基础有机化学 基础有机化学 环烷烃的分类: 1单环烷烃:小环,普通环正常环,中环大环 C数:3-4 5-7 8-11>12 第三章 2.多环烷烃:螺环烃,稠环烃,桥环烃 环烷烃 单环烷烃的通式:C2n *不饱和度:Q=四价原子数+1+三价原子数一价原子数 2 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 基础有机化学 基础有机化学 §3.1环烷烃的异构和命名 例如:H3CH3H 1.环烷烃的异构 构造异构:碳链异构、官能团异构、 CH, 位异构、互变异构 异构现象 构型异构:顺反异构、对映异构 CH: H.C 立体异构构象异构 H. HCH, 构型(oonfiguration):在具有一定构造的分子中,原 子在空间的排列方式。 HAH HACH3 HCAH 环烷烃的顺反异构:假定环中碳原子在一个平面上,以环 平面为参考平面,两取代基在同一边的叫顺式(cis-), H,C CH, H, C HH CH, 否则叫反式(trans--) 南京大学基础学科教育学院 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 南京大学化学化工学院 基础有机化学 基础有机化学 2.环烷烃的命名: (2)多环烷烃 (1)单环烷烃:a根据环中碳原子的数目叫“环某名字 ①螺环烃:a.根据成环的碳总数,叫螺[]某烷 b.环上取代基的位次和编号写在母体环 前面,“编号”原则与烷烃相同 b.两环除开共用外的数,由小到大,放于[]内 c.若有两个取代基,则在最前面标明“顺、反”; 井用下角原点隔开 例如:口d若取代基碳链较长,则环作为取代基 .编号:从小环共用大环(并尽可能使取代基 为此小) 例如:6 1-甲基-3-环己基环戊烷1.1-二甲基-3异丙基环戊烷 5-甲基螺[2.4]庚烷 2-甲基-3-环丙基庚烷(1R,2R4R)-12-二甲基4环戊烷 5-氯螺[2.5]辛烷 南京大学基础 科教育学院 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 南京大学化学化工学院
1 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 第三章 环烷烃 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 *不饱和度：Ω= 四价原子数+1+ 三价原子数 – 一价原子数 2 •单环烷烃的通式：CnH2n 环烷烃的分类： 1. 单环烷烃：小环， 普通环（正常环），中环， 大环 C数： 3-4 5-7 8-11 >12 2. 多环烷烃：螺环烃， 稠环烃， 桥环烃 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 § 3.1 环烷烃的异构和命名 1.环烷烃的异构 异构现象 构造异构：碳链异构、官能团异构、 位置异构、互变异构 立体异构 构型异构：顺反异构、对映异构 构象异构： 构型（configuration)：在具有一定构造的分子中，原 子在空间的排列方式。 环烷烃的顺反异构：假定环中碳原子在一个平面上，以环 平面为参考平面，两取代基在同一边的叫顺式（cis-)， 否则叫反式（trans-)。 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 CH3 H H H3C CH3 H H H3C CH3 H H H3C CH3 H H H3C CH3 H H H3C H CH3 H H 3C CH3 H H3C H 例如: 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 2.环烷烃的命名： （1）单环烷烃： a.根据环中碳原子的数目叫“环某烷”； b.环上取代基的位次和编号写在母体环烃名字 前面，“编号”原则与烷烃相同； c.若有两个取代基，则在最前面标明“顺、反”； d.若取代基碳链较长，则环作为取代基。 2-甲基-3-环丙基庚烷 1-甲基-3-环己基环戊烷 1,1-二甲基-3-异丙基环戊烷 CH3 H H H3C Cl H （1R,2R,4R)-1,2-二甲基-4-氯环戊烷 例如: 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 （2）多环烷烃 ① 螺环烃： a.根据成环的碳总数，叫螺[ ]某烷 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（并尽可能使取代基 为此小） 5-甲基螺[2.4]庚烷 Cl 5-氯螺[2.5]辛烷 1 2 3 5 4 6 7 例如:
基础有机化学 基础有机化学 ②標环烃(包括环烃):两个或两个以上碳环共用两 个以上的原子 及总数,称几环[]某烷 三环[2.2.1.0叮庚烷 环微:将桥环烃变为开链化合物需要断开的cc的最小 b将桥上碳原子败(不包括桥头碳)由多到少顺序列在[]内,并用下角 原点隔开(有几个桥就有几个数字) 的排母最个妖续那排短的按物拿的楼发题手再{浓餐 习 基,则尽量使其位次较 例如 1,2,4三甲基二环[4.3.0]壬烷 环[20辛烷2,7三甲基二语孕摩精育学院 南京大学基础学科教育学院 基础有机化学 基础有机化学 §3.2环烷烃的物理性质和化学反 (2)加溴 1物理性质:态:气00渣G,mp.d 室遇BrCH2CH2cH2Br 2化学性质: + 共性:同烷烃相似,光照或加热下发生自由基取代反应。(难 或3000 特性:小环的开环加成 (3)加溴化氢 (1)加氢:△+H2 CHCHCH HBr CH3 CH2CH, BI Mi H1210c常】 CHCHCH. +HBr 不反应 CH CH2 CH,, C+HBr 反应 南京大学基础学科教育学院 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 南京大学化学化工学院 基础有机化学 基础有机化学 结论:(1)环丙烷活性最大,不稳定,易发生开环加成(H §3.3环烷烃的来源和用途(自学 (2)其他环烷烃性质与开链烷烃相似,发生X的自由基 §3.4环的张力 取代反应 1.环丙烷及环丁烷的结构 (3)环丙烷衍生物开环位置:取代最多的0与取代最少 2.拜尔张力学说( A von Baeyer, stain theory) 的0之间;加成位置:符合马氏规则 3.环烷烃的燃烧热 Ⅹ 4张力能 产(Enb非健性相互作用:非键合的两原子或原子团距 高小于其范氏半径之和(强烈排斥) (CH),CCl 力)长变化;两成键原子间距离偏高正常键长; 马氏规则:H加成到含H较多的C上,X加成到含H较少的C上 键角变化:键角偏高平衡值 南京大学基础学科教育学院 扭转角变化 南京大学基础学科教育学院 2
2 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 ② 桥环烃（包括稠环烃）：两个或两个以上碳环共用两 个以上的碳原子。 a.判断环数及总碳数，称几环[ ]某烷 *环数：将桥环烃变为开链化合物需要断开的C-C键的最小数 b.将桥上碳原子数（不包括桥头碳）由多到少顺序列在[ ]内，并用下角 原点隔开（有几个桥就有几个数字）。 c.编号：从第一个桥头碳开始，从最长的桥编到第二个桥头碳，再沿次长 的桥回到第一个桥头碳，即按桥渐短的次序将其余的桥依次编号。（若有 取代基，则尽量使其位次较小） 二环[4.2.0]辛烷 2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 例如: 7 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 1,2,4-三甲基二环[4.3.0]壬烷 三环[2.2.1.02,6 1 ]庚烷 2 3 4 5 6 7 练 习： CH3 CH3 H3C 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 § 3.2 环烷烃的物理性质和化学反应 1.物理性质： 态：气C3-C4，液C5，m.p. d. s. 2.化学性质： 共性： 同烷烃相似，光照或加热下发生自由基取代反应。（难 氧化） 特性： 小环的开环加成 （1）加氢： +H2 Ni 400C,常压 C H3CH2CH3 +H2 Ni 1000C,常压 C H3C H2C H2C H3 Pt +H2 3000C,常压 C H3C H2C H2C H2C H3 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 （2）加溴 +Br2 室温 BrCH2CH2CH2Br +Br2 光照 Br +Br2 光照 或3000C Br （3）加溴化氢 +HBr CH3CH2CH2Br +HBr 不反应 +HBr 不反应 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 结论：（1）环丙烷活性最大，不稳定，易发生开环加成（H2、 X2、HX）； （2）其他环烷烃性质与开链烷烃相似，发生X2的自由基 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 的C之间； 加成位置：符合马氏规则。 马氏规则：H加成到含H较多的C上，X加成到含H较少的C上。 (CH3) 2CCHCH2Br CH3 Br Br2 +HBr (CH3) 2CCHCH3 CH3 Br 例如: 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 § 3.3 环烷烃的来源和用途(自学) § 3.4 环的张力 1.环丙烷及环丁烷的结构 2.拜尔张力学说(A.von Baeyer, stain theory) 3.环烷烃的燃烧热 4.张力能 环 产 生 张 力 的 因 素 Enb 非键性相互作用：非键合的两原子或原子团距 离小于其范氏半径之和（强烈排斥） Ee 键长变化：两成键原子间距离偏离正常键长； Eθ 键角变化：键角偏离平衡值 Eø 扭转角变化
基础有机化学 基础有机化学 §3.5环己烷的构象 极限构象:船式 椅式(优弟构象)99%以上 §3.6取代环己烷的构象分析 讨论:为什么船式构象不稳定? 椅式构象特点: 1.一取代环己烷 甲基环己烷分子中甲基处于稳定还是处于a健稳定? 事请画出叔丁基环己烷的优势构象 (1)六个0分居两个平行平面(两平面相距50) 2.多取代环己烷 (1)环己烷多元取代物的最稳定的构象是取代最多的 (2)每个上有两个0H攏,其一为a體(直立)一垂直 于平面;另一为。键(平伏)—平行于平面。即 12个0H键分为两组,一组为a镜,一组为e键 (2)环上有不同取代基是,大的取代基在e键的构象最 隐定 (3)两种椅式构象间可相互翻转 (4)相邻两组a键伸展方向相反,一个向上,一个向下, e键也如此 教育学院 南京大学基础学科教育学院 基础有机化学 练习:写出下列化合物的最稳定构象 CH(CH,h2 OMe 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院
3 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 § 3.5 环己烷的构象 极限构象：船式 椅式（优势构象）99%以上 讨论：为什么船式构象不稳定？ 椅式构象特点： 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 (1) 六个C分居两个平行平面（两平面相距50pm) (2) 每个C上有两个C-H键，其一为a键（直立）——垂直 于平面；另一为e键（平伏）——平行于平面。即 12个C-H键分为两组，一组为a键，一组为e键。 (3) 两种椅式构象间可相互翻转 (4) 相邻两组a键伸展方向相反，一个向上，一个向下， e键也如此。 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 § 3.6 取代环己烷的构象分析 1. 一取代环己烷 甲基环己烷分子中甲基处于e键稳定还是处于a键稳定？ *请画出叔丁基环己烷的优势构象。 2. 多取代环己烷 （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）环上有不同取代基是，大的取代基在e-键的构象最 稳定 基础有机化学 南京大学基础学科教育学院 南京大学化学化工学院 练习： 写出下列化合物的最稳定构象 C(CH3) 3 CH3 H H H H C2H5 CH(CH3) 2 H3C H CH3 H H H3C H CH3 CH3 H C(CH3) 3 H H H OMe OMe H H H H OH HO H H H Cl