南方醫(yī)科大學教案首頁
| 授課題目 | 第十二章 環(huán)烴 | 授課形式 | 理論課 |
| 授課時間 | 授課學時 | 6 | |
| 教學目的 與 要 求 | 掌握環(huán)烴和芳香烴的命名；芳香52667788.cn/shiti/烴的化學性質。 熟悉環(huán)烴的結構性質；芳香烴的定位規(guī)律。 了解環(huán)烴的物理性質；芳香烴的反應歷程；多環(huán)芳香烴的結構與性質；萜類化合物。 | ||
| 基本內容 | 一、脂環(huán)烴 脂環(huán)烴分類和命名；環(huán)烷烴的結構；脂環(huán)烴的性質 （重點)；萜類化合物 二、芳香烴 苯的結構；苯的同系物的異構現象和命名；苯及其同系物的性質（重點)；苯環(huán)上親電取代反應的歷程 （難點)；苯環(huán)上親電取代反應的定位規(guī)律（難點，重點) 三、多環(huán)芳香烴 | ||
| 重 點 難 點 | 重點： 脂環(huán)烴的性質； 苯及其同系物的性質；苯環(huán)上親電取代反應的定位規(guī)律 難點：苯環(huán)上親電取代反應的歷程；苯環(huán)上親電取代反應的定位規(guī)律 | ||
| 主要教學 媒 體 | 多媒體投影 | ||
| 主 要 外 語 詞 匯 | Cyclic hydrocarbon；alicyclic hydrocarbon；Strutures of Cycloalkanes；Conformation of Cyclohexane；Cis-Trans Isomerism；Aromatic Hydrocarbons；Structure of Benzene；Halogenation；Nitration；Sulfonation；Alkylation；Acylation；Mechanism of the Electrophilic Aromatic Substitution Reactions；Naphthalene | ||
| 有關本內容的新進展 | 分子軌道理論解釋小環(huán)的穩(wěn)定性； 苯環(huán)結構的認識及結構式的表達； 多環(huán)芳烴致癌性的研究。 | ||
| 主要參考資料或相關網站 | 《醫(yī)用化學》游文瑋主編 化學工業(yè)出版社；《有機化學》 張生勇主編 科學出版社 52667788.cn/jianyan/《醫(yī)用化學學習指導及習題解答》孫曉莉主編 第四軍醫(yī)大學出版社http://ce.sysu.edu。cn/ChemEdu/Echemi/elaborate/wujihuaxue/ http://www.sxmu.edu。cn/jingpin/wujihuaxue/lx.htm | ||
| 系、教研室 審查意見 | |||
| 課后體會 |
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前言：個人簡介；課程介紹；教學要求；參考書 環(huán)烴（Cyclic hydrocarbon)又稱閉鏈烴。它們是具有環(huán)狀結構的碳氫化合物。根據這類化合物的結構和性質又分為脂環(huán)烴和芳香烴。 第一節(jié) 脂環(huán)烴 脂環(huán)烴(alicyclic hydrocarbon)是具有鏈烴性質的環(huán)烴。脂環(huán)烴及其衍生物廣泛存在于自然界中，例如，揮發(fā)油（精油)，其成分大多是環(huán)烯烴及其含氧衍生物。揮發(fā)油是中草藥中重要的有效成分，也有的可作香料。甾族化合物都是脂環(huán)烴的衍生物。環(huán)氧沙星是脂環(huán)烴的藥物。 一、脂環(huán)烴的分類和命名(Classification and Nomenclature of Alicyclic Hydrocarbon) （一)脂環(huán)烴的分類 飽和脂環(huán)烴和不飽和脂環(huán)烴。飽和脂環(huán)烴稱為環(huán)烷烴； 環(huán)烯烴和環(huán)炔烴。 單環(huán)脂烴和多環(huán)脂烴。多環(huán)脂烴中最重要的是萜類化合物。 環(huán)烷烴中只有一個碳環(huán)的稱為單環(huán)烷烴，它的通式為CnH2n，與烯烴互為同分異構體。 大環(huán)（環(huán)上的碳原子數≥12)、中環(huán)（8~11個碳)、普通環(huán)（5~7個碳)和小環(huán)（3~4個碳)。
1,3-環(huán)己二烯 3-環(huán)戊烯 5-1,3-環(huán)己二烯 二、環(huán)烷烴的結構(Strutures of Cycloalkanes) 根據環(huán)丙烷的結構圖，解釋小環(huán)張力。
環(huán)戊烷 環(huán)己烷（椅型) 環(huán)己烷（船型) （一) 環(huán)己烷的構象(Conformation of Cyclohexane)
紐曼投影式 透視式 透視式 紐曼投影式 椅式 船式
| 10分； 電腦投影 10分； 板書及電腦投影 20分 板書及電腦投影 實物模型 |
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| 說明： （1)椅式、船式可互變，椅式更穩(wěn)定； （2)a鍵，e鍵；（3)一取代，椅式占95%，多元取代，以e鍵取代多的構象較穩(wěn)定；（4)很大基團如叔丁基，只能處于e鍵。(axial bonds; equatorial bonds)
（二)環(huán)烷烴的順反異構(Cis-Trans Isomerism in Cycloalkanes) 在環(huán)烷烴中，由于環(huán)的存在，限制了C-C σ鍵的自由旋轉，因而當兩個成環(huán)碳原子上連有取代基時，就會產生順反異構現象。例如：
三、脂環(huán)烴的性質(Properties of Alicyclic Hydrocarbons) （一)物理性質 （二)化學性質 從飽和鍵、不飽和鍵等化學鍵的角度來分析，環(huán)烷烴與烷烴相似，能發(fā)生自由基取代反應；環(huán)烯烴和環(huán)炔烴分別與烯烴和炔烴相似。 但是，由于脂環(huán)烴具有環(huán)狀結構，特別是小環(huán)烴出現一些特殊的化學性質。主要表現在環(huán)的穩(wěn)定性上，小環(huán)（3~4個碳)較不穩(wěn)定，大環(huán)則較穩(wěn)定，五元和六元環(huán)最穩(wěn)定。 1. 氫化反應 三元環(huán)、四元環(huán)、五元環(huán)氫化開環(huán)所需的溫度不斷提高；環(huán)己烷不反應，說明越大環(huán)越穩(wěn)定。 2. 鹵代反應 三元環(huán)、四元環(huán)開環(huán)；在氫最多與氫最少的C-C鍵開環(huán)。五元環(huán)以上不開環(huán)，只取代。 3. 加鹵化氫 注意：馬氏規(guī)則。 四、萜類化合物（略)
第二節(jié) 芳香烴 (Aromatic Hydrocarbons) 芳香烴簡稱芳烴。它是芳香族化合物的母體。芳香族化合物包括具有苯環(huán)結構（苯型)或不具苯環(huán)結構（非苯型)但有芳香性的一類化合物。苯是最簡單的苯型芳香烴。按照它們的結構中所含苯環(huán)數目和連接方式，苯型芳香烴又可分為兩類。 1.單環(huán)芳香烴 2.多環(huán)芳香烴 分子中含有兩個或兩個以上的苯環(huán)，根據苯環(huán)的連接方式不同，又可分為三類； ① 多苯代脂烴 這類芳香烴可看作是脂肪烴中兩個或兩個以上氫原子被苯基取代的化合物，如二苯甲烷、三苯甲烷等。 ② 聯苯和聯多苯 分子中兩個或兩個以上的苯環(huán)直接相連，如聯苯、聯多苯等 ③ 稠環(huán)芳香烴 苯環(huán)通過共用相鄰的碳原子相互稠合而成的芳香烴稱為稠環(huán)芳香烴。如萘、蒽、菲等。 | 10分 電腦投影 10分 電腦投影 5分 投影 |
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| 一、苯的結構(Structure of Benzene) （一)苯的構造式 1865年凱庫勒（Kekulé)首先提出了苯的環(huán)狀結構，即六個碳原子彼此連結成環(huán)，每個碳原子上都連著一個氫原子。為了滿足碳的四價，凱庫勒提出苯的構造式：
現代物理方法研究結果，共軛大π鍵。 圖投影。 二、苯的同系物的異構現象和命名 鄰（ortho,o) 、間（meta,m)和對（para,p)；芐基。 三、苯及其同系物的性質 （一)物理性質 苯和它的常見同系物一般為無色而具有氣味的液體，不溶于水，相對密度0.8~0.9。芳香烴都具有一定的毒性（苯的毒性最大，能夠致癌)。液體芳香烴常用作有機溶劑。苯及其同系物的物理常數見表12-3。 （二)化學性質 由于苯及其同系物分子中都含有苯環(huán)結構，故它們的化學性質與飽和烴及不飽和烴有明顯的不同。它們具有獨特的“芳香性”，即在通常情況下，易起取代而難起加成和氧化反應。 1.取代反應 （1)鹵代反應 (Halogenation) 在鐵粉或鹵化鐵的催化下，氯或溴原子可取代苯環(huán)上的氫，主要生成氯苯或溴苯。 舉例。鄰對位定位基。光照條件下，支鏈上取代，在α位。 （2)硝化反應(Nitration) 苯與濃硝酸及濃硫酸的混合物（混酸)共熱后，苯環(huán)上的氫原子被硝基(－NO2)取代，生成硝基苯。在有機化合物分子中引入硝基的反應叫做硝化反應。 舉例。間位定位基。 當苯環(huán)上帶有硝基時，再引入第二個硝基到苯環(huán)上比較困難；或者說，硝基苯進行硝化反應比苯要難。此外，第二個硝基主要是進入苯環(huán)上原有硝基的間位。 到此第一次課。小結：1.重點：小環(huán)的化性；芳香烴的結構、鹵代、消化反應。2.難點：環(huán)己烷構象。. （3)磺化反應(Sulfonation) 苯與濃硫酸在75~80℃或與發(fā)煙硫酸(SO3＋濃H2SO4)在40℃時反應，苯環(huán)上的氫原子被磺酸基(－SO3H)取代，生成苯磺酸。 舉例。間位定位基，基團大，空間位阻。 （4)烷基化反應(Alkylation) 苯在路易斯酸如無水氯化鋁、無水氯化鐵、無水氯化鋅等存在下，可與鹵代烷反應，苯環(huán)上的氫原子被烷基取代，生成苯的同系物。 舉例�；罨江h(huán)反應快，難控制。鈍化苯環(huán)不反應。 （5)�；磻�(Acylation) 在無水氯化鋁等路易斯酸存在下，苯與酰鹵或酸酐反應，苯環(huán)上的氫被�；〈�。這個反應叫做�；磻�。 苯及其同系物的�；巴榛冀凶龈�-克反應（Friedel-Crafts reaction)。 舉例。 | 10分 5分 5分 10分 10分 投影 5分 10分 投影 10分 投影 10分 投影 |
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| 2.氧化反應 苯環(huán)本身很穩(wěn)定，在一般情況下難以氧化。苯的同系物則能與一些氧化劑（如重鉻酸鉀的酸性溶液、高錳酸鉀溶液、稀硝酸等)反應。這時，苯環(huán)的側鏈被氧化，只要側鏈上有α-H，不論側鏈烷基長短如何，都被氧化為與苯環(huán)相連的羧基。 舉例。 3.加成反應（略) 苯環(huán)在一般條件下不容易發(fā)生加成反應。當在催化劑、高溫或光的影響下，也可加成，生成環(huán)烷烴。 四、苯環(huán)上親電取代反應的歷程(Mechanism of the Electrophilic Aromatic Substitution Reactions)
五、苯環(huán)上親電取代反應的定位規(guī)律 （一)鄰對位定位取代基 －N(CH3)2＞－NH2＞－OH＞－OCH3＞－NHCOCH3＞－R＞(Cl,Br,I)① 二甲氨基 氨基 羥基 甲氧基 乙酰氨基 烷基 鹵素 這類定位取代基的特征是取代基中直接連于苯環(huán)上的原子多數具有未共用電子對，并不含有雙鍵或三鍵。它們的定位取代效應按上面次序而漸減。 （二)間位定位取代基 －N+(CH3)3＞－NO2＞－C≡N＞－SO3H＞－CHO＞－COOH 三甲氨基 硝基 氰基 磺酸基 醛基 羧基 這類定位取代基的特征是，取代基中直接與苯環(huán)相連的原子，有的帶有正電荷。有的含有雙鍵或三鍵。它們的定位效應按上面次序而漸減。 第二次課到此。重點苯環(huán)的磺化、烷基化、�；⒍ㄎ灰�(guī)律。
（三)二取代苯的取代定位規(guī)律
| 10分 投影 10分 電腦投影 10分 10分 5分 5分 投影 |
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| 苯環(huán)上取代的定位規(guī)律的主要意義是預測反應的主產物，以幫助我們選擇適當的合成路線，少走彎路；既能獲得較高的收率，又可避免復雜的分離手續(xù)。 例如 由苯合成對硝基氯苯。 又如 由苯合成3-硝基-4-氯苯磺酸。
六、苯及其主要同系物 自己看書。 第三節(jié) 多環(huán)芳香烴 按照多環(huán)芳香烴中苯環(huán)互相連結的方式可分為聯苯、聯多苯類、多苯代脂烴類和稠環(huán)芳香烴類。其中以稠環(huán)芳香烴最為重要。 一、萘(Naphthalene) 萘是煤焦油中含量最多的成分，可達10％左右。 （一)萘的結構 萘的分子式為C10H8。
萘分子中C-1,4,5,8為α位；C-2,3,6,7為β位。 （二)萘的物理性質 萘為白色片狀結晶，熔點80℃，沸點218℃。能揮發(fā)，萘在室溫下有相當大的蒸氣。不溶于水，而能溶于乙醇、乙醚和苯等有機溶劑中。 （三)萘的化學性質 1. 取代反應 萘可發(fā)生與苯類似的親電取代反應，一般在α-C上進行。例如，鹵化和硝化反應�；腔瘎t根據溫度不同，產物也不同。
2.加成反應 萘比苯易加成，在不同條件下生成不同的加成產物。 | 10分 10分 投影 10分 投影 |
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| 3. 氧化反應 萘比苯易被氧化。用V2O5作催化劑時，萘的蒸氣可被空氣氧化，生成鄰苯二甲酸酐。 當萘環(huán)上有取代基時，取代基的類型對氧化的部位及難易程度均有影響。若萘環(huán)上某個環(huán)連接有間位定位取代基時，則該環(huán)比沒有取代基的環(huán)難被氧化；而萘環(huán)上某個環(huán)連接有鄰對位定位取代基時，則該環(huán)比沒有取代基的環(huán)易被氧化。例如：
二、蒽和菲(Anthracene and Phenanthrene)
三、致癌烴 致癌烴是引起惡性腫瘤的一類多環(huán)稠苯芳香烴。這一類化合物都含四個或更多的苯環(huán)。它們存在于煤焦油和瀝青中，長期接觸其蒸汽，可能引起皮膚癌。因此，為了保證人民健康，我們必須防止多環(huán)稠苯芳香烴對環(huán)境的污染。常見的致癌烴有3,4-苯并芘，1,2,5,6-二苯并蒽和1,2,3,4-二苯并菲等。
3,4-苯并芘 1,2,5,6-二苯并蒽 1,2,3,4-二苯并菲
本章小結 重點：脂環(huán)烴的結構，化學性質；環(huán)己烷的構象；苯的化學性質（鹵代、消化、磺化、烷基化、�；�)；定位規(guī)律及其應用。 難點：構象；苯的取代歷程。 | 10分 5分 投影 5分 投影 10分 |
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（二)脂環(huán)烴的命名.gif){kind=small}
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凱庫勒環(huán)狀構造式不能解釋苯分子中含有三個雙鍵，為什么不出現與烯烴相類似的加成反應。另外，苯的鄰位二元取代物只有一種，而凱庫勒的構造式卻能有兩種。.gif)
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