环己烷的构象异构优势构象船式构象
合集下载
环己烷的四种典型构象
环己烷的四种典型构象
环己烷是一种环烷烃，分子式为C6H12，由六个碳原子和十二个氢原子组成。
环己烷具有一个六元环的结构，有许多构象。
其中，四种典型的构象为：
1.船形构象：又称弯曲构象，分子呈现出一个V形的结构，两个碳原子之间的距离较近。
船形构象是环己烷的最不稳定的构象，因为分子内部的张力很大。
2.椅形构象：分子呈现出一个六边形的结构，相邻的两个碳原子之间呈现出一个六角星的形状，分子结构较为稳定。
3.锥形构象：分子呈现出一个尖锥形结构，相邻的两个碳原子之间的距离较远。
锥形构象是一种高能量状态的构象，只在极短的时间内存在。
4.扭曲椅形构象：又称为扭曲构象，分子呈现出一个六边形的结构，其中两个对称的碳原子上的氢原子以对称轴为对称对调位置。
这种构象是中等稳定的，可以保持一段时间。
以上四种典型的构象在环己烷分子中不停地交替出现，其中椅形构象是最稳定的构象，可以用来描述环己烷的大部分化学反应。
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
有机化学 第三章 环烷烃
张力学说（ 一、Baeyer张力学说（strain theory） 张力学说 ）
假定成环碳原子都在同一平面上 并排成正多边形。 同一平面上， ※ 假定成环碳原子都在同一平面上，并排成正多边形。 碳原子间的夹角必偏离正常键角。这种由于键角偏离 碳原子间的夹角必偏离正常键角。 正常键角而引起的张力称为角张力。 正常键角而引起的张力称为角张力。 角张力 。 碳环中碳原子键角偏离正常键角越大，角张力越大， ※ 碳环中碳原子键角偏离正常键角越大，角张力越大， 分子越不稳定，反应活性也越大。 分子越不稳定，反应活性也越大。
E
CH3 CH3 CH CH3
CH3 CH3
1
4－甲基环己烯 5－乙基－1，3－环己二烯 － －乙基－ ， －
顺－1，3－二甲基环丁烷 ， －
第二节 环烷烃的性质
一、物理性质
n = 3，4 ， 气态 n=5 ※状态 液态 n≥6 固态 ※m.p.: 环烷烃比直链烷烃能够更紧密地排列于晶格中 .: 同数碳原子的直链烷烃。 故m.p.>同数碳原子的直链烷烃。 同数碳原子的直链烷烃 0.688<d<0.853 ※d: 环烷烃不溶于水 ※s: 环烷烃不溶于水
在不同的环烃中键角大于或小于109° ，而正常的SP ※在不同的环烃中键角大于或小于 °28′，而正常的 3 杂化轨道之间的夹角为109°28′即C－C之间的电子云没有达 ° 即 － 之间的电子云没有达 杂化轨道之间的夹角为 到最大程度的重叠。 到最大程度的重叠。 1
（ 109 °2 8′－ 6 0°） ＝ 24°64′ － ） 2 1 （ 1 09°28 ′－ 90 °） ＝ 9 °44 ′ － ） 2 1 （ 109 °2 8′－ 1 08°） ＝ 0°44′ － ） 2 1 1 09°28′－ 120 °） ＝ -5°1 6′ － ） 2（
环己烷
储存注意事项：储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。保持容器密封。应与氧化 剂分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏 应急处理设备和合适的收容材料。
安全信息
安全术语
风险术语
S9：Keep container in a well-ventilated place. 保持容器在通风良好的场所。 S16：Keep away from sources of ignition - No smoking. 远离火源，禁止吸烟。 S25：Avoid contact with eyes. 避免眼睛接触。 S33：Take precautionary measures against static discharges. 对静电采取预防措施。 S60：This material and/or its container must be disposed of as hazardous waste. 该物质及其容器必须作为危险废物处置。 S61：Avoid release to the environment. Refer to special instructions/Safety data sheets.
谢谢观看
操作处置与储存
操作注意事项：密闭操作，全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴 自吸过滤式防毒面具（半面罩），戴安全防护眼镜，穿防静电工作服，戴橡胶耐油手套。远离火种、热源，工作 场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂接触。灌装时应 控制流速，且有接地装置，防止静电积聚。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消 防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。
安全信息
安全术语
风险术语
S9：Keep container in a well-ventilated place. 保持容器在通风良好的场所。 S16：Keep away from sources of ignition - No smoking. 远离火源，禁止吸烟。 S25：Avoid contact with eyes. 避免眼睛接触。 S33：Take precautionary measures against static discharges. 对静电采取预防措施。 S60：This material and/or its container must be disposed of as hazardous waste. 该物质及其容器必须作为危险废物处置。 S61：Avoid release to the environment. Refer to special instructions/Safety data sheets.
谢谢观看
操作处置与储存
操作注意事项：密闭操作，全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴 自吸过滤式防毒面具（半面罩），戴安全防护眼镜，穿防静电工作服，戴橡胶耐油手套。远离火种、热源，工作 场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂接触。灌装时应 控制流速，且有接地装置，防止静电积聚。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消 防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。
环己烷的四种典型构象
环己烷的四种典型构象
环己烷是一种六元环烷烃，由于其分子中含有六个碳原子，因此存在着多种构象。
在环己烷的分子中，碳原子的空间排列方式不同，导致了不同的构象。
下面将介绍环己烷的四种典型构象。
1. 椅式构象
椅式构象是环己烷最稳定的构象之一。
在椅式构象中，环己烷分子呈现出一个类似于椅子的形状，其中六个碳原子分别位于椅子的底部和顶部。
在椅式构象中，每个碳原子都与两个相邻的碳原子形成了一个平面三角形，这种排列方式使得环己烷分子的键角最大化，从而使得分子更加稳定。
2. 船式构象
船式构象是环己烷的另一种稳定构象。
在船式构象中，环己烷分子呈现出一个类似于船的形状，其中两个碳原子位于船的底部，其余四个碳原子位于船的两侧。
在船式构象中，两个底部的碳原子之间的键角较小，因此这种构象比椅式构象稍微不稳定一些。
3. 扭曲椅式构象
扭曲椅式构象是一种介于椅式构象和船式构象之间的构象。
在扭曲椅式构象中，环己烷分子呈现出一个类似于椅子的形状，但是其中两个相邻的碳原子之间的键角略微扭曲，从而使得分子更加稳定。
4. 锥式构象
锥式构象是环己烷最不稳定的构象之一。
在锥式构象中，环己烷分子呈现出一个类似于锥形的形状，其中一个碳原子位于锥的顶部，其余五个碳原子位于锥的底部。
在锥式构象中，顶部的碳原子与底部的碳原子之间的键角非常小，因此这种构象非常不稳定。
环己烷的四种典型构象分别是椅式构象、船式构象、扭曲椅式构象和锥式构象。
这些构象的不同排列方式导致了环己烷分子的不同稳定性，从而影响了环己烷在化学反应中的表现。
第二章烷烃环烷烃自由基反应历程解析
烷烃名称的写出
（1）将支链（取代基）写在主链名称的前面。 （2）取代基按“次序规则”小的基团优先列出。 烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基 <己基<异戊基<异丁基<异丙基。 （3）相同基团合并写出，位置用2，3……标出, 取代基数目用二,三……标出。 （4）表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和 取代基名称之间要用“半字线”隔开。 例如： 可将烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链， 最小定位，同基合并，由简到繁。
（1）称为环某烯。 （2）以双键的位次和取代基的位置最 小为原则。 例如：
CH 3
环戊烯 1-甲基环戊烯
环烯烃的命名
CH 3 CH 3
3，4-=甲基 环己烯 1，3-环戊烯 2-甲基-1，3环己二烯
多环脂肪烃的命名
（1） 桥环烃（二环、三 环等） 分子中含有两个或 多个碳环的多环化合物中， 其中两个环共用两个或多 个碳原子的化合物称为桥 环化合物。
选择主链 ：a 最长碳链b取支链多的
CH 3-CH2 CH CH CH 2-CH3 CH 2 CH CH 3 选择错误 CH 3 CH 3 选择正确 CH 3-CH2-CH CH 3 CH 3 CH CH CH-CH 3 CH 2 CH 3 选择正确 CH 2 CH 3 选择错误
碳原子的编号
(1) 从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、 3……编号
三、烷烃的结构
CnH2n+2
109°28′
C H H
sp3
?
H C H
CH4
+ 4
H
甲烷分子的形成
为什么烷烃分子中碳原子为四价， 且四个价键是完全相同的呢？
ch5_脂环烃_20081107
H2
催化剂
2. 分子内偶联
CH2Br
3,4元环:
H2C CH2Br
H
6 5 H H
HH HH 重叠式(存在扭转张力)
椅式构象占99.9%
船式构象占0.1%
影响环烷烃构象的稳定性因素
(1) 角张力 与正常键角的任何偏差都会产生角张力.
(2)扭转张力 相互连接的2个sp3杂化碳上的键与交叉 式构象的任何偏差都会引起扭转张力. (3)空间张力 非键合的原子或基团之间的距离小于Van der Waals半径之和时, 会产生排斥，即空间张力. H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H 无角张力，存在扭 无角张力，几乎无扭 转张力和空间张力 转张力和空间张力
作业 P109 1，2，3，5，6，7，9
分子中含有碳环的烃称环烃，又称闭链烃，根 据结构和性质，又可分为： 脂环烃(alicyclic hydrocarbon) 环烃
单脂环烃 多脂环烃
——性质似脂肪烃
芳香烃(aromatic hydrocarbon) 苯型芳香烃 ——性质似苯 非苯型芳香烃
第一节 分类和命名
顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷
CH3 (CH3)3C
C(CH3)3
取代环己烷的优势构象为： (1) e键取代基最多的构象。
大基团在e键 (优势构象)
CH3
(2) 有不同取代基时，大基团处于e键的构象。 例外： a 1,3－环己二醇
OH OH
3
2
1
H
杀虫剂六六六的最稳定构象是β－异构体而不是γ－ 异构体：
二个碳环共有二个碳原子的称为稠环烃。命名可按 相应芳烃的氢化物或桥环烃的方法命名：
环己烷及其衍生物的构象五
10 1 2 8
9 7 6
H H H H H H
4 5
3
既然大环化合物稳定，为什么难于合成呢？
一个化合物难于合成并不意味着它是不稳定的。开链化合物 闭合成环要求链的两端彼此接近到足以成键。环越大，合成 它的链必须越长，链两端的基团碰在一起的几率就越小，往 往得到分子间结合的产物。设想溶液浓度越低，分子间成键 的机会越少，因此，人们往往在高度稀释的溶液中可成功合 成大环化合物。
燃烧热指一摩尔化合物完全燃烧生成CO2和 H2O时所 放出的热量，它的大小反映出分子内能的高低。 环烷烃的燃烧热和环张力数据见表5.1
由燃烧热数据可以看出，三元环、四元环的燃烧热 远大于开链化合物的燃烧热，所以它们的内能较高， 不稳定。
表5.1
环烷烃的燃烧热和环张力
名称
环丙烷
环大小
3
环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 环辛烷 环壬烷 环葵烷 环十四烷 环十五烷 正烷烃
联环
螺环
稠环
桥环
联环： 无共用的环上原子。
螺环： 两个环共用一个环上原子。 稠环： 两个环共用二个相邻环上原子，也称骈环。 桥环： 两个环共用二个以上的环上原子。
①联环烃命名：类似于单环烷烃。 环己基环己烷
②桥环烃命名 名称书写顺序：
共用两个以上碳原子的双环烃
取代基+母体（二环[*，*，*]某烷（烯、炔）
三环[2, 2, 1,Байду номын сангаас02, 6]庚烷
选择主环：主环应尽可能含较多的碳，且必须有两个碳作为
主桥的桥头；
选择主桥：主桥应尽可能含较多的碳，且尽可能把主环对称 地分开；
环状化合物
1 8 9 7 10 5 4 3 2
9 7 6
H H H H H H
4 5
3
既然大环化合物稳定，为什么难于合成呢？
一个化合物难于合成并不意味着它是不稳定的。开链化合物 闭合成环要求链的两端彼此接近到足以成键。环越大，合成 它的链必须越长，链两端的基团碰在一起的几率就越小，往 往得到分子间结合的产物。设想溶液浓度越低，分子间成键 的机会越少，因此，人们往往在高度稀释的溶液中可成功合 成大环化合物。
燃烧热指一摩尔化合物完全燃烧生成CO2和 H2O时所 放出的热量，它的大小反映出分子内能的高低。 环烷烃的燃烧热和环张力数据见表5.1
由燃烧热数据可以看出，三元环、四元环的燃烧热 远大于开链化合物的燃烧热，所以它们的内能较高， 不稳定。
表5.1
环烷烃的燃烧热和环张力
名称
环丙烷
环大小
3
环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 环辛烷 环壬烷 环葵烷 环十四烷 环十五烷 正烷烃
联环
螺环
稠环
桥环
联环： 无共用的环上原子。
螺环： 两个环共用一个环上原子。 稠环： 两个环共用二个相邻环上原子，也称骈环。 桥环： 两个环共用二个以上的环上原子。
①联环烃命名：类似于单环烷烃。 环己基环己烷
②桥环烃命名 名称书写顺序：
共用两个以上碳原子的双环烃
取代基+母体（二环[*，*，*]某烷（烯、炔）
三环[2, 2, 1,Байду номын сангаас02, 6]庚烷
选择主环：主环应尽可能含较多的碳，且必须有两个碳作为
主桥的桥头；
选择主桥：主桥应尽可能含较多的碳，且尽可能把主环对称 地分开；
环状化合物
1 8 9 7 10 5 4 3 2
- 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)。
全部交叉
54
3
1
6
2
全部重叠
6 12
54 3
竖键与横键
a(axial) : 竖键（直立键）6个 e(equatorial): 横键（平伏键) 6个
a 6
a5
1
2
a a
a 4
3
a
e
6
e 5
4
e
e1 2
e 3
e
1，3，5位的3个a键朝下， 2，4，6位的 3个a键朝上
1，3，5位的3个e键朝上， 2，4，6位的 3个e键朝下
注：构象翻转后，同一个C上，a键和e键
的位置互换，但相对位置即上下位置不变
当环上带有一个或多个取代基时，取代基处于 何种位置为优势构象？
单取代
CH3
5％ 较不稳定
CH3
95％ 较稳定
0.233nm H
H
C
H
0.255nm
0.255nm
H CH
H
1. a键取代基结构中的非键原子间斥力较大 （因非键原子间的距离小于正常原子键的距离所致）
1
4
3
CH3
2
4 CH3 6
5
3
2
CH3 1
顺（ a e)
顺（ e a)
CH3
CH3
5
6
1
CH3
4
3
2
CH3
顺（ e a)
4
5
6
3H3C 2
1 CH3
顺（ a e)
2
1
CH3
反-1，2-二甲基环己烷
CH3
5
6
1 CH3
4
3 CH3
2
稳定
4 CH3 6
5
3
2
1
CH3
反（e e )
5
CH3
6
1
4 5
4
2、环烷烃的构象
环己烷的构象异构
优
势
构
象
椅式构象
( Chair conformation）
船式构象
(Boat conformation ）
Chair conformation(椅式构象）
2.51A
6
5
4
12
3
3
Boat co8A
1
4
6
5
23
2.27A
斥力大，能量高
H3C
CH3
CH3
CH2 CH3
CH CH2 CH C CH2
CH3
CH3
透视式：
H HC HH
H C
HH
H HC HH
HH
C
H
H HH H H
H
HH H
HH
H H
反叠式
H H
H
H
H H
HH
H
H
H HH
交叉式
第一节 脂环烃
• 脂环烃的分类和命名 • 环烷烃的结构、稳定性及化学性质 • 环己烷及其衍生物的优势构象
一、脂环烃的分类和命名
饱和脂环烃
饱和程度 不饱和脂环烃 分类
单环烃
环的数目 双环烃
小环 3-4 个碳 普通环5-7 个碳 中环 8-11个碳 大环 > 11 个碳
桥环烃 多环烃
螺环烃
单环烃
1,3-二甲基环己烷
CH3
H
C(CH3)3
H
H
C(CH3)3
CH3
CH3
H
大的取代基在e键上构象最稳定。
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(注意取代基在环上的相对位置）。 4. 环上有不同取代基时，大的取代基在e键上
H
H
张力很大
H 键角：C-C-C 105.5 °
H
H-C-H 114°
现代理论： C-C轨道重叠的程度较小而不稳定. C-C键易断裂
相邻C–H键都是全重叠式构象, H原子间
的斥力较大.（张力 ）
影响环烷烃稳定性的因素: 张力
键角：C-C-C 总张力
稳定性
105.5 ° 114kJ/mol 极不稳定
3
3H3C 2
2
CH3
反（e
反（a a ) 比较几种构象的稳定性顺序？
6 CH3 1
e)
3
1
CH3
CH3
CH3
3 1
CH3
5
4 H3C 3
1 6
2
CH3
顺（e e )
5
4
CH3 6
1 CH3
3
2
反（ e a)
双取代(取代基不同时)
画出 1-甲基-3-叔丁基环己烷的优势构象
C(CH3)3
H3C
C(CH3)3
6 12
54 3
每个C原子均为 sp3杂化
每个C上有一个a键和e键,且一个朝上，另一个必向下; 2、4、6位C (上平面): 3个a键朝上，3个e键朝下 1、3、5位C(下平面） 3个a键朝下，3个e键朝上
构象翻转
a e6
a e1 2
ae
a 5e 4 e
3
a
equatorial
12
3
6
4
5
axial
2、桥环烃
具有两个或两个以上的碳环，碳环间共用两个
或两个以上碳原子的环烃称为桥环烃。
命名时编号顺序：
1个桥头碳原子——较长的桥路——另1个桥头 碳原子——较短的桥路。
7 12 8
二环[3.2.0]庚烷
5
1,8-二甲基-2-乙基二环[3.2.1]辛烷
二、环烷烃的结构、稳定性和化学性质
H
H
C:sp3杂化
易开环
111.5 ° 108kJ/mol 不稳定
较易开环
108° 25kJ/mol 较稳定
109.5° 0kJ/mol 稳定
二、环烷烃的化学性质
＋ Br2
极不稳定
＋ Br2
室温 开环 加热 开环
H2C
H2 C
CH2
易开环
Br
H2 H2C C
Br
Br
H2 C CH2
Br
不稳定
光照
＋ Br2
取代
Br
较稳定
＋ Br2 高温>300ºC
Br
取代
稳定
三、环烷烃的立体异构
1、脂环烃的顺反异构 产生原因及条件： a：碳环的C-C单键不能自由旋转 b：碳环上至少两个C原子均带有不同的取代基
H
H
CH3 CH3
顺-1,2-二甲基环丙烷
H
CH3
CH3 H
反-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基环己烷 顺-1,2-二甲基环己烷
2. 取代基越大e键型构象为主的趋势越明显。
C(CH3)3 99.99% H
C(CH3)3 H
双取代 画出 下列取代环己烷的优势构象
2 1
CH3
CH3
顺-1，2-二甲基环己烷
2
1
CH3
CH3
反-1，2-二甲基环己烷
1
CH3
3
CH3
CH3
3 1
CH3
CH3
CH3
顺-1，2-二甲基环己烷
CH3
5
6
构象最稳定。
[附] 常见官能团命名时作为母体的优先次序:
–COOH、–SO3H > –COOR、–CONH2 > – CHO，－CO– > –OH、–SH > –NH2 >C≡C、 C=C > –Ph > –R > –OR、–X、–NO2 (见 刘庄编《普通有机化学》P167)
练习：写出2，5，5-三甲基-4-乙基庚烷 的结构式：
C2H5
C2H5
3-乙基环戊烯 （不叫1-乙基-2-环戊烯）
(CH2)4CH3
5-乙基-1，3-环戊二烯 环丁基戊烷
多环烃 1.螺环烃
两个碳环共用一个碳原子的脂环烃称为螺 环烃，构成螺环的共用碳原子特称为螺原子。
CH3
螺[2 .4 ]庚烷
2-甲基螺[4.5]-6-癸烯
编号顺序：较小的环—螺原子—较大的环