有机3-环烷烃(2)-(1)

叔丁基环己烷的构象
H3C
H3C C H3C
H
H
2
HH
3
1
6
4
H
H
H5
HH
H
优势构象 室温：100％
H
HH C
HH
HCCC
H H
H1 H
H2HH
3
H
H
H
6
5
HH
4
H
H
1. 3-竖键作用非常大
3. 二取代环己烷的构象分析
cis-1, 2-二甲基环己烷
C H 3 2H 1 C H 3
H
1, 2-cis
注意：
观察环己烷的椅式构象时要切记，写在下方的键指向 纸前方而上方的键指向纸的后方。如果不这样约定，就会 产生视觉的错误，认为倒过来也是一样的。
为了清楚起见，一般情况下，环己烷均将指向前方 （下方）的键线条加重以表示它是靠近读者的。
此键在后
此键在前
环己烷椅式构象
H
HH
H
H
H
H
H
H
HH
H
➢ 相间的两根键相互平行（画 Z 字形） ➢ 六个碳原子交替分布在两个平面上 ➢ 每个碳均有一根C-H键在垂直方向，上平面的向上
C H 3 3H
1
C H 3 H
1, 3-cis
H C H 3
C H 3
3
1
a, a-
H 3C
1
e, e-
C H 3
3
优势构象
trans-1, 3-二甲基环己烷
H C H 3
3 1
C H 3 H
1, 3-trans
C H 3
1
a, e-
3
C H 3
H 3C
1
能量相等
e, a-
3
C H 3
cis-1, 4-二甲基环己烷
H H
H
H H
H H
H
5个碳在同一平面上 ➢ 有角张力（C－C键角接
近120o） ➢ 平面碳上的C-H键为重叠
式构象（有较大的扭转张 力）
H H
HH
扭曲式构象
各种环己烷构象的势能图
kJ / mol
势
能
46
5 .4 2 3 .5
扭转过程
2. 单取代环己烷的构象分析
甲基环己烷的构象
H
H
H3C
2
HH
1. 【解析】
画出椅式环己烷的构象，然后将两个甲基写在同一碳原子上。 在环的大致平面上的甲基就是平伏位甲基，另一个（指向环 平面上方或下方的）就是直立位甲基。
1. 【解答】
直立位甲基
CH3
CH3
平伏位甲基
2、画出溴代环己烷的两种不同椅式构象，标出直立位和平伏 位氢原子，两种构象中哪个更稳定？
1. 【解答】
H
H
H
H
C4-C3 C6-C1
H H3
4
H 5 1H
6
H H2 H H
交叉式
2.50Å
H
H
HH
HH
H H
H
HH
H
2.49Å
2.49Å
H~H之间距离均大 于H的Van der Waal’s半径之和 （2.40Å ）
环己烷的椅式构象
环己烷椅式构象的书法分3步：
➢ 第 1 步： 先画出两条向下倾斜有一定间距的平行线段， 示意环己烷中的这4个碳原子共平面。 ➢ 第 2 步：将结构中最上方的碳原子写在该平面的右上 方，互相连接成键。 ➢ 第 3 步：将结构中最下方的碳原子写在该平面的左下 方，注意与最下方碳原子相连的键和与最上方相连的键是 平行的。
H
HH
H
H H
直立
H Br
H H H
H
HH
H
HH
H H
Br H
H
平伏（更稳定）
3、画出顺-1,2-二氯环己烷的椅式构象，解释为什么必须一个 氯在直立位而另一个氯在平伏位。
1. 【解答】
H
HH H H
H
HH
H Cle Cla
H H
环翻转
H HH H
H
HH H
Cle Cla
4、画出反-1,2-二氯环己烷的椅式构象，解释为什么两个氯必须都在
第三章 环烷烃
主要内容
▪ 环己烷的构象（椅式、船式，a键和e键) ▪ 一取代环己烷的构象 ▪ 二取代环己烷的构象
4. 环己烷的结构及构象
环己烷不是平面型分子
如果环己烷的 6 个碳原子在同一平面上:
➢ 将有角张力
➢ 将有扭转张力
120o
HH
H
H
HH
HH
H
H
HH
偏离109.5o
C-H 重叠
环己烷分子中的六个碳不共平面，且六元环是无张力 环，键角为109.5°。
H2H
56
1
H H
H
H
H
H
翻 转
H
H
4
H H
H
3
H
2
5
6 1HH
H
H
H
H
椅式构象中C-H键的顺反关系
H
HH
H
H
H
H
H
H
HH
H
➢相邻碳上的a键和e键为顺式 ➢两个相邻的a键（或e键）为反式
船式构象
H4 C3-C2H
HH
1
H
2
H
3
HH
5
C5-C6 H
6H
H H
旗杆键
1.84Å
H H
3
1 4
6 5
HH
H 3 C 4 1 C H 3
H
H
1, 4-cis
H 3 C
4
a, e-
C H 3H 3 C
4 1
C H 3
1
能量相等
e, a-
trans-1, 4-二甲基环己烷
H
41
C H 3
H H
C H 3
1
H 3C
H
1, 4-trans
4
H
C H 3 H
a, a-
有1. 3-竖键作用
4
H 3C
1 C H 3
画，下平面的向下画 ➢ 其它C-H键分别向左（左边的三个）或向右（右边
的三个），且上下交替
两种类型C-H键
a键 : 竖键, 直键, 直立键
H
HH
H
H
H
H
H
H
HH
H
H H
H H
e键 : 横键, 平键, 平伏键
H H
H H
a键和e键的相互转换
翻转后,原来的a键转变 为e键,而e键转变为a键
H
H
3
HH4
环己烷有两种构象：船式和椅式构像。 两种构象通过C-C单键的旋转，可相互转变； 室温下， 环己烷主要在椅型构象存在(99.9%以上)。为什么椅型构 象稳定?
椅式构像：① 所有两个相邻的碳原子的碳氢键都处于 交叉式位置；
② 所有环上氢原子间距离都相距较远，无 非键张力。
船式构像：① C2-C3及C5-C6间的碳氢键处于重叠式位 置；
直立位或都在平伏位。
1. 【解答】
H
HH H H
H
HH
CleCle H
H H
环翻转 HH H H
H
Cla H H
H Cla
四、 脂环烃的主要来源和制法
1. 主要来源：石油。
2. 制法： (1)芳香族化合物催化氢化 (2) 分子内关环 (3) 其它方法
(1) 芳香族化合物催化氢化
OH+ 23HNPi
2
H H
H H
重叠式
（有扭转张力）
H
H
H
HH H
H
H
H
H
H H
2.27Å
有几组H~H之间距 离均小于H的Van der Waal’s半径之 和（2.40Å ）
2.27Å
环己烷的船式构象
环己烷的其它构象式
椅式
半椅式
……
船式
扭船式 椅式
半椅式构象
H
H
H
H
H
H
H
H HH
H H
扭船式构象
>1.84Å
3
1
6
4
H
H
H5
HH
H
C 1 -C 2
C 5 -C 4
1，3-竖键作用
H
H CH
H
1
C1-C2 H
HH
2
3
H
H
H
6 H5
4
H
HH
C 5 -C 4
H
H
H3C 2
6
4H
1
5
H
H3H
H
CH3与C3为对位交叉 优势构象，室温时占95%
H 2 CH3
3
1
H
6
H
H 4H
5
H H
CH3与C3为邻位交叉
取代环己烷的构象1
e, e优势构象
不同基团二取代环己烷
C(CH3)3
2H 1 CH3
大基团总是 占据 e键
H
1, 2-cis
1, 3-竖键作用较大
H
H3C
C
CH3 CH3
H
2
CH3
1
H
H
H3C
C(CH3)3 1
2
优势构象
cis-1, 4-二叔丁基环己烷的构象
H (H3C)3C
H C(CH3)3
(H 3 C )3 C
② 船头和船尾上的两个碳氢键向内伸展，相 距较近，比较拥挤，存在非键张力。
环己烷碳架是折叠的
H
H
3
H
2H
1H H
H H
H
4
H1 H
2
H
3
H
H H
4
5H 6 HH
H
HH 5 H6
C2, C3, C5, C6 共平面 H
H
椅式构象
船式构象
两者互为构象异构体
椅式构象
H
H
3
H
H
2
1
H H4
56
H H
HH
(H 3 C )3 C
C (C H 3 )3
பைடு நூலகம்
H
H
C (C H 3 )3
有较大的1, 3-竖键作用
扭船型构象
多取代环己烷： （1）环己烷多元取代物的最稳定的构象是e-取代最
多的构象； （2）环上有不同取代基是，大的取代基在e-键的构
象最稳定。
课堂练习：
1、画出1,1-二甲基环己烷的椅式构象，指出直立位甲基和平 伏位甲基。
OH
(2) 分子内关环 Br
(3) 其它方法
Br+
NaI,乙醇
Zn
+
80%
Z2 nBr
+
CHO
。
30 C
100%
CHO
本次课小结和要求
➢ 熟悉并学会画环己烷的构象（椅式、船式）， ➢ 了解各构象的相对稳定性，掌握椅式的a键和e键及相邻键的顺 反关系。 ➢ 了解并掌握各类取代环己烷的构象，判断其中的优势构象。
C H 3
2
C H 3
1
e, a-
能量相等
trans-1, 2-二甲基环己烷
2 C H3 H
1H CH 3
1, 2-trans
H H
C H 3
2
H1
H
C H3
a, a-
有1. 3-竖键作用
C H 3 C H 3
1
2
a, e-
2CH3
1
CH 3
e, e优势构象
cis-1, 3-二甲基环己烷
有较大的1. 3-竖键作用