有机化学第五章
有机化学 第五章旋光异构
旋光性
旋光仪(polarimeter)
旋光性的表示方法: • 旋光性--能旋转偏振光的振动方向的性质叫旋光性
• 旋光性物质(或叫光活性物质)--具有旋光性的物质.
• 右旋物质--能使偏振光的振动方向向右旋的物质. 通常用 “d” 或 “+” 表示右旋. • 左旋物质--能使偏振光的振动方向向左旋的物质. 通常用 “ l” 或 “-” 表示左旋. l • 旋光度-- 偏振光振动方向的旋转角度.用“”表 示.
（2）锲形式——比较直观 •将手性碳原子表示在纸面上，用实线表示在纸面 上的键，虚线表示伸向纸后方的键，用锲形实线表 示伸向纸前方的键。
2、构型的标记 （1）D—L法
（相对标记法）
甘油醛
D-（+）-甘油醛
L-（-）-甘油醛
目前，糖类、氨基酸的构型仍采用D、L标 记法，适合含一个C*的分子构型。
(2) R-S标记法
（补充）. 螺环化合物
• 类似于丙二烯型化合物
a b
H HOOC
c a b ,c d 时， d 存在对映体
CH3 COOH
例2:联苯(邻位上有较大取代基时):
两个苯环不在一个平面 • 如果两个苯环上的取代基分布不对称,整个分子就具有 手性.(6,6’-二硝基-2,2’-联苯二甲酸)
HOOC
NO2
构造异构：分子式相同而分子中原子或 基团连接顺序不同 立体异构：分子中原子的结合顺序相同 而原子或基团在空间相对位置不同 对映异构：分子式和构造式相同，构型 不同并呈镜象对映关系的立体异构现象 称为对映异构，又称旋光异构或光学异 构。
一、 手性和对映体
生活中的对映体 (1)-镜象
沙漠胡杨
生活中的 对映体(2) -镜象
有机化学-第五章
5.1 饱和烃的结构和分类 5.2 链烷烃的物理性质 5.3 烷烃的化学性质
卤代反应的机理 烷烃的其他取代反应 烷烃的氧化反应 裂解及异构反应
5.4 环烷烃的化学性质
烃：分子中只含碳、氢两种元素的化合物 统称为碳氢化合物，简称为烃。烃是有机化合 物最基本的化合物，也是有机化学工业的基础 原料。
硝化反应产物复杂，除取代反应外，还有烃分子断链的 反应。 硝化反应属自由基型反应机理：
开始的· NO2来自硝酸中，· NO2是个含奇数电子的中性物种， 是一个自由基。 硝化产物作为工业溶剂，如用硝基戊烷作为纤维素酯和 合成树脂的溶剂；硝基甲烷是有机合反应的重要原料。
二. 氯磺酰化反应
烃分子中的氢被氯磺酰基（-SO2Cl）取代的反应称为 氯磺酰化反应。 常用的氯磺酰化试剂有：硫酰氯（SO2Cl2）或氯和二 氧化硫。
5469.2
2,2-二甲基己 烷
5462.1
2,2,3,3-四 甲基丁烷
5455.4
烃氧化反应的产物都是 CO2 和 H2O ，燃烧焓 -Δ Hθ 值反映了反应物的焓 Hθ反应物，即反映了异构体的 稳定性： 正构CnH2n+2 比 异构CnH2n+2 能量高，不稳定 在CnH2n+2中：支键数增多，HØ值小，稳定 每一摩尔 -CH2- 的 -ΔHθ ≈ 660 kJ· mol-1 烷烃的最大用途就是作为燃料，是目前人类的主要能 源。 合理利用现有能源，开发新的能量是人类生存面临的 主要问题之一。
可用反应--能量图表示这一反应过程：
在这一反应过程中，C 原子的杂化状态是由 Csp3 向 Csp2 的转变过程，中间体· CH3的 C 的构型是 sp2 杂化， 即平面构型。 生成的· CH3中间体的能量很高，极活泼， 很快与Cl2反应：
有机化学：第五章 环烷烃
? CH3 C CH3 CHC3H3
CH3 H3C CHC3H3
e, a构象
e, a构象
33
1，3-二取代环己烷的构象
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3 CH3
e, a构象
CH3 CH3
H3C
CH3
a, a构象
e, e构象，优势
34
小结：
1°环己烷有两种极限构象（椅式和船式），椅式为优势构象。 2°一元取代基主要以e键和环相连。 3°多元取代环己烷最稳定的构象是e键上取代基最多的构象。 4°环上有不同取代基时，大的取代基在e键上构象最稳定。
1885年，Baeyer提出了张力学说（strain theory）:
a. 形成环的C原子都在同一平面上，并排成正多 边形； b. 在不同环中C-C键之间的夹角小于或大于正四 面体所要求的角度：109°28′； c. 环中C-C键键角的变形会产生张力，键角变形 的程度越大，张力越大，环的稳定性低，反应活 性越大。
+
Cl2
+
Cl2
+
Cl2
+
Br2
+
Cl2
hv hv 300 oC hv hv
Cl Cl
Cl Br
Cl
10
氧化反应
KMnO4
O + CO2H
O3
( Z)
Zn/H2O
OHC
CHO
11
中小环的加成反应
加氢反应
+
H2
+
H2
+
H2
Ni 80 oC
Ni 100 oC
Pt 300 oC
有机化学 第5章 芳烃
Cl
催化剂： 催化剂：FeCl3 、FeBr3 、AlCl3等 卤素活性： 卤素活性：F > Cl > Br > I 芳烃活性： 芳烃活性：烷基苯 > 苯 > 卤代苯
Cl
Cl Cl2 FeCl3
39％ ％
Cl Cl
Cl Cl
Cl 55 ％
6％
CH3
CH3 Cl
Cl2
CH3 Cl
CH3
FeCl3 ,25℃
H H 120° H o.140nm 120° H H H
0.140nm
价键理论： ② 价键理论：
苯分子的轨道结构
氢化热低（208.5< 119.3），苯具有特殊稳定性。 ），苯具有特殊稳定性 氢化热低（208.5<3×119.3），苯具有特殊稳定性。
苯的结构式： 苯的结构式：
或
或
苯同系物（单环芳烃） 5.2 苯同系物（单环芳烃）异构和命名
Cl Cl Cl Cl Cl Cl
（B）加氯
3 Cl2
紫外光
只有γ异构体有杀虫效果： 六六六有八种异构体，只有γ异构体有杀虫效果：
Cl Cl Cl Cl Cl
Cl
（3）氧化反应
(苯环本身的氧化) 苯环本身的氧化
O
2
空 9 O2(空气)
V2O5 400-500 ℃
2
O 70% O
4 CO2 4 H2O
O , N(CH3)2 ,
R,
NH2 ,
Cl ,
OH ,
Br ,
OCH3 ,
I, C6H5
NHCOCH3
OCOCH3 ,
间位定位基（ （2）第二类定位基 间位定位基（间位异构体 ）第二类定位基—间位定位基 > 40%） ） 使苯环钝化， 使苯环钝化，并使新引进的取代基主要进入 其间位。例如 例如： 其间位 例如：
第5章 自由基反应(有机化学)
本章内容 5.1 自由基的产生 5.2 自由基的结构及稳定性 5.3 烷烃的自由基取代反应 5.4 不饱和烃的α-H卤代 5.5 自由基加成反应 5.6 烷烃的热裂
5.1 自由基的产生
自由基（free radicals），又称游离基，是化学键发 生均裂时产生的含未成对电子的中间体。
烷烃在光照下可与卤素发生反应生成卤代烃。烷烃的取 代反应又称卤代反应。
5.3.1 甲烷的氯化反应
CH4 +
光照 Cl2 或高温 CH3Cl +
CH3Cl + Cl2
HCl
H= 100 kJ.mol-1
混合物
CH2Cl2 + HCl
CH2Cl2 Cl2
CHCl3
HCl
CHCl3 Cl2
CCl4
HCl
5.3.2 氯代反应的机理
碳为sp2
H CH
H
p轨道 三个σ键
R.
烷基自由基（R·）的中心碳原子大多数也是 sp2杂化，单电子占据未杂化的p轨道上，其 结构与甲基自由基类似。
5.2.2 自由基的稳定性
碳自由基的稳定性为：3o2o1o ·CH3。
原因
（1）键能：键能越大，断裂此键需要提供的能量越高， 自由基的内能越高，稳定性越差。
作业
1 ; 3(1, 2, 3, 4, 6)
O
CH3CH
CH2 +
CH2 C N
Br
CH2 C
O
h ， CCl4 (C6H5COO)2
CH2CH Br
CH2 +
O CH2 C
NH CH2 C
O
N-溴代丁二酰亚胺（简称NBS）
有机化学 第五章 脂环烃讲解
CH2CH3
CH3 CH2CH3
乙基环己烷
H3C
1,4-二甲基-2-乙基环己烷
2.单环烯烃的命名
单环烯烃的命名是根据组成环的碳原子数目称为环某烯。编号时，
把1、2号位次留给双键的碳原子。若有取代基时，取代基的位置数则
以双键为准依次排列。
CH3
3-甲基-1-环己烯
CH3
5-甲 基 -1,3-环 戊 二 烯5—甲基—3—异丙基环己烯
1-溴-5-甲基螺[3,4]辛烷 三环[3,3,1,13,7]癸烷（金刚烷）
第二节 环烷烃的性质
一、环烷烃的物理性质 1.物态 温常压下，环丙烷、环丁烷为气体，环戊烷
至环十一烷是液体，其它高级环烷烃为固体。 2.熔点、沸点 环烷烃的熔点、沸点比相应的烷烃高一些。 3.相对密 相对密度仍小于1。 4.溶解性 常不溶于水，易溶于有机溶剂。
0.745 0.779 0.779 0.769 0.810 0.836
二、环烷烃的化学性质
从化学键的角度来分析，环烷烃与烷烃相似; 但是，由于脂环烃具有环状构造，小环烃会出现 一些特殊的化学性质，主要表现在环的稳定性上， 小环较不稳定，大环则较稳定。
1.取代反应
环戊烷、环己烷和氯气在光照下反应，生 成一氯环烷烃。
与环丙烷相似，环丁烷分子中存在着张力，但比环丙烷的小， 因在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面上，见下图：
环丁烷
环戊烷
环丁烷比环丙烷要稳定些。环戊烷分子（见上图）中， C-C-C夹角为108°，接近sp3杂化轨道间夹角109.5°，环张 力甚微，是比较稳定的环。环戊烷分子中几乎没有什么角张 力，故五元环比较稳定，不易开环，环戊烷的性质与开链烷 烃相似。 在环己烷分子中，六个碳原子不在同一平面内，碳 碳键之间的夹角可以保持109.5°，因此环很稳定。
有机化学第05章旋光异构
甲烷、乙烯、乙炔它们分子的二维图象和三维图象可以看出这些分子是对称的。 如果把分子中的氢互换位置，分子没有变化 生活中有许多对称的现象，也有不对称的现象。 2、 手性碳原子 与四个不同原子或基团相连的碳原子称为手性碳原子，并用“*”标出。
3. 手性分子：若分子与其镜像不能重叠，则此分子为手性分子。 判断一个分子是否为手性分子，主要看它是否具有对称因素，即对称面、 对称面 对称面 对称轴和对称中心。
二、分子的对称性，手性（chirality)及旋光活性
1、分子的立体形象 分子的形象是分子结构体现的一种表现现象。少数简单的分子具有二维形象， 大多数有机分子都具有三维形象，也就是呈现立体的形象。碳原子是一个三维的 正四面体结构，当它和四个相同的原子结合时，四个键的键长以及它们之间的夹 角都是均等的，为109.5°单当它结合的原子不同时，键角就偏离了这一正常角 度。键长、键角的变化可以影响分子的其他性质。
S
反时针
（R）-乳酸
（S）-乳酸
特点：R、S构型法，能表示分子的绝对的空间关系，即：看见一个光活异构体 的名字，就可写出它的空间构型表达式。
COOH
HOOC
HOOC C H
HCOOH
H
C
OH
HO
C
H
H
HO
CH3
C CH3 H
HO H H H
H R S R R 注意：R、S构型与旋光性无内在联系，即R不代表旋光性中的右旋，S构型不代 表旋光性中的左旋。
[O ] CH3 CH CH C H 3 + K M nO 4 + H 2O CH3 CH OH CH OH CH3
两个邻二醇都是无旋光的。将熔点为19 0C的进行拆分,可以达到两个旋光度绝
有机化学05章脂环烃
1 3 2 5 6 4
4 2 3
6
5
椅型构象
船型构象
1. 椅型构象
直立键——与对称轴平行 的键，或叫做a键。
6个（3上、3下）
平 伏 键 —— 与 对 称 轴 成 109.5o 倾 斜 角 的 键 ， 或 叫 做e键。
6个（3上、3下）
1. 椅型构象
H H H 2 3 H H 4 H H 6 5 H 1 H H
力大，非键合原子张力也较大， 故船型构象不稳定。
6
5
椅型和船型环己烷构象中氢原子间的斥力比较
椅型环己烷 C1 上的 H 原子与最 近的 H 原子距离为 0.25 nm ， 斥力较小 。
船型环己烷 C1 上的 H 原子与最 近的 H 原子距离为 0.23 nm ， 斥力较大。
3. 构象的互变
由于 C—C 键的旋转， 环己烷构象之间可以相 互转化的，这种构象的
3.2. 环丁烷和环戊烷的结构
3.2.1. 环丁烷的结构
环丁烷的四个碳原子实际上不在一个平面上。分子通过C－C键 的扭转而以折叠的碳环形式存在。三个碳处于同一平面，另一 个处于该平面外。这样可减少C－H键的重叠，从而使环张力 相应降低。
环丁烷的构象——蝴蝶型 尽管环丁烷的折叠式构象较平面构象能量有所降低，但环张力 还很大，故也不稳定。
7 1 6 5 4 3 2
9 8 6 7 1 2 5 4 3
1,6-二甲基二环[2.2.1]-2-庚烯
1,9,9-三甲基二环[3.2.2]-6-壬烯
5-甲基二环[2.2.1]-2-庚烯 三环[2.2.1.02,6]庚烷 三环[7.4.1.05,14]-3-十四碳烯
X
三环[8.3.1.05,14]-2-十四碳烯
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第五章 卤代烃
思考与练习
5-1用系统法命名下列化合物。
(1) 2,4-二甲基-4-氯-6-溴庚烷 (2) 对溴乙苯
(3)（E ）-3,5-二甲基-4-环己基-1-溴-3-己烯 (4) 苯三氯甲烷
5-2写出下列化合物的构造式。
(1) (2) (3) (4)
5-3写出分子式为C 5H 9Br 的卤代烯烃的所有构造异构体，并标出属于哪类卤代烃。
孤立型（伯） 孤立型（仲）
烯丙型 乙烯型
乙烯型 孤立型（伯）
烯丙型 乙烯型
乙烯型
孤立型（伯）
烯丙型 乙烯型
乙烯型 烯丙型 5-4 由指定原料合成下列化合物 (1) (2)
5-5 乙基叔丁醚能否由乙醇钠和叔丁基卤代烃制备？为什么？
不能。
卤代烷的选择十分关键，使用时最好选用卤代甲烷或伯卤代烷，因醇钠具有强碱性，与仲、叔卤代烃反应的主产物是消除产物——烯烃。
5-6 将下列各组化合物按反应活性由大到小排列成序。
(1) e ＞d ＞a ＞c ＞b (2)e ＞a ＞c ＞b ＞d (3) b ＞c ＞d ＞a
5-7 化合物 发生消除反应时除去两个HBr 分子的主要产物是什么？为什么？
主要产物是 。
依据查依采夫（Saytzeff ）规律。
5-8 化合物 发生消除反应的主要产物是什么？为什么？ H H Cl
Cl CH 2Cl CH 2CHCH 2Br CH 3H CH C Cl
Br CH CHCH 2CH 2CH 3CH 3CH 3CH 2C CH Br CH 2CH 2CH CH 2CH 2Br CH 3CH 2CH 2CH CH Br CH 3CH 2CH 2CH CH Br CH 3CH 2CH 2CCH 2Br CH 2CH 2CHCH CH 3Br Br CH 2CH CH 3C CH 3H CH C Br CH 3CH 3CH Br CH 2CH 3H CH C CH 2Br CH 3H CH C CH 3CH CH 2Br CH 3CH
C CH 3Br
CH 3C CHCH
2CH 3Br CH 2CH CHCH 2CH 3Br CH 2CH 3CH CH 2500℃CH CH Cl CH 2CHCH 2Cl Br
CH 3CH 3Br 浓H SO 100Br CH 3SO 3H CH 3SO 3H Br 2CH 3CHCH
2Br CH 3C CH H 3C
Br
主要产物是 。
因为生成的主产物分子中含有共轭体系，分子稳定性更强。
5-9 用CH 2(OH)CH 2Br 能制备成CH 2(OH)CH 2MgBr 吗？为什么？
不能。
反应物分子中含有活泼氢，能分解生成的格氏试剂。
习题
1. 填空
(1) 伯；仲；叔；乙烯（或卤苯）型；烯丙（或苄基卤）型；孤立型；烯丙（或苄基卤）型；乙烯（或卤苯）型。
⑵ 官能团位置；碳链。
⑶ 烃的卤代；不饱和烃加成；由醇制备；卤-卤置换反应和重氮盐的卤置换反应。
⑷ 马氏加成；查依采夫（Saytzeff ）规律；较少。
⑸ 亲核；亲核；S N
⑹ 叔；仲；伯
⑺ 金属镁；无水乙醚（干醚、绝对乙醚）；烷基卤化镁；RMgX
⑻ 烯丙（或苄基卤）型；孤立型（叔＞仲＞伯）；乙烯（或卤苯）型。
2. 选择
⑴ D ⑵ C ⑶ C ⑷ B
⑸ C
3. 完成下列化学反应式。
⑴
⑵ ⑶
⑷ ⑸ ⑹ ⑺ ⑻
⑼
CH 3CH 3CHCH 2Br 3CH 3C CH 322
HBr Mg CH
3CHCH
2MgBr
CH 3Br Br
CH
3NaOH 醇
CH 3
32hv CH(CH 3)2C(CH 3)2
C 3CH 2
CH 3CH 2CH CH 2CH 3CH 2CHCH 3I CH 3CH 3CHCH 3
Mg CH
OH CH 2Cl Cl CH
3Cl CH 2MgCl Cl CH 3C C 3CH 2Cl Br CH 3C C 3
CH 2NH 2
Br
2hv CH 3Cl Cl CH
2Cl 2OCH 2CH 3
CH 2=CH CH=CH 2+22NaCN CH 3CH=CHCH 2Br CH 3CH=CHCH 2CN
⑽
4. 指出下列转变中的各步有无错误（或是否合理），并说明理由。
⑴ 错，A 步溴应加在1号碳上，B 步反应物有活泼氢原子，不能制成格氏试剂。
⑵ 错，甲醇钠是强碱，在该条件下，叔丁基溴易发生消除反应生成烯烃（是主产物），因亲核取代与其是一对竞争反应。
⑶ B 步错，氰化钾是较强碱，在该条件下，叔丁基氯易发生消除反应生成烯烃（是主产物），因亲核取代与其是一对竞争反应。
⑷ 错，因为溴直接与苯环相连，属于卤苯型卤代烃，难发生水解反应。
⑸ 对。
5. 由指定原料合成下列化合物。
⑴
⑵
6. 鉴别下列各组化合物。
⑴
⑵
氯苯加热白色沉淀
浅黄色沉淀
红棕色消失
2-1-1-溴-2-×××
CH 2CH 2Cl CH 2I
CH 2CH 2Br Br AgNO 3
白色沉淀
浅黄色沉淀
黄色沉淀 ×
加热加热HOOCCHCH 2COOH
3
CH 3CH CH 2Br
CH 3CHCH 22①②2CH 3CH CH 2
CH 2CH CH 2
CH 2CHCH 2
Cl Br Br
CH 3CHCH 2
CNCN
'+2
3
H 3C CH 2
CH 3CH 2Cl
CH 3
H O H 3PO 4CH CH Br
CH CH 3CH 2C CHCH 2CH 33CH 2CH 3OH C CH 2CH 3
7. 推断结构
⑴
⑵ A. C.CH
3
Br CH 3B .CH 3Br R 型Br H CH 3CH(CH 3)2S 型Br 3
H CH(CH 3)2CH 3CHCHCH 3Br
CH 3A.CH 3CHCHCH 3 HO CH 3B.CH 3CCH 2CH 3CH 3C.
A.CH 3Br 25 C.CH 3
Br CH 3
B .3COCH 2CH 2CH 2COOH。