环烷烃的顺反异构对映异构.共51页文档
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对映异构学习课件
外消旋体 不旋光 mp 18℃ 基本相同
对映体 旋光 mp 53℃ 基本相同
各自发挥其左右 旋体的生理功能
三、对映体构型的表示方法
1.构型的表示方法
对映体的构型可用立体结构（楔形式和透视式）和费歇尔
（E·Fischer）投影式表示。
式表示：
投影原则：
1° 横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子，位于纸平 面。
2° 横线表示与C*相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表示
指向纸平面的后 面。
3° 将含有碳原子的基团写在竖线上，编号最小的碳原 子写
在竖线上 端。
使用费歇尔投影式应注意的问 题：
a 基团的位置关系是“横前竖后 ”。
b 不能离开纸平面翻转180°；也不能在纸平面上旋转90°
或270°与原构型相比。
c 将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构 型。
2. 判断不同投影式是否同一构型的方法 ：
（1）将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构 型。
（2）任意固定一个基团不动，依次顺时针或反时针调换另 三个
基团的位置，不会改变原构型。
（3）对调任意两个基团的位置，对调偶数次构型不变，对 调奇
第六章 对映异构
Chap. 6 Enantiomeric of organic Stereochemistry
重点讲授内容:
一、同分异构现象
二、构型异构中的顺反异构
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
四、环烷烃的构型异构
五、潜手性中心、潜手性面与手性识别
同分异构现象
构造异构 constitutional
绕轴转动一周，就有n个形象与原形象无法区分，水有两个，氨
有三个，球体有∞个。
对映体 旋光 mp 53℃ 基本相同
各自发挥其左右 旋体的生理功能
三、对映体构型的表示方法
1.构型的表示方法
对映体的构型可用立体结构（楔形式和透视式）和费歇尔
（E·Fischer）投影式表示。
式表示：
投影原则：
1° 横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子，位于纸平 面。
2° 横线表示与C*相连的两个键指向纸平面的前面，竖线表示
指向纸平面的后 面。
3° 将含有碳原子的基团写在竖线上，编号最小的碳原 子写
在竖线上 端。
使用费歇尔投影式应注意的问 题：
a 基团的位置关系是“横前竖后 ”。
b 不能离开纸平面翻转180°；也不能在纸平面上旋转90°
或270°与原构型相比。
c 将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构 型。
2. 判断不同投影式是否同一构型的方法 ：
（1）将投影式在纸平面上旋转180°，仍为原构 型。
（2）任意固定一个基团不动，依次顺时针或反时针调换另 三个
基团的位置，不会改变原构型。
（3）对调任意两个基团的位置，对调偶数次构型不变，对 调奇
第六章 对映异构
Chap. 6 Enantiomeric of organic Stereochemistry
重点讲授内容:
一、同分异构现象
二、构型异构中的顺反异构
三、构型异构中的对映异构和非对映异构
四、环烷烃的构型异构
五、潜手性中心、潜手性面与手性识别
同分异构现象
构造异构 constitutional
绕轴转动一周，就有n个形象与原形象无法区分，水有两个，氨
有三个，球体有∞个。
环烷烃
a键(axial bonds):与对称轴平行的键 e键(equatorial bonds )：与对称轴成109.5度的键
a键
e键
(3) 相邻两组a键伸展方向相反，一个向上，一个向下，e 键也如此。
a a
e e
e a
a e
e e a a
1
2
3
4
a
e
a 和e键的关系不清晰
5 a 和e 键的关系清晰
3.构象翻转：
Year 1883
Name of scientist Baeyer
1890 H.Sachse 1915-1918 W.M.Mohr
1920
1943 O.Hassel
1950 D.Barton
Point of view
Assumes that six carbon atoms are on the same plane
当环己烷由一种椅式构象翻转为另一种椅式构象时，原
来的a键变成e键，原来的e键变成a键。由于六个碳上连接的 都是氢原子，所以两种椅式构象完全等同。
5
61
43
2
456 3 21
O
O
O
O O O
4O
O1 O
O O
4O O
O O
O
O
O
环上原子或基团的空间关系保持。
O
O O O
O1 O
二. 取代环己烷的构象
3.3 环的张力
一、Bayer’s张力学说
Assumption: 1 成环的碳原子均在同一同面上，且呈正多边形 2 碳原子采取sp3杂化形式，正常键角应为约109.5度 3 为了满足平面正多边形的内角要求，成环的键必须向内或向
a键
e键
(3) 相邻两组a键伸展方向相反，一个向上，一个向下，e 键也如此。
a a
e e
e a
a e
e e a a
1
2
3
4
a
e
a 和e键的关系不清晰
5 a 和e 键的关系清晰
3.构象翻转：
Year 1883
Name of scientist Baeyer
1890 H.Sachse 1915-1918 W.M.Mohr
1920
1943 O.Hassel
1950 D.Barton
Point of view
Assumes that six carbon atoms are on the same plane
当环己烷由一种椅式构象翻转为另一种椅式构象时，原
来的a键变成e键，原来的e键变成a键。由于六个碳上连接的 都是氢原子，所以两种椅式构象完全等同。
5
61
43
2
456 3 21
O
O
O
O O O
4O
O1 O
O O
4O O
O O
O
O
O
环上原子或基团的空间关系保持。
O
O O O
O1 O
二. 取代环己烷的构象
3.3 环的张力
一、Bayer’s张力学说
Assumption: 1 成环的碳原子均在同一同面上，且呈正多边形 2 碳原子采取sp3杂化形式，正常键角应为约109.5度 3 为了满足平面正多边形的内角要求，成环的键必须向内或向
环烷烃的异构
2、加溴
+ Br2 hv
+ Br2
+ Br2
BrCH2CH2CH2; HBr
+ HBr
H3C
CH3CH2CH2Br
CH3CH2CHCH3
Br
4、氧化
三元环对氧化剂相对稳定，例如，环丙烷不能使高锰 酸钾溶液退色。含三元环的多环化合物氧化时，三元环可 以保持不变。
O
O
O2 +
O
例题：某烃A，分子式为C5H10，不能使Br2-CCl4溶液 褪色，在光照下与Br2 作用，只得到一种产物B，分子式 为C5H9Br，此化合物与KOH-EtOH溶液加热回流得化合物 C（C5H8）。请推测A，B，C的结构式。
(A)
(B)
Br
(C)
第三节 环烷烃的来源和用途（自学）
补充环烷烃的实验室合成：
CH3
CH3
顺 -1,4-二 甲 基 环 己 烷
CH3
CH3
反 -1,4-二 甲 基 环 己 烷
例题：用CCS命名法命名下列化合物：
(A)
CH3
CH3
C(CH3)3 (B)
解 ：(A) 1,1- 二甲基环丙烷 (B) 叔丁基环癸烷
碳环可以简写成相同大小的正多变型，每一个定点 表示一个亚甲基。还上有取代基式，在相应的位置上写 出取代基的编号。
第一节 环烷烃的异构和命名
一、环烷烃的异构
1、构造异构 环烷烃由于环的大小及侧链的长短和位置不同而产生构造
异构体。 最简单的环烷烃含有三个碳原子，它没有异构体；含有四
个碳原子的环烷烃有两个异构体；含五个碳原子的环烷烃有五 个构造异构体。
2、立体异构
构造相同，分子中原子在空间的排列方式不同的化合物互 称为立体异构体。
有机化学课件-3-环烷烃
（一）环丙烷： 环中C-C键形成一种弯曲键（又称为香蕉键）结构,碳环键角为
105.5o,H-C-H键角114º：
HH
C
H
H
CC
H
H
C－C弯曲键电子云重叠面积较链状烷烃的小，故键的稳定性
较低。
（二）环丁烷和环戊烷：
环丁烷与环丙烷相似，C-C键也是弯曲的，C-C-C键角约111.5º， 其中四个C不在同一平面。呈信封式结构。
十氢萘有两种顺反异构体：
H
顺式：
或
H
H
反式：
或
H
Bp（0C） 187.3
195.7
顺式的构象： 反式的构象：
a
H
e
H H
e
e
H
反式的十氢萘内能更低一些；
H
H
Pd
500oC
H
H
9％
91％
4
5
6
7
8
△ H[(CH2)n]
n
－697.1 －686.2 －664 －658.6 －662.4 －663.6
(kJ/mol)
从环烷烃的开环反应条件（见本章§2）及燃烧热数据可以看出: 环丙烷最不稳定，环丁烷次之，环戊烷比较稳定，环己烷以上的 大环都稳定，这反映了环的稳定性与环的结构有着密切的联系。
H
H
HH
H
HH
H
环戊烷分子中，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。因此，环戊烷的化学性
质稳定。
H
H H
H
H
H H
H HH
（三）环己烷
所有键的键角都接近于理想sp3杂化的109.50，故最稳定；
105.5o,H-C-H键角114º：
HH
C
H
H
CC
H
H
C－C弯曲键电子云重叠面积较链状烷烃的小，故键的稳定性
较低。
（二）环丁烷和环戊烷：
环丁烷与环丙烷相似，C-C键也是弯曲的，C-C-C键角约111.5º， 其中四个C不在同一平面。呈信封式结构。
十氢萘有两种顺反异构体：
H
顺式：
或
H
H
反式：
或
H
Bp（0C） 187.3
195.7
顺式的构象： 反式的构象：
a
H
e
H H
e
e
H
反式的十氢萘内能更低一些；
H
H
Pd
500oC
H
H
9％
91％
4
5
6
7
8
△ H[(CH2)n]
n
－697.1 －686.2 －664 －658.6 －662.4 －663.6
(kJ/mol)
从环烷烃的开环反应条件（见本章§2）及燃烧热数据可以看出: 环丙烷最不稳定，环丁烷次之，环戊烷比较稳定，环己烷以上的 大环都稳定，这反映了环的稳定性与环的结构有着密切的联系。
H
H
HH
H
HH
H
环戊烷分子中，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。因此，环戊烷的化学性
质稳定。
H
H H
H
H
H H
H HH
（三）环己烷
所有键的键角都接近于理想sp3杂化的109.50，故最稳定；
第二节 环烷烃
例如： 例如：
CH3 H H CH3
6 5
COOH
1 2 3 4
CH3
trans-1,2-二甲基环己烷
3-甲基环己烷甲酸
6/77
练习： 练习：
CH3
C2H5 CH3
C2H5
CH2CH3 H H
Cl
CH(CH3)2
1-甲基-2-乙基甲基- 乙基5-异丙基环己烷
CH3
1-甲基-3-已基-4 甲基- 已基氯环己烷
HOOC( CH 2 ) 4 COOH
18/77
四、环烷烃的结构
三、四元的小环化合物不稳定，易发生开环的反应。 四元的小环化合物不稳定，易发生开环的反应。
环烷烃的燃烧热与环的稳定性有关。 环烷烃的燃烧热与环的稳定性有关。
燃烧热( 测定数据表明：链状烷烃分子每增加一个燃烧热(△Hc)测定数据表明：链状烷烃分子每增加一个-CH2-， 其燃烧热数值的增加基本上是一个定值658.6 kJ· 其燃烧热数值的增加基本上是一个定值658.6 kJ·mol-1。
偏转角度= 偏转角度= 2
N = 3 偏转角度
24° 24°44’
4
9°44’
5
4°4’
6
-5°16’
7
-9°33’
从偏转角度来看，五员环应最稳定， 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， 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。 化合物都是稳定的。这就说明张力学说存在缺陷。
烃 的 分 类
n = 7，8，9，10，11 7， 10， n ≧12
大 环
2/77
螺环烃
第三章环烷烃
H (1 2 0 p m ) H CH3 CH3
(2 0 0 p m )
CH3
取代基的体积越大，e键的比例越高
C(CH
3)3
～100％
2) 二取代环己烷的构象
CH3 E=10.4 kJ/mol CH3 CH3 CH3
试比较顺式和反式 1,4-二甲基环己烷的稳定性。
H3 C CH3
CH3 a CH3 a
1-甲基螺[3.4]辛烷
2.编号从连接螺碳的小环的碳开始; 3.将编号和取代基名称写在螺字前.
2.桥环烃
两个环共用两个或两个以上碳原子的多环烃。两 个碳原子之间的距离叫桥，桥的交点为桥头碳。
二环[1.1.0]丁烷 bicyclo[1.1.0]butane
CH
3
二环[2.2.1]庚烷 bicyclo[2.2.1]heptane
四元环
60°
9 °44′
0 ° 44′ －5 °16 ′
五元环 六元环
109° 8′ 2
解释了小环化合物的性质，大环化合物的出现否 定了该学说。因六元环以上的环烷烃的碳原子能以正 常的键角成键，因此稳定性很高。
2.张力因素
引起分子不稳定的因素
范德华张力 非键原子之间的距离较近时引起的排斥作用。 角张力 键张力 扭转张力
信封式
4.环己烷及其衍生物的构象 （1） 环己烷的构象 极端构象： A）椅式构象 透视式
H 2 H H 1 H H 250pm H 3 H H 5 H H 4 H H
椅式
船式 纽曼投影式
H
H
H
H H
6 1
H H H
2 5
H H
4
H
6
交叉型
3
(2 0 0 p m )
CH3
取代基的体积越大，e键的比例越高
C(CH
3)3
～100％
2) 二取代环己烷的构象
CH3 E=10.4 kJ/mol CH3 CH3 CH3
试比较顺式和反式 1,4-二甲基环己烷的稳定性。
H3 C CH3
CH3 a CH3 a
1-甲基螺[3.4]辛烷
2.编号从连接螺碳的小环的碳开始; 3.将编号和取代基名称写在螺字前.
2.桥环烃
两个环共用两个或两个以上碳原子的多环烃。两 个碳原子之间的距离叫桥，桥的交点为桥头碳。
二环[1.1.0]丁烷 bicyclo[1.1.0]butane
CH
3
二环[2.2.1]庚烷 bicyclo[2.2.1]heptane
四元环
60°
9 °44′
0 ° 44′ －5 °16 ′
五元环 六元环
109° 8′ 2
解释了小环化合物的性质，大环化合物的出现否 定了该学说。因六元环以上的环烷烃的碳原子能以正 常的键角成键，因此稳定性很高。
2.张力因素
引起分子不稳定的因素
范德华张力 非键原子之间的距离较近时引起的排斥作用。 角张力 键张力 扭转张力
信封式
4.环己烷及其衍生物的构象 （1） 环己烷的构象 极端构象： A）椅式构象 透视式
H 2 H H 1 H H 250pm H 3 H H 5 H H 4 H H
椅式
船式 纽曼投影式
H
H
H
H H
6 1
H H H
2 5
H H
4
H
6
交叉型
3
环烷烃
Monosubstituted Cyclohexanes
• The two conformers of a monosubstituted cyclohexane are not equal in energy • The equatorial conformer of methyl cyclohexane is more stable than the axial by 7.6 kJ/mol
Conformations of Cyclobutane
• Cyclobutane has less angle strain than cyclopropane but more torsional strain because of its larger number of ring hydrogens • Cyclobutane is slightly bent out of plane - one carbon atom is about 25°above
six axial bonds perpendicular to the ring
6 个键是直立键，a键
six equatorial bonds near the plane of the ring
6 个键是平伏键, e键
Drawing the Axial and Equatorial Hydrogens
Conformational Mobility of Cyclohexane
• Chair conformations readily interconvert, resulting in the exchange of axial and equatorial positions by a ring-flip
第二节-环烷烃
第二节环烷烃2．1环烷烃的定义和命名分子中具有碳环结构的烷烃称为环烷烃，单环烷烃的通式为C n H2n，与单烯烃互为同分异构体。
环烷烃可按分子中碳环的数目大致分为单环烷烃和多环烷烃两大类型。
1．单环烷烃最简单的环烷烃是环丙烷，从含四个碳的环烷烃开始，除具有相应的烯烃同分异构体外，还有碳环异构体，如分子式为C5H10的环烷烃具有五种碳环异构体。
为了书写方便，上述结构式可分别简化为：当环上有两个以上取代基时，还有立体异构。
单环烷烃的命名与烷烃基本相同，只是在“某烷”前加一“环”字，环烷烃若有取代基时，它所在位置的编号仍遵循最低系列原则。
只有一个取代基时“1”字可省略。
当简单的环上连有较长的碳链时，可将环当作取代基。
如：2．多环烷烃含有两个或多个碳环的环烷烃属于多环烷烃。
多环烷烃又按环的结构、位置分为桥环、螺环等。
（1）桥环两个或两个以上碳环共用两个以上碳原子的称为桥环烃，两个或两个以上环共用的叔碳原子称为“桥头碳原子”，从一个桥头到另一个桥头的碳链称为“桥”。
桥环化合物命名时，从一个桥头开始，沿最长的桥编到另一个桥头，再沿次长的桥编回到起始桥头，最短的桥最后编号。
命名时以二环、三环作词头，然后根据母体烃中碳原子总数称为某烷。
在词头“环”字后面的方括号中，由多到少写出各桥所含碳原子数(桥头碳原子不计入)，同时各数字间用下角圆点隔开，有取代基时，应使取代基编号较小。
例如：1，2，7-三甲基-双环[]庚烷双环[4.4.0]癸烷双环[2.2.1]庚烷（2）螺环脂环烃分子中两个碳环共用一个碳原子的称为螺环烃，共用的碳原子为螺原子。
命名时根据成环的碳原子总数称为螺某烷，编号从小环开始，经过螺原子编至大环，在“螺”字之后的方括号中，注明各螺环所含的碳原子数(螺原子除外)，先小环再大环，数字间用下角圆点隔开。
有取代基的要使其编号较小。
例如：5-甲基螺[3.4]辛烷 1，6-二甲基螺[3.5]壬烷2．2环烷烃的物理性质在常温常压下，环丙烷与环丁烷为气体，环戊烷、环己烷为液体。