有机化学环烃课件.ppt
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1、第三章第三章 环烃环烃本章同步测试参考答案环烃具有环状结构的碳氢化合物。环烃脂环烃芳香烃第二节 芳香烃第一节 脂环烃第三章第三章 环烃环烃学习要求学习要求知识目标:知识目标:1.能正确区分和命名单环、螺环和桥环脂环烃2.能区分环己烷及其取代环己烷的优势构象以及竖键和横键 第一节第一节 脂环烃脂环烃 1.熟悉脂环烃的定义、分类和命名 2.了解脂环烃的结构、稳定性和环烷烃的构象 3.掌握脂环烃的化学性质(取代、加成、氧化)能力目标:能力目标:第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名(一)脂环烃的分类(一)脂环烃的分类脂环烃单环烃多环烃螺环烃桥环烃
2、(两环共用一个碳原子)(两环共用两个或两个 以上碳原子)脂环烃饱和脂环烃环烷烃不饱和脂环烃环烯烃环炔烃(含双键)(含三键)第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 【例如】一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名(一)脂环烃的分类(一)脂环烃的分类CCH2CCH2CH2H2CCH2HCHCCHCHH2CH2CH2CCH2CH2环丁烷环戊二烯环庚炔桥环烃螺环烃第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名(二(二)脂环烃的脂环烃的命名命名1单环脂环烃的命名 环烷烃与烯烃互为同分异构体 通式为CnH2n【例如】丙烯 和环丙烷,分子式均为C
3、3H6,结构式:CH3CH=CH2H2CH2CCH2第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名(二(二)脂环烃的脂环烃的命名命名1单环脂环烃的命名(1)按照开链烃命名,前面冠以“环”字,称“环某烷”(2)从特征官能团处编号,并使取代基位次最小(3)环上含有复杂取代基时,可将脂环作为取代基【例如】环丙烷环戊烷环辛烷环己烷第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名(二(二)脂环烃的脂环烃的命名命名【例如】CH3CH2CH2CHCHCH3CH3CH3CH33-甲基-2-环戊基己烷2,5-二甲基-1
4、,3-环己二烯第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名(二(二)脂环烃的脂环烃的命名命名1单环脂环烃的命名 二取代和多取代的脂环烃可产生顺、反两种构型异构体二取代和多取代的脂环烃可产生顺、反两种构型异构体2个取代基位于环平面的同侧位于环平面的同侧,称为顺式顺式 异构体;位于环平面的异侧位于环平面的异侧,称为反式反式 异构体。第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名(二(二)脂环烃的脂环烃的命名命名【例如】CH3HCH3HHCH3CH3H顺-1,2-二甲基环丙烷反-1,2-二甲基环丙烷第三
5、章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃写出下列化合物的名称或结构简式写出下列化合物的名称或结构简式(1)CH3CH2CHCH2CHCH3CH3(2)CH3CH3(3)1,4-二环丙基丁烷1,2-二甲基环戊烷2-甲基-4-环丙基己烷CH2CH2CH2CH2课堂练习课堂练习第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名(二(二)脂环烃的脂环烃的命名命名2螺环烃的命名 (1)根据螺原子的数目,以螺、二螺、三螺为词头 (2)编号顺序:螺原子邻位碳原子 较小环 螺原子较大环 (3)使环上的特征官能团和取代基位次最小(4)在“螺”字后面写一方括号,方括
6、号内用阿拉伯数字标明除螺原子外的碳 原子数目,数字之间在下角用圆点隔开(5)根据螺环上碳原子的总数称为“螺n1.n2某烃”命名规则命名规则:第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名(二(二)脂环烃的脂环烃的命名命名2螺环烃的命名 书写顺序书写顺序:取代基几螺小大环碳数母体,例如:12345678910H3C2-甲基螺4.5癸烷1237856491011二螺3.1.3.2十一烷第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃(2)3-乙基-螺4.5-1,6-癸二烯2-甲基-螺环4.5癸烷(1)12345678910CH2CH310987654
7、321写出下列化合物的名称或结构写出下列化合物的名称或结构:课堂练习课堂练习第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名(二(二)脂环烃的脂环烃的命名命名3桥环烃的命名 命名规则命名规则:(1)根据环的数目称为“几环某烃”(2)编号顺序第一个桥头碳原子 大环小环 另一个桥头碳原子回到第一个桥头碳原子 (3)使环上的特征官能团和取代基位次最小书写顺序书写顺序:取代基环数大中小环碳数母体第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名(二(二)脂环烃的脂环烃的命名命名3桥环烃的命名【例如】1237856
8、491102378564CH3二环4.4.0癸烷二环2.2.1己烷5-甲基二环2.2.2-2-辛烯第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃写出下列化合物的名称或结构简式写出下列化合物的名称或结构简式(1)132456789(2)二环4.3.1-3-癸烯二环4.3.0壬烷12345678910课堂练习课堂练习第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃(一(一)脂环烃的物理性质脂环烃的物理性质环烷烃的物理性质与烷烃相似溶解性溶解性 环烷烃不溶于水,溶于乙醚等有机溶剂三元、四元环气态五元、六元环液态大环环烷烃固态熔点、沸点和相对密度熔点、沸点和相对密度 环烷烃比相应的开链烷烃高状态状态
9、(常温下)(常温下)二、脂环烃的性质二、脂环烃的性质第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃(一(一)脂环烃的化学性质脂环烃的化学性质二、脂环烃的性质二、脂环烃的性质结构特征化性特征化学反应环烷烃的碳为 sp3杂化,正常键角为109.5;2个sp3杂化轨道必须向内弯曲才能成键,不能沿键轴方向最大限度地重叠;成键比较弱,此键有断裂恢复原有键角的趋势,因此使整个分子具有张力,此张力称为角张力(又称为拜尔张力)。第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 二、脂环烃的性质二、脂环烃的性质(二(二)脂环烃的化学性质脂环烃的化学性质化性特征结构特征化学反应环烷烃与烷烃相似,能发生自由基取代
10、反应;环烯烃与烯烃相似,易发生加成和氧化等反应;环丙烷和环丁烷及其烷基衍生物不稳定,易开环,发生类似烯烃的加成反应。第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 二、脂环烃的性质二、脂环烃的性质(二(二)脂环烃的化学性质脂环烃的化学性质化学反应结构特征化性特征1.环烷烃的2.三元、四元环的3.环烯烃的取代反应加成反应氧化反应第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃戊烯212,二甲基环丙烷环戊烷KMnO4溶液褪色无变化无变化Br2水褪色无变化 2-戊烯、1,2-二甲基环丙烷和环戊烷1.用化学方法鉴别下列化合物用化学方法鉴别下列化合物:课堂练习课堂练习第三章第三章 环烃环烃第一节第一节
11、 脂环烃脂环烃+Br2CCl4BrCH2CH2CH2BrBr2+Br光照或高温2.完成下列反应式:完成下列反应式:环丙烷、环己烷分别与溴作用课堂练习课堂练习第三章第三章 环烃环烃三、环烷烃的结构和稳定性三、环烷烃的结构和稳定性 通过环烷烃的开环反应可以看出:环的反应活性反应活性为:三元环四元环五元环三元环四元环五元环 六元环六元环 即环烷烃的稳定性顺序稳定性顺序为:六元环六元环 五元环五元环 四元环四元环 三元环三元环 第一节第一节 脂环烃脂环烃(一)环烷烃的稳定性(一)环烷烃的稳定性第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 三、环烷烃的结构和稳定性三、环烷烃的结构和稳定性 张力学说假
12、定假定:1.烷烃是正四面体结构 2.环的结构是平面的 3.碳原子是sp3杂化的,键角都109.5结论结论:与正常键角109.5偏差越大,环越不稳定。环有恢复正常键角的力,这种力称为角张力角张力(又称为拜尔张力拜尔张力)。为什么脂环烃会表现出上述化学性质?1885年拜尔(J.Baeyer)提出了张力学说。张力学说。(二)环烷烃的结构(二)环烷烃的结构第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 三、环烷烃的结构和稳定性三、环烷烃的结构和稳定性(二)环烷烃的结构(二)环烷烃的结构 键角键角 60 90 108 120【例如】环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 以上环烷烃分子结构中形成的都是弯曲键弯
13、曲键,其成键电子云电子云重叠程度小重叠程度小,键的稳定性差键的稳定性差,容易开环容易开环。所以当C-C-C 键角约等于键角约等于109.5 时时,CC键是正常的键,此时环系稳定。如环戊烷和环己烷。第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃四、环己烷四、环己烷及其衍生物的构象及其衍生物的构象 (一)环己烷的构象(一)环己烷的构象1.椅式构象每个碳原子均含一个垂直于平面的C-H键,称为垂直键、竖键、垂直键、竖键、a a键键0 25nm.3个碳原子分布在上面的平面内上面的平面内3个碳原子分布在下面的平面内下面的平面内每个碳原子还含有另外一个C-H键,称为平伏键、横键、平伏键、横键、e e键键第
14、三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃四、环己烷四、环己烷及其衍生物的构象及其衍生物的构象 (一)环己烷的构象(一)环己烷的构象2.船式构象船底4个碳原子在同一平面相邻的碳原子为重叠式构象两个船头碳上有伸向环内侧的2个氢原子 C CC CHH第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃四、环己烷四、环己烷及其衍生物的构象及其衍生物的构象 (一)环己烷的构象(一)环己烷的构象椅式构象和船式构象的纽曼投影式:HHCH2HHCH2HHHHHHHHHHHHCH2CH2椅式构象 船式构象 椅式构象比船式构象的能量低29.7 kJ.mol-1,是最稳定的一种构象,称为优势构象优势构象 第三章第
15、三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 (二)一取代环己烷的构象(二)一取代环己烷的构象 环己烷上的一个氢原子,被其他原子或基团取代,取代基可处于横键e e键键或竖键 a a键键。【例如】稳定性:稳定性:甲基处于e键的构象 甲基处于a键的构象四、环己烷及其衍生物的构象四、环己烷及其衍生物的构象CH3CH3第三章第三章 环烃环烃第一节第一节 脂环烃脂环烃 四、环己烷四、环己烷及其衍生物的构象及其衍生物的构象(二)一取代环己烷的构象(二)一取代环己烷的构象 椅式构象是最稳定的构象;取代环己烷的优势构象优势构象有如下规律:取代基不同,大基团在e键的构象最稳定。取代基相同,e键最多的构象最稳定;第三
16、章第三章 环烃环烃学习要求学习要求1.熟悉芳香烃的定义、分类、命名和“芳香性”2.了解苯、萘、蒽、菲的结构以及苯环的稳定性和环状闭合的-共轭体系3.掌握芳香烃的化学性质(取代、加成、氧化)1.能正确分类和命名苯及其同系物2.能鉴别苯和烷基苯 第二节第二节 芳香烃芳香烃知识目标:知识目标:能力目标:能力目标:第三章第三章 环烃环烃第二节第二节 芳香烃芳香烃芳香烃简称芳烃,是芳香族化合物的母体。芳香烃是具有“芳香性芳香性”的环状碳氢化合物。“芳香性芳香性”是指环具有特殊稳定性,不易破裂,化学性质表现为:难加成、难氧化、容易发生取代反应。难加成、难氧化、容易发生取代反应。芳香烃中最典型的代表物苯苯分
17、子式 C6H6结构式第三章第三章 环烃环烃第二节第二节 芳香烃芳香烃一、芳香烃的分类一、芳香烃的分类芳香烃芳香烃苯型芳香烃(含苯环结构)例如:非苯型芳香烃(不含苯环结构,但化学性质 与苯相似)例如:相当比例的合成药物及天然药物中都含苯型芳香烃CNNCl克 霉 唑(抗 真 菌 药)CONHNO2ClOHCl氯 硝 柳 胺(驱 肠 虫 药)18 轮烯(据是否具有苯环分类)第三章第三章 环烃环烃第二节第二节 芳香烃芳香烃一、芳香烃的分类一、芳香烃的分类芳香烃芳香烃单环芳烃(含有1个苯环)例如:多环芳烃(含2个或2个以上独立苯环)例如:稠环芳烃(2个或2个以上苯环间通过相邻 2个碳原子连接)例如:CH
18、3Cl甲苯甲苯氯苯氯苯CH2二苯甲烷二苯甲烷蒽蒽(据所含苯环的数目分类)第三章第三章 环烃环烃第二节第二节 芳香烃芳香烃二、单环芳烃二、单环芳烃 (一)苯的结构(一)苯的结构1苯的凯库勒(苯的凯库勒(Kekul)式式1865年,凯库勒(F.A.Kekul)提出了苯的环状结构6个碳原子连结成六元环碳原子间以单双键间隔每个碳原子连接1个氢原子碳的化合价为4价CCCCCCHHHHHH简写为第三章第三章 环烃环烃第二节第二节 芳香烃芳香烃 二、单环芳烃二、单环芳烃(一)苯的结构(一)苯的结构苯的凯库勒式的不能解释的现象苯的凯库勒式的不能解释的现象:(1)苯分子既然含有3个双键却难发生加成反应(2)苯的
19、二元取代物不只一种(3)苯的邻二取代物只有一种苯的凯库勒式反映的客观事实是:苯的凯库勒式反映的客观事实是:(1)苯分子是六元环结构(2)苯分子中6个氢原子是完全等同的第三章第三章 环烃环烃第二节第二节 芳香烃芳香烃 二、单环芳烃二、单环芳烃(一)苯的结构(一)苯的结构2.苯的结构及苯环的稳定性 现代物理方法证明现代物理方法证明:(1)苯是一个平面分子,6个C和6个H都在同一平面上(2)6个等长的键,组成正六边形(3)键角为120,键长为139 pm介于C-C单键及C=C双键间 HH120139pm第三章第三章 环烃环烃第二节第二节 芳香烃芳香烃 二、单环芳烃二、单环芳烃(一)苯的结构(一)苯的
20、结构2.苯的结构及苯环的稳定性 杂化轨道理论认为:杂化轨道理论认为:(1)6个碳原子都为sp2杂化(2)相邻碳原子形成C-C 键(3)碳氢原子间形成C-H 键(4)每个碳原子上剩下的1个p轨道垂直于苯环平面并侧面 相互重叠,形成1个环状闭合的环状闭合的-共轭体系共轭体系,称为大大 键键。电子离域,电子云密度完全平均化。CCCCCCHHHHHH sp2第三章第三章 环烃环烃第二节第二节 芳香烃芳香烃 二、单环芳烃二、单环芳烃(一)苯的结构(一)苯的结构2.苯的结构及苯环的稳定性 苯分子大苯分子大 键的形成及电子云分布图键的形成及电子云分布图 共轭体系的形成使苯分子的内能降低,使苯环具有特殊的化学
21、稳定性,表现出具有“芳香性芳香性”。CCCCHHHH第三章第三章 环烃环烃第二节第二节 芳香烃芳香烃 二、单环芳烃二、单环芳烃(二)苯的同系物的命名(二)苯的同系物的命名苯的同系物:苯分子中的氢原子被烃基取代的衍生物 以苯环为母体,烷基作为 取代基,称为“某烷基苯”二元取代物二元取代物多元取代物多元取代物一元取代物甲苯 丙苯 异丙苯CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3第三章第三章 环烃环烃第二节第二节 芳香烃芳香烃 二、单环芳烃二、单环芳烃(二)苯的同系物的命名(二)苯的同系物的命名一元取代物二元取代物多元取代物二元取代物可产生三种异构体 邻二甲苯邻二甲苯 间二甲苯间二甲苯 对二甲苯对二甲
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