环烷烃
环烷烃的概念
环烷烃的概念环烷烃是一类有机化合物，也被称为脂环烷烃或脂肪环烷烃。
它的分子结构由碳(C)和氢(H)原子组成，其中碳原子形成一个或多个环状结构，每个碳原子上连接着两个氢原子。
环烷烃的普遍化学式为CnH2n，其中n代表碳原子的数量。
环烷烃根据碳原子的环状结构可以分为多个类别，最简单的是环己烷(C6H12)，它由六个碳原子组成一个环。
其他常见的环烷烃有环戊烷、环丙烷等。
环烷烃的特点是分子结构中含有一个或多个环状结构，这种环状结构使得环烷烃相对于直链烷烃具有一些特殊的性质。
首先，由于环烷烃分子内部有较大的空间限制，环烷烃的分子难以与其他分子进行反应，使得环烷烃的化学稳定性较高。
此外，环烷烃还具有较高的沸点和熔点，比直链烷烃的物理性质要高。
环烷烃可以通过多种方法合成，最常见的方法是通过烷烃的脱氢反应得到。
例如，环己烷可以由己烷经过加热脱氢反应制得。
此外，环烷烃还可以通过环状化合物之间的反应合成，如环戊烷可以由乙烯和乙烯二聚反应得到。
环烷烃在生活中有广泛的应用。
最典型的例子是石油和天然气中的环烷烃，它们是石油和天然气中最常见的组分之一。
石油和天然气中的环烷烃可以用于生产燃料、润滑剂和化工原料。
此外，环烷烃还可用作溶剂、塑料、橡胶等领域的原料。
但是，环烷烃也存在一些环境和健康方面的问题。
环烷烃是一类挥发性有机物，它们在大气中的存在会对空气质量产生负面影响，形成臭氧、光化学烟雾等污染物。
此外，环烷烃还可能引发健康问题，如呼吸道疾病和神经系统损伤。
总之，环烷烃是一类有机化合物，具有稳定性高、物理性质特殊的特点。
它们在能源、化工和其他领域有着广泛的应用，但也带来环境和健康方面的问题。
对环烷烃的深入研究和合理利用，有助于提高环境质量，推动可持续发展。
环烷烃
• 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
1–甲基–2–乙基环己烷
CH(CH3)2
CH3
1–甲基环丁烯
5–异丙基– 1，3–环戊二烯
二、环烷烃的化学性质
卤代反应
光照 + Br2 Br + HBr
CH3 +
光照 Br2
Br CH3 + HBr
1-甲基-1 –溴环已烷
开环加成反应 (1)加H2
C 2 H H2C H2C H2C CH2 CH CH Ni / 80。 C H2 Ni H2
氧化反应 常温下环烷烃与氧化剂不反 应，不使KMnO4溶液褪色。
三、环烷烃的稳定性
与张力能有关
环丙烷 总张力能（KJ.mol-1） 115.5
环丁烷
110.4
环戊烷 环己烷
27.0 0
结论：环烷烃的张力能越大，越不稳定。 （稳定性：环己烷 > 环戊烷 > 环丁烷 > 环丙烷）
四、环已烷的构象
环已烷的构象
（1）优势构象：椅式构象
椅式 （2）a，e键和构象的翻转
Hale Waihona Puke 船式环烷烃内容提要
环烷烃的命名 环烷烃的化学性质 环烷烃的稳定性 环已烷的构象
环烷烃
脂环烃是指性质类似脂肪烃的碳环化合
物。饱和的脂环烃又称环烷烃，通式为
CnH2n（n≥3）。
一、环烷烃的命名
1.常见环烷烃
环丙烷
环丁烷
环戊烷
环已烷
2. 复杂结构的环烷烃命名
CH3 CH3
CH3 CH2CH3
1，2–二甲基环丙烷
CH3CH2CH3
H2C H2C CH2
H2
CH2 Ni / 200 C
。 CH3CH2CH2CH3
环烷烃
第二部分：环烷烃2.7环烷烃主要内容分类和命名脂环烃的化学性质Baeyer张力学说影响环状化合物稳定性的因素 环状化合物的构象环己烷的构象取代环己烷的构象十氢化萘的构象2.7.1 分类脂环烃的定义：碳原子相互连接成环的烃 多数脂环烃性质和开链的饱和烃及不饱和烃类似•分类：饱和脂环烃（环烷烃）脂环烃环烯烃不饱和脂环烃环炔烃环戊二烯顺反异构体顺（Cis ）: 相似基团位于环平面的同一边反（Trans ）:相似基团位于环平面的两边顺-1,2-二甲基环戊烷反-1,2-二甲基环戊烷环烷烃的分类单环烷烃－－只含一个环的环烷烃桥环烷烃－－共用两个或两个以上碳原子的多环烷烃环烷烃螺环烷烃－－单环之间共用一个碳原子的多环烷烃集合环烷烃－－环与环之间用单键相连的多环烷烃多环烃是指环之间有共同碳原子的多环化合物。
根据环中共有碳原子的不同可分为：螺环烃稠环烃桥环烃螺环烃（spiro hydrocarbons）：脂环烃中两个碳环共有一个碳原子。
螺〔3，3〕庚环spiro〔3，3〕heptane螺环化合物命名时，在螺环化合物的名称前加一个螺（spiro）字，表示类型，用方括号中的阿拉伯数字表示每个环中碳的数目（共有原子除外），数字间用小黑点隔开，并按由小到大的顺序排列，母体名称由环中所含碳原子的总数表示。
3个碳的一边4个碳的一边螺原子螺〔3.4〕辛烷spiro〔3.4〕octane•编号从螺原子（共用原子）旁的一个碳原子开始，首先沿较小的环编号（如果存在），然后通过螺原子从第二个还编号。
在此编号规则基础上使取代基及官能团编号较小。
CH 3CH 31,5－二甲基螺〔3.5〕壬烷1,5－demethyspiro 〔3.5〕nonane123456789稠环烃（fused polycyclic hydrocarbons）：脂环烃中两个碳环共有两个碳原子。
双环〔4,4,0〕癸烷十氢化奈（decalin）桥环烃的命名1)词头双环（bicyclo）有时也称二环，表示它含有两个环，环数根据一个环状化合物转变成开链化合物时需断开的碳碳键数来确定。
有机化学第三章环烷烃
※ 在不同的环烃中键角大于或小于 109o28’，而正常的 SP3 杂化轨道之间的夹角为 109°28′ 即 C － C 之间的电子云 没有达到最大程度的重叠。
1 （109° 28′－60° ）＝ 24° 64′ 2 1 （109° 28′－90° ）＝ 9° 44′ 2 1 （109° 28′－108° ）＝ 0° 44′ 2 1 （109° 28′－120° ）＝ -5° 16′ 2
两个环共用两个或两个以上碳原子的化合物称桥环化合物。
3、环戊烷的结构
C：sp3杂化，轨道夹角109.5o，五边形内角为108o角张力： 109.5-108＝1.5o 可见，环戊烷分子中几乎没有什么角张力，故五元 比较稳定，不易开环，环戊烷的性质与开链烷烃相似。
事实上，环戊烷分子中的五个碳原子亦不共 平面，而主要是以“信封式”构象存在，使 五元环的环张力可进一步得到缓解。
二、化学性质
结构分析：C-C, C-H σ键牢固，化性稳定，似烷烃；
但C3—C4环易破，环可以加成，似烯烃。
1、取代反应
+ Cl2 光照 + HCl Cl Cl + HCl
+ Cl2
加热 300oC
反应条件加强, 反应程度减弱。
2、加成反应
小环烷烃，特别是环丙烷，和一些试剂作用时易发生开环。 A: 加氢（随碳原子数增加，环的稳定性增加；加氢反应条 件也愈苛刻）
7 6 5 4 3
9 1 2 8
10
1 2 5
7
6
5 4
3 2 1 CH3
7 CH3
6
4
3
8
9
螺[2, 4]庚烷
7-甲基螺[4, 5]癸烷
1－甲基螺［3，5］－5－壬烯
环烷烃
b）弯曲键 在环丙烷分子中，电子云的重叠不能沿着 sp3轨道轴对称重叠，只能偏离键轴一定的 角度以弯曲键侧面重叠，形成弯曲键
C）扭转张力 由于环中三个碳位于同一平面，相邻的C-H
环丙烷的结构图
键互相处于重叠式构象，前后两个C-H键有 电子云的斥力，有旋转成交叉式的趋向，种 斥力是由于键的扭转而形成的称为扭转张力。 环丙烷的总张力能为114KJ/mol。
环丁烷的构象
环戊烷的构象
环戊烷分子中，C-C-C夹角为108°，接近sp3杂化轨道间夹 角109.5°，环张力甚微，是比较稳定的环。但若环为平面结构， 则其C-H键都相互重叠，会有较大的扭转张力，所以，环戊烷是 以折叠式构象存在的，为非 平面结构，见右图，其中有 四个碳原子在同一平面，另 外一个碳原子在这个平面之 外，成信封式构象。 环戊烷的构象
2） 环丁烷和环戊烷的构象
环丁烷的构象 与环丙烷相似，环丁烷分子中存在着张力，但比环丙烷的 小，因在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面上，见右图： 根据结晶学和光谱学的证明， 环丁烷是以折叠状构象存在的， 这种非平面型结构可以减少C-H 的重叠，使扭转张力减小。环丁 烷分子中 C-C-C键角为 111.5°， 角张力也比环丙烷的小，所以环 丁烷比环丙烷要稳定些，总张力 能为108KJ/mol。
这种构象的张力很小，总张力能25KJ/mol，扭转张力在2.5KJ/mol 以下，因此，环戊烷的化学性质稳定。
3）环己烷的构象
在环己烷分子中，六个碳原子不在同一平面内，碳碳键 之间的夹角可以保持109.5°因此环很稳定。 A 两种极限构象——椅式和船式
椅式构象稳定的原因：
船式构象不稳定的原因：
CH3CH3
反式
顺式
2 命名
有机化学：第五章 环烷烃
? CH3 C CH3 CHC3H3
CH3 H3C CHC3H3
e, a构象
e, a构象
33
1，3-二取代环己烷的构象
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3 CH3
e, a构象
CH3 CH3
H3C
CH3
a, a构象
e, e构象，优势
34
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。 4°环上有不同取代基时，大的取代基在e键上构象最稳定。
1885年，Baeyer提出了张力学说（strain theory）:
a. 形成环的C原子都在同一平面上，并排成正多 边形； b. 在不同环中C-C键之间的夹角小于或大于正四 面体所要求的角度：109°28′； c. 环中C-C键键角的变形会产生张力，键角变形 的程度越大，张力越大，环的稳定性低，反应活 性越大。
+
Cl2
+
Cl2
+
Cl2
+
Br2
+
Cl2
hv hv 300 oC hv hv
Cl Cl
Cl Br
Cl
10
氧化反应
KMnO4
O + CO2H
O3
( Z)
Zn/H2O
OHC
CHO
11
中小环的加成反应
加氢反应
+
H2
+
H2
+
H2
Ni 80 oC
Ni 100 oC
Pt 300 oC
环烷烃
H H H H H H H H H H H H
偏离109.5o
C-H 重叠
环己烷碳架是折叠的
H H
3
H
2
H
1
H H
H H
3
4 2
H H
1
H H
6
H H
4
5 H
6
H H
5
H
H H
H
C2, C3, C5, C6 共平面
H
H
椅式构象 (chair form)
船式构象 (boat form)
（打开一根 C-C 键）
H 2 / Pt, 50 o C
3 1
CH 3
3
CH 2 CH 3
or N i, 80 o C
C H 3 C HC H 2 C H 3
1
支链多 较稳定
主要产物
H 2 / Pt, 120 o C or N i, 200 C
o
CH 3 CH 2 CH 2 C H 3
小环化合物与卤素的反应
3-甲基-4-环丁基庚烷 4-cyclobutyl-3-methylheptane
2 1 1'
2'
环可作为取代基
3'
（称环基） 相同环连结时，可
3
联环丙烷 bicyclopropane
用词头“联”开头。
桥环烃（Bridged hydrocarbon）的命名
桥头间的碳原子数
2 1 3 4 5
小 环
C3 C4 C5 C7
环丙烷 环丁烷
697.1 686.1
中 环 大 环
C8 C11 C12
有机化学-环烷烃
1
1
2
2 3
➢ 取代基位置数字取最小
3 4
1, 3-二甲基环己烷
1, 3-dimethylcyclohexane
1-甲基-4-异丙基环己烷
4-isopropyl-1methylcyclohexane
CH3
CH3
H
H
H3C H
CH3 H
H3C
CH3
顺-1,3-二甲基环戊烷 (cis-1, 3-dimethylcyclopentane)
桥头碳原子
10 2
9
1
3
8
6
4
7
5
十氢萘
环的数目
桥头间的碳原子数
(用"."隔开)
二环[4. 4. 0]癸烷
bicyclo[4. 4. 0]decane
组成桥环的 碳原子总数
✓桥 头 碳：几个环共用的碳原子， ✓环的数目：断裂二根C—C键可成链状烷烃为二环；断裂三根C—C
键可成链状烷烃为三环 ✓桥头间碳原子数：不包括桥头C，由多到少列出 ✓环的编号方法：从桥头开始，先长链后短链
椅式构象
H
H
3
H
H
2
1
H H4
56
H H
H
H
H
H
H H3
4
H H
H
5
1H
6
2H
H
C4-C3
C6-C1
交叉式
2.50nm
H
H
HH
H~H之间距离均大于
HH H
H H
H
2.49nm
H
H的Van der Waal’s半
有机化学：第四章 环烷烃
环烷烃
单环烷烃----只含一个环的环烷烃
桥环烷烃----共用两个或两个以上碳原子 的多环烷烃
螺环烷烃----单环之间共用一个碳原子 的多环烷烃
集合环烷烃----环与环之间以单键直接相 连的多环烷烃
3
Xiamen University of China
4.2 环烷烃的异构和命名
• 碳架异构、顺反异构、旋光异构、构象异构
23
构象转换体
两个椅式构象之间的能垒为44.3 kJ/mol
19
Xiamen University of China
2.取代环己烷的构象
优势构象：大的取代基处于平伏键（e键）
H CH3
95%
H
CH3
C CH3
CH3
99.99%
H
5% CH3
CH3
H CH3 C CH3
H
H
20
Xiamen University of China
H2 Pt / C, 50 C
CH3CH2CH3
H2 Pt / C, 200 C
CH3CH2CH2CH3
11
Xiamen University of China
加卤素
12
Xiamen University of China
加卤化氢
HBr HI HBr
CH3CH2CH2Br I
CH3 CH3
Br
烷基取代环丙烷开环规律：环断裂发生在与氢连接 最多及最少的两个成环碳上，且符合马氏规律
Cl
CH3
H
H
H
CH3
CH3 H
反-1，2-环已二醇
顺-1-甲基-4-氯环已烷
环烷烃
成开链化合物所需打破 的碳碳键的数目。
螺环(共用一个碳） 按环的连接方式分 桥环(共用两个或两个以上的碳）
二、命名
1. 单环烷烃
a. 按成环C数目，称为“环某烷”；
b. 编号，从取代基最小的C开始，按较先遇到其他取代基的方向编号。 例
环丙烷
环丁烷
环戊烷
环己烷
CH3
5 4
1
2
CH3
二、小环烷烃特有的反应 1. 加氢开环
h
CH2 H2C CH Cl + HCl
H2,Ni CH3CH2CH3 80 C H2,Ni CH3CH2CH2CH3 120 C H2,Ni CH3CH2CH2CH2CH3 300 C
2.加卤素、加卤化氢开环
+ Br2 + HBr
BrCH2CH2CH2Br CH3CH2CH2Br
c. H间距(0.25nm)大于氢原子范氏半 径之和(0.24nm)，无范氏张力。
球棒模型
椅式构象中的C－H键类型
直 立 键 『 键 』
H
凡与垂直轴平 行的C—H键 凡与垂直轴 。 成109 28’ 的C－H键
平伏键（e键）
H
H H 0.252nm
H
a
H H
H
H H H
H
环己烷椅式构象
直立键 平伏键
例
螺原子 3 2 4 10 5 1 6 7 9 8
6 7 5 4
CH3
3 2
4-甲基螺
1
螺[4.5]癸烷
பைடு நூலகம்
5-甲基螺[3.4]辛烷
4-甲基螺[2.4]庚烷
4. 桥环烷烃命名（P56）
桥头碳原子：两环共用的碳原子。 桥：两个桥头碳原子之间的碳链或一个键。
大学有机化学课件第二节环烷烃
2023/10/6
十氢萘
二、环烷烃得理化性质
(一)物理性质
状态:环丙烷、环丁烷为气态;常见 环为
(二)化学性质
液态;中环和大环为固态。
沸点、熔点、密度:比开链烷烃高。
1、卤代反应
H2CCHC2溶H解2 性+ C:不l2 溶h于 水H,可2CC溶H于C2 H有C机l溶+剂H。Cl 稳定性:六元环＞五元环＞四元环＞三
H
0.252nm
H
行得C—H键 得C－H键
H
H
H HH
H H
H
H
H
2023/10/6
椅式构象中有六个直立键,六个平伏键。直立键和周围
其她键之间得距离较近,原子间得斥力大,所以不稳定。
平伏键和周围其她原子间得距离远,原子间斥力小,所以
较稳定。
平伏键
H
H
直立键
H
2023/10/6
H H
H H
H
H H
H H
2023/10/6
螺原子
3、桥环脂环烃得命名
(1)注明词头 (2)确定母体 (3)注明环得结构 (4)编号 (5)名称书写:同烷烃
2023/10/6
以桥环中含环得数目为词头。如双环 、三环等。
算出所有环所含碳原子得总数,并将与这一 数字相应得链烃得名称写在词头得后面。 如:双环某烷、三环某烷等。
3、环烷烃得氧化燃烧
2023/10/6
从燃烧热值也可看出环得稳定性次序为: 六元环＞五元环＞四元环＞三元环
环丙烷 697.1
每个“CH2”单位得平均燃 烧热值越大,说明分子得内 能越高,稳定性越差。
环丁烷
环戊烷
环己烷
第二节 环烷烃
第二节环烷烃2．1环烷烃的定义和命名分子中具有碳环结构的烷烃称为环烷烃，单环烷烃的通式为C n H2n，与单烯烃互为同分异构体。
环烷烃可按分子中碳环的数目大致分为单环烷烃和多环烷烃两大类型。
1．单环烷烃最简单的环烷烃是环丙烷，从含四个碳的环烷烃开始，除具有相应的烯烃同分异构体外，还有碳环异构体，如分子式为C5H10的环烷烃具有五种碳环异构体。
为了书写方便，上述结构式可分别简化为：当环上有两个以上取代基时，还有立体异构。
单环烷烃的命名与烷烃基本相同，只是在“某烷”前加一“环”字，环烷烃若有取代基时，它所在位置的编号仍遵循最低系列原则。
只有一个取代基时“1”字可省略。
当简单的环上连有较长的碳链时，可将环当作取代基。
如：2．多环烷烃含有两个或多个碳环的环烷烃属于多环烷烃。
多环烷烃又按环的结构、位置分为桥环、螺环等。
（1）桥环两个或两个以上碳环共用两个以上碳原子的称为桥环烃，两个或两个以上环共用的叔碳原子称为“桥头碳原子”，从一个桥头到另一个桥头的碳链称为“桥”。
桥环化合物命名时，从一个桥头开始，沿最长的桥编到另一个桥头，再沿次长的桥编回到起始桥头，最短的桥最后编号。
命名时以二环、三环作词头，然后根据母体烃中碳原子总数称为某烷。
在词头“环”字后面的方括号中，由多到少写出各桥所含碳原子数(桥头碳原子不计入)，同时各数字间用下角圆点隔开，有取代基时，应使取代基编号较小。
例如：1，2，7-三甲基-双环[2.2.1]庚烷双环[4.4.0]癸烷双环[2.2.1]庚烷（2）螺环脂环烃分子中两个碳环共用一个碳原子的称为螺环烃，共用的碳原子为螺原子。
命名时根据成环的碳原子总数称为螺某烷，编号从小环开始，经过螺原子编至大环，在“螺”字之后的方括号中，注明各螺环所含的碳原子数(螺原子除外)，先小环再大环，数字间用下角圆点隔开。
有取代基的要使其编号较小。
例如：5-甲基螺[3.4]辛烷 1，6-二甲基螺[3.5]壬烷2．2环烷烃的物理性质在常温常压下，环丙烷与环丁烷为气体，环戊烷、环己烷为液体。
有机化学 第五章 环烷烃
R H +X X R X+H X
通过自由基取代H原子的反应——自由基 取代反应。 (1) 卤化反应(halogenation)：
R H + X2 烷烃 卤素
h ν 或△
在光、高温或催化剂作用下，烷烃、环烷烃 (小环烷烃除外)，与卤素分子反应，生成 卤代烷和卤化氢。
十二烷
氯十二烷
氧化反应(oxidation) 烷烃和环烷烃在空气中可以燃烧:
CH4 + 2O2 + 9O2
燃烧
CO2 + 2H2O + 891 kJ·mol-1 6CO2 + 6H2O + 3954 kJ·mol-1
燃烧
工业上对烷烃或环烷烃氧化反应的利用：
R CH2 CH2
MnO2 R' + O2 110℃
脂肪烃 烃
脂环烃
碳骨架 的 类型
开 链： 乙烷、丁烷
环状：
5.1 环烷烃的通式分类构造异构和命名
环烷烃的通式
环烷烃的通式： CnH2n
CH2 H 2C CH2
H2C H2C
CH2 H2C CH2 CH2 H2C CH2
CH2
CH2 H2C CH2 H2C CH2 CH2
环丙烷
Байду номын сангаас环丁烷
环戊 烷
环己烷
环烷烃的通式： CnH2n
CH3 C2H5
1-甲基-2-乙基环戊烷
当环上有不饱和键时 要使不饱和键编号 最低，并使取代基编号较小。
1 2 5 4 3
3,5-二甲基环己烯
当取代基比较复杂或链长环小时， 环 部分作为取代基。
有机化学 第三章 环烷烃
环丙烷的结构:
弯曲键
纽蔓投影式
环丁烷和环戊烷的构象:
折 叠 式 构 象
信 封 式 构 象
扭 曲 式 构 象
3.3.2 环己烷的构象 椅式构象和船式构象：
椅式构象是无张力环,稳定
船式构象存在扭转张力 和非键张力,不稳定
直立键 (a键) 和平伏键(e键)
直立键
平伏键
直 立 键 『 键 』
顺反异构:
——当环上有两个碳原子各连有不同的原子或 基团时就存在顺反异构.
例如：n=5时单环烷烃的构造异构
单环烷烃命名:
① “环”字 ② 取代基的位次和最小 ③ 小的号码表示小的取代基
顺反异构的命名：
双环烷烃：
通式CnH2n-2 根据两个碳环的位置关系分为：
命名：
隔离型双环烷烃: 联环烷烃:
立体透视式
锯架式
例：1,2-二甲基环己烷
顺式：
a,e
反式：
e,e
a,a
稳 定
反式
顺式
顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷
稳 定
优势构象
顺-4-叔丁基环己醇
稳 定
优势构象
顺-1-甲基-3-氯环己烷
多取代环己烷:
全顺式-1,2,4-三甲基环己烷
十氢化萘的结构:
稳 定
第三章
环烷烃
环烷烃的定义、分类、异构和命名 环烷烃的性质 环烷烃的环张力和稳定性 环己烷的构象
3.1 脂环烃的定义、分类、异构和命名
脂环烃——具有环状碳骨架,而性质上与脂肪
烃相似的烃类。分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃.
环烷烃——饱和脂环烃
环烷烃分类: 单环烷烃 双环烷烃 多环烷烃
大学有机化学上册第三章环烷烃
1915-1918
1920
W.M.Mohr
Chair model and boat model
Cyclohexane was proved to be nonplanar experimentally
1943
1950
O.Hassel
D.Barton
*环数：将桥环烃变为开链化合物需要断开的C-C键的最小数目。 b.将桥上碳原子数（不包括桥头碳）由多到少顺序列在[ ]
内，并用下角原点隔开（有几个桥就有几个数字）。 c.编号：从第一个桥头碳开始，从最长的桥编到第二个桥头 碳，再沿次长的桥回到第一个桥头碳，即按桥渐短的次序将 其余的桥依次编号。（若有取代基，则尽量使其位次较小）
讨论：为什么船式构象不稳定？
3) 环己烷的其它构象
H H 4 1 H H 6 H H H H5 2 H3 H H H H 2 H
3 1 4 6 5
扭船式
观察者
6
H H
船式
半椅式
1
.
2
.
3 5
4
HH
HH
环己烷的各构象转化势能图
2.椅式构象特点及碳氢键的分类
椅式构象特点：
5 4 3 6 2 1 4 3 5 2 6
0.18nm
H H H H H
H
H
30C-40C
0.161nm
H H H CH3 CH3
63
0
40C-10C
Me 3 C CMe 3 CMe 3
0.155nm
<C(40)C(30)C(40) 1160 <C(10)C(40)C(30) 1130
03-第三章-环烷烃
1. 化学反应 1). 取代反应
+ Br2 hν
Br + HBr
机理：自由基机理 取代反应一般在五、六元环上易发生。 2). 加成反应 小环易发生加成反应。
12
①. 加 H2
+ H2
Ni 40℃ C3 H C2 H CH3
+ H2
Ni 100℃
C3 H C2 H CH2C3 H
+ H2
Pt 300℃
角张力能Eθ 分偏 子离 中平 由衡 于位 几置 何时 原， 因所 要引 使起 键的 角张 的力 大。 小
扭转角变化
扭转角张力能Eφ
分
子
中
由
于
扭
转
角
变
化
所
引
起
的
张
力
。
22
例：顺交叉式丁烷构象，由于两个甲基的非键作用，相互排 斥，不稳定。
例：三元环、四元环由于键角变为60°、 90°，所以有一种 角张力，不稳定，易发生加成反应。
6 5
1
27
1). 椅式
4
6
5
3
2
1
C3
碳1、2、4、5是椅座。 碳1、5、6 是椅背。 碳2、3、4 是椅腿。
28
椅式C-H键的分类：
6个直立键：3个朝上，3个朝下。 都叫a键。平行于C3轴。 C3
6个平伏键：3个朝上，3个朝下。 都叫e键，与直立键成109°28/。 C3
29
结论：
①. 椅式是环己烷的最稳定的构象，在各种构象的平衡混合 物中，椅式占99.9%。 因为在椅式构象中，相邻两个碳原子上C-H键都处于交 叉式。四种张力能为零。
CH 3
有机化学-环烷烃
1、单环烷烃
单环烷烃是指分子结构中含有一个环的饱和烃类化合物。最简单的脂环烃是 环丙烷。
脂环烃是不少重要药物的主要成份。
2、分类和命名
2.1环烷烃的分类： （1）按碳数的多少分 环上碳原子数为3~4时， 称为小环；为5~6时，称为普通环；为7~12时，称为 中环；大于12时，称为大环。 （2）按环的多少分 分子中只有一个环的称为单 环；两个环的称为双环；有三个或以上环的称为多环。 （3）按环的结合方式分 两个环共用一个碳原 子——螺环；两个环共用两个碳原子——稠环；两个 环共用两个以上碳原子——桥环。
2.2 命名：
单环 在相应的开链烃名称前加一个“环”字即可，若有官能 团就使其位次号最小或尽可能的使取代基有最低的系列编号。
练习
环戊烷 甲基环丁烷 乙基环丙烷 1.1-二甲基环丙烷 1.2-二甲基-1-乙基环丙烷
二、环烷烃的物理性质பைடு நூலகம்1、在常温常压下，环丙烷与环丁烷为气体，环戊烷、环己烷为 液体。 2、环烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂，比水轻。环烷烃的沸点、 熔点、相对密度都比同碳原子数的烷烃高
第二节 环烷烃
一、环烷烃 环烷烃（huán wán tīng），含有脂环结构的饱和烃。 有单环脂环和稠环脂环。 含有1个脂环且环上无取代烷基的环烷烃，
。环戊烷、环己烷及它们的烷基取代衍生物是石 油产品中常见的环烷烃。稠环环烷烃存在于高沸点石油 馏分中。环烷烃有很高的发热量，凝固点低，抗爆性介 于正构烃和异构烃之间。化学性质和烷烃相似。其中以 五碳脂环和六碳脂环的性质较稳定。
三、环烷烃的化学性质
乙二酸是合成尼龙的单体
环烷烃——精选推荐
2.2 环烷烃(cycloalkane)一、环烷烃的分类和命名(一)环烷烃的分类小环：三元环、四元环中环：七元环十二元环大环：十二元环以上常见环：五元环、六元环单环环烷烃螺环烃桥环烃环烷烃多环环烷烃(二)环烷烃的命名1.单环环烷烷烃：与烷烃相似，只在母体名称前加“环”字，编号使取代基的位次最小。
环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环辛烷4-Ethyl-1,2-dimethyl-cyclopentane1,2-二甲基-4-乙基环戊烷例：2.双环螺脂环烃的命名是在成环碳原子总数的烷烃名称前加上“螺”字。
螺环的编号是从螺原子的邻位碳开始，由小环经螺原子至大环，并使环上取代基的位次最小。
将连接在螺原子上的两个环的碳原子数，按由少到多的次序写在方括号中，数字之间用下角圆点隔开，标在“螺”字与烷烃名之间。
例如螺[3.4]辛烷spiro[3.4]octane命名双桥脂环烃时，以碳环数“二环”为词头。
然后在方括号内按桥路所含碳原子的数目由多到少的次序列出，数字之间用下角圆点隔开。
方括号后写出分子中全部碳原子总数的烷烃名称。
编号的顺序是从一个桥头开始，沿最长桥路到第二桥头，再沿次长桥路回到第一桥头，最后给最短桥路编号，并使取代基位次最小。
例如：1,7-二甲基螺[4.4]壬烷1-甲基二环[4.1.0]庚烷 二环[2.2.2]辛烷1-methylbicyclo[4.1.0]heptane bicyclo[2.2.2]octane二、环烷烃的结构与稳定性 (一)拜尔张力学说o28'60o90o（1）碳原子成环时都处于同一平面，即具有平面的分子结构。
（2）根据正四面体的模型，假设成环后键角为109º28′的环状化合物不仅稳定，而且容易形成。
角张力：SP 3杂化的C 形成环丙烷时每个键必须向内偏转24º44′，形成环丁烷则须偏转9º44′，它们都有恢复稳定的正四面体结构的趋势，即键的偏转使分子内部产生了张力，这种张力是由于键角的偏转而产生，故称角张力。
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有机化学 第三章 环烷烃
CH3
实 例 二
CH2CH3 H3C
1,4-二甲基 乙基环己烷 二甲基-2-乙基环己烷 二甲基 2-ethyl -1,4-dimethylcyclohexane
有机化学 第三章 环烷烃
CH3
1 3 5
实 例 三
H 3C
CH2CH3
,
1,3-二甲基 乙基环己烷 二甲基-5-乙基环己烷 二甲基
有机化学 第三章 环烷烃
第一节 环烷烃的分类和异构现象 一 环烃的分类 单环烷烃√ 单环烷烃 桥环烷烃√ 桥环烷烃 环烷烃 螺环烷烃 螺环烷烃√ 集合环烷烃 脂环烃 环烯烃 环炔烃 环烃 芳烃 单环芳烃 多环芳烃 非苯芳烃
有机化学 第三章 环烷烃
二 单环烷烃的分类 单 环 烷 烃 的 分 类 单环烷烃的通式： 单环烷烃的通式：CnH2n n=3，4 ， n=5，6，7 ， ， n=8，9，10，11 ， ， ， n≧12 ≧ 小环化合物 普通环化合物 中环化合物 大环化合物
1.丙烷与环丙烷 丙烷与环丙烷 2. 丙烯、 二甲基环丙烷、 丙烯、1,2-二甲基环丙烷、环戊烷 二甲基环丙烷
有机化学 第三章 环烷烃
第五节 张力学说 strain theory
1880年以前，只知道有五元环，六元环。 1880年以前，只知道有五元环，六元环。 年以前 1883年 W.H.Perkin合成了三元环 四元环。 合成了三元环， 1883年，佩金 W.H.Perkin合成了三元环，四元环。 1885年 A.Baeyer提出了张力学说 提出了张力学说。 1885年，拜尔 A.Baeyer提出了张力学说。
有机化学 第三章 环烷烃
与氢溴酸、 三 与氢溴酸、氢碘酸反应★
Br
~
C H3 + HBr
开环
C H3CHCH2CH3
I CH 3CHCH2CH3
CH3 + H I
此反应是离子型机理，极性大的键易打开； 此反应是离子型机理，极性大的键易打开；三元环 离子型机理 比四元环易发生此反应，其它环不发生此反应。 比四元环易发生此反应，其它环不发生此反应。 氢总是加在含氢多的碳上, 氢总是加在含氢多的碳上,卤原子加在含氢少的 碳上.符合马氏规则.四碳环不易开环， 碳上.符合马氏规则.四碳环不易开环，在常温下与 卤素，卤化氢不反应。 卤素，卤化氢不反应。
2,7,7-trimethylbicyclo [2.2.1] heptane 6-methylbicyclo [3.2.1] octane
有机化学 第三章 环烷烃
第三节 环烷烃的物理性质 环烷烃的分子结构比链烷烃排列紧 所以，沸点、熔点、 密，所以，沸点、熔点、密度均比链 烷烃高。 烷烃高。
有机化学 第三章 环烷烃
第四节 环烷烃的化学性质
大环，中环化合物的化学性质与链烷烃相似。 大环，中环化合物的化学性质与链烷烃相似。 小环易发生开环加成反应. 小环易发生开环加成反应. 小环与普通环化合物的性质对比如下： 小环与普通环化合物的性质对比如下：
一 与氢加成
40℃ 80oC
CH3CH2CH3 Ni
200oC 100℃ Ni
有机化学 第三章 环烷烃
CH3
实 例 一
环
CH2CH3
CH3CHCH2CHCH2CH3
烷
2-
-4-环 环
烷
ethylcyclohexane
4-cyclohexyl-2-methylhexane
侧链比较简单, 以环为母体, 链为取代基, 侧链比较简单, 以环为母体, 链为取代基, 侧链比较复杂, 以链为母体, 环为取代基。 侧链比较复杂, 以链为母体, 环为取代基。
有机化学 第三章 环烷烃
止 环烷烃 厚 第三章 于cycloalkanes 德 至 善 博 学
exit exit
有机化学 第三章 环烷烃
环烷烃提纲
第一节 第一节 第二节 第二节 第三节 第三节 第四节 第四节 第五节 第五节 第六节 第六节 单环烷烃的分类和异构现象 环烷烃的命名 环烷烃的物理性质 环烷烃的化学性质★ 环张力学说 环己烷的构象 环己烷的构象★
+ H2
50oC Pt / C
120oC Pt / C
CH3CH2CH3
CH3CH2CH2CH3
+ H2
CH3CH2CH2CH3
有机化学 第三章 环烷烃
二 与氯和溴反应
Cl
hν
取代
+ Cl2
Br
FeCl3
开环
ClCH2CH2CH2Cl
hν
取代
Br2
开环
Br
+ Cl2 Br2
Cl Br
取代反应： 各种环相似） 取代反应：自由基机理 （各种环相似） 开环反应：离子型机理， 开环反应：离子型机理，极性条件有利于开环反应的发生 。 环的活性: 三元环>四元环> >普通环 环的活性: 三元环>四元环> >普通环
实 例 五
H3C H H CH3
H3C H H CH3
(1S,2S)
-1,2-
环
烷
(1R,2R)
-1,2-
环
烷
(1S,2S)-1,2-dimethylcyclopropane (1R,2R)-1,2-dimethylcyclopropane
练习问题3.1 练习问题3.1 ，3.2
有机化学 第三章 环烷烃
张力学说提出的基础
•所有的碳都应有正四面体结构。 所有的碳都应有正四面体结构。 所有的碳都应有正四面体结构 •碳原子成环后，所有成环的碳原子都处在同一平面上 碳原子成环后， 同一平面上 碳原子成环后 所有成环的碳原子都处在同一平面 当环碳原子大于4 这一点是不正确的）。 （当环碳原子大于4时，这一点是不正确的）。
有机化学 第三章 环烷烃
(A) 螺化合物的命名 螺化合物的命名: (a) 组成环的碳原子总数命名为“某烷”,加上词头“螺”. 组成环的碳原子总数命名为“某烷” 加上词头“ 再把连接于螺原子的两个环的碳原子数(不含螺原子), (b) 再把连接于螺原子的两个环的碳原子数(不含螺原子), 按由小到大的次序写在“ 小到大的次序写在 某烷”之间的方括 按由小到大的次序写在“螺”和“某烷”之间的方括 号里,数字用圆点分开. 数字用圆点分开. 圆点分开 螺原子 例1:
螺[2.4]庚烷 [2.4]庚烷
有机化学 第三章 环烷烃
例2: 螺[3.4]辛烷 [3.4]辛烷
带支链的螺烷★ --螺环上的编号 从连接螺原子( (c) 带支链的螺烷★ --螺环上的编号,从连接螺原子(不 螺环上的编号, 上的一个碳开始, 先编较小的环, 含 ) 上的一个碳开始 , 先编较小的环 , 然后经过螺原子 再编第二个环.编号的顺序以取代基位置号码加和数 再编第二个环.编号的顺序以取代基位置号码加和数 最小为原则. 最小为原则. 例3:
ห้องสมุดไป่ตู้
6-甲基二环[3.2.2]壬烷 甲基二环[3.2.2]壬烷 [3.2.2]
1,7-二甲基二环[3.2.2]壬烷 1,7-二甲基二环[3.2.2]壬烷 [3.2.2]
有机化学 第三章 环烷烃
例6:
8,8-二甲基二环[3.2.1]辛烷 8,8-二甲基二环[3.2.1]辛烷 [3.2.1]
例7: 二环[2.2.2]-2,5,7二环[2.2.2]-2,5,7-辛三烯 [2.2.2]
有机化学 第三章 环烷烃
练习题
二环[2.2.0]己烷 己烷 二环 二环[1.1.0]丁烷 丁烷 二环
bicyclo [2.2.0] hexane
bicyclo [1.1.0] butane
2,7,7-三甲基二环 三甲基二环[2.2.1]庚烷 三甲基二环 庚烷
6-甲基二环[3.2.1]辛烷 甲基二环 甲基二环 辛烷
(B) 双桥环化合物的命名 B)
有机化学 第三章 环烷烃
都有两个 桥头”碳原子( 两个“ (a) 都有两个“桥头”碳原子(即两个环共用的碳 原子) 三条连在两个 桥头”上的“ 连在两个“ 原子)和三条连在两个“桥头”上的“桥”. 组成环的碳原子总数命名为某烷 加词头二 某烷, (b) 组成环的碳原子总数命名为某烷,加词头二（双）环. 含碳原子数目,按由大到小 大到小的次序 (c) 各“桥”所含碳原子数目,按由大到小的次序 写在“二环” 某烷”之间的方括号里. 写在“二环”和“某烷”之间的方括号里.
二 双环化合物的命名 • 其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺环化合物. 其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺环化合物 螺环化合物. • 共用两个或以上碳原子的叫桥环化合物. 共用两个或以上碳原子的叫桥环化合物. 桥环化合物
螺原子
螺[2.4]庚烷 [2.4]庚烷
桥头碳 桥头碳
二环[2.2.1]庚烷 二环[2.2.1]庚烷 [2.2.1]
有机化学 第三章 环烷烃
三 单环烷烃的异构现象
C5H10的同分异构体 CH 2CH3
CH 3 CH 3
4
H
1 2 3
CH 3 CH 3 H
5
CH 3 H H
6
H H 3C
7
CH 3 H
H
CH 3
碳架异构体（ ） 顺反异构cis-trans碳架异构体（1-5） 顺反异构 因环大小不同， 因环大小不同，侧 isomerism（5和6，5 （ 和 ， 链长短不同， 链长短不同，侧链 和7）因成环碳原子 ） 位置不同而引起的。 位置不同而引起的。 单键不能自由旋转而 引起的。 引起的。
5-甲基螺[2.4]庚烷 甲基螺[2.4]庚烷 [2.4]
有机化学 第三章 环烷烃
命名格式 取代基+ 取代基+ 螺 + 带数字的方括号 + 母体烃的名称
例 4