文档介绍：有机化学教案
第五章脂环烃Cyclocarbohydrons(4学时)
具有环状结构的碳氢化合物称为环烃,环烃又可分为脂环烃和芳香烃。开链烃两端连接成环的化合物与链烃性质相似,称为脂环烃。
脂环烃的分类和命名
按照分子中所含环的多少分为单环和多环脂环烃。
根据脂环烃的不饱和程度又分为环烷烃和环烯烃(环炔烃)。
在多环烃中,根据环的连接方式不同,又可分为螺环烃和桥环烃。
环烷烃的异构和命名
1、单环烷烃的异构现象
环烷烃中由于环的大小及取代基位置的不同,产生各种构造异构体。最简单的环烷烃有三个碳原子,它没有异构体。C4有两种异构体,C5有六种异构体。
C4H8的同分异构体:
C5H10的同分异构体:
此外,还有旋光异构(下一章)和构象异构(下一节)。
2、命名
单环脂环烃的命名:单环烷烃的通式与烯烃相同,为CnH2n,但其中没有双键,仅有一个闭合的碳环。
环烷烃的命名与烷烃相似,根据成环碳原子数称为“某烷”,并在某烷前面冠以“环”字,叫环某烷。例如:
环上带有支链时,一般以环为母体,支链为取代基进行命名,如:
若环上有不饱和键时,编号从不饱和碳原子开始,并通过不饱和键编号,如:
5-***-1,3-环戊二烯
3-***环已烯
环上取代基比较复杂时,环烃部分也可以作为取代基来命名。如:
2-***-3-环戊基戊烷
螺环烃的命名: 在多环烃中,两个环以共用一个碳原子的方式相互连接,称为螺环烃。其命名原则为:根据螺环中碳原子总数称为螺某烃。在螺字后面用一方括号,在方括号内用阿拉伯数字标明每个环上除螺原子以外的碳原子数,小环数字排在前面,大环数字排在后面,数字之间用圆点隔开。如:
桥环烃的命名: 在多环烃中,两个环共用两个或两个以上碳原子时,称为桥环烃。命名时以二环(双环)为词头,后面用方括号,按照桥碳原由多到少的顺序标明各桥碳原子数,写在方括号内(桥头碳原子除外),各数字之间用原点隔开,再根据桥环中碳原子总数称为某烷。如:
桥环烃编号是从一个桥头碳原子开始,沿最长的桥路编到另一个桥头碳原子,再沿次长桥编回桥头碳原子,最后编短桥并使取代基的位次较小。如:
脂环烃的结构
1885年Bagyer提出了张力学说
环中C-C键形成一种弯键结构,,H-C-H键角114º:
环丁烷与环丙烷相似,C-C键也是弯曲的,C-C-º,其中四个C不在同一平面。
在环己烷分子中,C原子是SP3杂化。六个C不在同一平面,C-C键夹角保持109º28¹,因此环很稳定。其有二种极限构象:
船式构象不稳定的原因:
环的张力
一、拜尔张力学说
1880年以前,只知道有五元环,六元环。
1883年,,四元环。
1885年,。
张力学说提出的基础
•所有的碳都应有正四面体结构。
•碳原子成环后,所有成环的碳原子都处在同一平面上
(当环碳原子大于4时,这一点是不正确的)。
张力学说的内容
当碳原子的键角偏离109°28′时,便会产生一种恢复正常键角的力量。这种力就称为张力。键角偏离正常键角越多,张力就越大。
从偏转角度来看,五员环应最稳定,大于五员环或小于五员环都将越来越不稳定。但实际上,五员,六员和更大的环型化合物都是稳定的。这就说明张力学说存在缺陷。
二、环烷烃的燃烧热
•1930年,用热力学方法研究张力能。
•燃烧热:1mol纯烷烃完全燃烧生成CO2和水时放出的热。
•每个–CH2-的燃烧热应该是相同的,·mol-1。
燃烧热的数据表明, 五员和五员以上的环烷烃都是稳定的。
三、张力能
从现在的角度看,三员环的张力能是由以下几种因素造成的:
1、由于二个氢原子之间的距离小于范德华半径之和,所以产生非键连作用,造成内能升高;Enb
2、轨道没有按轴向重迭,导致键长伸长或缩短,电子云重叠减少,造成内能升高;El
3、Eq是由于偏转角引起的张力(即角张力)能。
4、Ef是由全重叠构象引起的。
脂环化合物的立体异构
. 1 脂环化合物的顺反异构
1) 三元环:
环己烷及其衍生物的构象
一、环己烷的构象
•1890年,H. Sachse 对拜尔张力学说提出异议。
•1918年,E. Mohr 提出非平面、无张力环学说。指出用碳
•的四面体模型可以组成两种环己烷模型---
•船式和椅式。
•1943年,O. Hassel用电子衍射法研究结构,