第五章环烷烃
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第五章节-指环烃PPT课件
CH3与 C2-C3键、 C5-C6键为邻交叉
E = 3.8KJ /mol-1 2 = 7.6 KJ /mol-1
4
2 3
5 H6 1
H
CH 3
CH3与C3-H、C5-H有相互排斥 力，这称为1,3-二直立键作用。
每个H与CH3的1,3-二直立键
作用相当于1个邻交叉。
.
23
（２）二取代环己烷的构象
较大基团在e键最为稳定
CH3
顺-1-甲基-4-氯环己烷
C H 3 C l
C l H C H 3
形成分子内氢键
.
28
两个规则
Hassel规则
带有相同基团的多取代环己烷，如果没有其它因素 的参与，那末在两个构象异构体之间，总是有较多取代基 取e键向位的构象为优势构象。
Barton规则
带有不同基团的多取代环己烷，如果没有其它因素的 参与，那末其优势构象总是趋向于使作用最强的和较强的 基团尽可能多地取e键的向位。
5－甲基－1，3－环戊二烯 不是1－甲基－2，4－环戊二烯
.
5
（2）多环脂环烃的命名
（i）桥环烃 两个环共用两个或多个碳原子的烃叫桥环烃。
桥头碳
7 H H2C C
H C 2 CH3
6 H2C
8CH2 CH2 3
5
C H
CH2 4
桥头碳
（a）先找到桥头碳，给化合物编号，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。
5 43
21
6
三个全重叠 三个邻交叉
四个全重叠 两个邻交叉
半椅式构象是用分子力学计算过渡态的几何形象时提出的。
有机化学-第五章
第五章 饱和烃
5.1 饱和烃的结构和分类 5.2 链烷烃的物理性质 5.3 烷烃的化学性质
卤代反应的机理 烷烃的其他取代反应 烷烃的氧化反应 裂解及异构反应
5.4 环烷烃的化学性质
烃：分子中只含碳、氢两种元素的化合物 统称为碳氢化合物，简称为烃。烃是有机化合 物最基本的化合物，也是有机化学工业的基础 原料。
硝化反应产物复杂，除取代反应外，还有烃分子断链的 反应。 硝化反应属自由基型反应机理：
开始的· NO2来自硝酸中，· NO2是个含奇数电子的中性物种， 是一个自由基。 硝化产物作为工业溶剂，如用硝基戊烷作为纤维素酯和 合成树脂的溶剂；硝基甲烷是有机合反应的重要原料。
二. 氯磺酰化反应
烃分子中的氢被氯磺酰基（-SO2Cl）取代的反应称为 氯磺酰化反应。 常用的氯磺酰化试剂有：硫酰氯（SO2Cl2）或氯和二 氧化硫。
5469.2
2,2-二甲基己 烷
5462.1
2,2,3,3-四 甲基丁烷
5455.4
烃氧化反应的产物都是 CO2 和 H2O ，燃烧焓 -Δ Hθ 值反映了反应物的焓 Hθ反应物，即反映了异构体的 稳定性： 正构CnH2n+2 比 异构CnH2n+2 能量高，不稳定 在CnH2n+2中：支键数增多，HØ值小，稳定 每一摩尔 -CH2- 的 -ΔHθ ≈ 660 kJ· mol-1 烷烃的最大用途就是作为燃料，是目前人类的主要能 源。 合理利用现有能源，开发新的能量是人类生存面临的 主要问题之一。
可用反应--能量图表示这一反应过程：
在这一反应过程中，C 原子的杂化状态是由 Csp3 向 Csp2 的转变过程，中间体· CH3的 C 的构型是 sp2 杂化， 即平面构型。 生成的· CH3中间体的能量很高，极活泼， 很快与Cl2反应：
5.1 饱和烃的结构和分类 5.2 链烷烃的物理性质 5.3 烷烃的化学性质
卤代反应的机理 烷烃的其他取代反应 烷烃的氧化反应 裂解及异构反应
5.4 环烷烃的化学性质
烃：分子中只含碳、氢两种元素的化合物 统称为碳氢化合物，简称为烃。烃是有机化合 物最基本的化合物，也是有机化学工业的基础 原料。
硝化反应产物复杂，除取代反应外，还有烃分子断链的 反应。 硝化反应属自由基型反应机理：
开始的· NO2来自硝酸中，· NO2是个含奇数电子的中性物种， 是一个自由基。 硝化产物作为工业溶剂，如用硝基戊烷作为纤维素酯和 合成树脂的溶剂；硝基甲烷是有机合反应的重要原料。
二. 氯磺酰化反应
烃分子中的氢被氯磺酰基（-SO2Cl）取代的反应称为 氯磺酰化反应。 常用的氯磺酰化试剂有：硫酰氯（SO2Cl2）或氯和二 氧化硫。
5469.2
2,2-二甲基己 烷
5462.1
2,2,3,3-四 甲基丁烷
5455.4
烃氧化反应的产物都是 CO2 和 H2O ，燃烧焓 -Δ Hθ 值反映了反应物的焓 Hθ反应物，即反映了异构体的 稳定性： 正构CnH2n+2 比 异构CnH2n+2 能量高，不稳定 在CnH2n+2中：支键数增多，HØ值小，稳定 每一摩尔 -CH2- 的 -ΔHθ ≈ 660 kJ· mol-1 烷烃的最大用途就是作为燃料，是目前人类的主要能 源。 合理利用现有能源，开发新的能量是人类生存面临的 主要问题之一。
可用反应--能量图表示这一反应过程：
在这一反应过程中，C 原子的杂化状态是由 Csp3 向 Csp2 的转变过程，中间体· CH3的 C 的构型是 sp2 杂化， 即平面构型。 生成的· CH3中间体的能量很高，极活泼， 很快与Cl2反应：
有机化学 第五章 环烷烃
R X + HX 卤代烷 卤化氢
H H H C C H + Cl Cl H H
420 ° C
H H H C C Cl + HCl H H
乙烷 环戊烷
氯
h
氯乙烷(78%)
Cl + HCl
H + Cl Cl
环戊基氯(93%)
120 ° C
工业上洗涤剂原料的合成：
C12H26 + Cl2 C12H25Cl + HCl
在甲烷分子中，C 原子是sp3杂化。
图 2.3 sp3杂化的碳原子 几何构型：四面体
图 2.4 甲烷的结构
sp3 –1s σ键 4个C－H σ键
H
H
C H
H
图 2.5 甲烷的球棍模型
图 2.6 甲烷的比例模型
环 不尽相同。
燃烧热： 1 mol 化合物 完全燃烧 生成CO2 + H2O
图2.16 环己烷的构象翻转
2.4.4 取代环己烷的构象 在一取代的环己烷分子中，取代基可以 处在a键上，也可以处在e 键上：
H
5 4
H
3
6 2
CH3
1
4
H
5 3 2
6
H
CH3
1
当取代基处在a 键时，它与3, 5位的H原子 存在着非键张力，使得构象不稳定而翻转。 同时，取代基与相邻碳原子上的－CH2－ 处于邻位交叉，而当取代基处于e 键上时， 取代基与相邻碳原子上的－CH2－处于对位 交叉
H H
3
6
H
2
H
1
H H
H
4
H
H H
H
6 5
H
有机化学第五章环烷烃
分子轨道模型
使用分子轨道模型可以解释环烷烃的电子结构和性质，例如键的 性质和稳定性。
07 结论与展望
环烷烃的重要性和应用前景
环烷烃作为有机化学中的重要组成部分，具有广 泛的应用前景。在能源、材料、医药等领域，环 烷烃都发挥着重要的作用。随着科技的不断发展 ，环烷烃的应用领域还将进一步拓展。
在材料领域，环烷烃可用于合成高分子材料、功 能性材料等。例如，环烷烃基聚合物具有良好的 热稳定性、电绝缘性和化学稳定性，广泛应用于 电子、航空航天、汽车等领域。
位置异构。
碳环异构是指由于碳环的形状和 大小不同引起的异构，例如正烷
烃和异烷烃。
位置异构是指由于取代基在碳环 上的位置不同引起的异构，例如 1-甲基环己烯和2-甲基环己烯。
顺反异构体
顺反异构体是指由于碳-碳双键上的 取代基的相对位置不同引起的异构， 例如顺式-2-丁烯和反式-2-丁烯。
在顺反异构体中，由于双键两侧的基 团不同，导致双键上的电子分布不均 匀，从而产生不同的化学性质。
脂环烃
定义
脂环烃是一类具有闭合环状结构的烃类化合物，其碳原子之间通 过单键或双键连接形成环状结构。
分类
脂环烃可以分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃，其中饱和脂环烃又可 以分为链状脂环烃和环状脂环烃。
命名
脂环烃的命名通常采用“环”字开头，后接表示环上碳原子数目的 数字和环的名称。
芳香烃
定义
芳香烃是指具有闭合环状结构的碳氢化合物，其 特点是具有芳香性。
3
命名
桥环烃的命名通常采用“桥”字开头，后接表示 桥上碳原子数目的数字和桥的名称。
03 环烷烃的结构与性质
环烷烃的键合特点
环烷烃的碳原子之间通过单键连接，形成闭合的环状结构。
使用分子轨道模型可以解释环烷烃的电子结构和性质，例如键的 性质和稳定性。
07 结论与展望
环烷烃的重要性和应用前景
环烷烃作为有机化学中的重要组成部分，具有广 泛的应用前景。在能源、材料、医药等领域，环 烷烃都发挥着重要的作用。随着科技的不断发展 ，环烷烃的应用领域还将进一步拓展。
在材料领域，环烷烃可用于合成高分子材料、功 能性材料等。例如，环烷烃基聚合物具有良好的 热稳定性、电绝缘性和化学稳定性，广泛应用于 电子、航空航天、汽车等领域。
位置异构。
碳环异构是指由于碳环的形状和 大小不同引起的异构，例如正烷
烃和异烷烃。
位置异构是指由于取代基在碳环 上的位置不同引起的异构，例如 1-甲基环己烯和2-甲基环己烯。
顺反异构体
顺反异构体是指由于碳-碳双键上的 取代基的相对位置不同引起的异构， 例如顺式-2-丁烯和反式-2-丁烯。
在顺反异构体中，由于双键两侧的基 团不同，导致双键上的电子分布不均 匀，从而产生不同的化学性质。
脂环烃
定义
脂环烃是一类具有闭合环状结构的烃类化合物，其碳原子之间通 过单键或双键连接形成环状结构。
分类
脂环烃可以分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃，其中饱和脂环烃又可 以分为链状脂环烃和环状脂环烃。
命名
脂环烃的命名通常采用“环”字开头，后接表示环上碳原子数目的 数字和环的名称。
芳香烃
定义
芳香烃是指具有闭合环状结构的碳氢化合物，其 特点是具有芳香性。
3
命名
桥环烃的命名通常采用“桥”字开头，后接表示 桥上碳原子数目的数字和桥的名称。
03 环烷烃的结构与性质
环烷烃的键合特点
环烷烃的碳原子之间通过单键连接，形成闭合的环状结构。
立体化学 第5章 环烷烃
1,2,4-三甲基环己烷
C. 必要时须注明立体构型;
D. 复杂化合物也可将环的部分当作取代基。
顺-1,2-二甲基环丙烷 反-1,3-二甲基环丁烷
4-环戊基庚烷
(2) 多环化合物的命名:
(命名较为复杂, 以二环化合物为例). A. 参加成环的总碳原子数作为母体烃; 如有8个碳原子，则称为辛烷 B. 简单桥环可用“二环”、“三环”等作词头； C. 二环“连接”处的碳原子为桥头碳原子； D. 从桥头碳原子处，由大环开始编号；将各“桥”所含的碳原子 数写入方括号中(注意:桥头C原子都不可计入)。
2) 环戊烷的构象
环戊烷的结构是以拆叠的形式存在，四个C原子基本在一 平面上，另一个C则在平面之外，这种构象称为信封式构象。 环戊烷由于以“信封式”构象存在，使分子张力较小，化学性 质较稳定。
3) 环己烷的构象及构象分析
i) 椅式和船式构象
椅式
船式
船式构象相对能量较高， 不稳定，通过C-C键扭曲， 使其成为扭曲式(或称为扭 船型)。这种构象相对于船 式能量低。
角张力---由于键角偏离正常键角 而产生的张力。
环丙烷的三个C在同一平而上，相邻两个C上的C-H键都是重叠式构象， 相互拥挤，产生排斥，也具有较高的能量。
扭转张力---由于重叠式构象而产生的张力。
4. 环烷烃的构象和构象分析
1) 环丁烷的构象
环丁烷的四个C不在同一平面上，形如蝴蝶。即通过C-C键的扭转而以 一个拆叠的碳环存在。 环丁烷的三个C原子分布在同一平面，另一个C取于平面之外。 环丁烷的这种存在形式可使环的张力降低，但仍然是一个不稳定分子。
（1）分子中有两个平行的平面，C1、C3、C5和C2、C4、C6；
（2）12个氢原子分成两类：一类与分子对称轴平行，即垂直于环平面，称为
有机化学第二版__徐寿昌_第5章 环烷烃--
CH3CH2CH2CH2CH3
Pt
300℃
反应生成的有支链的化合物稳定：
CH2CH2CH2CH3
§5-2 脂环烃的性质
(B) 加卤素或卤化氢
CH 2 CH 2 CH 2
Br 2/CCl 4
CH 3 CH 3 CH 3 Br 2/CCl 4
Br
H3C H3C
Br
CH 3 C-CH-CH 2 Br Br
1,3-环己二烯
§5-1 脂环烃的定义和命名
带有侧链的环烯烃时:
(A) 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1; (B) 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编 号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位 置号码的加和数为最小.
CH3
1 6 5 4 2 3
H3C 3
4
2 1 6
二.化学性质
脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似. 具有环状结构的特性
§5-2 脂环烃的性质
1、取代反应 在光或热的引发下发生卤代反应.
Cl + Cl2
光
+
HC l
Cl + Cl 2
+ Br2
光
+
Br
HC l
热
+
HBr
§5-2 脂环烃的性质
由下列指定化合物合成相应的卤化物， 用Cl2还是Br2？为什么？
④ .写法 ：双环[大环碳数.中环碳数.小环碳数] 某烷 双环[2.2.1]庚烷
§5-1 脂环烃的定义和命名
双环[2.1.0]戊烷
双环[3.1.1]庚烷
6-甲基双环[3.2.2]壬烷
1,7-二甲基双环[3.2.2]壬烷
§5-1 脂环烃的定义和命名
Pt
300℃
反应生成的有支链的化合物稳定：
CH2CH2CH2CH3
§5-2 脂环烃的性质
(B) 加卤素或卤化氢
CH 2 CH 2 CH 2
Br 2/CCl 4
CH 3 CH 3 CH 3 Br 2/CCl 4
Br
H3C H3C
Br
CH 3 C-CH-CH 2 Br Br
1,3-环己二烯
§5-1 脂环烃的定义和命名
带有侧链的环烯烃时:
(A) 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1; (B) 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编 号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位 置号码的加和数为最小.
CH3
1 6 5 4 2 3
H3C 3
4
2 1 6
二.化学性质
脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似. 具有环状结构的特性
§5-2 脂环烃的性质
1、取代反应 在光或热的引发下发生卤代反应.
Cl + Cl2
光
+
HC l
Cl + Cl 2
+ Br2
光
+
Br
HC l
热
+
HBr
§5-2 脂环烃的性质
由下列指定化合物合成相应的卤化物， 用Cl2还是Br2？为什么？
④ .写法 ：双环[大环碳数.中环碳数.小环碳数] 某烷 双环[2.2.1]庚烷
§5-1 脂环烃的定义和命名
双环[2.1.0]戊烷
双环[3.1.1]庚烷
6-甲基双环[3.2.2]壬烷
1,7-二甲基双环[3.2.2]壬烷
§5-1 脂环烃的定义和命名
有机化学：第五章 环烷烃
CH3 CHC3 H3
? 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
? 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
环烷烃的结构、分类与命名
CH2
）
（简写
）
CH2 CH2 环丙烷
多
CH2
CH2
CH2
环 CH2
CH
脂
CH2 （简写
） CH2
环 CH2 CH
CH2
烃
CH2
CH2
二环[4.4.0]癸烷（十氢萘） （简写
CH2
CH2
C
CH2
CH2
）螺 [2.4]庚烷
02 环烷烃的分类
二、脂环烃的异构现象
➢单环烷烃可因环的大小不同，环上支链的位置不同而产生不同的异构体；还由 于脂环烃中的C－C键不能自由旋转，当环上至少有两个碳原子连有不相同的原 子或者基本时，环烷烃也存在顺反异构。
2、甾族化合物：环戊烷并全氢菲类化合物总称。又称类固醇。这类化 合物由于含有4个环和3个侧链，故用一象形字“甾”为其中文名，总 称甾族化合物。广泛存在于自然界。很多甾族化合物具有特殊生理效 能。例如，激素、维生素、毒素和药物等是重要的生物调节剂。
01 环烷烃的结构
一、脂环烃的结构与稳定性
➢ 在脂环烃中，参与成环的碳原子数目与环的稳定性密切相关；具有相 同碳原子数目的脂环烃，由于碳原子在空间的排列方式不同，其稳定性 也不相同。
1
目
2
3
录
02 环烷烃的分类
一、脂环烃的分类
1、按分子中有无不饱和键分类： 分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃。
饱
烃
和 脂
环
CH2
CH2
CH2
CH2（简写
） CH2
CH2 （简写
）
CH2 CH2 环戊烷
CH2 CH2 CH2
环己烷
不 环饱 烃和
脂
化学：竞赛辅导课件《环烷烃》
CH3 CH2 CH2 Br
CH3
CH CH2 CH2
+
HBr
CH3 CHCH2 CH3 Br
碳环的断裂发生在含H最多和含H最 少的两个碳原子。遵循不对称烯烃的加成 规律。
；银杏树 银杏树；
家伙还有什么手段,要是到时冲出来了,也会是壹个大麻烦.所以根汉壹边让阴阳墟洞在那里吸收,壹边自己还在慢慢の凝结阵环,不断の挑选壹些最薄弱の地方,进行加固,要将这家伙确保困在这里无法动弹.时间转眼过了壹个月,乱星海中の动静已经没有了,那两个神秘人の战斗可能结束了, 也有可能转到别の地方去了.而在这战狼星外面,却还有这样の壹座法阵,丝毫没有减弱の法阵,还在困着里面の这个黑色魔物.黑色魔物比壹个月前の实力,要大减了七八成了,现在已经是强努之末了.对方无法冲出来,也只能被困在这里等死了.根汉还在凝结阵环,反正闲着也是闲着,阴阳墟洞 在吸收の时候,他也不需要去做别の事情,融合还是后面の事情,吸收完了才能够安下心来进行融合.在这壹个月期间,根汉在战狼星外,也看到了两三团小型の煞气,虚弱の煞气.应该也是在这场战斗当中,被炸开の壹些阴戾之物,这些东西对他来说可都是极品呀,对别人来说可能就是恶梦,整个 乱星海之中,现在应该有大量这样の类似の东西.对根汉来说,这是壹场通天の造化,不过他の心境倒是调整の很不错,不急也不燥.因为这里现在也就只有自己壹个人在这里,别人无法上来,也无法进来,若是想从九龙渊进来の话,想必也是不可能の,那九龙渊中の事情,现在也难讲得清楚.（正 文叁0贰肆消阳果）叁0贰5通天造化叁0贰5对根汉来说,这是壹场通天の造化,不过他の心境倒是调整の很不错,不急也不燥.因为这里现在也就只有自己壹个人在这里,别人无法上来,也无法进来,若是想从九龙渊进来の话,想必也是不可能の,那九龙渊中の事情,现在也难讲得清楚.何况还时隔 这么多年了,就算
第5章 环烷烃
构造异构
立体异构：构造相同，分子中原子在空间的排列方式不同 顺反异构
H H3C
CH3 H
H H3C
H CH3
反-1，2-二甲基环丙烷
顺-1，2-二甲基环丙烷
顺式（cis）/反式（trans）
5
产生顺反异构体的条件: ①原子间有限制自由旋转的因素（如双键或环的存在） ②每个双键（或环上）原子必须和两个不相同的原子或基团相连
9
3. 多环脂环烃 （1）联环烃
联二环己烷
环丙基环己烷
（2）螺环烃 两个碳环共用一个碳原子的环烃
螺原子
单螺 二螺 多螺
10
单螺的命名 母体：按螺环所含碳原子总数称“螺[ ]某烃”
编号：1. 先编小环，后编大环，从与螺原子相邻的碳开始， 经最小环，并通过螺原子后，再编大环。 2.官能团或取代基尽可能小（双键优先）。 命名：方括号中，两个碳环除螺原子外的碳原子数目， 由小到大次序列出，各数字之间用“．”分开。
COOCH3
+
COOCH3 顺丁烯二酸二甲酯
COOCH3 COOCH3
CH3 CH3 顺-1,2-二甲环已烷
54
五、卡宾合成法 （合成三元环） 卡宾的形成
CH 2N2 CH 2I2 CHCl 3 Zn(Cu) 50%NaOH CH 2 : CH 2 : Cl 2C : + N2
OH
OH
47
三、多环脂环烃的构象
1、十氢萘的构象
H
二环[4.4]癸烷
H
顺式十氢萘
H H H
反式十氢萘
H
48
顺式
e
a
a
e ea键稠合
反式 ee键稠合
49
顺十氢萘
立体异构：构造相同，分子中原子在空间的排列方式不同 顺反异构
H H3C
CH3 H
H H3C
H CH3
反-1，2-二甲基环丙烷
顺-1，2-二甲基环丙烷
顺式（cis）/反式（trans）
5
产生顺反异构体的条件: ①原子间有限制自由旋转的因素（如双键或环的存在） ②每个双键（或环上）原子必须和两个不相同的原子或基团相连
9
3. 多环脂环烃 （1）联环烃
联二环己烷
环丙基环己烷
（2）螺环烃 两个碳环共用一个碳原子的环烃
螺原子
单螺 二螺 多螺
10
单螺的命名 母体：按螺环所含碳原子总数称“螺[ ]某烃”
编号：1. 先编小环，后编大环，从与螺原子相邻的碳开始， 经最小环，并通过螺原子后，再编大环。 2.官能团或取代基尽可能小（双键优先）。 命名：方括号中，两个碳环除螺原子外的碳原子数目， 由小到大次序列出，各数字之间用“．”分开。
COOCH3
+
COOCH3 顺丁烯二酸二甲酯
COOCH3 COOCH3
CH3 CH3 顺-1,2-二甲环已烷
54
五、卡宾合成法 （合成三元环） 卡宾的形成
CH 2N2 CH 2I2 CHCl 3 Zn(Cu) 50%NaOH CH 2 : CH 2 : Cl 2C : + N2
OH
OH
47
三、多环脂环烃的构象
1、十氢萘的构象
H
二环[4.4]癸烷
H
顺式十氢萘
H H H
反式十氢萘
H
48
顺式
e
a
a
e ea键稠合
反式 ee键稠合
49
顺十氢萘
有机化学05章脂环烃
1
1 3 2 5 6 4
4 2 3
6
5
椅型构象
船型构象
1. 椅型构象
直立键——与对称轴平行 的键，或叫做a键。
6个（3上、3下）
平 伏 键 —— 与 对 称 轴 成 109.5o 倾 斜 角 的 键 ， 或 叫 做e键。
6个（3上、3下）
1. 椅型构象
H H H 2 3 H H 4 H H 6 5 H 1 H H
力大，非键合原子张力也较大， 故船型构象不稳定。
6
5
椅型和船型环己烷构象中氢原子间的斥力比较
椅型环己烷 C1 上的 H 原子与最 近的 H 原子距离为 0.25 nm ， 斥力较小 。
船型环己烷 C1 上的 H 原子与最 近的 H 原子距离为 0.23 nm ， 斥力较大。
3. 构象的互变
由于 C—C 键的旋转， 环己烷构象之间可以相 互转化的，这种构象的
3.2. 环丁烷和环戊烷的结构
3.2.1. 环丁烷的结构
环丁烷的四个碳原子实际上不在一个平面上。分子通过C－C键 的扭转而以折叠的碳环形式存在。三个碳处于同一平面，另一 个处于该平面外。这样可减少C－H键的重叠，从而使环张力 相应降低。
环丁烷的构象——蝴蝶型 尽管环丁烷的折叠式构象较平面构象能量有所降低，但环张力 还很大，故也不稳定。
7 1 6 5 4 3 2
9 8 6 7 1 2 5 4 3
1,6-二甲基二环[2.2.1]-2-庚烯
1,9,9-三甲基二环[3.2.2]-6-壬烯
5-甲基二环[2.2.1]-2-庚烯 三环[2.2.1.02,6]庚烷 三环[7.4.1.05,14]-3-十四碳烯
X
三环[8.3.1.05,14]-2-十四碳烯
1 3 2 5 6 4
4 2 3
6
5
椅型构象
船型构象
1. 椅型构象
直立键——与对称轴平行 的键，或叫做a键。
6个（3上、3下）
平 伏 键 —— 与 对 称 轴 成 109.5o 倾 斜 角 的 键 ， 或 叫 做e键。
6个（3上、3下）
1. 椅型构象
H H H 2 3 H H 4 H H 6 5 H 1 H H
力大，非键合原子张力也较大， 故船型构象不稳定。
6
5
椅型和船型环己烷构象中氢原子间的斥力比较
椅型环己烷 C1 上的 H 原子与最 近的 H 原子距离为 0.25 nm ， 斥力较小 。
船型环己烷 C1 上的 H 原子与最 近的 H 原子距离为 0.23 nm ， 斥力较大。
3. 构象的互变
由于 C—C 键的旋转， 环己烷构象之间可以相 互转化的，这种构象的
3.2. 环丁烷和环戊烷的结构
3.2.1. 环丁烷的结构
环丁烷的四个碳原子实际上不在一个平面上。分子通过C－C键 的扭转而以折叠的碳环形式存在。三个碳处于同一平面，另一 个处于该平面外。这样可减少C－H键的重叠，从而使环张力 相应降低。
环丁烷的构象——蝴蝶型 尽管环丁烷的折叠式构象较平面构象能量有所降低，但环张力 还很大，故也不稳定。
7 1 6 5 4 3 2
9 8 6 7 1 2 5 4 3
1,6-二甲基二环[2.2.1]-2-庚烯
1,9,9-三甲基二环[3.2.2]-6-壬烯
5-甲基二环[2.2.1]-2-庚烯 三环[2.2.1.02,6]庚烷 三环[7.4.1.05,14]-3-十四碳烯
X
三环[8.3.1.05,14]-2-十四碳烯
环烷烃知识讲解
环张力：比烷烃CH2高出的能量。 环张力 越大，越不稳定。
12
四. 环己烷及其衍生物的构象
1. 环己烷的构象 极端构象：
1）椅式构象
椅式
船式
H 2 H
250pm H3H
H 4 H
HH H
H
6
2
H
H 1 H
H6
H
H
5
H
1 H5 4
H
H
H
3H
H
H
扭船式
• 不存在： 空间张力； 扭转张力； 角张力。
13
1. 单环烃的命名
①按成环碳原子数目称为环某烷。
CH2 CH2 CH2 环丙烷
CH2 CH2
CH2 CH2 环丁烷
CH2 CH2 CH2
CH2 CH2
环戊烷
② 若环上有多个取代基时，编号从较小的取代基开始， 且使取代基的位次最小。（最低系列、次序原则）
1-甲基-４-丙基环己烷
4
3
或
5
2 1
1-甲基-3-乙基环戊烷 2
与正常键角偏差角度
49.5o
19.5o
1.5o
环烷烃
三元环
四元环
五元环
但是五元以上的环会不会因环数增大而不稳定？
四元环
五元环
六元环
10
近代共价键理论解释环的稳定性
电子云 偏向环平面 外侧，容易 受等亲电试 剂进攻，故 似烯烃进行 加成反应。
弯曲键（香蕉键）
共价键的形成是由于原 子轨道相互交盖的结果，交 盖程度越大，键越稳定。
Br
Br
20
3.环丙烷对氧化剂稳定
KMnO4 / H+
COOH
12
四. 环己烷及其衍生物的构象
1. 环己烷的构象 极端构象：
1）椅式构象
椅式
船式
H 2 H
250pm H3H
H 4 H
HH H
H
6
2
H
H 1 H
H6
H
H
5
H
1 H5 4
H
H
H
3H
H
H
扭船式
• 不存在： 空间张力； 扭转张力； 角张力。
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1. 单环烃的命名
①按成环碳原子数目称为环某烷。
CH2 CH2 CH2 环丙烷
CH2 CH2
CH2 CH2 环丁烷
CH2 CH2 CH2
CH2 CH2
环戊烷
② 若环上有多个取代基时，编号从较小的取代基开始， 且使取代基的位次最小。（最低系列、次序原则）
1-甲基-４-丙基环己烷
4
3
或
5
2 1
1-甲基-3-乙基环戊烷 2
与正常键角偏差角度
49.5o
19.5o
1.5o
环烷烃
三元环
四元环
五元环
但是五元以上的环会不会因环数增大而不稳定？
四元环
五元环
六元环
10
近代共价键理论解释环的稳定性
电子云 偏向环平面 外侧，容易 受等亲电试 剂进攻，故 似烯烃进行 加成反应。
弯曲键（香蕉键）
共价键的形成是由于原 子轨道相互交盖的结果，交 盖程度越大，键越稳定。
Br
Br
20
3.环丙烷对氧化剂稳定
KMnO4 / H+
COOH
第五章环烷烃
4.两个不同取代基的环己烷衍生物 4.两个不同取代基的环己烷衍生物
CH(CH3)2 CH3 H CH(CH3)2 H CH3 CH3 Cl H H H 优势构象 H H H H 优势构象 H CH3 优势构象 Cl H CH3 H CH(CH3)2 CH3 CH(CH3)2
优势构象的判定
含相同基团的多取代环己烷， 含相同基团的多取代环己烷，如果没有 其它因素的影响，较多取代基处于e 其它因素的影响，较多取代基处于e-键 的构象为优势构象。 的构象为优势构象。 含不同取代基的多取代环己烷， 含不同取代基的多取代环己烷，如果没 有其它因素的影响， 有其它因素的影响，体积较大基团处于 键的构象为优势构象。 e-键的构象为优势构象。
3-甲基-4-环丁基庚烷 甲基-
OH H H OH CH3
H
反-1，2-环已二醇 ， 环
顺-1-甲基-4-氯环已烷 甲 氯
反 -1， 3-二 甲 基 环 戊 烷 ， 二
Cl H
H CH3
CH3 H
5.3 环烷烃的化学性质
小似烯， 小似烯， 大似烷， 大似烷， 高锰酸钾不破环。 高锰酸钾不破环。
加氢反应
第五章
环烷烃
Cycloalkanes
顺反异构
由于成环原子之间的单键不能自由旋转而引 起。两个取代基在环平面同侧为顺式，不同 两个取代基在环平面同侧为顺式， 侧为反式。 侧为反式。
H CH3 H CH3 H CH3 CH3 H
顺式
反式
2.环烷烃的命名 2.环烷烃的命名
没有取代基： 没有取代基：环某烷
H2 Pt / C, 50 C H2 Pt / C, 50 C CH3CH2CH3
H2 Pt / C, 200 C CH3CH2CH2CH3
第五章-脂环烃-答案
第五章-脂环烃-答案第五章脂环烃⼀.⽬的要求了解环烷烃通式、分类、命名和异构、环烷烃的物理性质。
理解环的结构和稳定性，掌握环烷烃的化学性质。
⼆.本章内容⼩结1. 脂环烃的定义由碳原⼦连接成环，性质与脂肪烃相似的烃类化合物总成为脂环烃。
按照成环特点，⼀般可将脂环烃分为单环脂环烃和多环脂环烃。
2. 脂环烃的命名单环脂环烃命名与脂肪烃类似，只是在相应的脂肪烃前加⼀“环”字。
如：环戊烷，甲基环丁烷桥环化合物的命名⼀般采⽤固定格式：双环[a.b.c]某烃(a≥b≥c)。
先找桥头碳（两环共⽤的碳原⼦），从桥头碳开始编号。
沿⼤环编到另⼀个桥头碳，再从该桥头碳沿着次⼤环继续编号。
分⼦中含有双键或取代基时，⽤阿拉伯数字表⽰其位次。
如：7, 7-⼆甲基⼆环[2, 2, 1]庚烷螺环化合物命名的固定格式为：螺[a.b]某烃(a≤b)。
命名时先找螺原⼦，编号从与螺原⼦相连的碳开始，沿⼩环编到⼤环。
如：螺[4.4]壬烷3.环烷烃的结构与稳定性环烷烃的成环碳原⼦均为sp3型杂化。
除环丙烷的成环碳原⼦在同⼀个平⾯上以外，其它环烷烃成环碳原⼦均不在同⼀个平⾯上。
在环丙烷分⼦中由于成环碳原⼦间成键时sp3型杂化轨道不能沿键轴⽅向重叠，⽽是以弯曲⽅向部分重叠成键，导致环丙烷张⼒较⼤，分⼦能量较⾼，很不稳定，容易发⽣开环反应。
所以在环烷烃中三元环最不稳定，四元环⽐三元环稍稳定⼀点，五元环较稳定，六元环及六元以上的环都较稳定。
注意桥头碳原⼦不稳定。
4. 环⼰烷以及取代环⼰烷的稳定构象环⼰烷在空间上可以形成多种构象，其中椅式和船式构象为两种极限构象，前者⽐后者更加稳定。
⼀般说来，取代环⼰烷的取代基处于椅式构象的平伏键时较为稳定。
因此多取代环⼰烷的最稳定的构象为平伏键取代基最多的构象。
如果环上有不同取代基，较⼤的取代基在平伏键上的构象最稳定。
5. 环烷烃的化学性质环丙烷和环丁烷的化学性质和烯烃相似，能开环进⾏加成反应。
并且与氢卤酸加成符合马⽒规则。
第五章脂环烃
第五章脂环烃第一节脂环烃的分类第二节脂环烃的异构现象和命名一、脂环烃的异构现象分子中只有单键的脂环烃叫做环烷烃。
环烷烃一般指的是单环环烷烃，其通式为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。
环烷烃C5H10有以下五种构造异构体：二、单环脂环烃的命名1．环上连有简单的烷基以环为母体，根据成环碳原子数称为“环某烷（或烯等）”，环上的烷基作为取代基。
对于环烷烃，若分子中含有多个取代基时，则需将环上碳原子编号，即选择简单取代基作为第一位，编号顺序遵循“最低系列”原则。
对于环烯烃或其他不饱和脂环烃，编号优先考虑不饱和键，并使取代基的位次尽可能小。
例如：甲基环丙烷1-甲基-2-乙基环戊烷1，3-二甲基-1-乙基环己烷3-甲基环戊烯1，3-环戊二烯5-乙基-1，3-环己二烯2．环上连有复杂的烷基或不饱和烃基以环上的支链为母体，将环作为取代基，称为“环某基”，按支链烃的命名原则命名。
例如：2-甲基-4-环戊基戊烷2-环己基-3-己烯第三节环烷烃的结构与稳定性1．环丙烷的结构在环丙烷分子中，三个碳原子都是sp3杂化的。
相邻两个碳原子的两个sp3杂化轨道，在成键时，其对称轴不在同一条直线上，而是以弯曲方向重叠，形成的C—C 键是弯曲的，形似“香蕉”，称为“弯曲键”或“香蕉键”。
如图5-1所示。
图5-1 环丙烷分子中弯曲键的形成碳碳键便受到扭转而产生张力，这种张力叫做扭转张力。
角张力和扭转张力总称为环张力。
环张力越大，分子的内能就越高，稳定性越差。
环烷烃的环张力大小可以用燃烧热数值加以衡量。
2．稳定性为什么环的稳定性有如此差异呢？不同大小的环的稳定性列表分析如下：化合物结构环张力稳定性角张力扭转张力环丙烷平面型大(109.8°>60°)大很不稳定环丁烷折叠式较大(109.8°>90°)较小不稳定环戊烷信封式较小(109.8°≈108°)较小较稳定环己烷椅式无（正常σ键）无稳定在环烷烃中，除环丙烷的碳原子为平面结构外，其余的成环碳原子都不在同一平面上，这样可以很好的克服环的扭转张力，从而形成稳定的结构。
05环烷烃
3、直立键（a键）、平伏键（e键）
与分子的对称轴平行的键叫直立键或a键（axial bond） 与直立键形成接近１０９．５°夹角的键，叫平伏键或e 键（equatirial bond） 环己烷中六个碳原子所处的空间看作是一个较厚的平面 的话，那么六根C-H键是竖立在它的上下，称为直立键（a 键）．另外六根C-H键横卧在它的四周，称为平伏键（e 键）．
Bacyer讨论环张力时，是采取平面结构时的键角，即使碳 环中的碳原子在同一平面内，得出三角形每个角60°，四边形 夹角为900 正五边形的夹角是108°，正五边形的夹角（108°） 非常接近四面体的夹角。因此，环戊烷基本上没有张力. 2 、根据现代共价键 以sp3轨道成键，其夹角要求应是109.5°，碳原子之间的轴 和轨道的轴无法在同一条线上，环碳之间只得形成一个弯曲的 键（香蕉键），使整个分子像拉紧弓一样，有张力。
练习： 写出下列化合物的最稳定构象
C(CH 3)3 H CH 3 H
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱC2H5 H H3C H H CH(CH3)2
H3 C H
CH3 H H CH3 CH3 H
C(CH 3)3 H H OMe OMe H
HO H
H H OH H
H Cl H H
5.脂环化合物的顺反异构
由于环的存在,限制了环的碳碳 键不能自由旋转,当两个碳原子 连接上基团时,就存在顺反异构 现象. 如:十氢萘有两种顺反异构体， 两个环己烷分别以顺式和反式稠 合。反式比顺式稳定。
5.4 环己烷的构象
一、环丁烷和环戊烷的构象
电子衍射研究说明，环丁烷四个碳原子不在同一平面上， 形如蝴蝶，两＂翼＂上下摆动。 环戊烷的碳原子在同一平面上， 所有的氢都成重叠型，扭转张力 很大 （约５８KJ/mol）因此， 避开重叠式构象而采取非平面结 构，在能量上有利，非平面结构 可以用信封式和半椅式两种作代 表。
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环 丙 烷
环 丁 烷
面的弯曲—— 提高了角张力， 减少了扭转张力， 总张力与环丙烷接近
环 戊 烷
4.5 环己烷的构象
环己烷的椅式构象的绘制过程
步骤1： 画出两条平行线，向下倾斜一定角 度，彼此间离开一段距离，表示环 己烷在同一个平面的四个原子。
步骤2： 将顶端的碳原子画在平面右上方， 连接成键。
第五章 环烷烃
第四章 环烷烃
• 4.1 环烷烃的命名 • 4.2 环烷烃的顺反异构体 • 4.3 环烷烃的稳定性：环张力 • 4.4 环烷烃的构象 • 4.5 环己烷的构象 • 4.6 环己烷的直立键和平伏键 • 4.7 单取代环己烷的构象 • 4.8 双取代环己烷的构象 • 4.9 多环分子的构象
步骤3： 将最底端的碳原子放在中间四个碳 原子形成的平面的左下方，连接成 键。注意底端碳原子成的键平行于 顶端碳原子所成的键。
船式构象： 立体张力 扭转张力
环己烷前面（下面的）键都被加粗， 指出这是更靠近读者的一边
4.6 环己烷的直立键和平伏键
六根直立键相互平行，相邻直立键方向相反
平伏键为三对平行线，每 一对都与环上的两键平行
4.2 环烷烃的顺反异构
环烷烃由于结构所 限，单键不能自由 旋转。
4.2 环烷烃的顺反异构
顺-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基环丙烷
4.3 环烷烃的稳定性：环张力
角张力——键角扩张或 收缩引起的张力 扭转张力——相邻原子 的键重叠引起的张力 立体张力——原子相互 靠近引起的排斥力
4.4 环烷烃的构象
4.1 环烷烃的命名
简单环烷烃： （1）以碳环作为母体，环上侧链作为取代基
命名。 （2）环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名
称之前加一个“环”字。 （3）若环上有两个或更多的取代基，命名时
应把取代基的位置标出。环上碳原子编号 顺序，以取代基所在位置的号码最小为原 则。
1,3-二甲基环己烷
非 1-甲基-2-乙基环戊烷
完整表示的环己烷
环己烷 的翻转
溴代环 己烷的 翻转
4.7 单取代环己烷的构象
取代基越大， 排斥力越大
4.8 双取代环己烷的构象
顺-1,2-二甲基环己烷
反-1,2-二甲基环己烷
4.合物
双环[2.2.1]庚烷
环 丁 烷
面的弯曲—— 提高了角张力， 减少了扭转张力， 总张力与环丙烷接近
环 戊 烷
4.5 环己烷的构象
环己烷的椅式构象的绘制过程
步骤1： 画出两条平行线，向下倾斜一定角 度，彼此间离开一段距离，表示环 己烷在同一个平面的四个原子。
步骤2： 将顶端的碳原子画在平面右上方， 连接成键。
第五章 环烷烃
第四章 环烷烃
• 4.1 环烷烃的命名 • 4.2 环烷烃的顺反异构体 • 4.3 环烷烃的稳定性：环张力 • 4.4 环烷烃的构象 • 4.5 环己烷的构象 • 4.6 环己烷的直立键和平伏键 • 4.7 单取代环己烷的构象 • 4.8 双取代环己烷的构象 • 4.9 多环分子的构象
步骤3： 将最底端的碳原子放在中间四个碳 原子形成的平面的左下方，连接成 键。注意底端碳原子成的键平行于 顶端碳原子所成的键。
船式构象： 立体张力 扭转张力
环己烷前面（下面的）键都被加粗， 指出这是更靠近读者的一边
4.6 环己烷的直立键和平伏键
六根直立键相互平行，相邻直立键方向相反
平伏键为三对平行线，每 一对都与环上的两键平行
4.2 环烷烃的顺反异构
环烷烃由于结构所 限，单键不能自由 旋转。
4.2 环烷烃的顺反异构
顺-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基环丙烷
4.3 环烷烃的稳定性：环张力
角张力——键角扩张或 收缩引起的张力 扭转张力——相邻原子 的键重叠引起的张力 立体张力——原子相互 靠近引起的排斥力
4.4 环烷烃的构象
4.1 环烷烃的命名
简单环烷烃： （1）以碳环作为母体，环上侧链作为取代基
命名。 （2）环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名
称之前加一个“环”字。 （3）若环上有两个或更多的取代基，命名时
应把取代基的位置标出。环上碳原子编号 顺序，以取代基所在位置的号码最小为原 则。
1,3-二甲基环己烷
非 1-甲基-2-乙基环戊烷
完整表示的环己烷
环己烷 的翻转
溴代环 己烷的 翻转
4.7 单取代环己烷的构象
取代基越大， 排斥力越大
4.8 双取代环己烷的构象
顺-1,2-二甲基环己烷
反-1,2-二甲基环己烷
4.合物
双环[2.2.1]庚烷