环烷烃和芳香烃

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1、第六章环烷烃和芳香烃第六章环烷烃和芳香烃 要求：要求： 掌握：掌握：环烷烃和单环芳香烃结构、异 构、命名、化学性质。 熟悉：熟悉：萘、蒽、菲的结构。 了解：了解：环烷烃和单环芳香烃物理性质 及其反应机理、非苯芳香烃的判断标准 等。 定义及分类定义及分类 环烃又称环烃又称闭链烃闭链烃，为碳骨架成环状结构的一类 碳氢化合物。根据结构和性质，又可分为： ，为碳骨架成环状结构的一类 碳氢化合物。根据结构和性质，又可分为： 环环 脂环烃脂环烃(alicyclic 芳香烃芳香烃(aromatic 性质似脂肪性质似脂肪 单脂环 多脂环 单脂环 多脂环 性质似性质似 苯型芳香烃 非苯型芳香 苯型芳香烃 非苯型

2、芳香 第一节脂环烃第一节脂环烃 一、一、一、结构和异构一、结构和异构 二、命名二、命名二、命名二、命名 三、化学性质三、化学性质三、化学性质三、化学性质 脂环烃概述脂环烃概述 定义:结构上具有环状碳骨架,而性质上与脂肪 烃相似的烃类,总称脂环烃. 定义:结构上具有环状碳骨架,而性质上与脂肪 烃相似的烃类,总称脂环烃. 分类 : 1.按不饱和程度： 分类 : 1.按不饱和程度： 饱和脂环烃: 饱和脂环烃: 环烷烃（C环烷烃（Cn nH H2n 2n） 如 ） 如 不饱和脂环烃:不饱和脂环烃: 环烯烃环炔烃 如 2.按环的大小： 环烯烃环炔烃 如 2.按环的大小：小环（元环）； 常见环（6元环）

3、小环（元环）； 常见环（6元环）； 中环（7元环）； 大环（十二碳以上）。 3.按环的数目： ； 中环（7元环）； 大环（十二碳以上）。 3.按环的数目：单环单环；双环（桥环，螺环）； 多环。 ；双环（桥环，螺环）； 多环。 一、脂环烃的结构和异构一、脂环烃的结构和异构 （一）结构结构 1、环烷烃的结构（单键）环烷烃的结构（单键） 碳是sp碳是sp3 3杂化,但杂化,但成环成环（键角不一定一样） 1） 环丙烷的结构 3个C-C键成环： （键角不一定一样） 1） 环丙烷的结构 3个C-C键成环： 环内键角环内键角60弯曲键，角张力大，不稳定。弯曲键，角张力大，不稳定。 C-C键不能任意旋转。C-

4、C键不能任意旋转。 部分重叠 最大重叠 部分重叠 最大重叠 2） 环丁烷、环戊烷、环己烷的结构2） 环丁烷、环戊烷、环己烷的结构 C-C键成环：C-C键成环： C不共平面； H一上一下，C不共平面； H一上一下，见图 键角键角逐步逐步接近109.5，接近正常的键，角张 减小 键，角张 减小。见图 C-C键不能自由旋转。 3）环的大小和稳定性的关系（燃烧热或角张力判断） 稳定性： C-C键不能自由旋转。 3）环的大小和稳定性的关系（燃烧热或角张力判断） 稳定性：六元环六元环 五元环五元环 四元环 三元环四元环 三元环 2、环烯烃、环炔烃的结构环烯烃、环炔烃的结构 （二）立体异构现象（二）立体异构

5、现象 顺反异构顺反异构条件: 只要在 条件: 只要在环环上有上有两个碳两个碳原子原子各连有一个取 代基 各连有一个取 代基,就有顺反异构。就有顺反异构。 构象异构构象异构 优势构象优势构象:折叠环的形式折叠环的形式-“信封式信封式”构象构象. 分子张力不大分子张力不大,因此环戊烷的化学性质比较稳定因此环戊烷的化学性质比较稳定. 不是平面结构不是平面结构.因因C-H键的重叠键的重叠,有较大扭转张力有较大扭转张力. 1）环戊烷的环戊烷的构象(不讲） (1)环己烷的椅式构象和船式构象. a、两种极端构象 (1)环己烷的椅式构象和船式构象. a、两种极端构象 2）环己烷的环己烷的构象（P63) HH

6、HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH 两种极端构象两种极端构象 环己烷的椅式构象和船式构象环己烷的椅式构象和船式构象. b、椅式构象和船式构象可相互转化：椅式构象和船式构象可相互转化： 可以通过分子中可以通过分子中CC 键的扭转互相转化。键的扭转互相转化。 椅式椅式 半椅式半椅式 椅式椅式 半椅式半椅式 扭船式扭船式 船式船式 椅式构象和船式构象可相互转化：椅式构象和船式构象可相互转化： 5 1 2 34 6 1 2 4 3 5 6 H H H H H H H H H H H H chair formboat form 1 2 3 4 5 6 1 2 4 3 56

7、HH H H HH H H H H H H 透 视 式 透 视 式 棒 球 模 型 棒 球 模 型 环己烷的椅式构象 1 2 3 4 5 6 H H H H H H H HH H H H 1 2 3 4 5 6 H H H H H H H H H H H H 透视式透视式 (锯架式锯架式) 纽曼式纽曼式 c、椅式构象是优势构象：椅式构象是优势构象： 环己烷的船式构象 1 2 3 4 5 6 H HH HH H H H H H H 透视式透视式 纽曼式纽曼式 12 3 45 6 H H HH H H H H H H HH 1.83A 2.27A 2.50A 椅型的C-椅型的C-H H键都是键都是

8、交叉式交叉式，故，故无无扭转张力.扭转张力. 船型的C-船型的C-H H键有全重叠式，故键有全重叠式，故有有扭转张力.扭转张力. 原因原因1: 椅式构象是优势构象：原因2椅式构象是优势构象：原因2 椅式椅式无无空间张力船式空间张力船式有有空间张力空间张力 HH H 1 2 3 4 5 6 230pm HH 14 5 6 183pm 23 椅式船式29.7 KJ/mol 99.9%0.1% - a、a、概念概念 与对称轴平行或垂直于平面的CH键, 叫 与对称轴平行或垂直于平面的CH键, 叫直立键(a键)直立键(a键)6个6个 与对称轴或a键成109.5的CH键,叫与对称轴或a键成109.5的CH

9、键,叫 平伏键 (e键)平伏键 (e键)6个6个 a键键 (直立键直立键)e键键 (平伏键平伏键) （2）椅型构象中的两种 C-H 键（2）椅型构象中的两种 C-H 键 b、6个e键和6个a键的排列规律：b、6个e键和6个a键的排列规律： 每个C上1个a键1个e键；每个C上1个a键1个e键； 一上一下；交替排列。一上一下；交替排列。 空间取向：六上六下空间取向：六上六下 简单构型式：简单构型式： a e e e e e e a aa a a HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH c、翻环作用：两种c、翻环作用：两种椅式构象椅式构象之间会相互转化之间会相互转化

10、特点：特点： a a键变键变e e键，键，e e键变键变a a键键。 原因：单键的部分旋转原因：单键的部分旋转 aa a a a a e e e e e e aa a a a a e e e e e e 45.2kJ/mol 106 /s e e a a a a e e 1 2 1 2 d、环己烷的椅式构象的画法、环己烷的椅式构象的画法 e a e a HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH . . . . 1 4 26 椅式构象 0.250nm Newman 投影式 透视式 船式构象 透视式 0.183nm 椅式船式29.7 KJ/mol 99.9%0.1%

11、- Newman 投影式 1 4 2 6 a 键和e 键 椅式与船式 椅式是稳定的构象椅式是稳定的构象 a e e e e e e a aa a a 总结环已烷的构象环已烷的构象 （3）取代环己烷的构象（3）取代环己烷的构象 一元取代环己烷中，取代基在一元取代环己烷中，取代基在e键e键上为较稳 定的优势构象。 上为较稳 定的优势构象。 多个相同取代基的环己烷，取代基在多个相同取代基的环己烷，取代基在e键e键上 越多，构象越稳定。 上 越多，构象越稳定。 多个不同取代基的环己烷，大的取代基在多个不同取代基的环己烷，大的取代基在e 键 e 键上为稳定构象。上为稳定构象。 一取代环己烷的构象一取代环

12、己烷的构象e键的构象为稳定构象键的构象为稳定构象 原因：无空间张力无空间张力，无扭转张力无扭转张力。 H H HH H H 1 3 24 56 -7.5kJ/mol 5% 95% H H H H H H 1 23 4 5 6 同一平面 上的比较 同一平面 上的比较 甲基甲基环己烷椅型构象的翻转环己烷椅型构象的翻转 叔丁基环己烷的优势构象叔丁基环己烷的优势构象 叔丁基在e键叔丁基在e键 叔丁基在叔丁基在叔丁基在叔丁基在 a a 键键键键 99.9% ( 99.9% (优势构象优势构象优势构象优势构象) )环丁烷环戊烷。催化加氢易到难：环丙烷环丁烷环戊烷。 (2) 加卤素或卤化氢(2) 加卤素或卤化氢 BrCH2CH2CH3 HBr CH3CHCH2CH3 HBr CH3 Br HBr CH3 H3C H3C H3C C H3C CHCH3 Br CH3 环的破裂发生在含环的破裂发生在含H最多最多和和最少最少的两个碳原子之 间，且 的两个碳原子之 间，且符合马氏符合马氏规律规律. 小结：小结： 重点：重点： 脂环烃的结构和异构、命名、化学性质脂环烃的结构和异构、命名、化学性质 难点：难点： 环己烷及其衍生物的构象环己烷及其衍生物的构象