有机化学课件5-脂环烃
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第五章 脂环烃
第一节 脂环烃的分类
及命名
一、脂环烃的分类
二、环烷烃的同分异构 1、环烷烃与烯互为异构体； 2、环状化合物之间也可互为异构体
CH3
环丁烷 甲基环丙烷
H3C CH3
1,2-二甲基环戊烷
H3C
CH3
1,3-二甲基环戊烷
三、脂环烃的命名：
1、 单环脂环烃的命名
（1） 环烷烃的命名
① 简单环烷烃的命名与烷烃相似，只在烷字的前面加上一“环”字，称
④ 环状化合物带有不太大的支链时，一般以环作为母体化合
物；如果分子内有大环与小环，以大环作为母体，小环为取代 基；对于较复杂的化合物，或环上所带的支链不易命名时，环 可以作为取代基；两个相同的环连结在一起时可如下命名：
CH3
CH3CH2CHCHCH2CH3
环丙基环己烷
3-甲基-4-环丙基己烷
1,1'-联环丙烷
桥环烃的命名步骤如下： ① 给组成桥环化合物编号，先找出桥头碳原子，即两个环相连 接的碳原子。编号原则：自桥的一端开始，循着最长的环节编到 桥的另一端，然后循着次长的环节编回到起始桥端，最短环节最 后编号。 ② 注明环数 视环的数目，可用“二环”、“三环”做词头。在 环字后面的方括号中用阿拉伯数字注明桥头碳之间的碳原子数 （不包括桥头碳），由多到少列出，数字之间在右下角用圆点隔 开。 ③在方括号的后面写上包括桥头碳在内的桥环烃碳原子总数的烷 烃的名称 。
④当环上有取代基时，将取代基写在“二环”词头之
前，如果编号可以选择，则使取代基的位号尽可能最 小。
⑤下式三环烷烃中，在2,6之间无碳原子，则用零表
示，在零的右上角标明位号，位号中间用逗号隔开。
7 4
5
13
6
2
三环[2.2.1.02,6]庚烷
(2) 螺环烃：分子中两个碳环共用一个碳原子的环烃为螺环烃。 螺环烃的命名：根据成环碳原子的总数称为螺某烷，在螺
字后面的方括号中，用阿拉伯数字标出两个碳环除了共有碳原 子以外的碳原子数目，将小的数字排在前面。
螺环烃的编号：从较小环中与螺原子（共有碳原子）相邻 的一个碳原子开始，经过共有碳原子而到较大的环，数字之间 用圆点隔开。
（3）稠环烃：两个碳环共用两个碳原子的脂环烃称为稠环烃。 命名时可以当作相应芳烃的氢化物命名，或按照桥环烃的
（2）环烯的命名
• 简单的环烯命名时，在相应的烯烃名称前面加一“环”字。 • 含有取代基时，环上碳原子的编号，应给双键以最小位次。
例如：
2. 多环脂环烃的命名
（1）桥环烃
分子中两个或两个以上碳环共用两个以上碳原子 的烃叫桥环烃；共用的两个碳原子为桥头碳，两桥头 之间可以是碳链，也可以是键，称为桥，
可用KMnO4溶液来区别烯烃和环丙烷类化合物。
（2） 在加热条件下，强氧化剂作用下，或在催化剂存在下，用 空气氧化，生成各种氧化物。
钴催化剂
100。C 加压 + O2
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
+
1 2
O2
。C
加压
OH
3、 加成反应也叫开环反应
小环烷烃与烯烃相像----与H2 、 X2 、 HX 反应 它与氢、卤素、卤化氢都可以发生开环作用，因此 小环可以比作一个双键。不过，随着环的增大，它的 反应性能就逐渐减弱，五元、六元环烷烃，即使在相 当强烈的条件下也不开环。
方法命名，
第二节 环烷烃的性质
一、物理性质
环烷烃的熔点、沸点、和比重都较含 同数碳原子的开链烷烃高。
开链烷烃可以比较自由的摇动，分子间“拉” 得不紧，容易挥发，所以沸点低一些。由于这 种摇动，它比较难以在晶格内作有次序的排列， 所以它的熔点也低一些。环烷烃排列得紧密一 些，所以密度高一些。
二 化学性质
为环某烷
② 当环上有两个以上不同的取代基时，编号时，以含碳最少 的取代基作为1位。使环上取代基的位次尽可能最小。
CH3
1CH
2 CH2
CH6 2
3 CH2
CH2
5
4 CH
CH
CH3 CH3
简式
1－甲基－4－异丙基环己烷
③ 环烷烃有顺反异构，两个取代基在环的同一侧面的称为
顺(cis), 两个取代基不在环的同一侧的称为反(trans)
（1） 加氢
在Ni催化剂进行催化加氢，乙烯在40℃发生反应；环丙烷在 80℃时发生反应，产生丙烷；环丁烷在120℃时发生反应，产生 正丁烷；环己烷和环庚烷在300℃时不发生反应。
（2） 与卤素加成: 注意与取代反应条件的区别！
（3） 加卤化氢
CH3 CH CH2 + HBr CH2
CH3
C
（1)按张力学说环丙烷是不稳定的 环ห้องสมุดไป่ตู้烷的张力环和其键角与四面体分子相比是不稳定的，为
了减小张力，张力环有生成更稳定的开链化合物的倾向。所以环
丙烷不稳定。 ⑵ 根据现代共价键概念，环丙烷是不稳定的 若以sp3轨道成键，其夹角要求应是109.5°，碳原子之间的键
1、 1885年A.Von Baeyer 提出了张力学说。
他根据碳是正四面体的模型，并假设成环后所有的碳原子 在同一平面上，得出了如下结论：如果成环后所有的碳原子的 每两键间的正常角度是109.5°，那么不但这种环容易形成，而 且生成的环状化合物也很稳定。
2、环丙烷的结构与稳定性
环丙烷是三角形，夹角是60°。环中每个碳上的两C-C 键， 不能是109.5° ，必须压缩到60°适应环的几何形状，这些与正 常的四面体键角（109.5 ° ）的偏差，引起了分子的张力，这 种力称做角张力（又称为拜尔张力），这样的环叫做 “张力环”
1、取代反应
CH2
+ Cl2
hν
CH2
CH2
CH Cl
+ HCl
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2 + Br2
CH2 CH2
300℃
CH2
CH2
CHBr + HBr
CH2 CH2
+ Br2
300℃
Br + HBr
2、氧化反应 环丙烷不同于烯烃—对氧化剂较稳定
（1） 环丙烷不与KMnO4水溶液或臭氧作用
CHCH3
CH3 CH2
+ HBr
CH3CHCH2CH2 Br H
CH3 C
CH3 Br
CH3 CH
CH2 H
符合马氏规则，H加在含氢较多的碳原子 上，Br加在含氢较少的碳原子上
第三节
环烷烃的结构与稳定性
一、拜尔张力学说与环的稳定性
环的稳定性与环的大小有关，三碳环最不稳定，四碳 环比三碳环稍稳定一点，五碳环较稳定，六碳环及六碳以 上的环都较稳定，如何解释这一事实？
第一节 脂环烃的分类
及命名
一、脂环烃的分类
二、环烷烃的同分异构 1、环烷烃与烯互为异构体； 2、环状化合物之间也可互为异构体
CH3
环丁烷 甲基环丙烷
H3C CH3
1,2-二甲基环戊烷
H3C
CH3
1,3-二甲基环戊烷
三、脂环烃的命名：
1、 单环脂环烃的命名
（1） 环烷烃的命名
① 简单环烷烃的命名与烷烃相似，只在烷字的前面加上一“环”字，称
④ 环状化合物带有不太大的支链时，一般以环作为母体化合
物；如果分子内有大环与小环，以大环作为母体，小环为取代 基；对于较复杂的化合物，或环上所带的支链不易命名时，环 可以作为取代基；两个相同的环连结在一起时可如下命名：
CH3
CH3CH2CHCHCH2CH3
环丙基环己烷
3-甲基-4-环丙基己烷
1,1'-联环丙烷
桥环烃的命名步骤如下： ① 给组成桥环化合物编号，先找出桥头碳原子，即两个环相连 接的碳原子。编号原则：自桥的一端开始，循着最长的环节编到 桥的另一端，然后循着次长的环节编回到起始桥端，最短环节最 后编号。 ② 注明环数 视环的数目，可用“二环”、“三环”做词头。在 环字后面的方括号中用阿拉伯数字注明桥头碳之间的碳原子数 （不包括桥头碳），由多到少列出，数字之间在右下角用圆点隔 开。 ③在方括号的后面写上包括桥头碳在内的桥环烃碳原子总数的烷 烃的名称 。
④当环上有取代基时，将取代基写在“二环”词头之
前，如果编号可以选择，则使取代基的位号尽可能最 小。
⑤下式三环烷烃中，在2,6之间无碳原子，则用零表
示，在零的右上角标明位号，位号中间用逗号隔开。
7 4
5
13
6
2
三环[2.2.1.02,6]庚烷
(2) 螺环烃：分子中两个碳环共用一个碳原子的环烃为螺环烃。 螺环烃的命名：根据成环碳原子的总数称为螺某烷，在螺
字后面的方括号中，用阿拉伯数字标出两个碳环除了共有碳原 子以外的碳原子数目，将小的数字排在前面。
螺环烃的编号：从较小环中与螺原子（共有碳原子）相邻 的一个碳原子开始，经过共有碳原子而到较大的环，数字之间 用圆点隔开。
（3）稠环烃：两个碳环共用两个碳原子的脂环烃称为稠环烃。 命名时可以当作相应芳烃的氢化物命名，或按照桥环烃的
（2）环烯的命名
• 简单的环烯命名时，在相应的烯烃名称前面加一“环”字。 • 含有取代基时，环上碳原子的编号，应给双键以最小位次。
例如：
2. 多环脂环烃的命名
（1）桥环烃
分子中两个或两个以上碳环共用两个以上碳原子 的烃叫桥环烃；共用的两个碳原子为桥头碳，两桥头 之间可以是碳链，也可以是键，称为桥，
可用KMnO4溶液来区别烯烃和环丙烷类化合物。
（2） 在加热条件下，强氧化剂作用下，或在催化剂存在下，用 空气氧化，生成各种氧化物。
钴催化剂
100。C 加压 + O2
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
+
1 2
O2
。C
加压
OH
3、 加成反应也叫开环反应
小环烷烃与烯烃相像----与H2 、 X2 、 HX 反应 它与氢、卤素、卤化氢都可以发生开环作用，因此 小环可以比作一个双键。不过，随着环的增大，它的 反应性能就逐渐减弱，五元、六元环烷烃，即使在相 当强烈的条件下也不开环。
方法命名，
第二节 环烷烃的性质
一、物理性质
环烷烃的熔点、沸点、和比重都较含 同数碳原子的开链烷烃高。
开链烷烃可以比较自由的摇动，分子间“拉” 得不紧，容易挥发，所以沸点低一些。由于这 种摇动，它比较难以在晶格内作有次序的排列， 所以它的熔点也低一些。环烷烃排列得紧密一 些，所以密度高一些。
二 化学性质
为环某烷
② 当环上有两个以上不同的取代基时，编号时，以含碳最少 的取代基作为1位。使环上取代基的位次尽可能最小。
CH3
1CH
2 CH2
CH6 2
3 CH2
CH2
5
4 CH
CH
CH3 CH3
简式
1－甲基－4－异丙基环己烷
③ 环烷烃有顺反异构，两个取代基在环的同一侧面的称为
顺(cis), 两个取代基不在环的同一侧的称为反(trans)
（1） 加氢
在Ni催化剂进行催化加氢，乙烯在40℃发生反应；环丙烷在 80℃时发生反应，产生丙烷；环丁烷在120℃时发生反应，产生 正丁烷；环己烷和环庚烷在300℃时不发生反应。
（2） 与卤素加成: 注意与取代反应条件的区别！
（3） 加卤化氢
CH3 CH CH2 + HBr CH2
CH3
C
（1)按张力学说环丙烷是不稳定的 环ห้องสมุดไป่ตู้烷的张力环和其键角与四面体分子相比是不稳定的，为
了减小张力，张力环有生成更稳定的开链化合物的倾向。所以环
丙烷不稳定。 ⑵ 根据现代共价键概念，环丙烷是不稳定的 若以sp3轨道成键，其夹角要求应是109.5°，碳原子之间的键
1、 1885年A.Von Baeyer 提出了张力学说。
他根据碳是正四面体的模型，并假设成环后所有的碳原子 在同一平面上，得出了如下结论：如果成环后所有的碳原子的 每两键间的正常角度是109.5°，那么不但这种环容易形成，而 且生成的环状化合物也很稳定。
2、环丙烷的结构与稳定性
环丙烷是三角形，夹角是60°。环中每个碳上的两C-C 键， 不能是109.5° ，必须压缩到60°适应环的几何形状，这些与正 常的四面体键角（109.5 ° ）的偏差，引起了分子的张力，这 种力称做角张力（又称为拜尔张力），这样的环叫做 “张力环”
1、取代反应
CH2
+ Cl2
hν
CH2
CH2
CH Cl
+ HCl
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2 + Br2
CH2 CH2
300℃
CH2
CH2
CHBr + HBr
CH2 CH2
+ Br2
300℃
Br + HBr
2、氧化反应 环丙烷不同于烯烃—对氧化剂较稳定
（1） 环丙烷不与KMnO4水溶液或臭氧作用
CHCH3
CH3 CH2
+ HBr
CH3CHCH2CH2 Br H
CH3 C
CH3 Br
CH3 CH
CH2 H
符合马氏规则，H加在含氢较多的碳原子 上，Br加在含氢较少的碳原子上
第三节
环烷烃的结构与稳定性
一、拜尔张力学说与环的稳定性
环的稳定性与环的大小有关，三碳环最不稳定，四碳 环比三碳环稍稳定一点，五碳环较稳定，六碳环及六碳以 上的环都较稳定，如何解释这一事实？