有机化学课程教案 授课题目(教学章节或主题):第五章.脂环烃|授课类型|理论课 授课时间第6周第17-22节 教学目标或要求:了解脂环烃的结构,分类和命名以及脂环烃的化学性质。掌握环己烷的 构象。 教学内容(包括基本内容、重点、难点) 脂环烃 本章难点是环烷烃的结构、环己烷及一取代环已烷的构象、二取代环己烷和稠环烃的构象 1.环烷烃的结构 根据环烷烃的构象分析得知环烷烃除环丙烷不得不处于一个平面外,环丙烷以上的 环,成环碳原子都不在一个平面上。环丙烷分子中,相邻两个碳上的两个氢原子彼此成重 叠式,具有很大的张力。碳-碳键形成弯键,C-C-C键角为105.5°,碳-碳键的p电子成分 高。而且由于重叠程度较少,使电子云分布在连接两个碳原子的直线的外侧,提供了被亲 电试剂(Br2、HBr等)进攻的位置,从而具有一定的烯烃的性质,并易开环。环丁烷的结 构与环丙烷相似,碳-碳键也是弯曲的,只是弯曲的程度小一些,且碳原子不都在一个平 面上,张力减小,较环丙烷稍稳定些。根据燃烧热数据可看出,从五元环到七元环的化合 物在能量上是稳定的。中环环烷烃的成环碳原子都不在一平面内,环是折叠的,分子内由 于氢原子较为拥挤,有较大的原子间斥力,因此体系的能量较大环高,稳定性比大环略差 2.环己烷及取代环己烷的构象 环己烷分子中碳原子是以sp3杂化的,六个碳原子不在同一平面内。环己烷最稳定的 构象是椅式,常温下环已烷分子中99%以上为椅式构象。扭船式构象的能量比椅式高 23kJ·mol,但比船式构象稳定。一种椅式通常很易转变成另一椅式构象, 这时原来的a键就变成了e键 椅式 扭船式
有机化学 课程教案 授课题目（教学章节或主题）：第五章．脂环烃 授课类型 理论课 授课时间 第 6 周第 17-22 节 教学目标或要求：了解脂环烃的结构，分类和命名以及脂环烃的化学性质。掌握环己烷的 构象。 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 脂环烃 本章难点是环烷烃的结构、环己烷及一取代环己烷的构象、二取代环己烷和稠环烃的构象。 1． 环烷烃的结构 根据环烷烃的构象分析得知环烷烃除环丙烷不得不处于一个平面外，环丙烷以上的 环，成环碳原子都不在一个平面上。环丙烷分子中，相邻两个碳上的两个氢原子彼此成重 叠式，具有很大的张力。碳-碳键形成弯键，C-C-C 键角为 105.5°，碳-碳键的р电子成分 高。而且由于重叠程度较少，使电子云分布在连接两个碳原子的直线的外侧，提供了被亲 电试剂（Br2、HBr 等）进攻的位置，从而具有一定的烯烃的性质，并易开环。环丁烷的结 构与环丙烷相似，碳-碳键也是弯曲的，只是弯曲的程度小一些，且碳原子不都在一个平 面上，张力减小，较环丙烷稍稳定些。根据燃烧热数据可看出，从五元环到七元环的化合 物在能量上是稳定的。中环环烷烃的成环碳原子都不在一平面内，环是折叠的，分子内由 于氢原子较为拥挤，有较大的原子间斥力，因此体系的能量较大环高，稳定性比大环略差 一些。 2． 环己烷及取代环己烷的构象 环己烷分子中碳原子是以 sp3 杂化的，六个碳原子不在同一平面内。环己烷最稳定的 构象是椅式，常温下环己烷分子中 99%以上为椅式构象。扭船式构象的能量比椅式高 23kJ·mol-1，但比船式构象稳定。一种椅式通常很易转变成另一椅式构象， 这时原来的 a 键就变成了 e 键。 椅式 扭船式 船式
在一取代环己烷的平衡化合物中,大多数取代基占在平伏键上(如e甲基构象占95% e-异丙基构象占97%),这时的体系能量最低。随着烷基取代基体积的増大,e-烷基构象 增加,如ε-叔丁基环己烷构象已大于9999% (一).环己烷的椅式构象 环己烷的两种典型构象 (1)透视式和投影 结构特点:每组平行线段连结的两个碳原子共平面,两外两个碳原子,一个在平面上,一个在平面下
在一取代环己烷的平衡化合物中，大多数取代基占在平伏键上（如 e-甲基构象占 95%、 e-异丙基构象占 97%），这时的体系能量最低。随着烷基取代基体积的增大，e-烷基构象 增加，如 e-叔丁基环己烷构象已大于 99.99%。 (一).环己烷的椅式构象： 环己烷的两种典型构象： (1)透视式和投影式: 结构特点：每组平行线段连结的两个碳原子共平面，两外两个碳原子，一个在平面上，一个在平面下；
(2)存在三重对称轴(三点共面) (3)六个与三重对称轴平行的aCH键,叫做直立键(a键,axil),另六个oCH键与其成10928’,叫做 平伏键(e键, equatorial); (4)相连碳上的氢原子处于交叉式的位置 模型:
(2) 存在三重对称轴（三点共面）； (3) 六个与三重对称轴平行的 σC-H 键，叫做 直立键（a 键，axial），另六个 σC-H 键与其成 109°28′，叫做 平伏键（e 键，quatorial）； (4) 相连碳上的氢原子处于交叉式的位置。 模型：
投影式 2.转环作用环己烷分子中,整个环可以发生翻转 种构象的a键是另一种构象的e键 两种构象能量无差别,无法区分,处于动态平衡中
投影式： 2. 转环作用:环己烷分子中，整个环可以发生翻转： 一种构象的 a 键是另一种构象的 e 键； 两种构象能量无差别，无法区分，处于动态平衡中
(二)环己烷的船式构象: 1).C1,C2,C4,C5共平面,C3和C6在平面同侧 2).C1与C2,C4与C5上的氢处于重叠式位置: 3).两个旗杆氢原子之间的距离(d)小于范德华半径之和(r),d=183pm,r=240pm,这直接影响到整个 环的稳定性。 椅式构象是环己烷的优势构象。船式构象与椅式构象相比,其能量高29.7KJ/mol。 在椅式构象中,几乎不存在环张力。 (三)取代环已烷的构象:
(二)环己烷的船式构象： 1). C1,C2,C4,C5 共平面，C3 和 C6 在平面同侧； 2). C1 与 C2，C4 与 C5 上的氢处于重叠式位置； 3). 两个旗杆氢原子之间的距离(d)小于范德华半径之和(r)，d=183pm, r=240pm, 这直接影响到整个 环的稳定性。 椅式构象是环己烷的优势构象。船式构象与椅式构象相比，其能量高 29.7KJ/mol。 在椅式构象中，几乎不存在环张力。 (三)取代环己烷的构象：
室温下取代环己烷构象 取代基 在a键(a型) 在e键(e型) -CH3 95% CH(CH3)2 CH3)3 100%
室温下取代环己烷构象： 取代基 在 a 键（a 型） 在 e 键（e 型） -CH3 5% 95% -CH(CH3)2 3% 97% -C(CH3)3 ---- ~100%
论:ε型比a型构象稳定(优势构象):环上有不同取代基时,大基团处于e键稳定。 3.二取代环己烷和稠环烃的构象 二取代环己烷的构象中,由于顺反构型的关系,有时则不可能两取代基都占在能量 较低的平伏键上。从许多实验事实总结如下: (1)环己烷多元取代物的最稳定的构象是e取代最多的构象 (2)环上有不同取代基时,大的取代基在e-键的构象最稳定 邻位稠环烃中,只可能有顺式的e,a键稠合或反式的e,e键稠合,不可能有反式的 a,a键稠合。如反十氢萘分子中,一个环己烷用两个e键与另一个环连接,因此反十氢萘 比顺十氢萘稳定 教学手段与方法:课堂讲授
结论： e 型比 a 型构象稳定（优势构象）； 环上有不同取代基时，大基团处于 e 键稳定。 3． 二取代环己烷和稠环烃的构象 二取代环己烷的构象中，由于顺反构型的关系，有时则不可能两取代基都占在能量 较低的平伏键上。从许多实验事实总结如下： （1）环己烷多元取代物的最稳定的构象是 e-取代最多的构象。 （2）环上有不同取代基时，大的取代基在 e-键的构象最稳定。 邻位稠环烃中，只可能有顺式的 e，a 键稠合或反式的 e，e 键稠合，不可能有反式的 a，a 键稠合。如反十氢萘分子中，一个环己烷用两个 e 键与另一个环连接，因此反十氢萘 比顺十氢萘稳定。 教学手段与方法：课堂讲授
思考题、讨论题、作业:第113面,1,2,3,4,5,6,7,8题) 参考资料(含参考书、文献等) 1. Solomons, Organic Chemistry, fifth adition 2. Oxford; Organic Chemistry 3.北京大学,有机化学 4.南京大学,有机化学,(上,下) 5.邢其毅,有机化学,(上,下) 注:1、每项页面大小可自行添减;2一次课为一个教案;3、“重点”、“难点”、“教学手段 与方法”部分要尽量具体;4、授课类型指:理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题
思考题、讨论题、作业：第 113 面，1，2，3，4，5，6，7，8 题) 参考资料（含参考书、文献等）： 1. Solomons, Organic Chemistry, fifth adition 2. Oxford; Organic Chemistry 3. 北京大学， 有机化学 4．南京大学， 有机化学，（上，下） 5．邢其毅，有机化学， （上，下） 注：1、每项页面大小可自行添减；2 一次课为一个教案；3、“重点”、“难点”、“教学手段 与方法”部分要尽量具体；4、授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题 课等