743.00 KB
  • 文档页数：36

下载文档原格式

  / 36

合集下载

有机化学第四章环烃

有机化学第四章环烃
环烷烃、环烯烃、环炔烃 2. 按碳环个数分 小环化合物 C3～C4 普通环化合物 C5～C7 中环化合物 C8～C11 大环化合物 ≥C12
第四章 环烃
03:12
Ⅰ. 脂环烃
5
H2 C H2C CH2
环丙烷 环丙烷
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 or
(
)
H2C C H2
H2 C
CH2 CH2
第四章 环烃
03:12
Ⅰ. 脂环烃
26
二．化学性质 “大环似烷，小环似烯”，小环指3、4碳的环。角张力使其不稳 定，易被打开。没达到轴向重叠，电子被束缚的程度小。
1、催化氢化：Pt、Pd或Ni的催化下，环丙烷和环丁烷开环加成
+ +
H2
Ni 800C Ni 2000C
CH3 CH2 CH3
H2
CH3 CH2 CH2 CH3
(5)
IUPAC规则中规定：甲苯、邻二甲苯、异丙苯、苯
乙烯等少数芳烃也作为母体命名。例：对叔丁基甲苯， 就不叫做1-甲基-4叔丁基苯
第四章 环烃
03:12
Ⅱ. 芳香烃
38
（6）当两个取代基相同时，则作为苯的衍生物来命名
CH CH2
1,4-二 乙 烯基 苯 CH CH2
2、多环芳香烃
（1）联苯类：苯环间以一个单键相连的，例如：
第四章 环烃
03:12
Ⅰ. 脂环烃
24
不讨论构象，只考虑构型时，可将其简写为：
H
H
H
CH3
CH3
CH3
CH3
H
课堂练习：画出顺式1，3-二甲基环已环的椅式构象图
第四章 环烃
03:12

04脂环烃(1)

04脂环烃(1)
4-Ethyl-1,1-dimethylcyclohexane 4-乙基 乙基-1,1-二甲基环己烷 乙基 二甲基环己烷
CH3 CH3
1,1-Dimethylcyclohexane 1,1-二甲基环己烷 二甲基环己烷
(3) 环烯 或炔 烃编号时，把1,2位留给双 或三 键碳原 环烯(或炔 烃编号时， 或炔)烃编号时 位留给双(或三 位留给双 或三)键碳原 使取代基位次尽可能小。 使取代基位次尽可能小 子，使取代基位次尽可能小。
+ H2
CH3 CH2 CH3
CH3 CH2 CH2 CH3
Ni 300。 C
CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
（乙）加卤素
+ Br2
CCl4
CH2 CH2 CH2 Br Br
1,3-二溴丙烷 二溴丙烷
+ Br2 heat
CH2 CH2 CH2 CH2 Br Br
不能用溴褪 色的方法来 区别环烷烃 与烯烃！ 与烯烃！
CH3 CH3
H H CH3 CH3
反-1,3-二甲 二甲 基环丁烷
H
H
H
CH3
H H
CH3 CH3
顺-1,4-二甲 二甲 基环己烷
CH3 H
反-1,4-二甲 二甲 基环己烷
顺-1,3-二甲 二甲 基环丁烷
第二节 环烷烃的性质
一. 环烷烃的结构与稳定性
燃烧热: 燃烧热 指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和水所放出的能 化合物完全燃烧生成二氧化碳和水所放出的能 其大小反映了分子能量的高低。 量，其大小反映了分子能量的高低。
。
60
。
90。
108。
120。
角偏差 49。28' 19。28'

有机化学-第四章 环烃

有机化学-第四章 环烃

环戊烷分子中，碳碳键的夹角为108°，接近sp3杂化轨 道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。
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109°28′，分子中没有张力。
大环原子在不同的平面内，键角接近正常的键角，为
无张力环。
环三十烷
三、环己烷的构象
1 椅式构象和船式构象
六个碳原子均为sp3杂化，在保持键角109°28′不变的情况
H2SO4
NO2 NO2
甲苯硝化比苯容易，主要产物为邻位和对位取代产物。
CH3
HNO3 , H2SO4 30℃
CH3 NO2 +
CH3
NO2
(3) 磺化反应 苯与浓硫酸加热，或与发烟硫酸在室温下作用，生 成苯磺酸。苯磺酸也是强酸，酸性与硫酸接近。
浓 H2SO4 , 80℃ or H2SO4(SO3) , 室温
2 直立键和平伏键
椅式构象中的碳氢键可以分为两类，6个碳氢键与分
子的对称轴平行，叫做直立键或a键。
另外6个碳氢键指向环外，与直立键成109°28′的角， 平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键。
一个椅式构象的环己烷，可以通过碳碳单键的旋转变成 另一种椅式构象，叫做转环作用。
X
X
当环己烷上的氢原子被其它基团取代后，由于其它基团 都比氢原子大，所以取代基以e键和环相连占优势。
环己烷以上的环烷烃则很难发生加氢反应。
2 与溴的作用
环丙烷在室温下可以和溴进行亲电加成反应，生成开
链化合物。环丁烷要在加热条件下才能和溴加成。
+ Br2
BrCH2CH2CH2Br
1,3-二溴丙烷
+ Br2
Δ
BrCH2CH2CH2CH2Br

第四章 环烃

第四章 环烃

比如: 烷基-CH3，羟基-OH，烷氧基-OCH3, 氨基-NH2等，由于C，
O，N的电负性大于H，O的电负性大于C，所以都是给电子的； 如果A的电负性小于B，那么它就是吸电子的。 比如：硝基-NO2，羧基-COOH，醛基-CHO，都是吸电子的。
电负性：F>O>Cl>N>S>C>H
试判断下列化合物发生亲电取代，试剂进入苯环的位置。
e键：平伏键(横键) (equatorial bonds)
• a键转变成e键，e键转变成a键；
• 环上原子或基团的空间关系保持,即键的取向不变。
2) 船式构象
H H
6
183pm
5 4
H H
3
H H
1
H
H
H
6 5 3 1
H H H H HH
• 存在： 非键连作用； 扭转张力；
4
H H
H
2
2
H
H
稳定性：椅式构象环己烷 > 船式构象环己烷 室温下，平衡有利于椅式构象（优势构象）。 2. 取代环己烷的构象 1) 一取代环己烷的构象
六. 苯环上取代基的定位效应 1. 单取代苯的定位效应
苯环上已有基团对第二个取代基进入位置产生制约作用
1) 邻对位定位基 （使第二个取代基主要进入它的邻对位）
致活的邻对位定位基(除X外).X为致钝的邻对位定位基. 2) 间位定位基（使第二个取代基主要进入它的间位）
致钝的间位定位基。
若基团以：-AB 表示 如果A的电负性大于B，那么它就是给电子的。
3) 顺、反环烷烃 受环的限制,σ 键不能自由旋转。环上取代基在空间的 排列方式不同,产生顺反(几何)异构。
顺(cis):两个取代基在环同侧； 反(trans):两个取代基在环异侧。

有机化学课件--第四章脂环烃

有机化学课件--第四章脂环烃
有机化学课件--第四章脂 环烃
欢迎来到有机化学的世界。今天我们将探索脂环烃这一组合物，了解其定义、 特点、结构、化学反应以及在实际生活中的应用。
什么是脂环烃？
定义
脂环烃是一类具有环状结构且含有脂肪基团的有机化合物。
特点
脂环烃的骨架为碳环，不含杂原子，烷基称为脂基，环状结构导致化学性质独特。
类脂环烃的结构与示例
3
卤代烷环化
通过卤代烷的环化反应得到，如环丙烷环化为环丙基甲苯。
脂环烃的化学性质与反应
• 烷基脂环烃在氧化条件下易发生环内氧化作用，生成含有羟基或羰基的环状化合物。 • 类脂环烃可通过环内位阻、立体特异性、芳香性质等发生不同的化学反应。 • 环硅烷和环硅氧烷等特殊的脂环烃具有独特的缩合反应、断裂反应和环硅氧烷积分反应。
被广泛应用
脂环烃在工业、医药、生物学 等领域有着不可替代的作用， 是当今社会发展的重要支撑。
环保意义重大
研究和发展低排放、环保型新 材料和新工艺，是未来脂环烃 的发展方向。
与人工智能技术结合
结合人工智能技术，不断探索 新型催化剂、反应机制。
பைடு நூலகம்
脂环烃在生活中的应用
食品加工
如脂环烷代表食品添加剂：植物脂环酸、硬 脂环酸等，用于增加食品的稠度、保持柔软 度。
化学品制造
如环己烷广泛用于工业合成甲基环己烷，也 用于人工味料制造。
医药领域
如肝素和阿司匹林等药物的成分中含有脂环 烷结构。
生物学研究
如脂环烷、类固醇在生物学研究中有一定的 作用。
脂环烃的重要性及未来发展
萜类化合物
包括环烷类萜、环烯类萜、环 戊基萜等，常见于天然植物与 动物中。
类固醇
具有四环骨架中的三个6元环 和一个5元环，包括胆固醇、 睾酮、雌激素等。

第四章 环 烃

第四章 环 烃

CH2
强调：在室温时用 强调：在室温时用Br2-H2O或Br2-CCl4溶 或 不能将环丙烷及其衍生物与烯烃、 液不能将环丙烷及其衍生物与烯烃、炔烃 等区分开来。 等区分开来。
环丙烷对氧化剂较稳定，它不与KMnO4水溶液 环丙烷对氧化剂较稳定，它不与 或臭氧作用，故可用KMnO4溶液来区别环丙烷及其 溶液来区别环丙烷及其 或臭氧作用，故可用 衍生物和烯烃、炔烃等化合物 等化合物。 衍生物和烯烃、炔烃等化合物。
H3C CH3
顺-1，4-二甲基环己烷 ， 二甲基环己烷
反-1，4-二甲基环己烷 ， 二甲基环己烷
2. 螺环烃 脂环烃分子中两个碳环共有一个碳原子 脂环烃分子中两个碳环共有一个碳原子。
单螺环的命名:根据成环碳原子的总数称为螺某烷，在螺字后面的方括号 螺原子不计算在内） 将小 中，用阿拉伯数字标出两个碳环碳原子数目（螺原子不计算在内），将小 的数字排在前面， 隔开， 的数字排在前面，数字之间用下角圆点隔开，编号是从较小环中与螺原子相
第四章 环 烃
环烃是由碳 环烃是由碳和氢两种元素组成的环状化合物。根据它 是由 两种元素组成的环状化合物。 环状化合物 们的结构 性质，又可分为脂环烃 芳香烃。 结构或 脂环烃和 们的结构或性质，又可分为脂环烃和芳香烃。
§ 4~1 脂环烃
一、脂环烃的分类
碳原子的 饱和程度 饱和脂环烃 不饱和脂环烃 环炔烃 环烷烃 环烯烃
4.稠环烃 稠环烃
三、环烷的结构
说明： 说明：环烯烃 、环炔烃分子中的碳碳双键和碳碳 三键的电子结构与烯、炔烃相同， 三键的电子结构与烯、炔烃相同，故具有一般不 饱和键的通性。 饱和键的通性。
环烷烃的结构： 环烷中的碳原子为sp3杂化 环烷烃的结构： 环烷中的碳原子为 杂化。 杂化。

第四章环烃教学讲义

第四章环烃教学讲义

CH3
CH2Cl
光
Cl2 130-140℃
苯氯甲烷（氯化苄）
（2）硝化
浓H2SO4 HNO3 50-60℃
CH3
浓H2SO4
HNO3 10-30℃
NO2 H2O
硝基苯
CH3 NO2
CH3
Байду номын сангаас邻硝基甲苯
NO2 对硝基甲苯
解释：1、这是实验和工业上制备硝基化合物的方法之一； 2、甲苯比苯易硝化
（3）磺化
3.桥环的编号，从一个桥头开始，
循的最长桥编到另一个桥头，
再循余下的次长的桥编到桥头， 最短的桥最后编号。
二环壬烷
螺环烃：一个共用碳原子，两个碳环 共用的碳原子称为螺原子。
螺环（单螺环）命名原则：
1.螺作词头，成环碳原子的 总数作为母体烃的名称；
2.两个碳环（除螺原子外），
用阿拉伯数字由小到大表示；
CH3 115℃
H2SO4 5-15h
CH3
CH3
SO3H
10%-20%
邻甲苯磺酸
SO3H
75%-85%
邻甲苯磺酸
（4）付氏反应（付列德尔－克拉夫茨）
（A）烷基化反应（引入烷基的反应）
无 水 AlCl3
C H 3C H 2B r 80℃
C H 2C H 3H B r
乙 苯
常用催化剂：AlCl3、FeCl3、SnCl4、SbCl3、ZnCl2等 路易斯酸和HF、H2SO4、H3PO4等质子酸
休克尔规则：π电子数＝4n＋2 （n＝0，1，2，3…）
电 子 数 2 6 1 0
1 4
思考题：下列哪些是芳香性化合物？
1、
2、

有机化学 第4章 环烃(原版)

有机化学 第4章 环烃(原版)

II.芳香烃
芳香烃的含义：不再仅指“含有苯环且有香 味”的物质，而是指“在结构上有某些特点 并具有芳香性的许多化合物”本节主要讨论 含有苯环的碳氢化合物。
分类：
单环芳烃 根据含苯环的数目苯
多环芳烃
命名：
1、单环芳香烃
（1）一元取代苯：简单的以苯为母体，复杂的苯 为取代基；
（2）多元取代苯：用邻、间、对或数字编号； （3）IUPAC规定：甲苯、邻二甲苯、异丙苯、
简写为
5、但凯库勒不能解释：
X与
X
X
X
实际上是相同的
6、现代物理方法证明：
H
120°
H
0.1397nm
H
正六边形结构 所有的原子共平面
120°
0.1397nm CC 键长均为 0.1397nm
H
H
CH键长均为 0.110nm
0.110nm H
所有键角都为 120°
根据杂化理论：苯分子中的碳原子都是以sp2杂化 轨道成键的，故键角均为120°，所有原子均在同 一平面上。 C-C（sp2-sp2）； C-H(sp2-s)。
（4）傅氏反应
在无水三氯化铝的催化下，苯与卤代烷反应， 生成烷基苯——傅氏烷基化反应。
+ CH3CH2Br 无水AlCl3
CH2CH3 + HBr
当引入的烷基为三个碳以上时，引入的烷基 会发生碳链异构现象。例如：
+ CH3CH2CH2Cl AlCl3
CH3 CH +
CH3
CH2CH2CH3
异丙苯（主 ） 正丙苯
命名：
1、简单的命名与相应的脂肪烃基本相同，在 名称前加一“环”字；
2、当环上有取代基，取代基位置数字按“最 小原则”将环编号，不同取代基顺序按“次 序规则”小的优先列出；

第四章环烃

第四章环烃

（二）脂环化合物的构象： 1、环丙烷
105. 5 ° 23 °
第四章 环烃—脂环烃（构象）
2、环丁烷
形如蝴蝶。
3、环戊烷
信封式
半椅式
第四章 环烃—脂环烃（构象）
4、环己烷
椅式
船式（1/1000）
第四章 环烃—脂环烃（构象）
a a e e e a a a e
a
e e
第四章 环烃—脂环烃（构象） 环己烷的船式和椅式两种构象可以通过各个 碳碳键的转动而互相转变。且两个椅式构象也可 通过各个碳碳键的转动而互相转变，这种构象的 互变，叫转环作用。在转环过程中，碳碳键不破 裂，每一个a（e）键都变成了e（a）键。
（二）同分异构 1、同分异构：环烷烃——烯烃 环烯烃——炔烃 官能团异构、碳骼异构、位置异构、 顺反异构、对映异构。
第四章 环烃—脂环烃（同分异构）
例：C5H10
CH 3 C2H5 H 3 C CH 3 H3 C CH 3
CH2 =CHCH2 CH2 CH3 CH3 CH=CHCH2 CH3 （CH3 ） 2 C=CHCH3 （CH3 ） 2 CHCH=CH2 CH3 CH2 C（CH3 ）=CH2
C H3 C H2 C H2 C H3
+H
2
Ni 3 0 0℃
C H3 C H2 C H2 C H2 C H3
困难
第四章 环烃—脂环烃（化性）
2、加卤素 （用于小环烃与开链烷烃的区别 ）
CCl 4 常温、常压 CCl 4 加热 BrCH 2 CH 2 CH 2 Br BrCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 Br
（四）、脂环化合物的顺反异构 脂环化合物中由于环的存在限制了碳碳 键的自由扭转，尤其是三碳、四碳环，当 各碳原子上连接不同的基团时，就存在顺 反异构。例：

有机化学第四章脂环烃

有机化学第四章脂环烃

Br
Br
溴褪色 可用于 鉴别环 烷烃
不起加成，而是取代反应
（3）加HX, H2SO4
HBr H2SO4
CH3 CH3
CH3 CH3 C CH CH3 Br CH3 CH3 C CH CH3 OSO3H
H2O
CH3 CH3
CH3 C CH CH3 OH
加成时符合马氏规则，氢原子加在含氢较多的碳原子上。
对称轴
H
H
H
H
H H
H
H H
H H
H
环己烷的直立键和平伏键
直立键 平伏键
（2）一元取代环己烷的构象 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。
例如：
H
CH3
H
H
室温
7%
H CH3
H H
93% 内能比a型少 75.3KJ/mol
（2）二元取代环己烷的构象 二元取代环己烷，是以取代较多e键的构象为最稳定。
2.举例 1,2-二甲基环戊烷
1-甲基-4-乙基环己烷
1-甲基-4-异丙基环己烷
顺-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基环丙烷 3-甲基-3-环丙基戊烷
（4）环上取代基复杂时，可环做取代基，链为主体。
（二）环烯烃或环炔烃
母体为“环某烯”或“环某炔”，编号从不饱和碳原子开始
环戊烯
3,4-二甲基环己烯
1
4
2
3
6
5
椅式构象
船式构象
2.物理方法测出 （1）船式环己烷比椅式能量高26.7kJ/mol，在常温下环己烷几乎完全以较稳定的椅式 构象存在。 （2）椅式构象稳定的原因是相邻碳原子的键都处于交叉式。 （3）船式构象不稳定的原因是在船式中碳原子的键（2，3和5，6）处于全重叠式的位 置，斥力较大，Van de waals张力较大。

大学有机化学第四章 环烃

大学有机化学第四章 环烃

目前有关苯的结构还没有更好的表达方式, 一般沿用的有： 或
物理性质 (physical property) 多数是无色有芳香味的液体，易挥发，蒸汽有毒（也 有的芳香烃很臭！）。相对密度小于1，不溶于水，能溶 于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂。 化学性质 (chemical property) 芳香烃具有其特征性质——芳香性（易取代，难加 成，难氧化）。 1．取代反应 （1）卤代
3. 二元取代物的定位效应 1）原有取代基定位效应一致，第三个取代基进入它们 共同确定的位置。
CH3 (>99%)
COOH
COOH Br
NO2
(100%)
SO3H
(80%)
(20%)
2）两个取代基定位效应相矛盾，由基团致活能力顺序 判断第三个基团取代的位置。
①.两个基团不同类，定位效应受邻对位取代基控制。
HONO2 + HOSO2OH
[H2O+-NO2] + SO4H - H2 O NO2
H
- H+
+ NO2 π络合物 H+ + SO4H
NO2 σ络合物
NO2
NO2
H2SO4
3．磺化
2 H2SO4
O
SO3
S
O
δ
+ H3O+ + HSO4
H
+
δ
H+
SO3H
O
SO3
苯环上取代基的定位规律（定位效应或称取向效应）
X X X
缺点：3.
一般单、双键的键长分别为 ： 0.154nm 和0 .134 nm而实际苯分子是一个正六边 形构型，且碳碳间键长完全相等，均为 0 .139nm （介于一般单、双键键长之间）

环烃

环烃
1
取代环己烷的构象：
(1)一元取代基多 以e键与环相连： (2)二元（以上）取代物以e键取代基最多的构象为稳定构象： 1,2二甲基环己烷：
顺式-ae型 (3)若有两个不同取 代基，以较大基团占 据e键（空阻小）：
反式-ee型
顺-1-甲基-4-异丙基环己烷
1
4 构象式的书写 (1) 向上或者向下倾斜30度角，画两条平行线。 (2) 由平行线的突出端点向相反的方向再引出两条平行 线，它们与原来的平行线呈120度角。 (3) 将缺少的线段补齐。
1
近代物理方法测定，环丙烷的C－C键是弯曲键，呈香 蕉状。键角有所压缩，电子云重叠不是沿着原子轨道的 轴线方向，所以键不稳定，容易打开。
1
2 环丁烷：键角小于原子轨道轴夹角，分子也有张力 。为了使分子稳定，键角趋向109.5。，它的构型象蝴 蝶。
3 环戊烷：分子没有张力，其构型象信封，四个碳原 子在一个平面上，另一个伸出平面，键角109.5。。
第四章 环烃
1
环烃包括脂环烃和芳香烃。 脂环烃包括环烷烃、环烯烃、环炔烃， 它们的性质与开链烃相同，所以叫脂环烃 。
1
§1 脂环烃
一 命名
1 简单的环烃命名与开链烃一样，加一个环子。 2 环上有取代基称某基某环烃。
1
3 环上有两个或两个以上 取代基时，由小取代基所 连的碳原子开始编号，命 名时写出取代基的位置和 名称。 4 取代基结构复杂时，把 环看成取代基。
1
五 环烷烃的性质
1 环烃具有一般开链烃的性质
1
2 小环烷烃的特性：开环加成 (1) 催化加氢
(2) 与溴加成
小环烷烃可使溴水褪色
1
(3)与卤化氢加成：环破裂于取代基最多和最少的碳 原子之间。加成遵守马氏规则。(只有环丙烷)

有机化学第四版环烃

有机化学第四版环烃

环丙烷要稳定些。
环戊烷的构象：
这种构象的张力很小， 总张力能 25KJ/mol ，扭转 张力在2.5KJ/mol以下，因 此，环戊烷的的构象学性
质稳定。
环已烷及其衍生物的构象 1．两种极限构象——椅式和船式
2．平伏键（e键）与直立键（a键）
250pm 透视式： 4 5 3 6 2 1 4
183pm 5 3 6 2 1
H Cl H Cl H H Cl H Cl
+ H2
Cl H Cl
+ 3Cl2
光 50 ℃
六六六 对人畜有害，世界禁用， 我国从83 年禁用。
3、氧化反应（需有α－H）
CH3 KMnO4 H+ CH2CH3 KMnO4 H+ CH CH3 KMnO4 CH3 H+ COOH
COOH
COOH
CH3 C CH3 KMnO4 + H CH3
CH3 C CH3 CH3
② 酰基化反应： 苯环上的氢原子被酰基取代的反应。 常用的酰基化剂：酰卤、酸酐等。
O 无水AlCl3 +CH3 C Cl
CCH3 O
+ (CH3CO)2O
无水AlCl3
CCH3 O
③ 烷基化反应和酰基化反应的异同点： 相似之处： •催化剂相同；反应历程相似，都为亲电取代反应。 不同之处： a. 烷基化剂含三个或以上碳原子时，往往发生烷基异构化。 b. 烷基化反应较难停留在一元取代阶段，而是生成多元取代物。
三、芳香性的判断
休克尔（ Hü ckel）规则 含有4n+2个π电子的平面环状化合物具有芳香性。 因此，有机分子不一定要有苯环，只要满足: (1) 整个分子共平面；
(2) 具有环闭共轭体系；

第四章 环烃

第四章 环烃

CH3 CH3
⑵多取代环已烷：e—取代基最多的构象；大取代基 在e键上的构象。例如
CH 3 H 3C
＜
ae型（顺式）
CH(CH 3)2 CH 3
H 3C CH 3
ee型（反式），稳定构象
CH 3
＜
CH(CH 3)2
五、脂环烃的性质 （一）物理性质 m.p、b.p、ρ较同C脂肪烃高（对称性、刚性所 致）。 （二）化学性质 1、取代反应——游离基取代（类似于烷烃）
a e
椅式构象
船式构象
2、椅式构象中的a键（直立键）和e键（平伏键） 在环己烷的椅式构象中，每个C上各有一个a键和 e键，相邻两个C上的a键（或e键）一个向上，另 一个向下；而相隔一个C的两个C上的a键（或e键） 的方向一致（顺式）；处于对位的两个C上的a键 （或e键）的方向相反（反式）。 3、环已烷衍生物的优势构象 ⑴一取代环已烷：e—取代环已烷为优势构象。例如
三、化学性质 芳烃由于具有芳香性，芳环具有特殊的稳定性， 发生化学反应时主要表现在芳环上氢原子的取代反 应。 1、取代反应 Fe粉 H Br ⑴卤代 ＋ Br2 ＋ HBr
or: FeCl3
强烈条件下成二卤代（邻、对位）物：
Br Br ＋ Br2 FeCl3 Br ＋ Br Br
A.卤代活性：
F＞Cl＞Br＞I；烷基苯＞苯
CH3 C Cl CH2CH2CH3
3、不饱和键的反应—加成、氧化（环烯烃、环炔烃 具有一般不饱和键的通性）
+ HBr Br
HNO3 加热
COOH COOH CHO CHO
①
O3
② Zn/H2O
Ⅱ.芳香烃
【前言】 一、芳香烃的定义 芳香族化合物 —— 从植物中提取出来的树脂或香精 油等具有芳香气味的物质。 芳香烃 —— 芳香族碳氢化合物的简称。大多含有苯 环（也 有不含 苯环） ，为苯 的同系 物（通 式为 CnH2n-6）、稠合物和衍生物。 芳香性 —— 指芳香烃所具有的，在反应中保持碳环 结构不变的特殊的稳定性（不同于脂环烃，尽管 其结构高度不饱和，但其碳环结构在化学反应中 不被破坏而开环）。

第四章 环烃1

第四章 环烃1
第四章 本章重点：
环烃
1、环烃的结构与命名 2、环烃的性质与应用
本章难点：环烃的结构
环 烃—由碳和氢两种元素形成的环状化合物。根 据它们的结构或性质，可以分成脂环烃和芳 香烃两大类。
4.1
脂环烃
*
具有碳原子组成的环状骨架,而性质与脂肪烃相似的环烃称 脂环烃。按碳原子的饱和程度，又可分为环烷烃、环烯烃、环炔 烃。
+FeBr3
2、硝化 + 反应中，进攻试剂为NO2 ： 3、磺化 + 在浓H2SO4中，反应进攻试剂为SO3H ： 4、傅氏反应
4.2.1.6 取代苯的定位规律（定位效应）
在芳香取代中，环上的取代基对取代位置产生的影响即定位效 应。苯环上原有的取代基叫定位基。
A
A B
A
A
1、取代基定位效应 N(CH3)2 NH2 OH
②、取代环己烷的构象：
A、甲基环已烷：为两种构象的平衡体系但以e 键 与环相连为主：
B、多元取代的环已烷的构象：一般说来最稳定的 构象应是e键取代基最多的构象，尤其是较大的取 代基应以e键与环相连接为最稳定。
多元取代的环已烷的异构体：
C、环己烷及其衍生物构型的简写方式：
（一）、物理性质(自学) （二）、化学性质 1、加成反应 (1)催化氢化
③、取代基的定位效应不是绝对的： (1)、邻、对位二元取代产物的比例不是 2：1 (2)、同一个一元取代苯在不同的反应中， 得到的二元取代产物异构体的比例不 同。 (3)、同一个一元取代苯，进行同样的取 代反应当反应条件不同时。二元取代 产物异构体的比例也不相同。
④、如果苯环上已有两个取代基，再进行亲电取反应 时，第三个基团入的位置决定于已有的两个基团的 性质，它们的相对位置，它们在空间所占的体积以 及反应条件等，情况是比较复杂的，仅就以下几例 对上述因素作些简单说明。* OH NHCOCH3 COOH OH

第四章 脂环烃

第四章 脂环烃

对结构复杂或支链上有官能团的化合物,也可把支链作 为母体,苯环当作取代基命名.
CH3 CH3-CH2-CH-CH-CH3
2-甲基-3-苯基戊烷
CH=CH2
C=CH
CH 3-C=CHCH3
苯乙烯 (乙烯基苯)
苯乙炔
2-苯基-2-丁烯
CH3CHCH2CHCH3 CH3
CH2CH=CH2
2-甲基-4-苯基戊烷
CH3 CMe3 的稳定构象是 CH3 CMe3
1.3

环烷烃的化学性质
三、四元环由于存在张力，许多性质 如同烯烃，化学性质活泼，乙烯容易加 H2、X2、HX，双键打开，所以三、四元 环也容易同这些试剂加成开环形成开链化 合物，五六员环没有张力，因此不容易开 环发生加成反应。
1、催化加氢
易
H2 , Ni
第四章 环烃
环烃是指分子中的碳架形成环状的碳 氢化合物。根据结构和性质我们把环烃分 成脂环烃和芳香烃两大类。 1. 2.

脂环烃 芳香烃
4.1

脂环烃
性质和脂肪烃即开链烃相似的环烃叫脂 环烃。脂环烃又可以根据碳环中是否含有重 键（双、三键）分为环烷烃、环烯烃和环炔 烃等：
1.1 异构现象和命名 1.2 环烷烃的结构 1.3 环烷烃的化学性质
NO2
慢
E G
G决定： ①E的位置（G 的邻、对或间位） ②芳环氢的活性（即速度）
G-定位基 ①邻位、对位定位基 致活基团： -N(CH3)
-NH2 -OH 强 -NHCR ; O -OR 中强 ; -R 弱
特点：直接和苯环相连的原子以单键和其它原子相连
致钝基团： 间位定位基 致钝基团
-Cl , -Br
COOH

第四章 环烃

第四章 环烃
六个P轨道构成 П66
§4-6 物理性质
• 自学
§4-7 化学性质
• 芳香性：难氧化； 难亲电加成；易亲电取代。 • 休克尔规则：环状共轭体系中π电子数符合4n+2（包括 杂环）。 • 举例：
1、取代反应
• “四大取代反应” • 属于亲电取代
（1）卤代反应
• Cl2， Br2 * 催化剂：Fe or FeCl3 or FeBr3 例：
（2）V2O5氧化
O + O2 V2O5 400oC O O
4、烷基苯侧链卤代
* 自由基反应 * 光照hv或高温 * 适用：氯、溴
CH3 + Cl2 hv CH2Cl
CH3 + Cl2 （过过） hv
CHCl2 +
CCl3
CH2CH3 + Br2 hv
CHBrCH3
§4-8 亲电反应历程
第一步：产生正离子或带部分正电荷的分子
1、邻、对位定位基： • 由强到弱次序：
N(CH3)2 > NH2 > OH > OR > NHCOCH3 > O-COR > R > X > CH2COOH
*第二基团主要进入以上基团的 邻、对位
5、二取代苯的定位规则
* 已经有两个取代基，引入第三个基团时所进入的位置 （1）原二基团定位作用一致时
H3C
4 3 2
1、单环芳烃
(1）邻二甲苯（1,2-二甲苯;o-二 甲苯);对二甲苯(1,4-二甲苯;p二甲苯).o, m,p:邻,间,对. (2) (2)苯乙烯;苯乙炔;2-苯基庚烷 ; ;2-
2、多环芳烃
（1）连苯：4,4‘-二甲基连苯
5 6 1' 1 6' 5' 2' 3' 4'

4第四章 环烃

4第四章 环烃

CH3与C3为邻位交叉 CH3与C3为邻位交叉
27
若环上连有不同的取代基， 若环上连有不同的取代基，一般是体积大的取 代基优先处于e键 代基优先处于 键。
C(CH3)3 CH3
H3C C(CH3)3
顺-1-甲基 叔丁基环己烷 甲基-4-叔丁基环己烷 甲基
甲基-4-异丙基环己烷 反-1-甲基 异丙基环己烷 甲基
名 称 环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 成环 碳数 3 4 5 6 7 分子燃烧热 /KJ·mol-1 · 2091 2744 3320 3951 4637 －CH2－的 平均燃烧热 /KJ·mol-1 · 697 686 664 659 662 名称 环辛烷 环壬烷 环癸烷 环十五烷 开链烷烃 成环 碳数 8 9 10 15 －CH2－的 分子燃烧热 平均燃烧热 /KJ·mol-1 · /KJ·mol-1 · 5310 664 5981 665 6636 664 9885 660 659
萘 naphthalene
莰烷 camphane camphane
2-莰酮（樟脑） 樟脑） camphor camphor
11
3、环烷烃的结构 、环烷烃的结构
1 ) 环的大小与环的稳定性
燃烧热:指 化合物完全燃烧生成二氧化碳和 燃烧热 指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和 水所放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。 水所放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。
31
2）加卤素 ）
+ Br2
CCl4
偏离109.5 偏离109.5o
C-H 重叠
环己烷不是平面型分子
15
环己烷碳架是折叠的， 环己烷碳架是折叠的，C－C－C键角为109.5°， 键角为109.5° 109.5 是无张力环。 是无张力环。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

H3C H3C
COOH + O C
CH3
可用于区别
CH3
环烷烃和烯烃
加热时用强氧化剂， 加热时用强氧化剂，或在催化剂作用下用空 气直接氧化， 气直接氧化，环烷烃可被氧化成不同的产物
O2，钴催化剂 钴催化剂
140~180℃，1~2.5MPa ℃
OH
O
+
CH2 CH2 COOH CH2 CH2 COOH
CH CH3 + HBr CH2
CH3 C Br
CH CH3
I CH3 + H I CH3CHCH2CH3
3. 氧化反应（小环对氧化剂相当稳定） 氧化反应（小环对氧化剂相当稳定）
O
O2
O +
O
H3C H3C
CH C
CH3 CH3
KMnO4 常温下， 常温下，饱和的环 对氧化剂稳定 H2O
双键对 氧化剂 不稳定
1,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚 烷
三环[ 2.2.1.02,6 ]庚烷
环丙烷的结构
环的结构及其稳定性
环丙烷的结构： 环丙烷的结构：
碳原子为 sp3杂化 为缓解角张力 形成弯曲键
Ｃ
105°
Ｃ
Ｃ
具有重叠构象， 氢原子排斥产生 “重叠张力”
Ｃ-Ｃ-Ｃ键角 偏离正常键 角产生角张 力 环丙烷分子具 有较高的内能， 有较高的内能， 不稳定
C2H5
CH3
十氢萘的构象
1. 名称
8 7 6 5 4 1 2 3
7 6 5 8 9 1 2 3 10 4
10 1 9 8 7 6
2 3 4 5
萘 naphthalene
十氢合萘（暜通名） 十氢合萘（暜通名） Decahydronaphthalene
二环[4.4.0]癸烷（学名） 癸烷（学名 二环 癸烷
H 1 H H 2 H H 3
H 6 H H 2 1 H H
H 1 H H 5
2.51A H 2 H 4 2.50A H
H 3 H 2.49A H
H 6 H
H
H
H H 4 H H
H 5 H H H 4 H 3 H
H 6 H H
5
*4. 环中相邻两个碳原子均为邻交叉。 环中相邻两个碳原子均为邻交叉。
取代环己烷的构象
反十氢萘比顺十氢萘稳定
菲烷的构象
H H H
H
金刚烷(自学)
<四> 环烷烃的合成
1、武慈合成法 、
XCH2CH2CH2X Na
2、芳香化合物的催化氢化 、
脂环烃小结 1 掌握环烷烃的异构和命名 2 了解环烷烃的性质 *3 掌握环己烷及衍生物的构象 4 了解环烷烃的合成
(2) 加卤素或卤化氢
用于环 丙烷的 鉴别 Br2 CCl4
BrCH2 CH2 CH2Br
HBr
CH3 CH2 CH2Br
四碳及以上环烷烃室温下均 不能与卤素或卤化氢反应
取代环丙烷与卤化氢的加成符合马氏规则 ：
CH3 CH
CH2
+ HBr
CH3 CH CH2 CH3 Br
CH3 CH3
CH2
H3C C H3C
环己烷的构象
船式构象
椅式构象
4-1
环己烷的椅式构象 环己烷椅式(Chair Form)构象的画法 环己烷椅式 构象的画法
H 1 H H H H 2 3 H H 4 H
H H H H
1 6
5
3 4
H
H 6 H H
5
H
H H
2
H
H
H
H
锯架式
纽曼式
环己烷椅式构象的特点
*1. 有6个a 键，有6个e 键。) 个 个 *2. 有C3对称轴。 对称轴。 *3. 有构象转换异构体 。
螺[2.4]庚烷
CH3
CH2CH3
2-甲基 乙基螺 甲基-6-乙基螺 甲基 乙基螺[3.3]庚烷 庚烷
桥环烃: 两个环共用两个或两个以上碳原子。 桥环烃: 两个环共用两个或两个以上碳原子。
二环[4.1.0]庚烷 二环[4.1.0]庚烷 [4.1.0]
二环[2.2.1]庚烷 二环[2.2.1]庚烷 [2.2.1]
多环体系
桥环：两个环共用两个或两个以上碳原子。 桥环：两个环共用两个或两个以上碳原子。
单环烷烃：分子中有一个碳环，通式为C 单环烷烃：分子中有一个碳环，通式为CnH2n
环丙烷
环丁烷
环戊烷
环己烷
环丁烷的异构: 环丁烷的异构:
环丁烷
CH3
甲基环丙烷
取代环烷烃的命名： 取代环烷烃的命名：
CH3
CH3 CH3 C CH2CHCH2CH3
〈二〉脂环烃的反应
1、取代 2、加成
60°
10 5°
3、氧化反应
1. 取代反应
Cl
+ Cl2
+
Br2
日光
+ HCl
Br
300℃
+
HBr HBr
+
Cl2
紫外光
Cl
+
HCl
与开链烷烃的性质相似
2. 加成反应
（1）催化加氢 ）
+
+
+
Ni H2 80℃
H3C CH2 CH3
易
Ni H2 200℃ H3C CH2 CH2 CH3 Ni H2 300℃ H3C CH2 CH2 CH2 CH3 难
第四章
环
烃
环烃的分类
环烷烃 脂环烃 环烯烃 环炔烃 单环芳烃 多环芳烃 非苯芳烃 单环烷烃 桥环烷烃 螺环烷烃 集合环烷烃
环烃
芳烃
多苯代脂烃 联苯 稠环芳烃
一、脂环烃
1 环烷烃的异构和命名 2 环烷烃的性质 3 环己烷及衍生物的构象 4 环烷烃的合成
〈一〉脂环烃的异构和命名
单环体系
小环： ～ 个碳原子 个碳原子。 小环：3～4个碳原子。 普通环： ～ 个碳原子 个碳原子。 普通环：5～7个碳原子。 中环： ～ 个碳原子 个碳原子。 中环：8～11个碳原子。 大环： 个以上碳原子 个以上碳原子。 大环：12个以上碳原子。 螺环：两个环共用一个碳原子， 用的碳叫螺碳。 螺环：两个环共用一个碳原子，共用的碳叫螺碳。
举例: 1,2-二甲基环己烷构象分析
CH3 CH3
顺式： 顺式：
CH3 H H
H CH3 H
H CH3
反式： 反式：
H H CH3
CH3
CH3 H
1,2-二甲基环己烷反式比顺式稳定 1,3-二甲基环己烷顺式比反式稳定 1,4-二甲基环己烷反式比顺式稳定
顺-1-甲基-2-叔丁基环己烷的构象
( CH3 )3C CH3 ( CH3 )3C H H H H CH3
CHCH3 CH3
CH3
1-甲基-3-异丙基环己烷
2,2-二甲基-4-环己基己烷
顺反异构： 顺反异构：
CH3 CH3
CH3
H
H
H
H
CH3
顺-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基环丙烷
多环烃
螺环烃：两个碳环共用一个碳原子的多环烃。 螺环烃：两个碳环共用一个碳原子的多环烃。 共用的碳原子叫螺原子。 共用的碳原子叫螺原子。
2. 十氢萘的构象 十氢萘有顺反异构体，平面投影式 十氢萘有顺反异构体，平面投影式：
H
H
顺十氢萘
H
H
H
反十氢萘
H
顺十氢萘
（ae）
（ae）
反十氢萘
7 8 A 6 5 10 B 4 3 9 2
1
不能翻转
（ee）
(A) 环：有两个取代基，产生一个邻交叉。 有两个取代基，产生一个邻交叉。 (B) 环：有两个取代基，产生一个邻交叉。 有两个取代基，产生一个邻交叉。
写出顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷较稳定的构象
CH3 H
( CH3 )3 C
H
环己烷环的平面表示方法
CH3 CH3 CH3 = CH3
课堂练习
画出下列各二元取代环己烷最稳定的构象。 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
Br Cl
甲基- 乙基环己烷 （2）反-1-甲基 4-乙基环己烷 ） 甲基
HNO3
加 热
环己烷的结构
〈三〉 环己烷及衍生物的构象
1890年，H. Sachse 对拜尔张力学说提出异议。 年 对拜尔张力学说提出异议。 提出非平面、无张力环学说。 1918年，E. Mohr 提出非平面、无张力环学说。指 年 出用碳的四面体模型可以组成两种环己 烷模型。 烷模型。
椅式构象
船式构象
<1> 一取代环己烷的构象
R
R
R:
CH3 CH(CH3)2 97%
95%
5%
3% ) C(CH 很少
ห้องสมุดไป่ตู้
3 3
99.99%
一元取代环己烷，取代基以e键与环相连的构象最稳定 。取代基体积愈大，以e键与环相连的构象占的比例愈大。
<2> 多取代环己烷的构象
(1) 多取代环己烷最稳定的构象是e取代基最多的构象； (2) 环上有不同取代基时，体积较大的取代基为e键的构象最稳定。 二甲基环己烷的构象分析 二甲基环己烷的燃烧热(不要求)

相关主题