环的张力.PPT

第六章 脂环烃 生物与化学工程系 有机化学 教学指导 环烷烃的命名法 环烷烃的性质 环的张力―张力分子 环乙烷的构象 教学目的： 掌握脂环烃的命名、结构和性质。 掌握环的大小与稳定性的关系。 掌握环己烷与取代环己烷的构象分析。 教学难点： 掌握脂环烃的命名、结构和性质。 掌握环的大小与稳定性的关系。 脂环化合物：分子中含有瘫痪构造，其性质却与开链的脂肪族化合物非常相似的一类化合物，称为脂环化合物。脂肪烃：只有碳、氢两种元素组成的脂环化合物叫做脂环烃。环烷烃：按照碳环中是否含有C＝C双键和C≡C三键，脂环烃可分为饱和脂环烃和不饱和脂肪烃。饱和脂环烃分子中含有C-C单键和C-H键，叫做环烷烃。碳环中含有C＝C双键的不饱和脂肪烃叫做环烯烃；含有C≡C三键地叫环炔烃。 环烷烃的命名法 1.单环的命名：原理和烷烃相似，只在烷字前加环字。 2.有取代基的：把环作为母体，把侧链或其它取代基均作为取代基，且取代基位次最小，有两个以上取代基时，小的标于前。环烯，环炔：编号1.2 位留给双链或叁链C原子。 环烷烃的性质 一、物理性质　　在室温及常压下，环丙烷和环丁烷为气体，环戊烷至环十一烷为液体，环十二烷以上为固体。环烷烃的熔点、沸点和相对密度都比相应的烷烃略高一些。环烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂。一些环烷烃的物理常数见下表。 二、化学性质　　不饱和脂环烃的化学性质与烯烃、炔烃相似，易发生加成、氧化等化学反应。饱和脂环烃(环烷烃)与烷烃的性质相似，能发生取代反应，但不易被氧化。 1.脂环烃的化学性质和相应的开链烃性质相似；环烷烃游离基取代. 和KMnO4不反应。 2.小环的特性：（即3.4元环的特性）环丙烷和环丁烷的加成反应：（1）加氢 （2）加溴 （3）加溴化氢 不对称： 1.2 两种断裂方式：符合马氏规则。在含H最多和含H最少的键断。所以，1式键断。氢加到含氢较多的C上，溴加含氢较少的C上。 说明：环丙烷（环丁烷）和烯烃不同点： 因此，可用高锰酸钾来区别小环和烯烃。3环.4环的环烷是烷似稀。 环的张力——张力分子 　　1885年拜尔张力环学说。它是根据小环不稳定。大、中环合成困难提出的。假定：1.所有环状化合物具有平面型结构。2.环烷烃键角应为109。28 。　　按假定1，各母体环烷烃都需是正多边形的平面分子。因此他们的C-C-C键角就不能和C的正多面体构型的键角109。28 完全吻合。 按此理论计标待结果可知：小环压缩很多。而大环又被扩大很多、不论是压缩，还是扩张，都与正常的四面体键角有一偏差。角张力：这是一种角度压缩、扩张产生的张力。意义：它提出了张力概念。这种概念可以正常用于分子内取代基团的拥挤或不对称取代等原因。使分子内的一些键角偏离正常键角并对夹这些角的键产生一定张力，叫拜尔角张力。缺点：它的假设第一条是错的。现在已知道除三元环和芳香性的环具有平面结构外，其他的环都不是平面型的。所以导出一些错误结论。 事实上，大环、中环都很稳定。 环乙烷的构象 一、环已烷的椅形构象和船形构象 　　 环己烷分子中的六个碳原子不在一个平面上，C-C-C之间的夹角保持正常的键角，并且成键时，sp3杂化轨道实现了最大程度的重叠，因而环很稳定。环己烷分子中的C-Cσ键可以协同旋转，产生无数种构象，其中典型的构象为椅式和船式两种： 无论是船式构象还是椅式构象，C2、C3、C5、C6都在一个平面上，如果C1和C4在C2、C3、C5、C6的同侧，则叫船式，在异侧称为椅式。一般情况下，环己烷主要以椅式构象存在，椅式构象的势能比船式低29.7kJ·mol-1，因而较稳定。  船式：有四个C原子共面，另两个C原子在平面的同一侧，船头船尾向里面的两个H.；距离很近1.83A0 ； 船底相邻的两个C原子采取完全重叠的构象. 无拜尔角张力。分子中存在范德华张力。即分子内相邻的原子间（不链合）产生的范德华张力 （斥力）分子中存在扭转张力。即任何分子偏离它的反交叉式构象时产生的扭转张力（由重叠式产生）。 所以船式的特点：　　 1.船底共平面；　　 2.范德华斥力；　　 3.扭转张力。 椅式：a. 六个原子分别处在两个平行的平面，平面的间距0.5A；　　C：1、3、5在上 ；　　　 2、4、6在下；b. 分子内有一个穿过分子平面的对称轴；c. 相邻两个碳原子处于顺交叉式，无扭转张力，所以椅式比船式稳定；所以常温下环己烷几乎都以椅式构象存在。 二、椅型环已烷分子中的α键和е键 　　将椅式构象按“水平”放置，则六个碳原子将交替地三个在上，三个在下地分别处在二个平面内，可以看出，环己烷的十二个C-H键分两类：