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第四章 环烷烃 1、掌握环烷烃的同分异构与命名 2、掌握环烷烃的化学性质 3、了解环的大小与其稳定性的关系 4、初步掌握环己烷的构像 教学要求： 第一节 同分异构及命名 1、分类 本章主要讨论环烷烃 根据环C原子数目常分为小环（3～5）、中环（6～13）和大环 2、同分异构 环烷烃具有环的大小、侧链的长短及位置不同等构造异构 两个及以上支链可以在环平面的同侧，也可以在环平面的异侧，形成顺反异构；顺反异构体由于环的存在，不能互变（断键），其物理性质有差异 3、命名 1.单环烃 1）按成环碳原子数目称为环××烷、环××烯，支链作为取代基，使其位置号尽可能小 1-甲基-3-乙基环己烷 4-甲基环己烯 2）长链作母体，环作取代基 3-甲基-4-环丁基庚烷 1,2-二环己基乙烷 3）顺、反异构体 两个取代基在环同侧 两个取代基在环异侧 顺-1, 4-二甲基环己烷 反-1, 4-二甲基环己烷 2. 双环烃 联环 桥环 螺环 稠环 1）桥环、稠环的命名 桥头碳：两环共用的相距最远的两个碳原子 桥：两个桥头碳原子之间的碳链或一个键 a）根据成环C原子数称为××烷、××烯，以其作为母体 b）用二环、三环等词头注明环的数目 c）在母体与词头间用方括号内的罗马数字注明桥C原子数，数字间用小圆点隔开，桥头直接相连的桥计为0 二环[3.2.1] 辛烷 2,7,7-三甲基二环[2.2.1] 庚烷 环上有取代基或不饱和键时，从靠近取代基或不饱和键的桥头开始编号，沿最长桥编到另一桥头，然后再沿次长桥编回到起始桥头，最短桥最后编，有等长桥时尽可能使取代基或不饱和键编号较小 5,6-二甲基二环[2.2.2]-2-辛烯 1 2 3 4 5 6 7 2）螺环的命名 螺原子：两个环共用的碳原子 螺[4.5]癸烷 5-甲基螺[3.4]辛烷 螺[4.5]-1,6-癸二烯 1-甲基螺[3.5]-5-壬烯 根据环C原子数称为××烷、××烯作为母体，以螺为词头，把二个环除螺原子外的C原子数按由小到大的顺序放在词头与母体间的方括号内，数字间用小圆点隔开，有取代基或不饱和键时，从与螺原子相邻的小环C开始编号，使取代基或不饱和键的位置号尽可能较小 第二节 环烷烃的性质 一、物理性质 与相应链烃变化规律相似，熔点、密度等略高于烷烃 二、化学性质 具有烷烃的类似性质，部分环烷烃还具有烯烃的加成性质 催化加氢： 与卤化氢的加成： 与卤素的加成： 加硫酸： ？ 第三节 环烷烃的稳定性 一、环烷烃的燃烧热及稳定性 每一个CH2单元的燃烧热： 从燃烧热以及前面环烷烃的化学性质都可以看出，环的大小与稳定性呈现如下关系： 三元环 四元环 五元环 ? ? ? ? ? ? 二、拜尔张力（角张力）学说 几何原因等引起正常键角的变形（扩张或压缩）将使体系产生张力，常称为拜尔张力或角张力，变形程度越大，张力越大，体系内能越高，体系越不稳定 稳定性顺序： 三元环 四元环 五元环 六元环 七元环 与实际情况有误差，原因是六元环以上并不是平面结构 三、弯键学说 C、C之间SP3轨道的重叠不是“头碰头”的方式，而是侧面重叠，键的强度较弱；形成的σ键形如弯曲状，σ成键电子位于核间连线的外测，易受到试剂的进攻 第四节 环烷烃的构像 一、 环丙烷等的构像 二、 环己烷的构像 通过碳原子不在同一平面可以使C保持正常四面体键角构成六元环，现代物理方法证明环己烷有两种极端构像： 椅式构像 船式构像 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），约占99.9％ H原子的范德华半径为120pm a键：直立键(竖键) (axial bonds) e键：平伏键(横键) (equatorial bonds) a键转变成e键，e键转变成a键 环上原子的空间关系保持 三、一取代环己烷的构像 椅式还是船式？ 椅式中取代基处于e键还是a键？ 随着取代基的增大，椅式构像的比例增加，椅式中取代基处于e键的构像增加 R=(CH3)2CH－ 97％ R=(CH3)3C－ 99.99％ 四、二取代环己烷的构像 二取代环己烷分邻二取代、间二取代和对二取代三种类型，每一种类型又分顺式和反式两种构型 顺式邻二取代： 反式邻二取代： 顺式对二取代： 反式对二取代： 反式-1-甲基-3-叔丁基环己烷的最稳定构像是怎样的？ 最大基团尽可能处于e键 五、特殊化合物的构像 反-1,4环己二醇的