大学有机化学环烃课件.ppt
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1、 (一)环烷的结构(一)环烷的结构 (二)环己烷及其衍生物的构象(二)环己烷及其衍生物的构象 (三)脂环烃的性质(三)脂环烃的性质 1、催化氢化、催化氢化 2、与溴作用、与溴作用 (四)金刚烷(四)金刚烷芳香烃的分类及命名芳香烃的分类及命名(一)单环芳烃(一)单环芳烃1、苯的结构、苯的结构2、物理性质、物理性质3、化学性质、化学性质(1)取代反应及其历程)取代反应及其历程 卤代卤代 硝化硝化 磺化磺化 傅氏反应傅氏反应(2 2)加成反应)加成反应(3 3)氧化)氧化(4 4)烷基侧链的卤代)烷基侧链的卤代 4、苯环上取代基的定位规律、苯环上取代基的定位规律 5、定位规律与电子效应、定位规律与电
2、子效应 (1)诱导效应)诱导效应 (2)共轭效应)共轭效应 (二)稠环芳烃(二)稠环芳烃 1、萘、萘 (1)萘的取代反应举例)萘的取代反应举例 (2)加氢)加氢 (3)氧化)氧化 2、蒽和菲、蒽和菲 3、致癌烃、致癌烃 4、石墨与、石墨与C60 环烃:由碳和氢两种元素组成的环状化合物。环烃:由碳和氢两种元素组成的环状化合物。脂环烃脂环烃芳香烃芳香烃脂环烃环碳原子的饱和程度碳环数目环烷烃 CnH2n 环烯烃环炔烃单环双环多环CnH2n-2CnH2n-4(上)脂环烃:性质与开链烃(脂肪烃)相似的环烃。脂环烃:性质与开链烃(脂肪烃)相似的环烃。普通环普通环中环中环大环大环(n=5,6,7C)(n=8
3、11)(n12)单环单环多环多环螺环螺环桥环桥环小环小环(n=3,4)1 1)按成环碳原子数目称为环某烃。)按成环碳原子数目称为环某烃。1-1-甲基甲基-3-3-乙基环己烷乙基环己烷4-4-甲基环己烯甲基环己烯2 2)长链作母体,环作取代基。)长链作母体,环作取代基。3-3-甲基甲基-4-4-环丁基庚烷环丁基庚烷3 3)顺、反环烷烃)顺、反环烷烃受环的限制,受环的限制,键不能自由旋转。键不能自由旋转。环上取代基在空间的位置不同,产生环上取代基在空间的位置不同,产生顺反顺反(几何几何)异构异构。HCH3H3CHHCH3H3CHCH3CH3H CH3 H3C H顺顺-1,4-1,4-二甲基环己烷二
4、甲基环己烷反反-1,4-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 烷烃是烷烃是spsp3 3杂化杂化,键角键角109.5109.5 环烷烃的碳也是环烷烃的碳也是spsp3 3杂化杂化,但键角不一定一样但键角不一定一样.u 环丙烷的结构环丙烷的结构1 10 05 5.5 5。C CC CC CC CC CC C1 10 09 9.5 5。丙丙 烷烷环环丙丙烷烷因键角偏离正常因键角偏离正常键角而引起的张键角而引起的张力叫力叫角张力。角张力。键轨道的交盖键轨道的交盖交交盖盖较较好好交交盖盖较较差差6 60 0。1 10 09 9.5 5。2 24 4。4 44 4 随随着着环环的的扩扩大大,张张力力9010
5、8基本上无张力基本上无张力环丁烷环丁烷环戊烷环戊烷环碳原子不在同一个平面环碳原子不在同一个平面“蝴蝶蝴蝶”式构象式构象“信封式信封式”构象构象环戊烷分子张力不大,化学性质比较稳定环戊烷分子张力不大,化学性质比较稳定.环碳原子在同一个平面环碳原子在同一个平面构象构象HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH(二)环己烷及其衍生物的构象(二)环己烷及其衍生物的构象C C原子是原子是SPSP3 3杂化。杂化。六个六个C C不在同一平面,不在同一平面,C-CC-C键夹角保持键夹角保持10928,10928,因此环很稳定因此环很稳定1.1.环己烷的构象环己烷的构象12345
6、6HHHHHHHHHH123456纽曼投影式纽曼投影式透视式透视式(1)环己烷环己烷椅型构象椅型构象构象特点构象特点:C2,C3,C5,C6在一个平面上,在一个平面上,C1,C4分别处于平面的分别处于平面的两侧两侧。每个每个C-C上的基团呈邻位交叉式上的基团呈邻位交叉式优势构象优势构象123456456123HHHHHHHHHH(2)(2)环己烷船型构象环己烷船型构象纽曼投影式纽曼投影式透视式透视式相邻原子重叠式相邻原子重叠式,船式构象不稳定船式构象不稳定构象特点构象特点:C2,C3,C5,C6在一个平面上,在一个平面上,C1,C4都处于平面的都处于平面的同侧同侧。a 键e 键a 键键:直立键
7、:直立键(竖键竖键)(axial bonds)e 键键:平伏键:平伏键(横键横键)(equatorial bonds)直立键直立键(a键):键):6个(个(3上、上、3下)下)平伏键平伏键(e键):键):6个(个(3上、上、3下)下)通过通过C-CC-C键的不断扭动键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型一种椅型翻转为另一种椅型 为为 a键键 为为e键键两种椅型构象是两种椅型构象是等同的分子等同的分子.(3)(3)构象的翻转构象的翻转a a键变为键变为e e键键e e键变为键变为a a键键(95%)(5%)C CH H3 3H HH HC CH H3 33 35 5CH3与与C3-H、C5-H有
8、相互排斥力。有相互排斥力。(1)甲基环己烷的构象甲基环己烷的构象2.2.取代环己烷的构象取代环己烷的构象取代基在取代基在 e 键比在键比在 a 键稳定键稳定C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3A A、B B、C C、(2)1,2-二甲基环己烷的构象二甲基环己烷的构象若有多个取代基若有多个取代基,往往是往往是 e 键取代基最多的构象最稳定键取代基最多的构象最稳定.反反.e,e反反.a,a顺顺,a,e稳定性稳定性C A BC H3C H3C H3C H3C H3C H3C H3C H3X123456(3)顺顺-4-叔丁基环己醇
9、构象叔丁基环己醇构象叔丁基在叔丁基在 e 键上的构象比在键上的构象比在 a 键上的构象要稳定的多键上的构象要稳定的多.若环上有不同取代基若环上有不同取代基,则则体积大体积大的取代基连在的取代基连在 e键键上的上的构象最稳定构象最稳定.多元取代的稳定构象是多元取代的稳定构象是e-e-取代最多的构象取代最多的构象取代基不同时,大的取代基占据取代基不同时,大的取代基占据e-e-键稳定键稳定注意:注意:在不考虑构象,只考虑构型时,在不考虑构象,只考虑构型时,常将环己烷写成平面结构。常将环己烷写成平面结构。CH3CH3CH3CH3顺顺1,2二甲基环己烷二甲基环己烷反反1,2二甲基环己烷二甲基环己烷环烷烃
10、的分子结构比链烷烃排列紧密,所以,环烷烃的分子结构比链烷烃排列紧密,所以,沸点、熔点、密度均比相应的链状烷烃高。沸点、熔点、密度均比相应的链状烷烃高。1 1、催化氢化、催化氢化1 1 0 0 5 5.5 5。C CC CC CC CC CC C1 1 0 0 9 9.5 5。丙丙 烷烷环环 丙丙 烷烷电子云重叠程度差电子云重叠程度差不稳定不稳定易易加成加成开环成链状开环成链状H2,P t/CC H3C H2C H35 0-8 0oCH2,P t/C2 5 0oCC H3C H2C H2C H3H2,P t/C加 热X不不 易易 开开 环环2 2、与溴作用、与溴作用与烷烃相似与烷烃相似环丙烷与其
11、它烷烃的区别环丙烷与其它烷烃的区别环丙烷可在室温下使溴的四氯化碳溶液褪色环丙烷可在室温下使溴的四氯化碳溶液褪色 这区别于其它环烷烃以及烷烃这区别于其它环烷烃以及烷烃环丙烷不能被高锰酸钾溶液氧化环丙烷不能被高锰酸钾溶液氧化 这区别于不饱和烃这区别于不饱和烃不褪色不褪色褪色褪色褪色褪色K KM Mn nO O4溶溶液液不不褪褪色色褪褪色色CHCH3CHCH2CHCH3CHCH2=CHCH=CHCH3BrBr2/CCl/CCl4C CH HC CC CH H3 3C CH H3 3K KM Mn nO O4H H+?C CO OO OH HO OC CC CH H3 3C CH H3 3+思考题思考
12、题1思考题思考题2:如何鉴别丙烷、环丙烷、丙烯?如何鉴别丙烷、环丙烷、丙烯?环烯烃的性质与开链烯烃类似,易加成、氧化等。环烯烃的性质与开链烯烃类似,易加成、氧化等。CH3H2/NiCH3HBrCH3BrCOOHCH3OKMnO4Br2CH3BrBr一种脂环烃。分子中碳原子的排列一种脂环烃。分子中碳原子的排列方式相当于金刚石晶格中的部分碳方式相当于金刚石晶格中的部分碳原子排列。存在于石油中,含量约原子排列。存在于石油中,含量约为百万分之四。为百万分之四。分子式分子式:C C1010H H1616外观:白色晶体外观:白色晶体熔点熔点:268 它的衍生物可以用作药它的衍生物可以用作药物,例如物,例如
13、1-1-氨基金刚烷氨基金刚烷盐酸盐和盐酸盐和1-1-金刚烷基乙金刚烷基乙胺盐酸盐能防治由胺盐酸盐能防治由A2A2病病毒引起的流行性感冒。毒引起的流行性感冒。4 4个椅型六元环组成个椅型六元环组成的立体笼形结构的的立体笼形结构的烃烃钻石,也叫金刚石,俗称钻石,也叫金刚石,俗称“金刚钻金刚钻”。化学式为化学式为c c第一阶段:从植物胶中取得的具有第一阶段:从植物胶中取得的具有芳香芳香 气味气味的物质称为芳香化合物。的物质称为芳香化合物。第二阶段:将第二阶段:将苯和含有苯环苯和含有苯环的化合物称的化合物称 为芳香化合物。为芳香化合物。第三阶段:将具有第三阶段:将具有芳香特性芳香特性的化合物称的化合物
14、称 为芳香化合物。为芳香化合物。“芳香化合物芳香化合物”的由来的由来1 1、单环芳烃、单环芳烃 (1)(1)苯为母体的取代物苯为母体的取代物CHCH3CH3NO2Cl异丙基苯叔丁基苯硝基苯氯苯(2)(2)苯环作为取代基苯环作为取代基COOHSO3HCHOOHNH2CH=CH2CH3-CH2-CH-C-CH2-CH3CH3CH3苯甲酸苯磺酸苯甲醛苯酚苯胺苯乙烯3,3-二甲基-4-苯基己烷(3)(3)苯的二元取代物苯的二元取代物加加“邻邻,间间或或对对”字,或用字,或用1,2-1,2-;1,31,3-;1,41,4-表示。表示。或用英文或用英文“O-O-”“”“m-m-”“”“P-P-”表示表示.
15、(4)(4)三元取代物三元取代物 用用数字数字代表取代基的位置或用代表取代基的位置或用“连连,偏偏,均均”字表字表示它们的位置示它们的位置。1,2,3-1,2,3-三甲苯三甲苯(连三甲苯连三甲苯)1,2,4-1,2,4-三甲苯三甲苯(偏三甲苯偏三甲苯)1,3,5-1,3,5-三甲苯三甲苯(均三甲苯均三甲苯)CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3氯苄氯苄(氯化苄氯化苄)芳基芳基用用 “ArAr”表示表示.O OH HC C6H H5(5)(5)苯基,芳基,苄苯基,芳基,苄(bian)(bian)基的概念基的概念苯基苯基用用“PhPh”表示表示.PhOH CHCH2苄基苄基用用“B
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