有机化学第四章环烃
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有机化学-4-环烃
多环烃
桥环烃：
二、脂环烃的命名
1、 单环脂环烃
（1）根据分子中成环碳原子数目称为“环某烷”；
（2）使取代基的位次尽可能最小（小基团位次最低）； （3）环烯(或炔)烃编号时，双(三)键位次最小。
1,3-二甲基环戊烷
1-甲基-3-异丙基环己烷 1，3-二甲基环己烯
（4）对复杂的化合物，可把环看为取代基。
H H H H H H 1
4
6 5 3
H
5 4
2 1
H
H H H
3
6
2
H
5%
95%
(2) 多元取代环己烷中，e键多者为优势构象。
(3) 环上有不同取代基时，最大取代基处于e键上的构象最 稳定。
练习：写出1,2-二甲基取代环己烷的构象式，并排列其稳定性次序：
CH3 CH3
顺式 CH3
CH3 CH3 反式 CH3 CH3 CH3 （Ⅱ） CH3 （Ⅲ）
单环芳烃
H3C CH3
CH3
芳烃 多环芳烃
联苯
多苯代脂烃
CH2
稠环芳烃
2、 芳烃的命名
1) 烃基取代的苯 ①一元取代苯，以苯为母体，烷基为取代基，省略“基”字
甲苯
乙苯
异丙苯
②二元取代苯，可用邻、间、对来表明取代基位置：
CH3 CH3
CH3
H3C
CH3
CH3
邻二甲苯 1,2-二甲苯 O-
间二甲苯 1,3-二甲苯 m-
张力，它的能量比椅型高 30 kJ∙mol-1。
183pm 船 式 H 4 构 H 象
H H H
5 H 3 6
H
H H H
2
1
H H
有机化学-第四章 环烃
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109°28′，分子中没有张力。
大环原子在不同的平面内，键角接近正常的键角，为
无张力环。
环三十烷
三、环己烷的构象
1 椅式构象和船式构象
六个碳原子均为sp3杂化，在保持键角109°28′不变的情况
H2SO4
NO2 NO2
甲苯硝化比苯容易，主要产物为邻位和对位取代产物。
CH3
HNO3 , H2SO4 30℃
CH3 NO2 +
CH3
NO2
(3) 磺化反应 苯与浓硫酸加热，或与发烟硫酸在室温下作用，生 成苯磺酸。苯磺酸也是强酸，酸性与硫酸接近。
浓 H2SO4 , 80℃ or H2SO4(SO3) , 室温
2 直立键和平伏键
椅式构象中的碳氢键可以分为两类，6个碳氢键与分
子的对称轴平行，叫做直立键或a键。
另外6个碳氢键指向环外，与直立键成109°28′的角， 平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键。
一个椅式构象的环己烷，可以通过碳碳单键的旋转变成 另一种椅式构象，叫做转环作用。
X
X
当环己烷上的氢原子被其它基团取代后，由于其它基团 都比氢原子大，所以取代基以e键和环相连占优势。
环己烷以上的环烷烃则很难发生加氢反应。
2 与溴的作用
环丙烷在室温下可以和溴进行亲电加成反应，生成开
链化合物。环丁烷要在加热条件下才能和溴加成。
+ Br2
BrCH2CH2CH2Br
1,3-二溴丙烷
+ Br2
Δ
BrCH2CH2CH2CH2Br
第四章 环烃
O + O2 V2O5 4000 CH CH C O C O + CO2 + H2O
返回
2.2.3 亲电取代反应历程
以傅氏反应为例，亲电反应历程如下： 首先 酰基与ALCl3作用形成酰基正离子： O O
R-C- Cl + AlCl3
O H Slow C-R Quick
R-C
+
AlCl4
O C R
O + R-C
2.2.1 苯的结构及芳香性的概念
化学分析证明苯的分子式为C6H6，碳氢比为1， 和乙炔一样。因此苯是一个非常不饱和的化合物。 按以前烯炔的经验，不饱和烃应该容易与Br2 或 HX 起加成反应，但苯却不容易起这些加成反应， 烯、炔容易被KMnO4 氧化，但苯却不容易，表 现对氧化剂有一定的稳定性；另外，苯容易与一 些试剂起取代反应，其中的H 被-NO2、-SO4H、 -X所取代，而烯、炔在同样的条件下是不起反应 和。苯环这些不容易起加成，不容易被氧化而容 易发生取代反应的特殊性质就叫苯的化学方面的 芳香性。
环烷烃
环烯烃
环炔烃
下面我们先讲异构 现象和命名的内容。
返回
1.1 异构现象和命名 环烷烃和烯烃具有相同的通式CnH2n。因此它们互 为异构，如环丙烷和丙烯，这是官能团异构。同样的环 烯烃具有和炔烃相同的通式。脂环烃的异构现象更加复 杂，如C6H12的环烃至少有下面几种异构体：
如果环上有两个以上的取代基时，如：
第四章 环烃
环烃是指分子中的碳架形成环状的碳 氢化合物。根据结构和性质我们把环烃分 成脂环烃和芳香烃两大类。
1. 2.
脂环烃 芳香烃
1.
脂环烃
1.1
异构现象和命名 1.2 环烷烃的结构 1.3 环烷烃的化学性质
有机化学(第四版)4
H 3C H
CH3 H
顺-1,2-二甲基环已烷（a e型）
H
H 3C H
CH 3
反-1,2-二甲基环已烷（e e型）
HH
H CH3
CH3 CH3
CH3 H
三、环烷烃的性质 1.物理性质
环烷烃的熔点、沸点和密度都比同碳数的烷烃高。 2.化学性质
一般与烷烃相似，但由于“张力”的存在，小环化合物 （三、四元环）具有一些特殊性质, 易开环。
3.环烷烃的结构
• 稳定性：
＜
＜
＜
• 环丙烷的结构:
• 弯曲键：电子云没有呈轨道轴对称,而是分布在一条曲线上。 • 张力： 角张力：键角偏离正常键角而引起的张力。
• 环丁烷的结构：
蝴蝶式
• 环戊烷的结构：
信封式
• 环己烷的结构：存在两种主要构象。
椅型 船型
56
1
4
3
2
直立键或a键
平伏键或e键
支链化合物比较稳定
（2） 加卤素和加卤化氢
Br2 室温
CH2
CH2
CH2
Br
Br
Br2 加热
CH2 CH2 CH2 CH2
Br
Br
HBr 室温 CH3 CH2 CH2
Br
CH3 CH CH3 HBr C
H2C
CH3
CH3 CH3 CH3 CH C CH3
Br
• 含氢最多的碳原子与含氢最少的碳原子之间断裂； • 氢加在含氢最多的碳原子上。（类似双键加成的马氏规则）
2、苯结构的近代概念
杂化轨道理论：碳sp2杂化，形成6个C-C s-键、6个C-H s-
键。
键。6个p 轨道相互交盖，形成一个“环闭”大p
大学有机化学04环烃
• 环烷烃的碳也是sp3杂化,但键角不一定一样.
C
交
C
109.5
。盖 较
好
C
交
C
盖
较
105.5。
差C
C
丙烷
环丙烷
键轨道的交盖
因键角偏离正常 键角而引起的张 力叫角张力。
键香 蕉
2024/10/13
脂环烃
9
60。109.5。 24。44'
90°
环丁烷
随着环的扩大，张力
108°
环戊烷 基本上无张力
2024/10/13
脂环烃
15
(2) 环己烷船型构象
HH
1
4
4 1
23
H H
23
H H
65
6
5
透视式
HH
HH
纽曼投影式
构象特点： C2 ,C3 ,C5 ,C6在一个平面上， C1 ,C4都处于平面的同侧。
相邻原子重叠式，船式构象不稳定
2024/10/13
脂环烃
16
a键
a 键：直立键(竖键) (axial bonds)
e键
e 键：平伏键(横键) (equatorial bonds)
直立键（a键）： 6个（3上、3下） 平伏键（e键）： 6个（3上、3下）
2024/10/13
脂环烃
17
(3) 构象的翻转 • 通过C-C键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型
a键变为e键 e键变为a键
为 a键
为e键
•两种椅型构象是等同的分子.
H2SO4 + H2O
HNO3 + 2H2SO4
HSO4- + H2O+NO2 H2O + +NO2 H3+O + HSO4-
《有机化学》讲义4
第四章环烃（Chapter 4 Cyclohydrocarbons）4.0知识回顾（Review）脂环烃：（alicyclic hydrocarbon）* 环烃：碳链结成环状的烃类芳香烃：（aromatic hydrocarbon）*脂环烃：•组成之比相应的开链脂肪烃少两个氢原子；•性质与相应的开链脂肪烃相似。
环烷CnH2n，环单烯CnH2n-2，环单炔CnH2n-4（n≥3）。
*芳香烃：•通式：CnH2n-6（n≥6）；•结构特点：SP2杂化轨道。
苯环有σ键（C-H）和大п键（C-C），同系物有烃基侧链；•化学通性：苯环不与KMnO4溶液反应，侧链能被KMnO4溶液氧化，能与卤素、硝酸等起取代反应。
可跟氢气、氯气等起加成反应；可燃。
Ⅰ脂环烃（Alicyclic Hydrocarbon）4.1脂环烃的命名和异构（Nomeclature & Isomerism）1)命名：①简单环烃只需在相应脂肪烃的名称前加一“环”字；②对取代环烃的碳链编号时,应使所有取代基的位置号尽可能最小，且较优的基团给以较大的编号；③环上有不饱和键时，应使其位置号最小；④简单的环上连有较长的碳链时，可将环作取代基。
如:环丙基庚烷取代基位置异构2)异构：①碳链异构；②立体异构。
环结构异构* 小环：3~4C；普环：5~7C；中环：8~11C；大环：12C以上。
4.2环烷的结构（Structure of Cycloalkanes）* 环烷烃中C原子为SP3杂化,通常环烷中的C-C键角不等于杂化轨道间的夹角.因此C-C键间的电子云并未达到最大程度的重叠,因此环烷的稳定性比相应的直链烷烃低。
通常叫“分子内存在张力”，这种张力是因键角偏差引起故称“角张力”。
环烷中C原子数↘，键角偏差↗，角张力↗，稳定性↘。
这种带有角张力的结构常被形象的称为“弯曲的键”（banana bond 香蕉键）*三元以上的环，成环原子可不在同一平面内。
如这样可使C-C间杂化轨道渐趋正常，键角和最大程度重叠。
有机化学第四章环烃-非苯芳烃
2020/4/18
• 联苯环上碳原子的位置编号:
3' 2'
2
3
4'
间邻 对
1'
4
1
5' 6'
65
•联苯可看成是苯的一个氢原子被苯基取代.
•联苯的化学性质与苯相似,在两个苯环上均可发生磺化, 硝化等取代反应.
若一个环上有活化基团，则取代反应发生在同环上； 若有钝化基团，则发生在异环。
•苯202基0/4/18是邻,对位取代基.取代基主要进入苯基的对位.
2020/4/18
2020/4/18
环多烯(CnHn)的电子数
补充： 环多烯化合物(符合通式CnHn)电子数的计算 电子数 = 环中碳原子数(n) + 负电荷数 = 环中碳原子数(n) - 正电荷数
注: 上式中的碳原子数n为采取sp2杂化的碳原子数,即参
加离域体系的碳原子数.比如： 环戊二烯的电子数为4.其碳原子总数是5,它有一个
顺式十氢化萘
• 顺式的沸点194℃,反式的沸点185℃ • 可将一个环看成另一个环上的两个取代基
反式的两个取代基均为: e键 顺式的两个取代基为: 一个为e键和一个a键
2020/4/18
反式构象比顺式稳定.
2020/4/18
2020/4/18
2020/4/18
• 若原来取代基是在位,则第二取代基主要进入同它 相邻的位.
2020/4/18
2020/4/18
2020/4/18
下列化合物哪个的酸性最强？
（1）
（2）
（3）
提示：看哪个化合物形成的碳负离子稳定， 即哪个失去H+后形成的离子具有芳香性。
答案：(1)。注意（3）如形成芳香性离 子(环庚三烯正离子)离去的是H-离子。
• 联苯环上碳原子的位置编号:
3' 2'
2
3
4'
间邻 对
1'
4
1
5' 6'
65
•联苯可看成是苯的一个氢原子被苯基取代.
•联苯的化学性质与苯相似,在两个苯环上均可发生磺化, 硝化等取代反应.
若一个环上有活化基团，则取代反应发生在同环上； 若有钝化基团，则发生在异环。
•苯202基0/4/18是邻,对位取代基.取代基主要进入苯基的对位.
2020/4/18
2020/4/18
环多烯(CnHn)的电子数
补充： 环多烯化合物(符合通式CnHn)电子数的计算 电子数 = 环中碳原子数(n) + 负电荷数 = 环中碳原子数(n) - 正电荷数
注: 上式中的碳原子数n为采取sp2杂化的碳原子数,即参
加离域体系的碳原子数.比如： 环戊二烯的电子数为4.其碳原子总数是5,它有一个
顺式十氢化萘
• 顺式的沸点194℃,反式的沸点185℃ • 可将一个环看成另一个环上的两个取代基
反式的两个取代基均为: e键 顺式的两个取代基为: 一个为e键和一个a键
2020/4/18
反式构象比顺式稳定.
2020/4/18
2020/4/18
2020/4/18
• 若原来取代基是在位,则第二取代基主要进入同它 相邻的位.
2020/4/18
2020/4/18
2020/4/18
下列化合物哪个的酸性最强？
（1）
（2）
（3）
提示：看哪个化合物形成的碳负离子稳定， 即哪个失去H+后形成的离子具有芳香性。
答案：(1)。注意（3）如形成芳香性离 子(环庚三烯正离子)离去的是H-离子。
第四章 环 烃
苯基， 用Ph或 ф 表示
CH 2
(C6H5CH2-) 苄基（苯甲基），用Bz表示
2.一元取代苯的命名
a 当苯环上连的是烷基（R-），-NO2，-X等基团时，则以苯环为母
体，叫做某基苯。
例如：
CH3 CH CH3 NO2 Cl
异丙基苯
叔丁基苯
硝基苯
氯苯
b 当苯环上连有-COOH，-SO3H，-NH2，-OH，-CHO，-CH=CH2 或R较复杂时，则把苯环作为取代基。例如：
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）
eg.
4 3
5
6 1
7 8 6 5
eg.
Br2
CH3 (CH3)2 CCHCH2 Br Br
CH3
+HBr
(CH3)2CCHCH3 Br
马氏规则：H加成到含H较多的C上，X加成到含H较少的C上。
脂环烃的结构
从环烷烃的化学性质可以看出，环丙烷最不稳定，环丁 烷次之，环戊烷比较稳定，环己烷以上的大环都稳定，这反 映了环的稳定性与环的结构有着密切的联系。
由图可见，环丙烷分子中存在着较
大的张力（角张力和扭转张力），
是一个有张力环，所以易开环，所 以易开环，发生加成反应。
环丙烷的结构图
2.张力学说
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（香蕉键），其键角为 105.5°，因键角要从 109.5°压缩到105.5°，故环有一定的张力（角张力）。
汪小兰有机化学第四版第四章-环烃
总目录
说明：
• 小环不稳定，虽然它们的分子中都没有不 饱和键， 但却能与氢气、卤素、卤化氢 等试剂发生c—c键断裂的开环加成反应。
• 随着环的增大，开环加成活性降低。
总目录
三、小环对氧化剂稳定
KMnO4/ H+
COOH
+
O
总目录
第三节 环烷烃的结构与稳定性
一、环丙烷的结构 1. 环张力的提出
（109.5°- 60°）/2 = 24.75°
总目录
2. 弯曲键的概念
总目录
C—C原子间不连成直线，而是弯曲重叠，比
σ 键弱，又有别于π 键，介于两者之间，更 接近π 键。
电子云分布在C—C外侧，易被亲电试剂进 攻，有一定的烯烃性质。
3. 燃烧热和非平面结构
燃烧热是指1 mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和水时所放出的热 量。它反映了分子的内能大小。
三、定位效应的应用
第五节 多环芳烃
一、联苯
二、稠环芳烃
第六节 非苯系芳烃
一、芳香性的几个特征
二、休克尔规则
三、非苯芳烃
四、大环芳烃
40
第一节 苯的结构
一、苯的凯库勒式
H H
H H
简写：
符合实验事实：
H
① 满足C的四价性； ② 一种一元取代物；
③ 三种二元取代物。
H
不符合实验事实： ① 难与Br 加成； ② 一种邻二2 取代物。
•烃
氢化热 （kJ/mol） 离域能（kJ/mol）
离域能（共轭能）越大，共轭体系越稳定。
.
52
四、苯分子结构的共振论解释
1. 共振论的基本要点
（1）各种可能的经典结构——极限式； （2）共振符号（）； （3）真实分子是各种极限式的共振杂化体； （4）各种极限式的贡献不同。
有机化学 第4章 环烃(原版)
II.芳香烃
芳香烃的含义：不再仅指“含有苯环且有香 味”的物质，而是指“在结构上有某些特点 并具有芳香性的许多化合物”本节主要讨论 含有苯环的碳氢化合物。
分类：
单环芳烃 根据含苯环的数目苯
多环芳烃
命名：
1、单环芳香烃
（1）一元取代苯：简单的以苯为母体，复杂的苯 为取代基；
（2）多元取代苯：用邻、间、对或数字编号； （3）IUPAC规定：甲苯、邻二甲苯、异丙苯、
简写为
5、但凯库勒不能解释：
X与
X
X
X
实际上是相同的
6、现代物理方法证明：
H
120°
H
0.1397nm
H
正六边形结构 所有的原子共平面
120°
0.1397nm CC 键长均为 0.1397nm
H
H
CH键长均为 0.110nm
0.110nm H
所有键角都为 120°
根据杂化理论：苯分子中的碳原子都是以sp2杂化 轨道成键的，故键角均为120°，所有原子均在同 一平面上。 C-C（sp2-sp2）； C-H(sp2-s)。
（4）傅氏反应
在无水三氯化铝的催化下，苯与卤代烷反应， 生成烷基苯——傅氏烷基化反应。
+ CH3CH2Br 无水AlCl3
CH2CH3 + HBr
当引入的烷基为三个碳以上时，引入的烷基 会发生碳链异构现象。例如：
+ CH3CH2CH2Cl AlCl3
CH3 CH +
CH3
CH2CH2CH3
异丙苯（主 ） 正丙苯
命名：
1、简单的命名与相应的脂肪烃基本相同，在 名称前加一“环”字；
2、当环上有取代基，取代基位置数字按“最 小原则”将环编号，不同取代基顺序按“次 序规则”小的优先列出；
有机化学第04章环烃
词尾名称
中文
酸
磺酸 酯
英文
Carboxylic acid Oic acid Sulfonic acid
R…carboxylae Roate
—COOH
—SO3H
羧基
磺酸基 烃氧基羰基
—COOR
—COX
—CONH2 —CN
卤甲酰基
氨基甲酰基
Halo carbonyl
Carbamoyl
酰卤
Carbonyl halide Oyl halide
4、环己烷的构象 两种典型的构象：船式构象和椅式构象 ⑴ 船式构象：有两个氢原子相距比较近，斥力大；碳碳之间的空间关系 为重叠式，因此船式构象能量高，不稳定。 ⑵ 椅式构象：碳碳之间均为邻位交叉式，斥力小，能量低，为环己烷的优势构 象。
船式构象能量高
椅式构象能量低
环己烷的椅式构象的newman投影式
⑵ 间位定位基（第二类定位基团）:含有此类定位基团的芳环在进行二元取代时，第二个 基团主要进入第一个基团的间位。
该类基团为致钝基团，即含又此类定位基团的芳环在进行二元取代时，反应的活 性降低。（不容易进行反应）该类基团有
⑶规律： a.若基团中与苯环直接相连的原子带有不饱和键或正电荷，则为间位定位基。 （—CH=CH2例外） b.若基团中与苯环直接相连的原子含有孤对电子，并且该原子无双键与其他原子 相连，则为邻对位定位基。 上述基团引入苯环后：若基团为第一类定位基团，则起供电子作用，利于亲电取 代反应，有致活作用（使苯环的活性增高）。 若基团为第二类定位基团，则起吸电子作用，不利于亲电取代反应，有致钝作用 （使苯环的活性降低）。 c.取代基的定位效应不是绝对的（见教材P63）
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
第4章 环状烃
18 18
2）加卤素
四川大学化学学院 四川大学化学学院
19 19
3）加卤化氢
3 2 2
环丙烷的烷基取代物与HX开环加成, 环的开裂总是在含最 多H和最少H的碳原子间进行, 氢加到含氢多的碳原子上。
四川大学化学学院 四川大学化学学院
20 20
用简单化学方法区别下列各组化合物？
1. CH3(CH2)3CH3; CH3CH2CH=CHCH3；
反-1,3-二甲基环戊烷 trans-1,3-dimethylcyc
命名下列化合物：
7 2 1 1 1 2
(1)
(2)
(3)
(4)
(1) 2-甲基-7-乙基螺[4.4]壬烷 (2) 1-甲基二环[2.2.0]己烷 (3) 1-甲基-1-环丁基环丁烷 (4) 2-甲基-1,3-环己二烯
30 30
取代环己烷的构象分析 甲基环己烷
空间张力
(95%) 甲基在e键
-7.5kJ/mol
甲基在a键 (5%)
弱的斥力
取代基在e键上的构象为优势构象（稳定构象）。
四川大学化学学院 四川大学化学学院
31 31
叔丁基环己烷
a
< 0.1%
e
99.9% (优势构象)
取代基团越大，e键的优势构象越明显。
空间张力
H
扭转张力
H H
1
183pm
4 3 2
HH 2
3
1
H
4 5
6 HH
5
6
H
H
H
H
透视式
Newman 投影式
船式（重叠式）
四川大学化学学院 四川大学化学学院
27 27
大学有机化学第四章 环烃
目前有关苯的结构还没有更好的表达方式, 一般沿用的有： 或
物理性质 (physical property) 多数是无色有芳香味的液体，易挥发，蒸汽有毒（也 有的芳香烃很臭！）。相对密度小于1，不溶于水，能溶 于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂。 化学性质 (chemical property) 芳香烃具有其特征性质——芳香性（易取代，难加 成，难氧化）。 1．取代反应 （1）卤代
3. 二元取代物的定位效应 1）原有取代基定位效应一致，第三个取代基进入它们 共同确定的位置。
CH3 (>99%)
COOH
COOH Br
NO2
(100%)
SO3H
(80%)
(20%)
2）两个取代基定位效应相矛盾，由基团致活能力顺序 判断第三个基团取代的位置。
①.两个基团不同类，定位效应受邻对位取代基控制。
HONO2 + HOSO2OH
[H2O+-NO2] + SO4H - H2 O NO2
H
- H+
+ NO2 π络合物 H+ + SO4H
NO2 σ络合物
NO2
NO2
H2SO4
3．磺化
2 H2SO4
O
SO3
S
O
δ
+ H3O+ + HSO4
H
+
δ
H+
SO3H
O
SO3
苯环上取代基的定位规律（定位效应或称取向效应）
X X X
缺点：3.
一般单、双键的键长分别为 ： 0.154nm 和0 .134 nm而实际苯分子是一个正六边 形构型，且碳碳间键长完全相等，均为 0 .139nm （介于一般单、双键键长之间）
有机化学第四版环烃
环丙烷要稳定些。
环戊烷的构象：
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，环戊烷的的构象学性
质稳定。
环已烷及其衍生物的构象 1．两种极限构象——椅式和船式
2．平伏键（e键）与直立键（a键）
250pm 透视式： 4 5 3 6 2 1 4
183pm 5 3 6 2 1
H Cl H Cl H H Cl H Cl
+ H2
Cl H Cl
+ 3Cl2
光 50 ℃
六六六 对人畜有害，世界禁用， 我国从83 年禁用。
3、氧化反应（需有α－H）
CH3 KMnO4 H+ CH2CH3 KMnO4 H+ CH CH3 KMnO4 CH3 H+ COOH
COOH
COOH
CH3 C CH3 KMnO4 + H CH3
CH3 C CH3 CH3
② 酰基化反应： 苯环上的氢原子被酰基取代的反应。 常用的酰基化剂：酰卤、酸酐等。
O 无水AlCl3 +CH3 C Cl
CCH3 O
+ (CH3CO)2O
无水AlCl3
CCH3 O
③ 烷基化反应和酰基化反应的异同点： 相似之处： •催化剂相同；反应历程相似，都为亲电取代反应。 不同之处： a. 烷基化剂含三个或以上碳原子时，往往发生烷基异构化。 b. 烷基化反应较难停留在一元取代阶段，而是生成多元取代物。
三、芳香性的判断
休克尔（ Hü ckel）规则 含有4n+2个π电子的平面环状化合物具有芳香性。 因此，有机分子不一定要有苯环，只要满足: (1) 整个分子共平面；
(2) 具有环闭共轭体系；
有机化学 第4章 环烃
一、芳香烃的分类 (a ) 单环芳烃：分子中含有一个苯环
CH3 苯 甲苯
(b) 多环芳烃：分子中含有两个或两个以上苯环
C H 联苯 三苯甲烷
(c) 稠环芳烃：分子中含有两个或多个苯环彼此间通过 共用两个相邻碳原子稠合而成
萘
蒽
菲
二、单环芳烃
（1）苯的结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1814年法拉第发现苯
1834年米切利希提出苯这一名称
ph
甲苯基 CH3 CH3 间 CH3 邻 对
（3）单环芳烃的物理性质
苯及其同系物一般为无色液体，相对密度
小于1，但比相对分子质量相近的烷烃和 烯烃的相对密度大。不溶于水，可溶于有 机溶剂。单环芳烃具有特殊气味，有毒
（4）单环芳烃的化学性质 (4.1) 苯环上的亲电取代反应
① 卤代： 在三卤化铁等催化剂作用下，苯与卤素作用生成卤
（代）苯，此反应称为卤化反应
+ CI2 FeCI3 CI + HCI Br + HBr
CH3 + CI2 FeCI3 CI
+
+ Br2
CH3
FeBr3
CH3
CI
卤苯继续卤化，比苯难，邻对位产物为主
Cl Cl + Cl2 Cl Cl + + Cl 邻二氯苯 （39%） Cl 对二氯苯 （55%） （6%） Cl
H C2-C3 H H
H H H
H
HH
H C6-C5
重叠式
构象稳定性：椅式>船式，椅式是环己烷最稳定的构象
（1）椅式构象的画法
加竖键(a键) 加竖键(a键)
H H H H H H
CH3 苯 甲苯
(b) 多环芳烃：分子中含有两个或两个以上苯环
C H 联苯 三苯甲烷
(c) 稠环芳烃：分子中含有两个或多个苯环彼此间通过 共用两个相邻碳原子稠合而成
萘
蒽
菲
二、单环芳烃
（1）苯的结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1814年法拉第发现苯
1834年米切利希提出苯这一名称
ph
甲苯基 CH3 CH3 间 CH3 邻 对
（3）单环芳烃的物理性质
苯及其同系物一般为无色液体，相对密度
小于1，但比相对分子质量相近的烷烃和 烯烃的相对密度大。不溶于水，可溶于有 机溶剂。单环芳烃具有特殊气味，有毒
（4）单环芳烃的化学性质 (4.1) 苯环上的亲电取代反应
① 卤代： 在三卤化铁等催化剂作用下，苯与卤素作用生成卤
（代）苯，此反应称为卤化反应
+ CI2 FeCI3 CI + HCI Br + HBr
CH3 + CI2 FeCI3 CI
+
+ Br2
CH3
FeBr3
CH3
CI
卤苯继续卤化，比苯难，邻对位产物为主
Cl Cl + Cl2 Cl Cl + + Cl 邻二氯苯 （39%） Cl 对二氯苯 （55%） （6%） Cl
H C2-C3 H H
H H H
H
HH
H C6-C5
重叠式
构象稳定性：椅式>船式，椅式是环己烷最稳定的构象
（1）椅式构象的画法
加竖键(a键) 加竖键(a键)
H H H H H H
有机化学第四章环烷烃
书P57
4′.2.2 苯的物理性质 .2.2
无色液体，比水轻，有毒 无色液体，比水轻，有毒。
4′.2.3 化学性质 .2.3 （1）亲电取代反应 a 卤代
+ Br2 Fe or FeBr3 Br + HBr
Br + Br2 Fe or FeBr3 Br +
Br + Br HBr
书P58
引入卤素活性： 引入卤素活性： Cl2>Br2>I2 b硝化
共轭，共平面 共轭， 8个e 无芳香性
共轭，共平面 共轭， 10个电子 10个电子 有芳香性
不共轭 共轭， 共轭，共平面 4个电子， 14个电子 个电子， 14个电子 无芳香性 有芳香性
4′.1 芳香烃的分类及命名 4′.1 .1 分类
苯 单环芳香烃 苯的同系物 苯取代的不饱和烃 根据分子中含苯环的数目 联苯 多环芳烃 多苯代脂肪烃 稠环芳香烃 CH CH CH3
三元环
书P47
按环的大小分为: 按环的大小分为:
四元环 五元环
单环脂环烃 按环的多少分为: 按环的多少分为: 二环脂环烃 多环脂环烃 4.1.3命名：与脂肪烃基本相同，只是在名称前加一“ 4.1.3命名：与脂肪烃基本相同，只是在名称前加一“环”字。 命名 （1）当环上连有两个或两个以上的取代基时，按着表示取代基的 当环上连有两个或两个以上的取代基时， 数字尽可能小的原则，将环编号，取代基不同时， 数字尽可能小的原则，将环编号，取代基不同时，则根据次序规则 较优的基团给以较大的编号。 ，较优的基团给以较大的编号。
3 3" 2" 1" 4 6"
5
2
6
2' 3' 1 1' 6' 5' 4'
有机化学 第四章 环烃
苯结构的表达
1. Kekulé苯
Kekulé苯结构式能解释
(a) 苯的一取代物只有一种
Br
Br
Br
(b) 苯可以加氢还原为环己烷
催化剂
+ H2
Kekulé苯结构式却不能解释
(a) 苯容易发生取代反应，却难于发生加成和氧化反应
(b) 按照Kekulé结构式，邻位二取代苯应该有两个异构体， 但实际上只有一个
5
2
2'
1 1'
6 6'
3' 4'
CH3
5'
4,4'-二 甲 基 联苯
23
1
4
6
5
1,4- 联三 苯
65
1
4
2
3
1,3- 联三 苯
（2）多苯代脂肪烃：可看作脂肪烃分子中氢原子被苯取代：
CH2
CH
CH CH
二苯 甲 烷
三苯 甲 烷
二苯 乙 烯
（3）稠环芳烃：并联：两个或两个以上苯环共用两个相邻碳原子。
CH3
1
6
2
5
3
4
CH3
1,4-二甲基环己烷
CH3
3
4
2
5
6 1 CH3
1,3-二甲基环己烷
CH3
1
6
2
5
3
4
CH
CH3 CH3
1-甲基-4-异丙基环己烷
3. 当环上连有取代基及不饱和键时，即为环烯(炔)烃时， 不饱和键以最小的号数表示。
4-甲基环已烯
CH3
4
5
3
6
2
1
4. 某些情况下，如当简单的环上连有较长的碳链时，也 可将环当作取代基，如：
有机化学 第4章 环烃
H3 C
H
H
H
CH3
H3 C
H
H
H3C
H
CH3
H
H
CH3
H CH3
H
CH3 H
H3 C
H
H CH3
H3 C
H3C
2.系统命名
(1) 单环体系 脂环烃的命名，是在同数目碳原子的开链烃名称前加 “环”字，取代基的名称和位次写在环烷烃的名称前面。
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。 碳原子编号时，应使取代基的位次尽可能最小。 若取代基碳链较长，则环作为取代基。
1,2,4-三甲苯 (偏三甲苯)
1,3,5-三甲苯 (均三甲苯)
(4) 对结构复杂或支链上有官能团的化合物,也可把支 链作为母体,苯环当作取代基命名.
CH3 CH3-CH2-CH-CH-CH3
2-甲基-3-苯基戊烷
CH=CH2
C=CH
CH 3-C=CHCH3
苯乙烯 (乙烯基苯)
苯乙炔
2-苯基-2-丁烯
(5) 芳基,苯基,苄(bian)基
芳基--芳烃分子的芳环上减去一个H后的基团叫芳基,用 “Ar”表示. 苯基--苯分子上减去一个H后的基团叫苯基,用“Ph”表示.
苄基--甲苯的甲基上减去一个H,叫苯甲基或苄基：
4.2.2苯环的结构
(一) 凯库勒结构式
• 苯的分子式: (C6H6)
(1)不易发生加成反应, (2)而容易起取代反应, (3) 一取代产物只有一种.
KMnO4/H+
(2) 氯化反应
—比较两种反应的条件
•苯环侧链上的H取代，自由基型取代反应:
CH3
Cl2 日光或热
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a
22
2.加成反应
N i , 1 8 M P a
+3 H 2 1 8 0 -2 5 0 ℃
+ 3C l2
光 50℃
H C l
C lH
H C l
C l H
H C l
HC l
六 六 六 对 人 畜 有 害 ， 世 界 禁 用 ， 我 国 从 83 年 禁 用 。
3．氧化
CH2CH3
CH3 CH
CH3 CH2CH2CH2CH3
O
CH2CH3 Cl2，光
CHCH3 +
Cl
CH2CH2 Cl
91%
9%
CH2CH3 Br， 光
CHCH3 Br
100%
CH2CH2-CH-CH3 Br， 光
CH3
a
CHCH2-CH-CH3
Br
CH3
24
亲电取代反应的历程
AE + 催化剂 ——→ E+ + [ A—催化剂]-
sp2 + E+
sp3
(3)磺化
+H 2 S O 4
a
CH3
CH3
NO2 +
NO2
S O 3 H +H 2 O
反应可逆 19
除水、加过量苯有利于正反应；稀酸、加热有利于逆反应；
SO3H
稀 ? H2SO4 100~170oC
+ H2SO4
• 可作位置保护基用于有机合成
OH
OH Br
OH
+H2SO4 (浓)
OH
SO 3H
Br
a
16
苯分子结构的近代概念
120
0、139nm
A.苯的键
B.苯的P轨道
C.苯的大π键
D.苯分子的电子云 分布示意图
目前有关苯的结构还没有更好的表达方式, 一般沿用的有：
或
a
17
物理性质 (physical property)
多数是无色有芳香味的液体，易挥发，蒸汽有毒（也 有的芳香烃很臭！）。相对密度小于1，不溶于水，能溶 于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂。
缺点：1. 有3个双键，但又不具烯烃的性质，反而异 常稳定；
缺点：2.理论上应有异构体，但实际邻位二元取 代物只有1种； X
X
X
X
缺点：3. 一般单、双键的键长分别为 ： 0.154nm 和0 .134 nm而实际苯分子是一个正六边 形构型，且碳碳间键长完全相等，均为 0 .139nm （介于一般单、双键键长之间）
1．邻对位定位基（第一类定位基）
+
E
E
邻对位定位基，使新引入的取代基主要进入原基团邻位 和对位（邻对位产物之和大于60%），且活化苯环（卤素例 外），使取代反应比苯易进行。这类定位基能活化苯环。
CH3 + HNO3 H2SO4
CH3
CH3
NO2 +
NO2
a
27
邻对位定位基的结构和电子效应 (1) 含有未共用电子对的原子与芳环成键，形成大π键； (2) 含有p电子的基团，例如：苯基，碳碳双键 (3) 可通过诱导效应或超共轭效应产生给电子效应的烷基等。
6
构 象 的 翻 转
• a键转变成e键，e键转变成a键； •环上原子或基团的空间关系保持。
一取代环己烷的构象
a
7
* 平衡有利于 -CH3处于e键的构象(优势构象)。
* 如果环己烷有多个取代基，则 e 键上的取代基最多 的构象为优势构象。环上有不同取代基时，体积大的连 在 e 键上的构象最为稳定。
与 正 常 键 角 偏 差 角 度 4 9 .5 o
1 9 .5 o
1 .5 o
环 烷 烃 三 元 环 四 元 环 五 元 环
五元以上的环会不会因环数增大而不稳定？ 比较单位CH2燃烧热(ΔH) kJ/mol
环 丙 烷 环 丁 烷 环 戊 烷 环 己 烷 环 庚 烷 环 辛 烷 链 状 烷 烃 6 9 7 .16 8 6 .16 6 4 .0 6 5 8 .6 6 6 2 .4 6 6 4 .26 5 8 .6 k J /m o l
C H 3
对甲苯基
2-甲基-4-苯基戊烷
a
C H 2
苯甲基（苄基）
C H 3C H C H =C H 2
3-苯基-1-丁烯
13
多官能团的苯环：
把最优先基团和苯环连在一起作为母体，其他基 团作为取代基。官能团的优先次序：
注意与立体化学顺序规则（P16）不同
—ROCHO＞OHAr＞O—H＞SO—3HS＞H＞——CONXH＞2＞——CRO＞N—H2X＞，——CNNO＞2—CHO＞
a
异丙苯
CH3
CH3
1,4-二甲苯 (对二甲苯) (p-二甲苯)
12
三元取代苯：
CH3
H3C
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
H3C
CH3
1,2,3-三甲苯 1,2,4-三甲苯 （连三甲苯） （偏三甲苯）
1,3,5-三甲苯 （均三甲苯）
芳基：
H 3 C
苯基 结构复杂的芳烃：
C H 3C H C H 2C H C H 3
+C H 3 C O C l 无 水 A lC l3
C O C H 3 +H C l
+( C H 3 C O ) 2 O无 水 A lC l3
C O C H 3 +C H 3 C O O H
酰基化反应的特点：产物纯、产量高（因酰基不发生 异构化，也不发生多元取代）。
在苯环上已经有了硝基、羧基、磺酸基、酰基等吸电子 基团时，则酰基化反应不能进行。
Br2
OH S O 3H
H3O+
OH Br
(4)傅氏反应
S O 3H
S O 3H
苯与烷基化剂在路易斯酸的催化下生成烷基苯的反应称为
傅瑞德-克拉夫茨（Friedle-Crafts）烷基化反应。
a
20
+ C H 3 C H 2 C l 无 水 A lC l3
C H 2 C H 3 +H C l
注意 :
烷烃
a
9
五、六元环烷烃及高级环烷烃的性质与烷烃相似， 在光照的条件下，发生环上氢原子的卤代反应。
光
+B r 2
B r+H B r
环丙烷对氧化剂稳定，不被高猛酸钾、臭氧等氧 化剂氧化。故可用高锰酸钾溶液来区别烯烃与环丙烷 衍生物。
环烃性质小结： a．小环烷烃（三、四元环）易加成，难氧化，似烷似
烯。普通环以上难加成，难氧化，似烷。
C H 3 C H 3
1-甲基环戊烯 3， 4-=甲 基 环 己 烯
1， 3-环 戊 二 烯 2 -甲 基 -1 ， 3 -环 己 二 烯
环烷的结构 (structures of alicyclic hydrocarbons)
环的稳定 与环的结
构有关
a
4
角张力(拜尔张力)：与正常键角偏差而引起的张力。
指出下列构象异构体中哪一个是优势构象
C H 3
C (C H 3)3
(C H 3)3C
优势构象
C H 3
脂环烃的性质 (properties of alicyclic hydrocarbon)
1．催化氢化
H 2
N i 8 0 ℃
C H 3 C H 2 C H 3
a
8
H 2
N i 2 0 0 ℃
C H 3 C H 2 C H 2 C H 3
a
1
Ⅰ. 脂环烃(alicyclic hydrocarbon)
环烷烃 CnH2n
环碳原子的饱和程度 环烯烃 CnH2n-2
脂环烃
单环 (上） 环炔烃 CnH2n-4
碳环数目 双环
多环
（1）环烷烃的命名
a. 根据分子中成环碳原子数目，称为环某烷。
b. 把取代基的名称写在环烷烃的前面。
c．取代基位次按“最低系列”原则列出，基团顺序按
二苯甲烷 （苯代脂肪烃）
萘 （稠环芳烃）
一、 单环芳烃 （ monocyclic aromatic hydrocarbon）
苯的结构 （structure of benzene）
H
H
C
HC
CH
H
C
H
C
C
HC
CH
C
C
C
H
C
H
H
H
a
克库勒式
15
优点：较好的描述了苯分子中碳原子和氢原子结合的 方式和排列顺序。
化学性质 (chemical property)
芳香烃具有其特征性质——芳香性（易取代，难加 成，难氧化）。
1．取代反应
（1）卤代
Br
+ Br2 FeBr3
a
+ HBr
18
Br + Br2 FeBr3
Br
Br
Br +
(2)硝化
+H NO 3 H 2SO 4
Br NO 2
+ H 2O
CH3 + HNO3 H2SO4
H
E+
-H + +E
sp2 E
亲电试剂 络合物
络合物
产物
1．卤代 +B r + 快 B r +
慢 B r
H
B r H +[ F e B r 4 ] -
快
B r+ H B r+ F e B r 3
2．硝化
a
25