第二章 环烷烃(2)

单环烷烃 桥环烷烃
环烃的分类
脂环烃
环烷烃 环烯烃 环炔烃 单环芳烃 多环芳烃 非苯芳烃
螺环烷烃
环烃 芳烃
§3-1 环烷烃的分类和命名
一、环烷烃的分类
1. 根据环的大小： C3-C4 小环
C5-C7
C8-C12
普通环
中环
C13以上 大环
2. 根据环的个数： 单环烃 桥环烷烃：两个环共用两个或两个以上 碳原子。 多环烃 螺环烷烃：两个环共用一个碳原子，共 用的碳叫螺原子。
（2）普通环以上难加成，难氧化，似烷。
例题2、如何将丙烷、丙烯、环丙烷区别开？ （1） 各取少许上述三种溶液，分别加入高锰酸钾 解： 的酸性溶液，使其褪色的是丙烯。 （2） 另取剩余两种溶液，分别加入溴水，使其 褪色的是环丙烷。余下的是丙烷。 例题3、如何将环丙烷、环丁烷和环戊烷区别开？ 解：各取少许上述三种溶液，分别加入溴水，使其褪 色的是环丙烷，加热后退色的是环丁烷，不退色的是 环戊烷。
2,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]heptane
C H 3C H
CH CH2 CH2
CH 2
7 5
8 4 3 1 2
CH2
CH
CH 2
6
5-甲基二环[2.2.2]-2-辛烯
7 4 1 6 2 3
5-methylbicyclo[2.2.2]-2-octene
5
三环[2.2.1.0 2,6]庚烷
H
H
H
C H 2C H 3
反-1-甲基-4-乙基环己烷
trans-1-ethyl-4-methylcyclohexane
CH3
H
CH 3
CH 3 CH 3
r-1, 反-2, 顺-4-三甲基环己烷
当环上有两个以上的位置有取代基时，选择位次最低者 为参照基团，在其位次前加“r”表示，其余取代基位次 前用顺、反表示它们与“参照基团”的立体关系。
1，2-二甲基环丙烷
顺反异构体：
H 3C CH3
H CH3
H
H
H 3C
H
（bp: 37℃ d: 0.6928）
（bp: 29℃ d: 0.6769）
对于顺反异构体命名：
顺式（cis）：两取代基在平面的同侧。 反式（trans）：两取代基在平面的两侧。
H 3C CH3
顺-1, 2-二甲基环丙烷
cis-1, 2-dimethylcyclopropane
环丁烷在加热条件下可以和HX发生加成反应；
环戊烷以上，在加热条件下也不起加成反应。
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
KM nO4 H+
CH3 CH3 COOH + O C
CH3 CH3
应用：可用高锰酸钾溶液来区别烯烃和环丙烷衍生物。
tricyclo[2.2.1.0 2,6]heptane
（右上角的2, 6表示环中桥接的位次）
三、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。 例题1、将下列化合物按沸点降低的顺序排列： （1）丁烷（2）己烷（3）3-甲基戊烷（4）2-甲基丁烷 （5）2，3-二甲基丁烷（6）环己烷 解：（6）（2）（3）（5）（4）（1）
1-甲基-4-异丙基环己烷
1, 4-二甲基-2-乙基环己烷
1-methyl-4-isopropylcyclohexane
2-ethyl -1, 4-dimethylcyclohexane
侧链比较复杂，以链为母体，环为取代基。
4-环丙基辛烷 4-cyclopropyloctane
（2）环烷烃的异构
§3-2 环烷烃的化学性质
一、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。
+ C l2
hν
Cl
300 ℃
+ B r2
Br + HBr
CH3
+ C
二、环烷烃的特性反应
由于受到环的影响，特别是小环结构的环烷烃，内能 高不稳定，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
（3）环烯（炔）烃：脂环烃的环上有双键（或叁键） 命名与开链烃相似，以不饱和碳环为母体，侧链为取代基。 编号顺序：编号从双键起，且要使支链编号尽可能最小。 只有一个不饱和键的环烯（或炔）烃，双键或叁键位置 可不标。
1-甲基环戊烯
3-甲基环戊烯
1-methylcyclopentene
3-methylcyclopentene
第二章 环烷烃（2）
环烷烃的命名； 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。
环状化合物在自然界内广泛存在，且起着非常重要的作用。 eg.
菊酸的各种酯类化 合物是使用最广泛的 杀虫剂。
环丙烷的烷基衍生物和氢卤酸加成
CH3 + HBr
C H 3 C H C H 2C H 3 Br
CH3 CH3
CH3 + HBr
CH3CH3 CH3 C Br CH C H3
注意：环丙烷的烷基衍生物与HX加成，环的破裂发生在 含H最多和最少的两个碳原子之间。HX中的Ｈ加到含H 较多的碳原子上，而卤素原子加到含H较少的碳原子上。
二、系统命名
1. 单环烃的命名 （1）规则： ① 确定母体：环某烷（由环中总碳数确定）。 ②编号：若环上有取代基，编号尽可能小。若有不同取 代基，要用较小的数字，表示较小取代基的位置。 ③书写同烷烃。 英文名是在名称前加词头cyclo-。
甲基环戊烷
CH3
methylcyclopentane
CH3 C H 2C H 3 H 3C
无张力环。
环三十烷
三、环烷烃的燃烧热与环的稳定性
1. 燃烧热 1mol化合物完全燃烧生成CO2和水时放出的热。 燃烧热测定数据表明：烷烃分子每增加一个CH2，其 燃烧热数值的增加基本上是一个定值658.6 kJ· -1。 mol 环烷烃可以看作是数量不等的CH2单元连接起来的化 合物。但不同环烷烃中的单元CH2的燃烧热却因环的大
8 1 2 5 4 3 二环[3.2.1]辛烷 bicyclo[3.2.1]octane
7
6
二环[2.2.0]己烷 bicyclo[2.2.0]hexane
如有取代基，在编号时应使取代基位号最小。
7
CH2
CH
CH 2
CH3
6 1 2
C H 3C C H 3 CH2 CH CH 2
5
4
3
2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷
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。
环烷酸钴
+ O2
OH
环己醇
160 ℃ , 2.5M Pa
+
环己酮
己二酸
O
醋酸钴
95 ℃ ,1.5M Pa
C H 2C H 2C O O H C H 2C H 2C O O H
环烃性质小结： （1）小环烷烃（3，4元环）易加成，难氧化，似烷似烯。
2. 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 成反应，生成开链化合物。
+ B r2 B rC H 2 C H 2 C H 2 B r
使溴水褪色
+ C l2
FeC l 3
C lC H 2 C H 2 C H 2 C l
Δ
+ B r2
B rC H 2 C H 2 C H 2 C H 2 B r
蝴蝶型
环戊烷分子中，碳碳键的夹角为108º ，接近sp3杂化轨道 间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。 为了减少扭曲张力，环戊烷具有信封式的构象.
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109º28’，分子中没有张力。
椅式构象
船式构象
大环原子在不同的平面内，键角接近正常的键角，为
氢生成开链烷烃，反应的活性和环的大小有关。
Ni 80℃
+ H2
C H 3 C H 2C H 3
Ni
+ H2
100 ℃
C H 3C H 2C H 2C H 3
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。
Pt
+
H 2 300 ℃
C H 3 (C H 2 ) 3 C H 3
环己烷则很难发生加氢反应。 从反应的难易程度的不同，说明环烷烃的稳定性： 环己烷 > 环戊烷 > 环丁烷 > 环丙烷
6 5 4 7 8 3 1 2 螺[3.4]辛烷 spiro[3.4]octane
9
8
10
5
1
2
螺[4.5]-6-癸烯 spiro[4.5]-6-decene
7
6
4
3
如有取代基，在编号时应使取代基位号最小，取代基位 号及名称列在整个名称的最前面：
6 5 7 8
3 4 2 5-甲基螺[3.4]庚烷
O H OH H OH
H
H COOH
O
前列腺素，控制血 小板聚集、支气管扩 张和胃液的分泌。
H
H
OH
O CH3
麝香，一种香料
H 3C H 3C H