环烃
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有机化学-4-环烃
多环烃
桥环烃：
二、脂环烃的命名
1、 单环脂环烃
（1）根据分子中成环碳原子数目称为“环某烷”；
（2）使取代基的位次尽可能最小（小基团位次最低）； （3）环烯(或炔)烃编号时，双(三)键位次最小。
1,3-二甲基环戊烷
1-甲基-3-异丙基环己烷 1，3-二甲基环己烯
（4）对复杂的化合物，可把环看为取代基。
H H H H H H 1
4
6 5 3
H
5 4
2 1
H
H H H
3
6
2
H
5%
95%
(2) 多元取代环己烷中，e键多者为优势构象。
(3) 环上有不同取代基时，最大取代基处于e键上的构象最 稳定。
练习：写出1,2-二甲基取代环己烷的构象式，并排列其稳定性次序：
CH3 CH3
顺式 CH3
CH3 CH3 反式 CH3 CH3 CH3 （Ⅱ） CH3 （Ⅲ）
单环芳烃
H3C CH3
CH3
芳烃 多环芳烃
联苯
多苯代脂烃
CH2
稠环芳烃
2、 芳烃的命名
1) 烃基取代的苯 ①一元取代苯，以苯为母体，烷基为取代基，省略“基”字
甲苯
乙苯
异丙苯
②二元取代苯，可用邻、间、对来表明取代基位置：
CH3 CH3
CH3
H3C
CH3
CH3
邻二甲苯 1,2-二甲苯 O-
间二甲苯 1,3-二甲苯 m-
张力，它的能量比椅型高 30 kJ∙mol-1。
183pm 船 式 H 4 构 H 象
H H H
5 H 3 6
H
H H H
2
1
H H
环烃的概念
环烃的概念环烃是指由碳原子构成的环状结构的有机化合物。
它们是一类重要的有机化合物，具有丰富的化学性质和广泛的应用。
环烃的一大特点是碳原子形成了闭合的环状结构，这使得环烃具有相对稳定的分子结构和独特的性质。
首先，环烃的分类是按照碳原子的构型来划分的。
其中最简单的环烃就是苯，它由六个碳原子组成一个六元环结构，每个碳原子上有一个氢原子。
苯是一种无色液体，常用作溶剂、合成材料和燃料添加剂等。
除了苯之外，还有许多其他的环烃，包括多环芳烃、萜烯和冠醚等。
环烃的化学性质主要表现在它们的反应性和稳定性上。
由于环烃相比于直链烃内部的碳原子数量较少，使得环烃的结构更为紧密，分子间的相互作用较强，因此环烃通常比相应的直链烃更加稳定。
同时，环烃还具有较高的熔点和沸点，这使得它们在工业上配制有机溶剂、润滑油和防腐剂等方面具有广泛的应用。
环烃的反应性主要表现在它们与其他化合物进行反应时的性质上。
环烃的稳定性造成了环烃化合物的惯性较大，不容易发生化学反应。
但在适当的条件下，环烃也可以发生不同类型的反应。
其中最常见的反应是加成反应和取代反应。
加成反应是指环烃中的碳碳双键或三键断裂，与其他化合物中的原子或基团形成新的化学键。
取代反应则是指环烃中的一个或多个氢原子被其他原子或基团取代。
环烃的合成和利用涉及到许多重要的化学过程。
其中最重要的合成方法之一是通过烷基化反应来制备环烃化合物。
该反应是指将直链烃中的一个或多个氢原子取代为烷基基团，从而形成环烃。
这种反应可通过烷基卤化反应、烷基金属化反应或烷基化合反应等多种方法实现。
此外，环烃还可以通过环化反应来制备，该反应是指通过碳原子间的连接和断裂来形成环状结构。
环烃的应用广泛，例如苯可以用作溶剂、合成材料和燃料添加剂；多环芳烃具有良好的抗氧化性能，可用于制备防护材料和电子器件；冠醚在生物化学和有机合成中具有重要的应用价值等。
总的来说，环烃作为一类重要的有机化合物，具有独特的结构和性质。
它们的稳定性和反应性使得环烃在工业和科学研究中具有广泛的应用前景。
环烃的命名规则
环烃的命名规则一、什么是环烃环烃是指分子中含有环状碳骨架的有机化合物。
它们由碳原子和氢原子组成，碳原子形成一个或多个环状结构，并通过共用键连接在一起。
环烃是一类重要的有机化合物，广泛存在于自然界和人工合成中，具有多种生物活性和应用价值。
二、环烃的命名规则环烃的命名规则遵循有机化合物的命名原则，主要包括以下几个方面：1. 环烃的基本命名规则环烃的命名由两部分组成，分别是环烃前缀和环烃后缀。
环烃前缀表示环烃分子中环状结构的碳原子数目，环烃后缀表示环烃分子中没有参与环状结构的碳原子数目。
2. 环烃前缀的命名规则环烃前缀的命名规则如下： - 单环烃：根据碳原子数目，命名为环烷。
- 二环烃：根据碳原子数目，命名为环烷前缀+环烷前缀。
- 三环烃及以上：根据碳原子数目，命名为环烷前缀+环烷前缀+环烷前缀+…+环烷前缀。
3. 环烃后缀的命名规则环烃后缀的命名规则如下： - 单环烃：根据碳原子数目，命名为烷。
- 二环烃：根据碳原子数目，命名为烷后缀+烷。
- 三环烃及以上：根据碳原子数目，命名为烷后缀+烷后缀+烷后缀+…+烷。
4. 环烃的命名示例以下是几个环烃的命名示例： - 三环烷：环丙烷 - 四环烷：环戊烷 - 五环烷：环己烷 - 六环烷：环庚烷三、环烃的命名示例以下是一些常见环烃的命名示例：1. 单环烃•三环烷：环丙烷•四环烷：环戊烷•五环烷：环己烷2. 二环烃•三环烷二环烷：环丙烷环丙烷•三环烷四环烷：环丙烷环戊烷•四环烷四环烷：环戊烷环戊烷3. 三环烃•三环烷三环烷三环烷：环丙烷环丙烷环丙烷•三环烷四环烷三环烷：环丙烷环戊烷环丙烷•四环烷三环烷四环烷：环戊烷环丙烷环戊烷4. 更复杂的环烃•三环烷二环烷三环烷二环烷：环丙烷环丙烷环丙烷环丙烷•三环烷四环烷三环烷四环烷：环丙烷环戊烷环丙烷环戊烷•四环烷三环烷四环烷三环烷：环戊烷环丙烷环戊烷环丙烷四、总结环烃是一类具有环状结构的有机化合物，其命名规则遵循有机化合物的命名原则。
有机化学-第四章 环烃
环戊烷分子中，碳碳键的夹角为108°，接近sp3杂化轨 道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。
环己烷分子中6个碳原子不在同一平面上，碳原子之间的 键角为109°28′，分子中没有张力。
大环原子在不同的平面内，键角接近正常的键角，为
无张力环。
环三十烷
三、环己烷的构象
1 椅式构象和船式构象
六个碳原子均为sp3杂化，在保持键角109°28′不变的情况
H2SO4
NO2 NO2
甲苯硝化比苯容易，主要产物为邻位和对位取代产物。
CH3
HNO3 , H2SO4 30℃
CH3 NO2 +
CH3
NO2
(3) 磺化反应 苯与浓硫酸加热，或与发烟硫酸在室温下作用，生 成苯磺酸。苯磺酸也是强酸，酸性与硫酸接近。
浓 H2SO4 , 80℃ or H2SO4(SO3) , 室温
2 直立键和平伏键
椅式构象中的碳氢键可以分为两类，6个碳氢键与分
子的对称轴平行，叫做直立键或a键。
另外6个碳氢键指向环外，与直立键成109°28′的角， 平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键。
一个椅式构象的环己烷，可以通过碳碳单键的旋转变成 另一种椅式构象，叫做转环作用。
X
X
当环己烷上的氢原子被其它基团取代后，由于其它基团 都比氢原子大，所以取代基以e键和环相连占优势。
环己烷以上的环烷烃则很难发生加氢反应。
2 与溴的作用
环丙烷在室温下可以和溴进行亲电加成反应，生成开
链化合物。环丁烷要在加热条件下才能和溴加成。
+ Br2
BrCH2CH2CH2Br
1,3-二溴丙烷
+ Br2
Δ
BrCH2CH2CH2CH2Br
第四章 环烃
O + O2 V2O5 4000 CH CH C O C O + CO2 + H2O
返回
2.2.3 亲电取代反应历程
以傅氏反应为例，亲电反应历程如下： 首先 酰基与ALCl3作用形成酰基正离子： O O
R-C- Cl + AlCl3
O H Slow C-R Quick
R-C
+
AlCl4
O C R
O + R-C
2.2.1 苯的结构及芳香性的概念
化学分析证明苯的分子式为C6H6，碳氢比为1， 和乙炔一样。因此苯是一个非常不饱和的化合物。 按以前烯炔的经验，不饱和烃应该容易与Br2 或 HX 起加成反应，但苯却不容易起这些加成反应， 烯、炔容易被KMnO4 氧化，但苯却不容易，表 现对氧化剂有一定的稳定性；另外，苯容易与一 些试剂起取代反应，其中的H 被-NO2、-SO4H、 -X所取代，而烯、炔在同样的条件下是不起反应 和。苯环这些不容易起加成，不容易被氧化而容 易发生取代反应的特殊性质就叫苯的化学方面的 芳香性。
环烷烃
环烯烃
环炔烃
下面我们先讲异构 现象和命名的内容。
返回
1.1 异构现象和命名 环烷烃和烯烃具有相同的通式CnH2n。因此它们互 为异构，如环丙烷和丙烯，这是官能团异构。同样的环 烯烃具有和炔烃相同的通式。脂环烃的异构现象更加复 杂，如C6H12的环烃至少有下面几种异构体：
如果环上有两个以上的取代基时，如：
第四章 环烃
环烃是指分子中的碳架形成环状的碳 氢化合物。根据结构和性质我们把环烃分 成脂环烃和芳香烃两大类。
1. 2.
脂环烃 芳香烃
1.
脂环烃
1.1
异构现象和命名 1.2 环烷烃的结构 1.3 环烷烃的化学性质
环烃知识点总结
环烃知识点总结一、基本概念环烃是碳原子通过共价键连接形成的碳环结构的有机化合物。
环烃分为脂环烷烃和萜环烷烃两大类。
脂环烷烃是由碳原子形成的单纯环状结构，如环丙烷、环戊烷等。
而萜环烷烃是由两个或多个碳环连接而成的环烃，如萜环庚烷、萜环癸烷等。
环烯烃是一类含有一个或多个碳—碳双键的环烃，环烯烃的通式为CnH2n，其中n为整数。
环烯烃分为单环烯烃和多环烯烃两种，单环烯烃是指一条环烯烃分子中只有一个碳—碳双键，如环丙烯、环戊烯等；多环烯烃是指一条环烯烃分子中含有两个或多个碳—碳双键，如萜环庚烯、萜环癸烯等。
环炔烃是一类含有一个或多个碳—碳三键的环烃，环炔烃的通式为CnH2n-2，其中n为整数。
环炔烃分为单环炔烃和多环炔烃两种，单环炔烃是指一条环炔烃分子中只有一个碳—碳三键，如环丙炔、环戊炔等；多环炔烃是指一条环炔烃分子中含有两个或多个碳—碳三键，如萜环庚炔、萜环癸炔等。
芳香烃是一类具有芳香性质的环烃，其分子中含有苯环结构。
芳香烃通常是稳定的化合物，具有特殊的化学性质和应用价值。
芳香烃有很多重要的代表物质，如苯、甲苯、二甲苯、苯酚等。
二、结构特点环烃的分子中含有碳—碳键构成的环状结构，这种环状结构使得环烃具有一些独特的结构特点。
首先，环烃分子中的碳原子呈现出sp3、sp2和sp杂化的特点。
在脂环烷烃中，碳原子呈现出sp3杂化的特点，其四个σ键的轨道构成外层的四个σ键，没有π键；在萜环烷烃、环烯烃和环炔烃中，碳原子呈现出sp2杂化的特点，其三个σ键的轨道构成外层的三个σ键，剩余的一个p轨道构成一个碳—碳双键或碳—碳三键；而在芳香烃中，碳原子呈现出sp2杂化和未杂化的p轨道的混成，其三个σ键的轨道构成外层的三个σ键，剩余的两个p轨道构成两个碳—碳双键。
其次，环烃分子中的碳原子排列有着一定的角度以及构型上的要求。
在脂环烷烃中，碳原子呈现出正四面体的构型，其中碳—碳键角为109.5°，这样可以使得碳原子之间的相互作用最小化，分子结构最稳定；在萜环烷烃中，由于两个碳环之间存在着共用碳原子，因此其构型更趋向平面结构，碳—碳键角为120°；在环烯烃和环炔烃中，由于碳—碳双键或碳—碳三键的存在，使得碳原子之间的角度有所变化，但总体上趋向于平面结构；在芳香烃中，由于苯环的存在，使得分子结构呈现出平面结构，其构型稳定性很高。
有机化学环烃
1-甲基-4 -乙基环己烷
CH3
H3CH2C
CH3 CH3
H3C
1,3-二甲基环己烷
1,1 -二甲基 -3 -乙基环戊烷
复杂结构的环烷烃命名
CH3
CH3
CH3 CH2CH3
1,2–二甲基环丙烷
1–甲基环丁烯
5–异丙基– 1,3–环戊二烯
大学基础化学
7,7 –二甲基 二环[2.2.1]庚烷
NO2 +
H2SO4+ HNO3 50℃
NO2
O2N
CH3 NO2 +
CH3 NO2
NO2
CH3
H2SO4+ HNO3 100℃
O2N
NO2
NO2
2,4,6-三硝基甲苯
（ TNT ）
烷基苯比苯容易硝化，硝化的主要产 物是邻硝基甲苯、对硝基甲苯。
CH3
HNO3,H2SO4 30℃
CH3
NO2 +
CH3
和
环烯烃
性 不饱和脂环烃
分
环炔烃
桥环烃--- 共用两个 以上碳原子的多环脂 环烃。
2、环烷烃的命名
环丙烷 环丁烷 环戊烷
环已烷
大学基础化学
环烷烃的命名
同烷烃命名类似，只是在碳原子相同的烷烃
名称之前加上“环”字。环上取代基的编号原
则是使取代基位次或位次之和为最小。
如：
CH3
CH2CH3
甲基环丙烷
CH3
CH3
CH3
COOH
CH3CHCH2CCHH3CH3 C6H5 CCHH33
CCHH3CH CH2
CH3
H3C
OH
CH3
CH3
CH3
H3CH2C
CH3 CH3
H3C
1,3-二甲基环己烷
1,1 -二甲基 -3 -乙基环戊烷
复杂结构的环烷烃命名
CH3
CH3
CH3 CH2CH3
1,2–二甲基环丙烷
1–甲基环丁烯
5–异丙基– 1,3–环戊二烯
大学基础化学
7,7 –二甲基 二环[2.2.1]庚烷
NO2 +
H2SO4+ HNO3 50℃
NO2
O2N
CH3 NO2 +
CH3 NO2
NO2
CH3
H2SO4+ HNO3 100℃
O2N
NO2
NO2
2,4,6-三硝基甲苯
（ TNT ）
烷基苯比苯容易硝化，硝化的主要产 物是邻硝基甲苯、对硝基甲苯。
CH3
HNO3,H2SO4 30℃
CH3
NO2 +
CH3
和
环烯烃
性 不饱和脂环烃
分
环炔烃
桥环烃--- 共用两个 以上碳原子的多环脂 环烃。
2、环烷烃的命名
环丙烷 环丁烷 环戊烷
环已烷
大学基础化学
环烷烃的命名
同烷烃命名类似，只是在碳原子相同的烷烃
名称之前加上“环”字。环上取代基的编号原
则是使取代基位次或位次之和为最小。
如：
CH3
CH2CH3
甲基环丙烷
CH3
CH3
CH3
COOH
CH3CHCH2CCHH3CH3 C6H5 CCHH33
CCHH3CH CH2
CH3
H3C
OH
CH3
CH3
第04章环烃
CH3
CH3 CH3 C CH CH3
H2O
OSO3H
CH3 CH3
CH3 C CH CH3 OH
加成产物符合马式规则
氧化反应
环丙烷对氧化剂稳定，不被高猛酸 钾、臭氧等氧化剂氧化。例如：
CH3 CH=C
CH3
KMnO4
COOH
CH3 C=O CH3
故可用高猛酸钾溶液来区别烯烃与 环丙烷衍生物。
环烃性质小结
X Y
X Y
CH3 CH3
1 O3 2 分解
OO CH3C-CCH3 + 2 OHC-CHO
CH3
CH3 1 O3 2 分解
OO 2CH3C-CH + OHC-CHO
二 苯现在的表达方式
价键式
分子轨道离域式
共振式
自旋偶合价键理论 （1986年Copper等提出）
二、苯分子结构的价键观点
现代物理方法（射线法、光谱法、偶
环丙烷的结构与张力学说
理论上： 1°饱和烃，C为sp3杂化,键角为109.5°
2° 三员环，成环碳原子应共平面，内角为60°
HH
H
60°
H
H
H
自相 矛盾
故三元环的结构特殊。
现代物理方法测定，环丙烷分子中： 键角 C-C-C = 105.5°; H-C-H =114°。
所以环丙烷分子中碳原子之间的sp3
对称轴
H
H
直立键
H
H
H H
H
H H
H H
H
平伏键
环己烷的直立键和平伏键
在室温时，环己烷的椅式构象可通过C-C键 的转动（而不经过碳碳键的断裂），由一种椅
式构象变为另一种椅式构象，在互相转变中， 原来的a键变成了e键，而原来的e键变成了a键
第三章：环烃
60° 90° 108° 120°
环越小，角张力越大，键越不稳定。
黔 南 民 族 医 学 高 等 专 科 学 校 QIANNAN MEDICAL COLLEGE FOR MATIONALITIES
版权所有：孟铁宏
（二）现代价键理论
环丙烷 C-C-C 键角 105.5º
三个碳原子在一个平面部分重叠，“弯曲键”， 与正常的σ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
1-环丁基戊烷
版权所有：孟铁宏
2.多 环烷烃的命名
（1）螺环烃的命名 两个环共用一个碳原子的二环化合物叫螺环化合物
根据螺环中所有碳原子的总和称为螺某烃，然后把各环的 碳数（不包括螺原子）用方括号标出，先小后大，阿拉伯数之 间用圆点隔开 螺原子
CH2 CH2 C CH2 CH2 CH2 CH2
螺[3.4]辛烷
第三章：环烃
黔 南 民 族 医 学 高 等 专 科 学 校 QIANNAN MEDICAL COLLEGE FOR MATIONALITIES
版权所有：孟铁宏
环烃又称为闭链烃，它是由碳氢两种元素组成的环状 有机化合物。
环烃按碳环结构不 同又分为脂环烃和芳香烃
环己烷 脂环烃
苯
芳香烃
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版权所有：孟铁宏
黔 南 民 族 医 学 高 等 专 科 学 校 QIANNAN MEDICAL COLLEGE FOR MATIONALITIES
环上有不饱和键和取代基时要编号，编号从小环 开始，与螺原子相邻的碳原子为每一顺号，同时使不 饱和键和取代基的位次最小
汪小兰有机化学第四版第四章-环烃
总目录
说明：
• 小环不稳定，虽然它们的分子中都没有不 饱和键， 但却能与氢气、卤素、卤化氢 等试剂发生c—c键断裂的开环加成反应。
• 随着环的增大，开环加成活性降低。
总目录
三、小环对氧化剂稳定
KMnO4/ H+
COOH
+
O
总目录
第三节 环烷烃的结构与稳定性
一、环丙烷的结构 1. 环张力的提出
（109.5°- 60°）/2 = 24.75°
总目录
2. 弯曲键的概念
总目录
C—C原子间不连成直线，而是弯曲重叠，比
σ 键弱，又有别于π 键，介于两者之间，更 接近π 键。
电子云分布在C—C外侧，易被亲电试剂进 攻，有一定的烯烃性质。
3. 燃烧热和非平面结构
燃烧热是指1 mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和水时所放出的热 量。它反映了分子的内能大小。
三、定位效应的应用
第五节 多环芳烃
一、联苯
二、稠环芳烃
第六节 非苯系芳烃
一、芳香性的几个特征
二、休克尔规则
三、非苯芳烃
四、大环芳烃
40
第一节 苯的结构
一、苯的凯库勒式
H H
H H
简写：
符合实验事实：
H
① 满足C的四价性； ② 一种一元取代物；
③ 三种二元取代物。
H
不符合实验事实： ① 难与Br 加成； ② 一种邻二2 取代物。
•烃
氢化热 （kJ/mol） 离域能（kJ/mol）
离域能（共轭能）越大，共轭体系越稳定。
.
52
四、苯分子结构的共振论解释
1. 共振论的基本要点
（1）各种可能的经典结构——极限式； （2）共振符号（）； （3）真实分子是各种极限式的共振杂化体； （4）各种极限式的贡献不同。
有机化学 第4章 环烃(原版)
II.芳香烃
芳香烃的含义：不再仅指“含有苯环且有香 味”的物质，而是指“在结构上有某些特点 并具有芳香性的许多化合物”本节主要讨论 含有苯环的碳氢化合物。
分类：
单环芳烃 根据含苯环的数目苯
多环芳烃
命名：
1、单环芳香烃
（1）一元取代苯：简单的以苯为母体，复杂的苯 为取代基；
（2）多元取代苯：用邻、间、对或数字编号； （3）IUPAC规定：甲苯、邻二甲苯、异丙苯、
简写为
5、但凯库勒不能解释：
X与
X
X
X
实际上是相同的
6、现代物理方法证明：
H
120°
H
0.1397nm
H
正六边形结构 所有的原子共平面
120°
0.1397nm CC 键长均为 0.1397nm
H
H
CH键长均为 0.110nm
0.110nm H
所有键角都为 120°
根据杂化理论：苯分子中的碳原子都是以sp2杂化 轨道成键的，故键角均为120°，所有原子均在同 一平面上。 C-C（sp2-sp2）； C-H(sp2-s)。
（4）傅氏反应
在无水三氯化铝的催化下，苯与卤代烷反应， 生成烷基苯——傅氏烷基化反应。
+ CH3CH2Br 无水AlCl3
CH2CH3 + HBr
当引入的烷基为三个碳以上时，引入的烷基 会发生碳链异构现象。例如：
+ CH3CH2CH2Cl AlCl3
CH3 CH +
CH3
CH2CH2CH3
异丙苯（主 ） 正丙苯
命名：
1、简单的命名与相应的脂肪烃基本相同，在 名称前加一“环”字；
2、当环上有取代基，取代基位置数字按“最 小原则”将环编号，不同取代基顺序按“次 序规则”小的优先列出；
环烃
1
取代环己烷的构象：
(1)一元取代基多 以e键与环相连： (2)二元（以上）取代物以e键取代基最多的构象为稳定构象： 1,2二甲基环己烷：
顺式-ae型 (3)若有两个不同取 代基，以较大基团占 据e键（空阻小）：
反式-ee型
顺-1-甲基-4-异丙基环己烷
1
4 构象式的书写 (1) 向上或者向下倾斜30度角，画两条平行线。 (2) 由平行线的突出端点向相反的方向再引出两条平行 线，它们与原来的平行线呈120度角。 (3) 将缺少的线段补齐。
1
近代物理方法测定，环丙烷的C－C键是弯曲键，呈香 蕉状。键角有所压缩，电子云重叠不是沿着原子轨道的 轴线方向，所以键不稳定，容易打开。
1
2 环丁烷：键角小于原子轨道轴夹角，分子也有张力 。为了使分子稳定，键角趋向109.5。，它的构型象蝴 蝶。
3 环戊烷：分子没有张力，其构型象信封，四个碳原 子在一个平面上，另一个伸出平面，键角109.5。。
第四章 环烃
1
环烃包括脂环烃和芳香烃。 脂环烃包括环烷烃、环烯烃、环炔烃， 它们的性质与开链烃相同，所以叫脂环烃 。
1
§1 脂环烃
一 命名
1 简单的环烃命名与开链烃一样，加一个环子。 2 环上有取代基称某基某环烃。
1
3 环上有两个或两个以上 取代基时，由小取代基所 连的碳原子开始编号，命 名时写出取代基的位置和 名称。 4 取代基结构复杂时，把 环看成取代基。
1
五 环烷烃的性质
1 环烃具有一般开链烃的性质
1
2 小环烷烃的特性：开环加成 (1) 催化加氢
(2) 与溴加成
小环烷烃可使溴水褪色
1
(3)与卤化氢加成：环破裂于取代基最多和最少的碳 原子之间。加成遵守马氏规则。(只有环丙烷)
取代环己烷的构象：
(1)一元取代基多 以e键与环相连： (2)二元（以上）取代物以e键取代基最多的构象为稳定构象： 1,2二甲基环己烷：
顺式-ae型 (3)若有两个不同取 代基，以较大基团占 据e键（空阻小）：
反式-ee型
顺-1-甲基-4-异丙基环己烷
1
4 构象式的书写 (1) 向上或者向下倾斜30度角，画两条平行线。 (2) 由平行线的突出端点向相反的方向再引出两条平行 线，它们与原来的平行线呈120度角。 (3) 将缺少的线段补齐。
1
近代物理方法测定，环丙烷的C－C键是弯曲键，呈香 蕉状。键角有所压缩，电子云重叠不是沿着原子轨道的 轴线方向，所以键不稳定，容易打开。
1
2 环丁烷：键角小于原子轨道轴夹角，分子也有张力 。为了使分子稳定，键角趋向109.5。，它的构型象蝴 蝶。
3 环戊烷：分子没有张力，其构型象信封，四个碳原 子在一个平面上，另一个伸出平面，键角109.5。。
第四章 环烃
1
环烃包括脂环烃和芳香烃。 脂环烃包括环烷烃、环烯烃、环炔烃， 它们的性质与开链烃相同，所以叫脂环烃 。
1
§1 脂环烃
一 命名
1 简单的环烃命名与开链烃一样，加一个环子。 2 环上有取代基称某基某环烃。
1
3 环上有两个或两个以上 取代基时，由小取代基所 连的碳原子开始编号，命 名时写出取代基的位置和 名称。 4 取代基结构复杂时，把 环看成取代基。
1
五 环烷烃的性质
1 环烃具有一般开链烃的性质
1
2 小环烷烃的特性：开环加成 (1) 催化加氢
(2) 与溴加成
小环烷烃可使溴水褪色
1
(3)与卤化氢加成：环破裂于取代基最多和最少的碳 原子之间。加成遵守马氏规则。(只有环丙烷)
第四章 环烃
CH3 CH3
⑵多取代环已烷：e—取代基最多的构象；大取代基 在e键上的构象。例如
CH 3 H 3C
＜
ae型（顺式）
CH(CH 3)2 CH 3
H 3C CH 3
ee型（反式），稳定构象
CH 3
＜
CH(CH 3)2
五、脂环烃的性质 （一）物理性质 m.p、b.p、ρ较同C脂肪烃高（对称性、刚性所 致）。 （二）化学性质 1、取代反应——游离基取代（类似于烷烃）
a e
椅式构象
船式构象
2、椅式构象中的a键（直立键）和e键（平伏键） 在环己烷的椅式构象中，每个C上各有一个a键和 e键，相邻两个C上的a键（或e键）一个向上，另 一个向下；而相隔一个C的两个C上的a键（或e键） 的方向一致（顺式）；处于对位的两个C上的a键 （或e键）的方向相反（反式）。 3、环已烷衍生物的优势构象 ⑴一取代环已烷：e—取代环已烷为优势构象。例如
三、化学性质 芳烃由于具有芳香性，芳环具有特殊的稳定性， 发生化学反应时主要表现在芳环上氢原子的取代反 应。 1、取代反应 Fe粉 H Br ⑴卤代 ＋ Br2 ＋ HBr
or: FeCl3
强烈条件下成二卤代（邻、对位）物：
Br Br ＋ Br2 FeCl3 Br ＋ Br Br
A.卤代活性：
F＞Cl＞Br＞I；烷基苯＞苯
CH3 C Cl CH2CH2CH3
3、不饱和键的反应—加成、氧化（环烯烃、环炔烃 具有一般不饱和键的通性）
+ HBr Br
HNO3 加热
COOH COOH CHO CHO
①
O3
② Zn/H2O
Ⅱ.芳香烃
【前言】 一、芳香烃的定义 芳香族化合物 —— 从植物中提取出来的树脂或香精 油等具有芳香气味的物质。 芳香烃 —— 芳香族碳氢化合物的简称。大多含有苯 环（也 有不含 苯环） ，为苯 的同系 物（通 式为 CnH2n-6）、稠合物和衍生物。 芳香性 —— 指芳香烃所具有的，在反应中保持碳环 结构不变的特殊的稳定性（不同于脂环烃，尽管 其结构高度不饱和，但其碳环结构在化学反应中 不被破坏而开环）。
有机化学 第四章 环烃
苯结构的表达
1. Kekulé苯
Kekulé苯结构式能解释
(a) 苯的一取代物只有一种
Br
Br
Br
(b) 苯可以加氢还原为环己烷
催化剂
+ H2
Kekulé苯结构式却不能解释
(a) 苯容易发生取代反应，却难于发生加成和氧化反应
(b) 按照Kekulé结构式，邻位二取代苯应该有两个异构体， 但实际上只有一个
5
2
2'
1 1'
6 6'
3' 4'
CH3
5'
4,4'-二 甲 基 联苯
23
1
4
6
5
1,4- 联三 苯
65
1
4
2
3
1,3- 联三 苯
（2）多苯代脂肪烃：可看作脂肪烃分子中氢原子被苯取代：
CH2
CH
CH CH
二苯 甲 烷
三苯 甲 烷
二苯 乙 烯
（3）稠环芳烃：并联：两个或两个以上苯环共用两个相邻碳原子。
CH3
1
6
2
5
3
4
CH3
1,4-二甲基环己烷
CH3
3
4
2
5
6 1 CH3
1,3-二甲基环己烷
CH3
1
6
2
5
3
4
CH
CH3 CH3
1-甲基-4-异丙基环己烷
3. 当环上连有取代基及不饱和键时，即为环烯(炔)烃时， 不饱和键以最小的号数表示。
4-甲基环已烯
CH3
4
5
3
6
2
1
4. 某些情况下，如当简单的环上连有较长的碳链时，也 可将环当作取代基，如：
第五章 环烃
c
从环丁烷开始，组成环的碳原子均不在同一平面上。
环丁烷成键原子轨道重叠程度比 环丙烷大，角张力小，分子较环丙 烷稳定，较难发生开环反应。 环丁烷分子结构图 环戊烷分子中成键轨道几乎在 其对称轴方向上重叠，C-C-C键 角为108o。角张力很小，分子较 稳定，难以发生开环反应。
环戊烷分子结构图
环己烷、环庚烷及大环化合物的分子中，已不存 在弯曲键，C-C-C键角为109º 28´，无环张力，分子很 稳定。性质类似于开链烷烃。自然界中以六元环化合 物存在的居多，其次是五元环。
H
H
1
CH3
3
H3C
1 3
CH3
CH3 H
a, a-
e, e优势构象
1, 3-cis
trans-1, 3-二甲基环己烷
H CH3
3 1
CH3
3
CH3 CH3 H
1
H3 C
1
3
a, e-
能量相等
e, a-
CH3
1, 3-trans
cis-1, 4-二甲基环己烷
CH3 H3C
H3C H
4
1
CH3 H H3C
螺环烷烃 • 二环螺环烷烃命名时，以“螺”字为词头， 按成环碳原子总数称为“某烷”。 • 方括号内标明两个环除螺碳原子以外的碳原 子数目,书写顺序是由小环到大环。小环中与螺 原子相邻的碳原子编号为“1”，沿小环通过螺 原子到大环。
• 有取代基的，编号使取代基最小。
7
6
5 4
3
1 6 2
7 4
1 2
4
1
4
CH3
1
1, 4-cis
a, e能量相等
4第四章 环烃
CH3与C3为邻位交叉 CH3与C3为邻位交叉
27
若环上连有不同的取代基， 若环上连有不同的取代基，一般是体积大的取 代基优先处于e键 代基优先处于 键。
C(CH3)3 CH3
H3C C(CH3)3
顺-1-甲基 叔丁基环己烷 甲基-4-叔丁基环己烷 甲基
甲基-4-异丙基环己烷 反-1-甲基 异丙基环己烷 甲基
名 称 环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 成环 碳数 3 4 5 6 7 分子燃烧热 /KJ·mol-1 · 2091 2744 3320 3951 4637 －CH2－的 平均燃烧热 /KJ·mol-1 · 697 686 664 659 662 名称 环辛烷 环壬烷 环癸烷 环十五烷 开链烷烃 成环 碳数 8 9 10 15 －CH2－的 分子燃烧热 平均燃烧热 /KJ·mol-1 · /KJ·mol-1 · 5310 664 5981 665 6636 664 9885 660 659
萘 naphthalene
莰烷 camphane camphane
2-莰酮（樟脑） 樟脑） camphor camphor
11
3、环烷烃的结构 、环烷烃的结构
1 ) 环的大小与环的稳定性
燃烧热:指 化合物完全燃烧生成二氧化碳和 燃烧热 指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和 水所放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。 水所放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。
31
2）加卤素 ）
+ Br2
CCl4
偏离109.5 偏离109.5o
C-H 重叠
环己烷不是平面型分子
15
环己烷碳架是折叠的， 环己烷碳架是折叠的，C－C－C键角为109.5°， 键角为109.5° 109.5 是无张力环。 是无张力环。
第四章 环烃
CH3 CH3 CH3 (连三甲苯) 1,2,3-三甲苯 1,2,3-trimethylbenzene CH3 CH3 CH3 (偏三甲苯) 1,2,4-三甲苯 H3C CH3 CH3
(均三甲苯) 1.3.5-三甲苯
1,2,4-trimethylbenzene 1,3,5-trimethylbenzene
第 四 章
环
烃
由碳氢两种元素组成的具有环状结构的 烃类化合物称为环烃。根据碳环的结构不
同，环烃可分为脂环烃和芳香烃两大类。
第一节 命名
脂环烃
（1）环烷烃的命名：
以环烷烃为母体，在与成环碳原子总数
相应的烷烃名称前冠以“环”字，称为环某
烷。 环丙烷 （cyclopropane）
环烷烃上若有取代基时：
① 若只有一个取代基，则将取代基的名称
置于母体环烷烃名称前，不需要给取代
基编号。
② 若环上连有多个取代基，从优先顺序较
小的基团所连的碳原子开始编号，并使
其他取代基具有较小的位次。
CH3 CH2CH3
1－甲基－2－乙基环戊烷
（2）不饱和的脂环烃的命名：
母体为“环某烯”或者“环某炔”。
① 含有一个不饱和键时，从不饱和键开
共轭效应方向是 一致的。硝
NO 2
基苯取代比苯难并主要在间位。
+
-
（1） 第一类定位基（邻对位定位基）
NR2, NH2, OH, OR, NHCOR, O COR, 定位效应减弱 CH3 ( R ), Ar, X (Cl ,Br,I )
钝化基
活化基
结构特点：与苯环相连的原子不含有双键或 叁键、多数具有未共用电子对。
苯的烷基化反应(Alkylation reaction)
(均三甲苯) 1.3.5-三甲苯
1,2,4-trimethylbenzene 1,3,5-trimethylbenzene
第 四 章
环
烃
由碳氢两种元素组成的具有环状结构的 烃类化合物称为环烃。根据碳环的结构不
同，环烃可分为脂环烃和芳香烃两大类。
第一节 命名
脂环烃
（1）环烷烃的命名：
以环烷烃为母体，在与成环碳原子总数
相应的烷烃名称前冠以“环”字，称为环某
烷。 环丙烷 （cyclopropane）
环烷烃上若有取代基时：
① 若只有一个取代基，则将取代基的名称
置于母体环烷烃名称前，不需要给取代
基编号。
② 若环上连有多个取代基，从优先顺序较
小的基团所连的碳原子开始编号，并使
其他取代基具有较小的位次。
CH3 CH2CH3
1－甲基－2－乙基环戊烷
（2）不饱和的脂环烃的命名：
母体为“环某烯”或者“环某炔”。
① 含有一个不饱和键时，从不饱和键开
共轭效应方向是 一致的。硝
NO 2
基苯取代比苯难并主要在间位。
+
-
（1） 第一类定位基（邻对位定位基）
NR2, NH2, OH, OR, NHCOR, O COR, 定位效应减弱 CH3 ( R ), Ar, X (Cl ,Br,I )
钝化基
活化基
结构特点：与苯环相连的原子不含有双键或 叁键、多数具有未共用电子对。
苯的烷基化反应(Alkylation reaction)
(2012)第四章 环烃
环烷烃（CnH2n） 单环脂环烃: 环烯烃 （一个碳环结构） 环炔烃（少见） 环烃 双环脂环烃：含有两个碳环结构 多环脂环烃：含有两个以上的碳环 双环脂环烃：含有两个碳环结构 多环脂环烃：含有两个以上的碳环
螺环烃(helical hydrocarbon)：两环 共用一个碳原子的脂环烃。共用碳原 子称为螺原子。 桥环烃 (bridged hydrocarbon) ：两 环共用两个或两个以上碳原子的脂环 烃。共用碳原子称为桥头碳原子，连 接在桥头碳原子间的碳链则称为“桥 路”。Biblioteka 转环作用 稳定性相同
反-1,2-二甲基环己烷则不同：
CH3 a a CH3 e CH3 e CH3
优势构象
总而言之:
1.环己烷的优势构象椅式构象； 2.单取代环己烷的优势构象是e取代构象； 3.多取代环己烷的优势构象是e取代多的构象；
4.如果有选择，较大基团在e键时为优势构象。
3.转(翻)环作用
一种椅式构象可以转变为另一种椅式构象，此 时a键转变为e键，e键转变为a键。 看模型。
4.取代环己烷的构象
环己烷中碳上氢原子被取代时，取代基在 e键上较稳定，称为的取代环己烷的优势 构象。例如：
H H CH3 CH3
优势构象
5. 二取代环己烷的构象
教材p60: 1,1-二取代没有异构体； 1,2-二取代则有构型异构和构象异构。 例如顺-1,2-二甲基环己烷：
二、苯的结构
1．苯分子的Kekule结构式： 苯的分子式及其 Kekule 结构式显示出高度 的不饱和性（含有三个C=C）. 苯的化学性质较稳定，不容易发生加成反 应和氧化反应，可以发生取代反应，这种 特性称为“芳香性”，为芳香族化合物的 共同特征。
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碳环的断裂：发生在含氢最多和含氢最少的 两个碳原子之间。 加成规律： 遵循不对称加成规律。
2013-8-6
10
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
3、 氧化反应：
+
KMnO4
不反应
可与烯烃或炔烃区别开来。
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
2013-8-6
11
芳香烃的结构、分类、命名 芳香性的概念
向心结构式
2013-8-6
13
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
苯现在的表达方式
价键式 分子轨道离域式
共振式
自旋偶合价键理论 （1986年Copper等提出）
2013-8-6
14
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
2013-8-6
15
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
H H H
H H H
4、 烷基苯的氧化( 侧链氧化 )：
CH2CH3
KMn O4 / H3O+
COOH
苯环较稳定，不易氧化，故用该法可将苯和烷基苯区 别开来。 无论烷基侧链的长短，其氧化产物通常都是苯甲酸。
没有α- H 的烷基苯很难被氧化。
2013-8-6
27
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
稠环芳烃
（一）稠环芳烃概述
5'
（二）联苯
三联苯
Cl Cl 3 4 5 6 2 1 1' 6' 5' 2' 3' 4' 4 5 3
2
NO 2 1 1' 6
2' 3' 4' 6' 5' NO 2
2，2’-二氯联苯
2013-8-6
2，4’-二硝基联苯
21
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
芳香烃的性质
1、取代反应
B r
（1）卤代反应：在铁或卤化铁的存在下，卤素与 苯发生取代反应。 + Br2
链为1位，然后使支链的编号最小。当苯环上的所
连烷基碳原子多于苯环上的碳原子时，以烷基为
母体，苯环为取代基，命名原则与烷烃相同。 例如：
CH3
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
CH2CH3
3-乙基甲苯， 不叫 3-甲基乙苯
2013-8-6
2-甲基-3-苯基戊烷
19
几个常见的芳烃基
苯基（Ph）（C6H5—） 苄基 ( C6H5- CH2 - ) 芳基（Ar-）
技 术 学 院
2013-8-6
16
芳香烃的命名
——命名规则：
1、苯环上连有简单烷基的芳香烃命名时，以苯环 作母体，侧链作为取代基称“某（烷基）苯”。 2、苯环上有两个或两个以上相同的取代基时，应 将苯环碳原子编号，以确定取代基的位置。 编号时使支链的位置序数之和最小。或用“邻、 间、对、连、偏、均”等表示取代基的相对位置。
环丁烷的结构与环丙烷相似，但角张力比环 丙烷小，所以环丁烷比环丙烷稳定。 环戊烷的角张力很小，分子稳定，不易发生
开环作用。
环已烷以上的环烷烃成环的碳原子不在同一 平面上。在成环时，轨道沿SP3杂化轨道伸展方向
上重叠，形成C-Cσ键。原子轨道不再弯曲重叠，
无角张力。
2013-8-6
7
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
CH2-CH3 + HCl CH2-CH3 O — C—CH3
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
AlCl3
+ CH3 — C—Cl
2013-8-6
AlCl3
+ HCl
24
2、 加成反应
加氢反应：
+ 3 H2
Ni 。 180 ~ 210 C, 18MPa
Cl
加氯反应：
+ 3 Cl2
紫外光
Cl Cl Cl
现代物理实验方法测得，苯分子是平面结构，所有的碳 氢原子都在同一平面上，键角为120°，键长完全平均化， 六个 C—C 键等（ 0.139nm）。 根据杂化轨道理论，在苯分子中碳原子以sp2杂化，碳
原子间通过sp2杂化轨道形成六个碳碳键σ键和六个碳氢σ键。 上 海 每个碳原子剩余的p轨道，垂直于σ键所在平面，互相平行重 农 林 叠形成共轭π键。苯分子中的共轭π键是环状、闭合的共轭体 职 业 系， π电子离域，电子云密度分布完全平均化。
环烷烃的结构、命名
环烷烃指分子中只含有碳碳单键的环烃。 通式：CnH2n。 环烷烃和烯烃的通式相同，碳原子数相同 的环烷烃和烯烃互为官能团异构体。
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
CH3
C 2H 5 CH3CH3
CH3 CH3
2013-8-6
4
小环烷烃的角张力较大。 例 环丙烷
2013-8-6
4
CH3
环烷烃的化学性质
1、取代反应
H H
+
Cl Cl2
25℃ hν
H
氯代环己烷
+
HCl
2、加成反应
+ +
H2 H2
Ni 80℃ Ni 200℃
CH3 CH2 CH3 CH3CH2C
CH2 Br
CH2
CH2 Br
9
溴水 褪色
2013-8-6
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
1、C/H的比例高。
2、具有平面和接近平面的环状结构。
3、键长接近平均化。 4、化学性质稳定，易发生亲电取代而 不易发生加成。
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
2013-8-6
12
芳香烃的结构
——苯的结构
历史上苯的表达方式
Kekul’e式
双环结构式（杜瓦苯）
棱形结构式（棱晶烷）
对位键结构式
余价结构式
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
邻二甲苯
2013-8-6
间二甲苯
对二甲苯
17
CH3 CH3 CH3
CH3 CH3 H3C CH3
CH3
CH3
连三甲苯
偏三甲苯
均三甲苯
芳香化合物命名中保留的母体及其名称
CH3
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
甲苯
苯乙烯
2013-8-6
18
3、如果苯环上所连烷基不同，编号时选最小的支
海 农 林 职 业 技 术 学 院
HNO3 (浓)+H2SO4(浓) 100℃
NO2
NO2
2013-8-6
NO2
23
（3）磺化反应：苯环上的氢被磺酸基取代的反应。
70~80℃
+H2SO4(浓) （4）烷基化和酰基化反应
AlCl3
SO3H 苯磺酸
+H2O
（又称付瑞德—克拉夫兹反应，简称付—克反应）
+ CH3-CH2Cl + CH2— —CH2 O
Cl Cl
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
六氯化苯
* 与溴水无反应（溴水不褪色）
2013-8-6
25
3、苯环氧化反应
在有适当的催化剂时，苯环能被氧化成二元酸酐。
O
V2O5
+ 9 O2
O
400~500℃
O
* KMnO4不能氧化苯环（ KMnO4 不褪色）
2013-8-6
26
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
本章内容
第一节 环烷烃 第二节 芳香烃
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
2013-8-6
2
本章学习要求
1、掌握脂环烃的分类和命名；了解环烷 烃的结构；掌握环烷烃的性质。 2、了解苯的结构特点。 3、掌握单环芳烃的化学性质。 4、熟悉稠环芳烃的结构和性质。
2013-8-6
3
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
2、萘的氧化
O O O
O CH3
CrO3-HOAc 25 C
o
O
V2O5 200-500 C
o
CrO3-HOAc 10-15 C
o
温和氧化剂得醌， 强烈氧化剂得酸酐。
O
CH3
萘环比侧链更易氧化， 所以不能用侧链氧化 法制萘甲酸。
O
NH2
NO2
<O>
COOH
NO2
<O>
COOH
电子云密度高的环易被氧化。
CH3
FeBr3 + HBr
CH3
CH3
Cl
+ Cl2
FeCl3
2013-8-6
上 海 58% （bp 159oC） Cl 42% (bp162oC） 农 林 职 业 技 术 学 院 22
+
+ HCl
（2）硝化反应
CH3
30℃
CH3
CH3
+HNO3 (浓)+H2SO4(浓)
CH3
NO2
+
NO2 上
4、 多苯基脂肪烃 多苯代脂烃命名时，一般把苯基作为取代基
CH2
CH
上 海 农 林 职 业 技 术 学 院
CH2CH2
二苯甲烷
2013-8-6
三苯甲烷
1，2-二苯乙烷
20
5、 联苯
3 4 5 6 2 1 1' 6' 5' 2' 3' 4' 4 5 6 3 2 1 1' 6' 2' 3' 2" 3" 4' 1" 6" 5" 4"