导图社区 04环烃
有机化学又称为碳化合物的化学,是研究有机化合物的组成、结构、性质、制备方法与应用的科学,是化学中极重要的一个分支。大一的基础课程,希望对大家有用。
编辑于2022-07-12 21:55:26家畜组织胚胎学,研究家畜胚胎生长、发育过程的学科。动物医学的基础学科之一。大一的专业课程,希望对大家有所帮助~本思维导图包括:被覆上皮covering epithelium、特殊结构、腺上皮和腺、上皮组织的更新和重生。
家畜组织胚胎学,研究家畜胚胎生长、发育过程的学科。动物医学的基础学科之一。大一的专业课程,希望对大家有所帮助~本思维导图包括:目标、结缔组织connective tissue、疏松结缔组织loose connective tissue、致密阶段组织dense connective tissue、网状组织reticular tissue。
家畜组织胚胎学,研究家畜胚胎生长、发育过程的学科。动物医学的基础学科之一。大一的专业课程,希望对大家有所帮助~本思维导图包括:软骨和骨两个部分。
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环烃
脂环烃
分类
根据环的多少
单环
饱和
环烷烃CnH2n
与烯烃同分异构
不饱和
环烯烃
环炔烃
多环
螺环烃
桥环烃
根据碳数
小环3~4
常见环5~7
中环8~12
大环>12
单环烷烃的异构现象
C5H10的同分异构
碳架异构体
顺反异构体
旋光异构体
手性化合物
命名
单环脂环烃的命名
简单的为 环某烷
最低位次;先小基团,再大基团
复杂的则将其看做 取代基
环烯烃CnHn-2,与二烯烃或炔烃护卫同分异构体
称环某烯,双键位次最小
取代基位次最小
双环脂环烃的命名
螺环烃:
两个环共用一个碳原子,该碳原子称为螺原子,称螺烃
编号:螺原子相邻的碳>小环>碳原子>大环
不饱和建和取代基编号最小
根据成环的碳原子总数称为 螺[ ]某烃
方括号内标明螺环上碳原子数目(不包括螺原子),先小环、螺原子、再大环、中间用下角圆点隔开.
桥环烃:
两个环共用两个碳原子以上,共用的碳原子叫桥头碳原子,其余叫桥(链)碳原子,称二环烃
编号:一个桥头碳>最长桥>另一个桥头碳>次长桥>最短桥
不饱和键和取代基编号最小
根据成环碳原子的总数称为 二环[ ]某烃
方括号内标注桥环上碳原子数目(不包括桥头碳),从大到小,中间用下角圆点隔开.
环烷烃的结构
sp3杂化
环丙烷
键角105.5°
三个碳原子在一个平面
部分重叠,“弯曲键”,因此与正常的s键相比,存在张力(达到最大重叠的倾向),因此内能较高,环不稳定
键角偏离越多,张力越大
张力学说存在缺陷
偏转角度=1/2(109°28¢-内角)
化学性质活泼:电子云分布在两个原子连线外侧,易受亲电试剂的进攻,如卤素、卤化氢
环丁烷
键角111.5°
四个碳原子不在同一平面
分子中也存在着张力,但比环丙烷要稳定得多
环戊烷
键角109°28¢
四个碳在同一个平面,另一个碳在平面外,较稳定
环己烷
键角109°28¢
六个成环碳原子不共平面
很稳定
通过键的扭动可以得到椅式和船式两种构象
稳定性联系燃烧热,燃烧热越高越不稳定
燃烧热说明,小环内能高,不稳定,环越小,能量越高,环丙烷是最不稳定的,环戊烷以上比较稳定
稳定性:环己烷>环戊烷>环丁烷>环丙烷
物理性质(略)
与开链烃类似,比水轻,难溶于水
化学性质
环丙烷、环丁烷由于C-C间电子云,以弯曲的方式交盖,重叠程度较差,稳定性不如开链烃,与烯烃性质相似,易发生加成反应而开环。环戊烷及其以上的大环结构稳定,与烷烃的性质相似,易发生取代反应。所有的环烷烃(小环)都不易被氧化,即使是高锰酸钾等强氧化剂也不与之反应,从而可将环丙烷和环丁烷与烯烃区分开来
小环烷烃与烯烃性质类似——加成反应
加H2
随碳数增加,难度增加
加卤素X2
环烷烃可与卤素加成
环丙烷室温反应,环丁烷加热反应
环戊烷已经不能反应了
随碳数增加,难度增加
丙烷和环丙烷区分开
化学通性,与开链烃相似
环烷烃与烷烃类似;环烯烃和环炔烃分别与烯烃和炔烃相似
环烷烃,与卤素进行自由基取代反应
环烯烃,主要发生双键上的加成和氧化反应(氧化生成二元酸)
化学特性,环烷烃的加成反应
环状结构使小环烃出现的一些特殊的化学性质。主要表现在环的稳定性上,小环不稳定,大环则较稳定
小环、三元和四元环容易开环,反应温度逐渐升高
催化加氢生成链状的烷烃
加卤素(亲电加成)小环环烷烃(三、四元环)开环加成反应,环戊烷以上不反应
环的断裂在含氢最多的碳和含氢最少的碳之间
加卤化氢(亲电加成)
遵循马氏规则,即不对称规则
环丙烷常温时可与卤化氢加成,环丁烷常温时不反应,环戊烷以上不反应
环丙烷衍生物的加成符合马尔科夫尼科夫规则
环的断裂在含氢最多的碳和含氢最少的碳之间
环烷烃不容易发生氧化反应,可以鉴别环丙烷和烯烃
鉴别小环环烷烃、烯烃、烷烃可用溴水和高锰酸钾
溴水可与小环和烯烃反应,而烷烃/环戊烷不可
高锰酸钾可与烯烃反应,而小环不可
构象
三四五环烷烃的构象
环丙烷
键角偏离正常键角,引起角张力;构象是重叠性,引起扭转张力,所以容易破坏
环丁烷
存在的张力比环丙烷小,因在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面,所以较环丙烷稳定
优势构象为蝴蝶式,键角为111.5°
环戊烷
优势构象为信封式
分子张力不大,因此性质稳定
环己烷及其衍生物的构象
环己烷的构象翻转
极限构象
范德华半径
椅式
1 3 5 在同一平面;2 4 6 在另一个平面
邻位交叉
不存在:非键连作用、扭转张力、角张力
直立键a键,平伏键e键
两者可相互转换
船式
4个共面
全重叠式
存在:非键连作用、扭转张力、角张力
一取代
二取代
结构
顺式与反式
环己烷衍生物优势构象
十氢化萘
反式比顺式稳定
环烷烃的分子结构
环烷烃随着环的大小不同,其稳定性不尽相同
环稳定性
C6>C5>C4>C3
芳香烃
简称 芳烃,是芳香族化合物的母体
芳香性:难加成,难氧化,易取代,环系稳定
芳香性的概念
C/H的比例高
具有平面和接近平面的环状结构
键长接近平均化
化学性质稳定,易亲电取代而不易发生加成
在核磁共振谱中,
苯的芳香性
具有一个平面结构,键长完全平均化
苯的分子式C6H5,C/H=1:1
与乙炔类似
芳环上的氢有特有的NMR光谱
苯具有特殊的稳定性——从氢化热数据看苯的内能
难以发生加成反应
其他不饱和键优先发生加成
三个键同时打开
个别情况只打开部分双键
难以发生氧化反应
氧化剂的强弱
温和氧化剂:CrO3+Ac2O
强氧化剂:K2Cr2O7-H2SO4,KMnO4-h2O,KMnO4-H2SO4-H2O
更强氧化剂:V2O5
苯及其衍生物被氧化的规律
苯环的破坏比较难,环上的氢易取代
分类
本系芳烃
单环芳烃
苯分子结构的现代概念
即 凯库勒式
摆动双键学说:分子中的单、双键不是固定的,它们可以相互转变——离域的朦胧
多环芳烃
联苯
多苯代脂肪烃
非本系芳烃
苯分子结构
sp2杂化
正六边形(键角120°),碳碳键长0.14nm
比单键短,比双键长
六个为参与杂化的P轨道形成了一个闭合的共轭体系
共轭效应的结果
键长完全平均化
体系能量降低,比环己烯的三倍还低
苯同系物及衍生物的命名和异构
苯基Ph-,芳基Ar-
芳香烃分子中的一个氢原子被去掉后,所余下的原子团称为芳基
简单芳烃,以苯环为母体
一烷基苯
一取代
甲苯
乙苯
异丙苯
二烷基苯
二取代
邻间对(o\m\p)
邻1,2/间1,3/对1,4
三烷基苯
三取代
连偏均
以甲苯为母体;遇到较复杂的烷基,苯作为取代基
选母体的优先顺序
子主题
苯及低级同系物的物理性质
无色液体,有芳香气味,比水轻
溶解度
难溶于水,而溶于石油醚、乙醚等有机溶剂。液态的芳烃自身是良好的有机溶剂
毒性
苯蒸气有毒,对呼吸道、中枢神经和造血器官产生损害
熔点
苯分子比相对分子质量相近的许多烃分子熔点高;对二甲苯比邻二甲苯及间二甲苯的熔点高
对称性好,熔点高
苯及同系物的化学性质
芳香性
难加成、难氧化、易取代、环系稳定
氧化反应
烷基苯的氧化
a-H氧化后生产-COOH
加成反应
侧链卤化反应
烷基苯的s-C卤化反应为自由基反应
芳烃的s-H的卤化
苯环的亲电取代反应
苯环:供电体
亲电试剂取代环上的H
亲电试剂分别为卤素正离子、硝基正离子、SO3、烷基正离子、R-C+=O
吸电体
缺电子
苯的卤代、硝化、磺化和傅-克反应(烷基化、酰基化)
卤代
铁粉或卤化铁作催化剂,主要有氯代和溴代
苯的同系物卤代反应比苯简单、邻位、对位取代
亲电加成
烷基苯侧链的卤代反应——自由基取代反应
烷基的性质
乙苯则优先发生在a位
不同类型的H的活泼型
苯的溴化反应机理
溴分子的极化
极化的溴进攻苯环,形成s配合物
苯环被进攻的碳原子会变成sp3杂化,再恢复
失去质子恢复芳香体系
硝化
浓硝酸、浓硫酸的混合物(混酸)共热
苯的同系物硝化反应比苯容易,邻、对位取代
硝基苯硝化反应,间位引入硝基
引入第二个硝基需要更高能量,即活性下降
活性
看基团是属于哪类基团
强致活则活性大,强致钝则活性小
磺化反应
(可逆反应)
和浓硫酸作用,生成苯磺酸
可用来保护芳环上的某一个位置
苯的同系物磺化反应比苯容易,邻、对位取代
更有利于对位产物生成
磺基苯磺化,间位引入磺基
引入第二个磺基需要更高能量,即活性下降
傅-克反应
傅克烷基化
引入短碳链(无需还原)
无水AlCl3催化下,苯与卤代烷反应,生成烷基苯
与一氯丙烷反应主要生成异丙基苯
当取代的烷基大于乙基(三个碳以上),则常发生异构化作用(重排反应)
即碳链增长,引入越来越难
反应机理
反应限制
芳环上有强吸电子基团,例如-NO2,-SO3,-CHO,RCO-,-COOH
傅克酰基化
引入长碳链(需还原)
酰卤为酰化试剂
不产生重排
羰基可被还原为亚甲基
酸酐为酰化试剂
反应限制
芳环上有强吸电子基团,例如-NO2,-SO3,-CHO,RCO-,-COOH
苯环亲电取代反应历程及定位规律
两类定位基
邻、对定位基团
这类基团除了卤素外,其余增加亲电取代反应的活性
特点:与苯环相连的原子一般为饱和原子,含孤对电子或带负电荷(-CH3除外)
分类:
取代基体积越大,则邻位取代物较少(空间受阻)
活性:
间位定位基
致钝基团,降低亲电取代反应的活性
特点:与苯环相连的原子含重键(双键或三键),带正电荷
分类:
活性:
苯环上的取代基既影响亲电取代反应的速率又决定着亲电试剂进入芳环的位置
一般活化性越强,定位性越强
即决定取代基位置能力越强
定位规律的理论解释
第一类定位基(邻、对位定位基)
这类基团除了卤素外,其余使苯环上电子云密度增加,均使苯环活化
第二类定位基(间位定位基)
这类基团除正离子外,均属表现为-I、-C效应,3
定位规则和应用
预测反应产物
指导多取代苯的合成——正确选择合成路线
苯的亲电取代机理
第一步:试剂与催化剂作用形成活性较强的亲电试剂——缺电子的正离子或强极性分子
第二步:较强的亲电试剂向苯环进攻,从苯环获取两个p电子后,与苯环上的一个碳原子通过s键形成s配合物,这个碳原子变成sp3杂化
第三步:s配合物生成后立即分解,即从sp3杂化碳原子上失去质子H+,使其变成sp2杂化态而恢复苯环的稳定
苯环亲电取代反应历程规律的解释
电子效应
诱导效应
吸电子
共轭效应
斥电子
活性
发生冲突时,共轭效应>诱导效应
只有卤素相反
活性由诱导效应决定
定位由共轭效应决定
沿着苯环共轭链传递,因而环上各位置进行亲电取代反应的难易程度不同出现两种定位作用
邻对位定位基(除卤素)使苯环上电子云密度增加,均使苯环活化,有利于反应
间位定位基使电子云密度降低了,不利于反应
稠环芳烃
萘
C10H8,平面结构,键长趋于平均化,但不完全等长
命名
数字编号
字母编号
具有芳香性,但比苯差
化学性质
亲电取代
硝化一般为a位
其中磺化则根据温度不同而不同
60摄氏度为a位
165摄氏度为b位
加成反应
萘的加成反应比苯强
控制不同的反应条件,可以得到不同的产物
Na EtOH催化加氢 可选择加氢 1,4二氢萘
蒽 和 菲
分子式都是C14H10,二者互为同分异构体。他们在结构上都同萘相似
环戊烷多氢菲
含四个及以上为稠环多苯芳烃,为致癌烃
有1,2,5,6-二苯并蒽、1,2,3,4-二苯并菲、3,4-苯并芘
非苯芳烃和休克尔规则
非苯芳烃
不含苯环,却有芳香性的烃类化合物(一般为环烯结构)
例子
环丙烯正离子 p电子数为2
环丁二烯二正离子 p电子数为2
环戊二烯负离子 p电子数为6
环庚三烯正离子 p电子数为6
环辛四烯二负离子 p电子数
环戊二烯正离子 无芳香性
[8]轮烯 无芳香性 [18]轮烯 有芳香性
休克尔规则(即判断是否有芳香性的根据)
共平面的环状闭合共轭体系
即每个碳原子都是sp2杂化
p电子数为4n+2(n=0,1,2,3...正整数)
p电子数的计算
负离子:总碳原子数+电荷数
正离子:总碳原子数-电荷数