环烷烃的结构异构和命名
合集下载
第四章环烃1(脂环烃)
H3C H3C
COOH + O C
CH3
可用于区别
CH3
环烷烃和烯烃
加热时用强氧化剂， 加热时用强氧化剂，或在催化剂作用下用空 气直接氧化， 气直接氧化，环烷烃可被氧化成不同的产物
O2，钴催化剂 钴催化剂
140~180℃，1~2.5MPa ℃
OH
O
+
CH2 CH2 COOH CH2 CH2 COOH
CH CH3 + HBr CH2
CH3 C Br
CH CH3
I CH3 + H I CH3CHCH2CH3
3. 氧化反应（小环对氧化剂相当稳定） 氧化反应（小环对氧化剂相当稳定）
O
O2
O +
O
H3C H3C
CH C
CH3 CH3
KMnO4 常温下， 常温下，饱和的环 对氧化剂稳定 H2O
双键对 氧化剂 不稳定
1,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚 烷
三环[ 2.2.1.02,6 ]庚烷
环丙烷的结构
环的结构及其稳定性
环丙烷的结构： 环丙烷的结构：
碳原子为 sp3杂化 为缓解角张力 形成弯曲键
Ｃ
105°
Ｃ
Ｃ
具有重叠构象， 氢原子排斥产生 “重叠张力”
Ｃ-Ｃ-Ｃ键角 偏离正常键 角产生角张 力 环丙烷分子具 有较高的内能， 有较高的内能， 不稳定
C2H5
CH3
十氢萘的构象
1. 名称
8 7 6 5 4 1 2 3
7 6 5 8 9 1 2 3 10 4
10 1 9 8 7 6
2 3 4 5
萘 naphthalene
十氢合萘（暜通名） 十氢合萘（暜通名） Decahydronaphthalene
02-环烷烃的命名课件
例3:
5-甲基螺[2.4]庚烷
(B) 双桥环化合物的命名
(a) 都有两个“桥头”碳原子(即两个环共用的碳
原子)和三条连在两个“桥头”上的“桥”.
(b) 组成环的碳原子总数命名为某烷,加词头双环.
(c) 各“桥”所含碳原子数目,按由大到小的次序
写在“双环”和“某烷”之间的方括号里.
例1:
桥头碳
双环[2.2.1]庚烷
环戊烯
环辛炔
A) 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1;
(B) 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编 号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位 置号码的加和数为最小.
CH3
1
6
2
H3C 3 2 1
5
3
4
4
6
5
1-甲基-1-环己烯
3-甲基-1-环己烯
带有侧链的环烯烃命名:
CH3
6 CH3
5
1
4
2
3
1,6-二甲基-1-环己烯
CH3
5
4
1
3
2
5-甲基-1,3-环戊二烯
(3) 双环化合物--分子中含有两个碳环.
• 其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺化合物. • 共用两个或以上碳原子的叫桥环化合物.
螺原子
螺[2.4]庚烷
桥桥头头碳碳
双环[2.2.1]庚烷
螺原子桥头碳桥头碳再把连接于螺原子的两个环的碳原子数不含螺原子按由小到大的次序写在螺和某烷之间的方括号里数字用圆点分开
第四章 脂环烃
脂环烃的定义和命名
脂环烃-结构上具有环状碳骨架,而性质上与脂肪烃相 似的烃类,总称脂环烃.
(1) 环烷烃--饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.
5-甲基螺[2.4]庚烷
(B) 双桥环化合物的命名
(a) 都有两个“桥头”碳原子(即两个环共用的碳
原子)和三条连在两个“桥头”上的“桥”.
(b) 组成环的碳原子总数命名为某烷,加词头双环.
(c) 各“桥”所含碳原子数目,按由大到小的次序
写在“双环”和“某烷”之间的方括号里.
例1:
桥头碳
双环[2.2.1]庚烷
环戊烯
环辛炔
A) 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1;
(B) 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编 号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位 置号码的加和数为最小.
CH3
1
6
2
H3C 3 2 1
5
3
4
4
6
5
1-甲基-1-环己烯
3-甲基-1-环己烯
带有侧链的环烯烃命名:
CH3
6 CH3
5
1
4
2
3
1,6-二甲基-1-环己烯
CH3
5
4
1
3
2
5-甲基-1,3-环戊二烯
(3) 双环化合物--分子中含有两个碳环.
• 其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺化合物. • 共用两个或以上碳原子的叫桥环化合物.
螺原子
螺[2.4]庚烷
桥桥头头碳碳
双环[2.2.1]庚烷
螺原子桥头碳桥头碳再把连接于螺原子的两个环的碳原子数不含螺原子按由小到大的次序写在螺和某烷之间的方括号里数字用圆点分开
第四章 脂环烃
脂环烃的定义和命名
脂环烃-结构上具有环状碳骨架,而性质上与脂肪烃相 似的烃类,总称脂环烃.
(1) 环烷烃--饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.
环烷烃
• 12
• 环烷烃的化学性质
加氢
与卤素反应
+ Cl2
hv
+ Br2 300 ℃
Cl + HCl
Br + HBr
与氢卤酸反应
+HI +HI CH3 +HI
CH3CH2CH2I
CH3CH2CH2CH2I I
CH3CHCH2CH3
反应活性次序 ：
• 第三章习题 • 1-1，2，4，5，6 • 3-1，2，5 •5 • 6-1，2，4，5 • 10-1
CH3 CH3
CH3 CH3
优势构象
多取代环己烷有不同取代基时，体积较大 的取代基在e键为优势构象
CH3
CH3
(CH3)2CH
CH(CH3)2
(CH3)2CH
CH3
优势构象
(CH3)2CH
CH3
CH3
(CH3)2CH
优势构象
(CH3)2CH CH3
• 思考题： 写出反-1-甲基-3-叔丁基环己烷的优势构象。
4
315
2
6
a键和e键：
6个a键
6个e键
• a键和e键的转换
H 5H 4H 3
H
H6 1 H2
4 5
3
6
2 1
• 取代环己烷的稳定构象
单取代环己烷一般以取代基在e键的 构象为优势构象
H
5H
4
3
HH
C
H
61
室温
2
4
3
5
2
6
CH3
1
CH3
H
多取代环己烷一般以取代基在e键较多者为 优势构象
CH3 CH3
• 环烷烃的化学性质
加氢
与卤素反应
+ Cl2
hv
+ Br2 300 ℃
Cl + HCl
Br + HBr
与氢卤酸反应
+HI +HI CH3 +HI
CH3CH2CH2I
CH3CH2CH2CH2I I
CH3CHCH2CH3
反应活性次序 ：
• 第三章习题 • 1-1，2，4，5，6 • 3-1，2，5 •5 • 6-1，2，4，5 • 10-1
CH3 CH3
CH3 CH3
优势构象
多取代环己烷有不同取代基时，体积较大 的取代基在e键为优势构象
CH3
CH3
(CH3)2CH
CH(CH3)2
(CH3)2CH
CH3
优势构象
(CH3)2CH
CH3
CH3
(CH3)2CH
优势构象
(CH3)2CH CH3
• 思考题： 写出反-1-甲基-3-叔丁基环己烷的优势构象。
4
315
2
6
a键和e键：
6个a键
6个e键
• a键和e键的转换
H 5H 4H 3
H
H6 1 H2
4 5
3
6
2 1
• 取代环己烷的稳定构象
单取代环己烷一般以取代基在e键的 构象为优势构象
H
5H
4
3
HH
C
H
61
室温
2
4
3
5
2
6
CH3
1
CH3
H
多取代环己烷一般以取代基在e键较多者为 优势构象
CH3 CH3
掌握环烷烃的构造异构和顺反异构及其命名方法;
掌握环烷烃的构造异构和顺反异构及其命名方法;第三章环烷烃教学目的与要求:1. 掌握环烷烃的构造异构和顺反异构及其命名方法;2. 了解环烷烃的物理性质，掌握环烷烃的化学性质;3. 理解环的张力;4. 掌握环己烷和取代环己烷的的构像;5. 了解多环烃命名方法。
教学重点、难点:环烷烃的化学性质;环己烷和取代环己烷的的构像。
环烷烃是指分子中碳原子以单键互相连接成闭合的碳环，剩余的价完全与氢原子相连。
将链烃变为环烃，要在分子中增加一个碳-碳单键，同时减少两个氢原子，因此，单环烷烃的通式为CH。
n2n ? 3.1环烷烃的异构和命名3.1.1 环烷烃的异构1. 构造异构:环烷烃由于环的大小，侧链的长短及位置的不同而产生构造异构体。
CH 无构造异构 36CH 48CH 5102. 顺反异构1，4-二甲基环己烷分子中，两个甲基可以在环平面的同侧，也可以在环平面的异侧，形成顺反异构:HCHHH3CHCH33CH3H顺反异构体由于环的存在，不能互变(断键)。
其物理性质有差异。
13.1.2 环烷烃的命名1.单环体系1)根据环中碳原子数目叫做环某烷。
2)有取代基时，编号应使取代基位次尽可能小。
3)有不同取代基时，编号从小基团开始。
CH3CHCH3CHCHCH2331-甲基-3-乙基环戊烷 1-甲基-4-异丙基环己烷 2. 顺反异构体命名时，取代基在环平面同侧称顺式(cis-)，异侧称反式(trans-)。
HCHHH3CHCH33CH3H顺-1.4-二甲基环己烷反-1.4-二甲基环己烷为书写方便，环烷烃常用键线式:戊烷 3-环己基己烷?3.2 环烷烃的物理性质和化学反应3.2.1 环烷烃的物理性质环烷烃的熔点、沸点和比重都较相应的开链烷烃高。
因环烷烃的环状结构，分子较有序，排列较紧密，分子间作用力较大。
而直链烷烃分子自由摇摆，有序度小，分子间作用力较弱，故熔点、沸点和比重较小。
3.2.2 环烷烃的反应环烷烃与直链烃结构相似，所表现出的化学性质也相似(常温下，不与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂起反应，可以起燃烧、热解、卤代等反应)。
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。
环烷烃的构造异构和命名.ppt
沸点/℃ -32.9 12 49.3 72 80.8 100.8 118 148
相对密度(d420) 0.720(-79℃) 0.703(0℃)
0.745 0.779 0.779 0.769 0.810 0.836
2.12 环烷烃的化学性质
2.12.1 取代反应
。 + Br2 300 C
+ Cl2 紫外光
6636
664
环己烷 6
3951
659
环十五烷 15
9885
660
环庚烷 7
4637
662
开链烷烃
659
由环丙烷到环戊烷，随环增大，每个亚甲基单元
的燃烧热依次降低；由环己烷开始，亚甲基单元的
燃烧热趋于恒定。
2.9.2 环丙烷的结构
由于角张力作用，使得环丙烷和环丁烷分 子稳定性下降，容易发生加成反应使环打开
第2节 环烷烃
•2.8 环烷烃的构造异构和命名 •2.8.1 环烷烃的构造异构 •2.8.2 环烷烃的的命名 •2.9 环烷烃的结构 •2.9.1 环的大小与环的稳定性 •2.9.2 环丙烷的结构 •2.10 环己烷和一取代环己烷的构象 •2.10.1 环己烷的构象 •2.10.2 一取代环己烷的构象 •2.11 环烷烃的物理性质 •2.12 环烷烃的化学性质
CH3 CH2 CH2 CH3
+ H2 3N00i。C CH3 CH2 CH2 CH2 CH3
2）加卤素
+ Br2 CCl4
CH2 CH2 CH2
Br
Br
不能用溴褪 色的方法来
+ Br2 heat
1,3-二溴丙烷
CH2 CH2 CH2 CH2
环烷烃
120 o
H H H H H H H H H H H H
偏离109.5o
C-H 重叠
环己烷碳架是折叠的
H H
3
H
2
H
1
H H
H H
3
4 2
H H
1
H H
6
H H
4
5 H
6
H H
5
H
H H
H
C2, C3, C5, C6 共平面
H
H
椅式构象 (chair form)
船式构象 (boat form)
（打开一根 C-C 键）
H 2 / Pt, 50 o C
3 1
CH 3
3
CH 2 CH 3
or N i, 80 o C
C H 3 C HC H 2 C H 3
1
支链多 较稳定
主要产物
H 2 / Pt, 120 o C or N i, 200 C
o
CH 3 CH 2 CH 2 C H 3
小环化合物与卤素的反应
3-甲基-4-环丁基庚烷 4-cyclobutyl-3-methylheptane
2 1 1'
2'
环可作为取代基
3'
（称环基） 相同环连结时，可
3
联环丙烷 bicyclopropane
用词头“联”开头。
桥环烃（Bridged hydrocarbon）的命名
桥头间的碳原子数
2 1 3 4 5
小 环
C3 C4 C5 C7
环丙烷 环丁烷
697.1 686.1
中 环 大 环
C8 C11 C12
H H H H H H H H H H H H
偏离109.5o
C-H 重叠
环己烷碳架是折叠的
H H
3
H
2
H
1
H H
H H
3
4 2
H H
1
H H
6
H H
4
5 H
6
H H
5
H
H H
H
C2, C3, C5, C6 共平面
H
H
椅式构象 (chair form)
船式构象 (boat form)
（打开一根 C-C 键）
H 2 / Pt, 50 o C
3 1
CH 3
3
CH 2 CH 3
or N i, 80 o C
C H 3 C HC H 2 C H 3
1
支链多 较稳定
主要产物
H 2 / Pt, 120 o C or N i, 200 C
o
CH 3 CH 2 CH 2 C H 3
小环化合物与卤素的反应
3-甲基-4-环丁基庚烷 4-cyclobutyl-3-methylheptane
2 1 1'
2'
环可作为取代基
3'
（称环基） 相同环连结时，可
3
联环丙烷 bicyclopropane
用词头“联”开头。
桥环烃（Bridged hydrocarbon）的命名
桥头间的碳原子数
2 1 3 4 5
小 环
C3 C4 C5 C7
环丙烷 环丁烷
697.1 686.1
中 环 大 环
C8 C11 C12
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• (3)、熔点 • 烷烃的熔点基本上也是随分子中碳原子数目的增加而升高。 其中含偶数碳原子烷烃的熔点比相邻含奇数碳原子烷烃的熔 点升高多一些。这样，就使中级以下烷烃构成了两条熔点曲 线，偶数碳原子烷烃的熔点在上，奇数碳原子烷烃的熔点在 下，如图4-1-4所示。
图4-1-4 直链烷烃的熔点曲线
(4)、溶解性 烷烃分子没有极性或极性很弱，因此难溶于水，易溶于有 机溶剂。
• 碳原子的类型
（4）烷烃的命名
• 普通命名法
• 系统命名法
系统命名法
（二）环烷烃的异构和命名
（二）环烷烃的异构和命名
（二）环烷烃的异构和命名
• （1）环烷烃的异构现象
• （1）环烷烃的异构现象
• （2）单环烷烃的命名方法
4.1.2 烷烃、环烷烃的性质
• （1）烷烃的物理性质
(5)、折射率 折射率是液体有机化合物纯度的标志。液态烷烃的折射率 随 分子中碳原子数目的增加而缓慢增大。
(6)、相对密度 烷烃的相对密度都小于 1，比水轻。随分子中碳原子数目 增加而逐渐增大，支链烷烃的密度比直链烷烃略低些。
（2）烷烃的化学性质
烷烃的化学性质
• A:卤代反应
• B: 氧化反应
• （1）环烷烃的物理性质
（2）环烷烃的化学性质
• 1、取代反应
（2）环烷烃的化学性质
（2）环烷烃的化学性质
（2）环烷烃的化学性质
• （3）氧化反应
（2）环烷烃的化学性质
4.1.3 烷烃的来源ห้องสมุดไป่ตู้制法和用途
• （一）烷烃的来源
• （二）烷烃的制法
• （三）烷烃的用途
项目四 学习石油化工常见化学品 知识一 烷烃、环烷烃
• 4.1.1 烷烃、环烷烃的结构、异构和命名 • 4.1.2 烷烃、环烷烃的性质
• 4.1.3 烷烃的来源、制法和用途
知识一 烷烃、环烷烃
4.1.1 烷烃、环烷烃的结构、异构和命名
• （一）烷烃的结构、异构和命名 • （1）烷烃的结构
（一）烷烃的结构、异构和命名
• （1）烷烃的结构
烷烃分子中的碳原子都采取SP3杂 化, 烷烃中的碳氢键和碳碳键都是σ单 键, 烷烃分子中的碳原子都具有四面体 的结构特征. 当烷烃中的碳原子数大于 3的时候, 碳链就形成锯齿形状.
（2）烷烃的通式和同系列
• 烷烃的通式
• 烷烃的同系列
（3）烷烃的同分异构现象
（4）烷烃的命名
物质的物理性质通常是指它们的状态、颜色、气味、熔点、 沸点、相对密度、折射率和溶解度等。 (1)、物态 常温常压下，C1～C4 的烷烃为气体；C5～C16 的烷烃为液 体；C17 以上的烷烃为固体。 (2)．沸点 直链烷烃的沸点随分子中碳原子数的增加而升高。 在碳原子数目相同的烷烃异构体中，直链烷烃的沸点较高， 支链烷烃的沸点较低，支链越多，沸点越低。
• C: 裂化反应
D:异构化反应
由一种异构体转化为另一种异构体的反应称为异构化反 应。例如，正丁烷在酸性催化剂存在下可转变为异丁烷：
异构化反应在石油加工中占有重要的位置。烷烃的异构化 反应主要用于石油加工工业中将直链烷烃转变成支链烷烃， 可以提高汽油的辛烷值及润滑油的质量。
(二) 环烷烃的性质