5--环烷烃

109°28′，无张力；
七到十二个碳原子组成的环烷烃，环内氢原子间的扭 转张力使它们的稳定性略有下降；
当环进一步增大时, 稳定性与环己烷相似。
环二十二烷
１ 顺反异构
环烷烃环中C-C单键受环约束不能自由旋转,导致产生 顺反异构。
CH3 CH3 H H
CH3 H H CH3
顺-1,2-二甲基环丙烷
比一般C-C键短
轨道夹角105.5° 说明: C-C键被弯曲了
环丙烷分子轨道图
环丁烷
从环丁烷开始，成环碳原子均不在同一平面上。
蝴蝶型(环丁烷)
信封型
扭曲型
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。
环戊烷
环己烷分子不在同一平面上，碳原子之间的键角为
e键
同类型键： 邻位指向相反， 间位指向相同。
３ 取代环己烷的构象
(1) 一元取代环己烷的构象 一元取代环己烷中，取代基占据e键的构象更稳定。
CH3
室温
CH3
5% 95%
原因：a键上的甲基和环同一边相邻的两个a键氢原子
距离较近，存在较大的斥力。
这种斥力称为范得华张力。
0.233nm
H H
H H
0.255nm
C
H
H
0.30nm
H
氢分子
H
(2) 二元取代环己烷的构象
稳定的构象是e键上取代基最多的构象，若取代基不
同时，大的取代基在e键上的构象最稳定。
1,2-二取代：
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3 C(CH3)3
C(CH3)3
(CH3)3C
优势构象
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
H3C
命名。
4-环丙基辛烷
分子中有不饱和碳碳键，命名时应使不饱和键上的碳 编号最小。
1-甲基环戊烯
3-甲基环戊烯
3-甲基-1,4-环己二烯
(2) 二环体系
螺环烃：
两个碳环共用一个碳原子的化合物称为螺环化合物。
公共的碳原子称为螺原子。
6
5 4
1 2 3 螺[3.4]辛烷
7
8
⑴
从小环中与共有碳原子相连的碳原子开始编号， 经过共有碳原子，在由较大环回到共有碳原子。
氢生成开链烷烃，反应的活性和环的大小有关。
Ni 80℃
+ H2
CH3CH2CH3
+ H2
Ni 100 ℃
CH3CH2CH2CH3
环戊烷要用活性更高的催化剂铂，在较高的温度下才
能加氢变成开链烷烃，环己烷则很难发生加氢反应。
+ H2
Pt 300 ℃
CH3(CH2)3CH3
(2) 亲电加成反应
环丙烷在室温下可以和卤素、氢卤酸等试剂起亲电加
尽可能使取代基处在最小的位次。 母体名称前冠以“螺”，后接[ ],方括内注明 环中除共有碳原子以外的碳原子数，由小到大，之 间用圆点隔开。
9 10 5 4 1
⑵ ⑶
2
8 7 6
3 10-甲基螺[4.5]-6-癸烯
螺[4.5]-6-癸烯
桥环烃：两个碳环共用两个或两个以上碳原子。 碳桥交会处的两个碳原子称为桥头碳原子。 根据成环碳原子总数目称为二环某烷。 方括号内，记入除桥头碳原子外各桥身的碳原子
优势构象
CH3
1,3-二取代：
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
C(CH3)3
C(CH3)3
优势构象
C(CH3)3
CH3
CH3 CH3
CH3
优势构象
CH3
CH3
环己烷的1,4-二取代物，和1,2-二取代的情况类似。 如果取代基多于二个，e键上取代基最多的构象最稳定， 若取代基不同时，大的取代基在e键上的构象最稳定。
数，由大到小，之间用圆点隔开。
8 1 2 5 4 3 二环[3.2.1]辛烷
7
6
二环[2.2.0]己烷
CH2 CH2
CH CH
CH2 CH2
CH3CCH3
7,7-二甲基二环[2.2.1]庚烷
二环[4.2.0]-6-辛烯
CH3CH
CH CH2 CH2
CH2
CH2
CH
CH2
5-甲基二环[2.2.2]-2-辛烯
放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。
名 称 环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 成环 分子燃烧热 碳数 /KJ·mol-1 3 4 5 6 7 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
成反应，生成开链化合物。
+ Br2
BrCH2CH2CH2Br
FeCl3
+ Cl2
+ Br2
ClCH2CH2CH2Cl
BrCH2CH2CH2CH2Br
Δ
环丙烷的烷基衍生物和氢卤酸加成时，符合马氏规则。 环的破裂发生在取代基最多的和取代基最少的两个碳 原子之间。
CH3
+ HBr
CH3CHCH2CH3 Br
+
H2 , Ni
AlCl3
１ 分子内偶联
Wurtz合成
CH2Br CH2Br
Br Br
Na
K
２ Diels-Alder反应
CO + O CO CO CO O
３ 碳烯和双键的加成
C C CH2 +· · C C
这种方法常用于合成三元环。
碳烯又称卡宾，是有机反应中的一种活性中间体，一般
以R2C:表示。
１ 脂环烃的分类
分类
饱和脂环烃 不饱和脂环烃
单脂环烃
分类 多脂环烃
稠环烃 螺环烃 桥环烃
在多环体系中：
螺原子
螺环烃
桥环烃
２ 系统命名
(1) 单环体系 在同数目碳原子的开链烃名称前加“环”字。 碳原子编号时，应使取代基的位次尽可能最小。
CH3
甲基环戊烷 1-甲基-4-异丙基环己烷
简单的环上连接有很长的碳链，则将环作为取代基来
制备碳烯的方法：
H R C R
－H Cl C4H9Li
+
R
C
－
Cl
－ Cl－
R C· · R
R
R C R N N
Δ
or hν
R C· · + N2 R
由环丙烷到环戊烷，随环增大，每个亚甲基单元的燃烧热依 次降低；由环己烷开始，亚甲基单元的燃烧热趋于恒定。
Baeyer张力学说（1885年）
SP3碳原子键角应为109°28’,任何与此正常键角 的偏差，都会引起分子的张力，这种张力具有力图恢 复正常键角的趋势。我们把这种张力叫角张力。
60
。
90。
108。
反-1,2-二甲基环丙烷
H
CH2CH3
反-1-甲基-4-乙基环己烷
CH3 H
2 构象异构
环己烷中C-C键的扭转可产生各种构象
典型构象为椅式和船式
5 3 6 2 1 4 5 3 6 2 1
4
椅 式
优势构象
船 式
椅 式 和 船 式 的 相 互 转 变
5, 6
2, 3
5, 6
2, 3
纽曼投影式：H H H H H NhomakorabeaH H H H H
120。
角偏差 49。28'
19。28'
1。28'
10。32'
Baeyer张力学说建立在错误假设（认为环烷烃都是平 面结构）的基础上，只对小环适用。
环丙烷
环丙烷为张力环，采取重叠式构象，所以容易破环。
环丙烷C－C键为弯曲键，类似于烯烃的键，可以发生
类似于烯烃的加成反应。
C C C
键长 0.152nm
问题: 写出下列化合物中较稳定的异构体的构象。
１ 十氢化萘
+ 5 H2
H
H
Ni
H
H
反式 顺式
这两个异构体不能自由转变，反式比顺式稳定。
也可以用下面的方式表示十氢化萘的顺反异构。
H
H
H
H
·
反式
· ·
顺式
２ 金刚烷
金刚烷最早是在石油中发现的，碳骨架结构和金刚石的
碳骨架结构相同。
金刚烷现在可由环戊二烯合成。
椅式构象中的两类C-H键 与对称轴平行为竖键（a键）
a键
e键
与对称轴近乎垂直为横键（e键）
对称轴
室温下，环己烷可由一种椅式构象转变为另一种椅式构象
H H H H H H H
H
H H
翻环
H
H
a e，e a
环己烷椅式构象的画法
先画侧面椅式折线，再交上 另一椅式折线，最后画 a键 和e键，同碳指向相反。 a键
CH3 CH3
因此，可用高锰酸钾溶液来区别烯烃和环丙烷衍生物。
在加热条件下和强氧化剂作用，或在催化剂存在下用
空气氧化，可生成各种氧化产物。
+ O2
环烷酸钴 160 ℃ , 2.5MPa
环己醇
OH
+
环己酮
O
醋酸钴
95℃,1.5MPa
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
己二酸
燃烧热: 指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和水所
CH3 CH3
CH3 + HBr
CH3 CH3 CH3 C CH CH3 Br
环丁烷需要加热发生反应；环戊烷以上，在加热条 件下也难于加成。
(3) 氧化反应
在室温下环烷烃难以氧化，和一般的氧化剂如酸性高锰
酸钾等不起反应。
CH3 CH3
CH C
CH3 CH3
CH3 CH3
KMnO4 H+
COOH + O C
HH HH H H HH H H
分子模型：
椅式构象
船式构象
椅式构象较稳定的原因： ①船式构象中相邻碳上的碳氢键全部为重叠式构象，存 在扭转张力，而椅式构象中相邻碳上的碳氢键全部为交 叉式构象，没有扭转张力。 ②船式构象中船头碳原子C1和C4上的氢原子距离较近， 斥力较大。而椅式构象中C1和C4上的氢原子距离较远， 斥力较小。
３ 物理性质
在室温和常压下，环丙烷和环丁烷为气体，环戊烷到 环十一烷为液体，环十二烷以上为固体；
环烷烃的熔点、沸点、相对密度都比含同数目碳原子
的直链烷烃高； 脂环烃均不溶于水； 脂环烃的密度在0.688~0.853之间。
１ 和开链烃相似的反应
环烷烃的自由基取代反应，常见的是卤代反应，反 应的活性和环的大小无关。
脂环化合物的命名；
环烷烃的典型构象和稳定性的关系； 环己烷的构象及其表示方法； 熟悉环烷烃的特性反应； 了解环的张力学说。 桥环和螺环化合物的命名； 环己烷和取代环己烷的构象分析。
饱和烃——烷烃 烯烃 脂肪烃
链烃
不饱和烃
脂环烃
炔烃
烃
苯型芳香烃
环烃
芳香烃
非苯型芳香烃
脂环烃: 是由碳和氢两种元素组成的一类碳环化合物。 环烷烃: 饱和的脂环烃叫环烷烃。通式CnH2n
+ Cl2
hν
Cl
300 ℃
+ Br2
Br + HBr
hν
CH3
+ Cl2
CH3 Cl + HCl
环烯烃也具有和开链烯烃相似的反应。如亲电加成、
氧化反应、α-卤代等。
+ Br2
CCl 4
Br Br
CH3+ Cl2
500℃
CH3 + Cl Cl
CH3
２ 脂环烃的特性反应
由于受到环的影响，特别是小环结构的环烷烃，具有 一些开链烷烃不同的特性。 (1) 催化加氢 环丙烷、环丁烷在催化剂作用下与氢反应，环破裂加