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Chap3 环烷烃 Cycloalkane 内容提要(Outline) 单环烷烃 分类、异构和命名 性质 环的张力学说 环己烷及其衍生物的构象 多环烃 螺环化合物和桥环化合物的命名 十氢化萘 1 单环烷烃 1.1 分类、异构和命名 1.1.1 分类 1.1.2 异构 构造异构 环的大小 侧链的长短和位置 立体异构 顺反异构 对映异构 构象异构 例：写出分子式为C5H10的单环环烷烃的所有异构体。 共有6种 1.1.3 命名 1.2 性质 1.2.1 物理性质 环烷烃的分子结构比链烷烃排列紧密，所以，沸点、熔点、密度均比链烷烃高。 1.2.2 化学性质 大环、中环化合物的化学性质与链烷烃相似。 小环易发生开环加成反应。 1.2.2.1 氢解 1.2.2.2 加卤素 环烷烃在一般条件下与KMnO4，O3不起反应。环丙烷虽然易起开环加成反应，但对氧化剂是稳定的。 1.3 环的张力学说 环丁烷的构象 环己烷椅式构象的表示 环己烷椅式构象的特点 ① 有6个a (axial) 键(直立键)，有6个e (equatorial) 键(平伏键)。(已为1H NMR 证明) ③ 碳原子成键的角度是109°28′。 ④ 有构象转换异构体 。（K=104-105/秒） 环己烷船式构象的特点 ① 2，3，5，6四个碳原子在同一平面内，1，4碳原子在这一 平面的上方。 ② C2与C3，C5与C6上的氢原子均为全重叠式，内能较高，具有较大的扭转张力。 ③ C1与C4两个船头碳上的氢原子伸向环内侧，彼此间相距很近，只有183pm，小于范德华半径之和，斥力很大。 1.4.2 取代环己烷的构象 ① 一取代环己烷 甲基环己烷 ② 具有相同取代基的二取代环己烷 1,2-二取代环己烷 1,3-二取代环己烷 ③ 具有不同取代基的二取代环己烷 环己烷衍生物优势构象的判定 2 多环烃 2.1 多环烃的命名 2.1.1 螺环烃的命名 其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺环化合物。 命名方法： (a) 组成环的碳原子总数命名为“某烷”，加上词头“螺”。 (b) 再把连接于螺原子的两个环的碳原子数(不含螺原 子)，按由小到大的次序写在“螺”和“某烷”之间的方 括号里，数字用圆点分开。 2.1.2 桥环烃的命名 共用两个或两个以上碳原子的叫桥环化合物。 命名方法： (a) 组成环的碳原子总数命名为某烷，加词头二（双）环. (b) 各“桥”所含碳原子数目，按由大到小的次序写在“二环” 和“某烷”之间的方括号里。 (c) 环上碳原子编号：从一个桥头碳原子(含)开始，先编最长的桥至第二个桥头，再编余下的较长的桥，回到第一个桥头，最后编最短的桥。 (d) 编号的顺序以取代基位置号码加和数为较小。 2.2 十氢化萘 本章小结 环烷烃的命名，包括螺环和二环的命名； 环烷烃的反应：三元环的开环加成反应； 比较单环烷烃的稳定性； 环己烷及其衍生物的构象和十氢化萘的椅式构象。 作业： 问题：3.1; 3.2(2,4); 3.4(2,4); 3.5(2,4); ② 椅式构象中任何两个相邻的C-H键都是交叉式,无张力环, 是环己烷的最稳定的构象，平衡混合物中，椅式占99.9%。 转环前后，a 键变 e 键，e 键变 a 键。 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 船式构象 1 2 3 4 5 6 4 CH2 CH2 1 3 2 6 5 H H H H H H H H 2.27? 2.27? 1.84? 1 2 3 4 5 6 扭船式构象 将船式构象扭动，使1、4两个碳错开， C1和C4上的两个C-H相距较远，斥力减小，因此扭船式能量低于船式，但比椅式高。 半椅式构象 半椅式构象是用分子力学计算过渡态的几何形象时提出的。 Conformational Energy （95%) (5%) 异丙基环己烷 叔丁基环己烷 取代基体积越大， e 取代占的比例越大。 1,2-二取代环己烷的平面表示法 顺-1,2-二甲基环己烷构象 顺-1，2-环己烷稳定构象为ea构象。 ae构象翻转后仍为ea构象 两个甲基 邻交叉 邻交叉 aa 构象翻转后变为 ee 构象 两个甲基 对交叉 一个邻交叉 反-1,2-二甲基环己烷构象 反-1,2-取代环己烷比顺-1,2-取代