有机课件 3 第三章__环烷烃2
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有机化学-环烷烃
得到的构型与原来的构型一样。 椅式C-H键的分类： 6个直立键：3个朝上，3个朝下。
23
都叫a键。平行于C3轴。
6个平伏键：3个朝上，3个朝下。
都叫e键，与直立键成109°28/。
结论：
C3
①. 椅式是环己烷的最稳定的构象，在各种构象的
平衡混合物中，椅式占99.9%。 因为在椅式构象中，相邻两个碳原子上C-H键都
1. 物理性质（自学） 2. 化学反应 1). 取代反应
+ Br2
hν
Br
+ HBr
机理：自由基机理 取代反应一般在五、六元环上易发生。
12
2). 加成反应 小环易发生加成反应。
①. 加 H2
+ H2
Ni
+ H2 + H2
② . 加 X2
40℃ Ni CH CH CH CH 3 2 2 3 100℃
16
三. 环烷烃的稳定性 (Stability of Cycloalkanes)
为什么三元环不稳定易发生加成？
为什么五元环、六元环较稳定不易发生开环加成，而易
发生取代？ 1. 拜尔（Baeyer ）张力学说要点
①. 形成环的碳原子都在同一平面上，并排成正多边形。 ②. 正常C-C键之间夹角为109.5°，环中C-C键之间夹
第三章 环烷烃
主讲：徐华
一. 环烷烃的分类、命名和异构 二. 环烷烃的物理性质和化学反应 三. 环烷烃的稳定性 四. 环烷烃的构象
2
一. 环烷烃的分类、命名和异构 概述：单环环烷烃通式：CnH2n 1. 分类
,
与烯烃互为异构体。
环烷烃的性质与烷烃相似。
小环：3～4个碳原子。 普通环：5～7个碳原子。 单环体系 中环：8～11个碳原子。 大环：12个以上碳原子。 螺环:两个环公用一个碳原子,公用的碳叫螺碳。 多环体系 桥环：两个环公用两个或两个以上碳原子。
环烷烃
CH3 CH3C CHCH 3 Br CH3
+ HBr
（主）
2013-11-18 30
四、氧化反应
环丙烷与烯烃既类似又有区别，环丙烷
有抗氧化能力，不使KMnO4水溶液褪色。
应用：环丙烷和不饱和烃
2013-11-18
31
空气 钴盐 OH
+
O
O
O2
O
+
O
2013-11-18
32
3.5 环烷烃的稳定性
椅式
2013-11-18
50
1 3 4 5 2 6
半椅式
2013-11-18 51
4
5
6
1
3
2
船式
2013-11-18 52
扭船式
2013-11-18 53
1. 椅式
5 4 3
6 2
1
2013-11-18
54
4
5
6
3
2
C3
1
碳1、2、4、5在同一平面上，是椅座。 碳1、5、6在同一平面上，是椅背。 碳2、3、4在同一平面上，是椅腿。
转角，并且环越大，偏转角越大，张力越大。
这一推论不正确。这是由于张力学说前提
不合理，即环中碳原子在同一平面内不合理。 拜尔张力学说存在于小环中。
2013-11-18 38
二、分子中的张力
现代理论认为：分子能量的升高，都是分
子中存在张力的结果。有机分子中可能存在 的张力主要有4种。 （1）Van der Waals张力——非键作用力。Enb （2）键张力——键长偏离正常值引起的张力。El
CH3 CH3
1,1-Dimethylcyclohexane
+ HBr
（主）
2013-11-18 30
四、氧化反应
环丙烷与烯烃既类似又有区别，环丙烷
有抗氧化能力，不使KMnO4水溶液褪色。
应用：环丙烷和不饱和烃
2013-11-18
31
空气 钴盐 OH
+
O
O
O2
O
+
O
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32
3.5 环烷烃的稳定性
椅式
2013-11-18
50
1 3 4 5 2 6
半椅式
2013-11-18 51
4
5
6
1
3
2
船式
2013-11-18 52
扭船式
2013-11-18 53
1. 椅式
5 4 3
6 2
1
2013-11-18
54
4
5
6
3
2
C3
1
碳1、2、4、5在同一平面上，是椅座。 碳1、5、6在同一平面上，是椅背。 碳2、3、4在同一平面上，是椅腿。
转角，并且环越大，偏转角越大，张力越大。
这一推论不正确。这是由于张力学说前提
不合理，即环中碳原子在同一平面内不合理。 拜尔张力学说存在于小环中。
2013-11-18 38
二、分子中的张力
现代理论认为：分子能量的升高，都是分
子中存在张力的结果。有机分子中可能存在 的张力主要有4种。 （1）Van der Waals张力——非键作用力。Enb （2）键张力——键长偏离正常值引起的张力。El
CH3 CH3
1,1-Dimethylcyclohexane
有机课件 3 第三章__环烷烃2概要
螺环烃
要点复习
1、链状化合物系统命名的两个要点——选主链、编号
选主链：①靠近主官能团；②最先碰面；③先小后大。
编号：①含主官能团最长C链；②含尽量多的母体官 能团；③含尽量多的取代基。 举例练习： C2H5 1 2 3 4 CH3–CH–CH–CH–CH2–CH3 ？ CH3 CH(CH3)2 5 6 2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷
化学反应
小环化合物的特殊性质 —— 易开环加成
小环化合物的催化加氢
H2 / Pt, 50oC or Ni, 80oC
2
CH3CH2CH3
2
H2 / Pt, 50oC
3 1
CH3
3
CH2CH3
or Ni, 80oC
CH3CHCH2CH3
1
H2 / Pt, 120oC or Ni, 200 C
o
三、环己烷的构象
1. 两种典型构象式： conformation
5
0.250nm 6 4 1 3 2
｛boat form
chair form
(1)椅式构象的特点： ①6C2平面（3C,3C），距离0.05nm. ②12个C-H键分为两种类型：6个直立键（axial bond）即a键， 6个平伏键(equatorial bond)即e键。 ③所有键角都为109°28´而无角张力。 ④任何相邻的两个碳原子之间都为交叉式构象而无扭转张力。 ⑤任何两个C-H键的距离都大于范德化半径而无范德化张力。
桥环烃（Bridged hydrocarbon）的命名
桥头碳原子
10 9 8 7 1 2 3 4 5
桥头间的碳原子数
(用"."隔开)
有机化学第三章环烷烃
※ 在不同的环烃中键角大于或小于 109o28’，而正常的 SP3 杂化轨道之间的夹角为 109°28′ 即 C － C 之间的电子云 没有达到最大程度的重叠。
1 （109° 28′－60° ）＝ 24° 64′ 2 1 （109° 28′－90° ）＝ 9° 44′ 2 1 （109° 28′－108° ）＝ 0° 44′ 2 1 （109° 28′－120° ）＝ -5° 16′ 2
两个环共用两个或两个以上碳原子的化合物称桥环化合物。
3、环戊烷的结构
C：sp3杂化，轨道夹角109.5o，五边形内角为108o角张力： 109.5-108＝1.5o 可见，环戊烷分子中几乎没有什么角张力，故五元 比较稳定，不易开环，环戊烷的性质与开链烷烃相似。
事实上，环戊烷分子中的五个碳原子亦不共 平面，而主要是以“信封式”构象存在，使 五元环的环张力可进一步得到缓解。
二、化学性质
结构分析：C-C, C-H σ键牢固，化性稳定，似烷烃；
但C3—C4环易破，环可以加成，似烯烃。
1、取代反应
+ Cl2 光照 + HCl Cl Cl + HCl
+ Cl2
加热 300oC
反应条件加强, 反应程度减弱。
2、加成反应
小环烷烃，特别是环丙烷，和一些试剂作用时易发生开环。 A: 加氢（随碳原子数增加，环的稳定性增加；加氢反应条 件也愈苛刻）
7 6 5 4 3
9 1 2 8
10
1 2 5
7
6
5 4
3 2 1 CH3
7 CH3
6
4
3
8
9
螺[2, 4]庚烷
7-甲基螺[4, 5]癸烷
1－甲基螺［3，5］－5－壬烯
第三章环烷烃
H (1 2 0 p m ) H CH3 CH3
(2 0 0 p m )
CH3
取代基的体积越大，e键的比例越高
C(CH
3)3
～100％
2) 二取代环己烷的构象
CH3 E=10.4 kJ/mol CH3 CH3 CH3
试比较顺式和反式 1,4-二甲基环己烷的稳定性。
H3 C CH3
CH3 a CH3 a
1-甲基螺[3.4]辛烷
2.编号从连接螺碳的小环的碳开始; 3.将编号和取代基名称写在螺字前.
2.桥环烃
两个环共用两个或两个以上碳原子的多环烃。两 个碳原子之间的距离叫桥，桥的交点为桥头碳。
二环[1.1.0]丁烷 bicyclo[1.1.0]butane
CH
3
二环[2.2.1]庚烷 bicyclo[2.2.1]heptane
四元环
60°
9 °44′
0 ° 44′ －5 °16 ′
五元环 六元环
109° 8′ 2
解释了小环化合物的性质，大环化合物的出现否 定了该学说。因六元环以上的环烷烃的碳原子能以正 常的键角成键，因此稳定性很高。
2.张力因素
引起分子不稳定的因素
范德华张力 非键原子之间的距离较近时引起的排斥作用。 角张力 键张力 扭转张力
信封式
4.环己烷及其衍生物的构象 （1） 环己烷的构象 极端构象： A）椅式构象 透视式
H 2 H H 1 H H 250pm H 3 H H 5 H H 4 H H
椅式
船式 纽曼投影式
H
H
H
H H
6 1
H H H
2 5
H H
4
H
6
交叉型
3
(2 0 0 p m )
CH3
取代基的体积越大，e键的比例越高
C(CH
3)3
～100％
2) 二取代环己烷的构象
CH3 E=10.4 kJ/mol CH3 CH3 CH3
试比较顺式和反式 1,4-二甲基环己烷的稳定性。
H3 C CH3
CH3 a CH3 a
1-甲基螺[3.4]辛烷
2.编号从连接螺碳的小环的碳开始; 3.将编号和取代基名称写在螺字前.
2.桥环烃
两个环共用两个或两个以上碳原子的多环烃。两 个碳原子之间的距离叫桥，桥的交点为桥头碳。
二环[1.1.0]丁烷 bicyclo[1.1.0]butane
CH
3
二环[2.2.1]庚烷 bicyclo[2.2.1]heptane
四元环
60°
9 °44′
0 ° 44′ －5 °16 ′
五元环 六元环
109° 8′ 2
解释了小环化合物的性质，大环化合物的出现否 定了该学说。因六元环以上的环烷烃的碳原子能以正 常的键角成键，因此稳定性很高。
2.张力因素
引起分子不稳定的因素
范德华张力 非键原子之间的距离较近时引起的排斥作用。 角张力 键张力 扭转张力
信封式
4.环己烷及其衍生物的构象 （1） 环己烷的构象 极端构象： A）椅式构象 透视式
H 2 H H 1 H H 250pm H 3 H H 5 H H 4 H H
椅式
船式 纽曼投影式
H
H
H
H H
6 1
H H H
2 5
H H
4
H
6
交叉型
3
胡宏纹第四版有机化学-第三章 环烷烃(上下)(完整版)
1,5-二甲基螺 [3，5]壬烷
7
6
12
2
54
3
2，7，7-三甲基二环[2，2，1]庚烷
CH3
1
56
4
3
9
7 8
2,8-二甲基-1-乙基二环[3，2，1]辛烷
1，8－二甲基－2－乙基－6－氯－双环［3，2，1］辛烷
8
1
7
2
8
71
6
2
1 8
2 10
97
3
Cl 6 5 4
3
5
43
65 4
三环［3，3，11,5 ，13,7 ］癸烷
Br
Br + HBr
CH2CH2Br
+ Br2
rt
Br
FeBr3
C: 与卤化氢加成
+ HBr
CH3CH2CH2Br
+ HBr
CH3CHCH2CH3
Br
规律：环丙烷衍生物与HX加成时，环的破裂处发生在
连接烷基最多的和最少的碳原子间，加成时产
物符合马氏规则，卤素加在含H较少的C上，H
加
在含H较多的C上。
7
6
1
5
32
4
9 10 1
2 8
5
3
7
64
CH3
螺[2, 4]庚烷
7-甲基螺[4, 5]癸烷
9 10 1
5 8
母体为:螺[3,4]辛烷
65 3
5-甲基螺[3,4]辛烷
7 8
4 2
1 9
CH3
2
1－甲基螺［3，5］－5－壬烯
螺［4，5］－1，6－癸二烯
3
76 4
有机化学-环烷烃
➢ 环外基团作为环上的取 代基
1
1
2
2 3
➢ 取代基位置数字取最小
3 4
1, 3-二甲基环己烷
1, 3-dimethylcyclohexane
1-甲基-4-异丙基环己烷
4-isopropyl-1methylcyclohexane
CH3
CH3
H
H
H3C H
CH3 H
H3C
CH3
顺-1,3-二甲基环戊烷 (cis-1, 3-dimethylcyclopentane)
桥头碳原子
10 2
9
1
3
8
6
4
7
5
十氢萘
环的数目
桥头间的碳原子数
(用"."隔开)
二环[4. 4. 0]癸烷
bicyclo[4. 4. 0]decane
组成桥环的 碳原子总数
✓桥 头 碳：几个环共用的碳原子， ✓环的数目：断裂二根C—C键可成链状烷烃为二环；断裂三根C—C
键可成链状烷烃为三环 ✓桥头间碳原子数：不包括桥头C，由多到少列出 ✓环的编号方法：从桥头开始，先长链后短链
椅式构象
H
H
3
H
H
2
1
H H4
56
H H
H
H
H
H
H H3
4
H H
H
5
1H
6
2H
H
C4-C3
C6-C1
交叉式
2.50nm
H
H
HH
H~H之间距离均大于
HH H
H H
H
2.49nm
H
H的Van der Waal’s半
1
1
2
2 3
➢ 取代基位置数字取最小
3 4
1, 3-二甲基环己烷
1, 3-dimethylcyclohexane
1-甲基-4-异丙基环己烷
4-isopropyl-1methylcyclohexane
CH3
CH3
H
H
H3C H
CH3 H
H3C
CH3
顺-1,3-二甲基环戊烷 (cis-1, 3-dimethylcyclopentane)
桥头碳原子
10 2
9
1
3
8
6
4
7
5
十氢萘
环的数目
桥头间的碳原子数
(用"."隔开)
二环[4. 4. 0]癸烷
bicyclo[4. 4. 0]decane
组成桥环的 碳原子总数
✓桥 头 碳：几个环共用的碳原子， ✓环的数目：断裂二根C—C键可成链状烷烃为二环；断裂三根C—C
键可成链状烷烃为三环 ✓桥头间碳原子数：不包括桥头C，由多到少列出 ✓环的编号方法：从桥头开始，先长链后短链
椅式构象
H
H
3
H
H
2
1
H H4
56
H H
H
H
H
H
H H3
4
H H
H
5
1H
6
2H
H
C4-C3
C6-C1
交叉式
2.50nm
H
H
HH
H~H之间距离均大于
HH H
H H
H
2.49nm
H
H的Van der Waal’s半
第三章。环烷烃
翻转后： 翻转后：
21
在室温下环已烷的一种椅式构象通过σ 在室温下环已烷的一种椅式构象通过σ键旋转迅速转变成另 一种椅式构象： 一种椅式构象：
22
2. 船式构象
◇船式构象的基本形态
四个C 1，2，4，5四个C在同一平面 C-3，C-6均在该平面上方
船式构象中张力能每一项都不等于零： ◇船式构象中张力能每一项都不等于零： 范德华半径240pm 240pm， ≠0， 如：lH3-H6=183pm < 范德华半径240pm，故Enb≠0，同时非键作用使 H3键长和键角有变， ≠0， 键长和键角有变，使El≠0，Eφ≠0
第三章 环烷烃
（Cycloalkane ）
1
分子中C原子以单键互相连接成闭合环。 ◇环烷烃 — 分子中C原子以单键互相连接成闭合环。 链成环需增加一个C 单键，同时减少两个H ◇通 式 — CnH2n，链成环需增加一个C-C单键，同时减少两个H，与烯 烃为同分异构体。 烃为同分异构体。
一、环烷烃的异构和命名
环稳定性： 环稳定性：
>
环开裂一般发生在含氢最多和含氢最少的两个碳原子之间。 环开裂一般发生在含氢最多和含氢最少的两个碳原子之间。
6
(2) 加溴 例：
开环加成
环丁烷、环戊烷等与溴的反应与烷烃相似： 环丁烷、环戊烷等与溴的反应与烷烃相似：
hv Br
+
Br2
7
(3) 加HBr 例：
在含H最少C与含H最多C间断裂，Br 加到含H最少C 在含H最少C与含H最多C间断裂，Br-加到含H最少C上
4
◇例子： 例子： 例1： 1-甲基-3-乙基环戊烷 甲基-
例2：
1
2
3
医学有机化学--第三章环烃
O2，钴催化剂 95℃,105Pa
HOOCCH2CH2CH2CH2COOH
3-2 芳香烃
• 芳香烃：苯是最典型的芳香烃。 • 含有苯环结构的化合物。 • 少数非苯芳烃，不含苯环，但含有结构、性质与苯环相似的 芳环。
•芳香性：具有苯的结构特点 ，不饱和度高但结构稳定，容易 进行取代反应，不易进行加成反应和氧化反应。
·
· · CH2
Cl2
CH2Cl + Cl
·
+ HCl
·
(2). 硝化
+ HNO3
浓H2SO4
50～60℃
NO 2
NO 2 NO 2
浓H2SO4
+ HNO3 发烟
100 ℃
NO 2
CH3 + HNO3
浓H2SO4 30℃
CH3 NO 2
62%
CH3 + NO 2
33%
反应活性：甲苯＞苯＞硝基苯
硝化反应历程：
一、芳香烃的分类 1. 单环芳烃
CH3
H C
2. 多环芳烃 • 多苯代脂烃
• 联苯 联苯 • 稠环芳烃
萘
三苯甲烷
蒽
菲
二、苯的结构
1、苯的环状结构——凯库勒式
分子式： C6H6
H C C H
H C H C
C H C H
研究表明, 凯库勒的结构式基本上是正确的。
但它不能解释苯的全部性能.
（1）、 无法解释苯特有的稳定性。
Br2 加热
CH2 CH2 CH2 CH2 Br Br
CH3 CH2 CH2 室温 Br
HBr
CH3 CH C H2C
CH3 HBr CH3
有机化学 第3环烷烃
第二节 环烷烃
环烷烃
• 环烷烃是环状的烷烃。环烷烃分子中碳原子相互以单键联结成闭合碳 环，其余的价全部与氢原子连接。 • 要将链状烷烃变为环状，需将链端两个碳原子上的氢原子去掉，因此 单环烷烃的通式为CnH2n。 • 多环烷烃中每成一个环，氢原子将减少两个，所以双环烷烃的通式为 CnH2n-2。 • 可想而知，环烷烃和烷烃的大多数性质相似。 • 许多有机化合物具有环状结构。
桥环化合物编号时，从一个桥头开始，循最长的桥编到另一个桥头， 然后再循次长桥编回起始桥头，最后从紧挨着起始桥头的碳原子循最 短桥完成全部编号（桥头原子不重复编号）。 两个桥头原子中的任意一个都可以作为编号起点。如果一个桥头有 取代基时，有取代基的编“1”号。两个桥头都有取代基时，取代基小 的编“1”号。 桥链上同时有不饱和键和取代基时，先按最长、次长、最短桥顺序 考虑，再考虑使不饱和键给予最小编号，最后考虑将取代基尽可能给 予最小编号。 4 CH CH
五、环烷烃的结构与稳定性
环的稳定性 与环的大小 有关
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
环稳 定性
环大小
（Aldolf von Baeyer）
1885年拜尔
张力 学说
张力学说假定成环碳原子处于同一平面，并形成等边多 边形:
109.5° 49.5° 60° 109.5° 19.5° 90° 108° 1.5° 109.5°
CH3
2 3 4 1 5 6
7
CH3
6 4 8 1 5 3 2
CH3
Br
5-甲基-1-溴螺[3, 4]辛烷2,6-二甲基螺[4.5]癸烷
我们将桥环和螺环双环烷烃的名称写成公式：
l
m
环烷烃
• 环烷烃是环状的烷烃。环烷烃分子中碳原子相互以单键联结成闭合碳 环，其余的价全部与氢原子连接。 • 要将链状烷烃变为环状，需将链端两个碳原子上的氢原子去掉，因此 单环烷烃的通式为CnH2n。 • 多环烷烃中每成一个环，氢原子将减少两个，所以双环烷烃的通式为 CnH2n-2。 • 可想而知，环烷烃和烷烃的大多数性质相似。 • 许多有机化合物具有环状结构。
桥环化合物编号时，从一个桥头开始，循最长的桥编到另一个桥头， 然后再循次长桥编回起始桥头，最后从紧挨着起始桥头的碳原子循最 短桥完成全部编号（桥头原子不重复编号）。 两个桥头原子中的任意一个都可以作为编号起点。如果一个桥头有 取代基时，有取代基的编“1”号。两个桥头都有取代基时，取代基小 的编“1”号。 桥链上同时有不饱和键和取代基时，先按最长、次长、最短桥顺序 考虑，再考虑使不饱和键给予最小编号，最后考虑将取代基尽可能给 予最小编号。 4 CH CH
五、环烷烃的结构与稳定性
环的稳定性 与环的大小 有关
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
环稳 定性
环大小
（Aldolf von Baeyer）
1885年拜尔
张力 学说
张力学说假定成环碳原子处于同一平面，并形成等边多 边形:
109.5° 49.5° 60° 109.5° 19.5° 90° 108° 1.5° 109.5°
CH3
2 3 4 1 5 6
7
CH3
6 4 8 1 5 3 2
CH3
Br
5-甲基-1-溴螺[3, 4]辛烷2,6-二甲基螺[4.5]癸烷
我们将桥环和螺环双环烷烃的名称写成公式：
l
m
大学有机化学课件第二节环烷烃
2023/10/6
十氢萘
二、环烷烃得理化性质
(一)物理性质
状态:环丙烷、环丁烷为气态;常见 环为
(二)化学性质
液态;中环和大环为固态。
沸点、熔点、密度:比开链烷烃高。
1、卤代反应
H2CCHC2溶H解2 性+ C:不l2 溶h于 水H,可2CC溶H于C2 H有C机l溶+剂H。Cl 稳定性:六元环＞五元环＞四元环＞三
H
0.252nm
H
行得C—H键 得C－H键
H
H
H HH
H H
H
H
H
2023/10/6
椅式构象中有六个直立键,六个平伏键。直立键和周围
其她键之间得距离较近,原子间得斥力大,所以不稳定。
平伏键和周围其她原子间得距离远,原子间斥力小,所以
较稳定。
平伏键
H
H
直立键
H
2023/10/6
H H
H H
H
H H
H H
2023/10/6
螺原子
3、桥环脂环烃得命名
(1)注明词头 (2)确定母体 (3)注明环得结构 (4)编号 (5)名称书写:同烷烃
2023/10/6
以桥环中含环得数目为词头。如双环 、三环等。
算出所有环所含碳原子得总数,并将与这一 数字相应得链烃得名称写在词头得后面。 如:双环某烷、三环某烷等。
3、环烷烃得氧化燃烧
2023/10/6
从燃烧热值也可看出环得稳定性次序为: 六元环＞五元环＞四元环＞三元环
环丙烷 697.1
每个“CH2”单位得平均燃 烧热值越大,说明分子得内 能越高,稳定性越差。
环丁烷
环戊烷
环己烷
有机化学第三章-环烃
第三章 环烃
环烃是指具有环状结构的碳氢化合物。 根据结构和性质我们把环烃分为脂环烃 和芳香烃两大类。
1.脂环烃 2.芳香烃
第一节 脂环烃
一、脂环烃的分类和命名
（一）分类
1、根据分子中所含碳环数目
单环环烷烃
螺环烃 多环环烷烃 桥环烃
小环 (三、四元环）
2、根据成环的碳原子数目
常见环 (五、六元环） 中环 (七-十二元环）
大环 (十二元环以上）
螺环烃--- 仅共用一个碳原子的多环脂环烃。共用的碳原子 称为螺碳原子。
桥环烃--- 共用两个或两个以上碳原子的多环脂环烃。共用 的碳原子称为桥碳原子。
1.1 脂环烃的分类和命名
是 否 含 3、 不 饱 和 键
饱和脂环烃 不饱和脂环烃
环烯烃 环炔烃
二、命名
① 简单环烃是在相同数目碳原子的开链烃名称前冠 一“环”字来命名，称为环某烷。
6、芳香烃分子中去掉1个氢原子后剩下的原子团称
为芳基，常用“Ar-”来表示。
C6H5
苯基
苯基 Ph-
C6H5CH2
CH2Cl
CH2OH
苄基
氯化苄
苯甲基（苄基） 氯化苄
苄苄醇醇
三、芳香烃的物理性质
芳烃为液体或固体； 密度小于1； 有特殊气味、有毒； 不溶于水，易溶于有机溶剂。
四、苯及其同系物的化学性质
酸； ③不含α-H的支链不能氧化。
-CH3 -CH2CH3
-CH3 CH(CH3)2
-C(CH3)3
×
-COOH
KMnO4 H﹢
-COOH -COOH
COOH
×
1. 什么是定位效应、定位基？
在一元取代的苯上引入新的取代基时，其原有的 取代基既影响取代反应的难易程度，又支配新取 代基进入苯环的位置，被称为定位基；而定位基 的这种作用称为定位效应。
环烃是指具有环状结构的碳氢化合物。 根据结构和性质我们把环烃分为脂环烃 和芳香烃两大类。
1.脂环烃 2.芳香烃
第一节 脂环烃
一、脂环烃的分类和命名
（一）分类
1、根据分子中所含碳环数目
单环环烷烃
螺环烃 多环环烷烃 桥环烃
小环 (三、四元环）
2、根据成环的碳原子数目
常见环 (五、六元环） 中环 (七-十二元环）
大环 (十二元环以上）
螺环烃--- 仅共用一个碳原子的多环脂环烃。共用的碳原子 称为螺碳原子。
桥环烃--- 共用两个或两个以上碳原子的多环脂环烃。共用 的碳原子称为桥碳原子。
1.1 脂环烃的分类和命名
是 否 含 3、 不 饱 和 键
饱和脂环烃 不饱和脂环烃
环烯烃 环炔烃
二、命名
① 简单环烃是在相同数目碳原子的开链烃名称前冠 一“环”字来命名，称为环某烷。
6、芳香烃分子中去掉1个氢原子后剩下的原子团称
为芳基，常用“Ar-”来表示。
C6H5
苯基
苯基 Ph-
C6H5CH2
CH2Cl
CH2OH
苄基
氯化苄
苯甲基（苄基） 氯化苄
苄苄醇醇
三、芳香烃的物理性质
芳烃为液体或固体； 密度小于1； 有特殊气味、有毒； 不溶于水，易溶于有机溶剂。
四、苯及其同系物的化学性质
酸； ③不含α-H的支链不能氧化。
-CH3 -CH2CH3
-CH3 CH(CH3)2
-C(CH3)3
×
-COOH
KMnO4 H﹢
-COOH -COOH
COOH
×
1. 什么是定位效应、定位基？
在一元取代的苯上引入新的取代基时，其原有的 取代基既影响取代反应的难易程度，又支配新取 代基进入苯环的位置，被称为定位基；而定位基 的这种作用称为定位效应。
有机化学第三章讲义
第三章环烷烃【基本要求】掌握环烷烃的通式、异构体和命名理解环烷烃的物理性质和化学性质理解环烷烃的Bayer张力掌握环己烷的构象以及取代环己烷的优势构象 熟悉其它环烷烃的构象，理解三元环的成键方式 掌握螺环烃和桥环烃的结构和命名【重点难点】环烷烃的Bayer张力与化学性质的关系环己烷的构象以及取代环己烷的优势构象三元环的成键方式❑环烷烃的通式：烷 环烷烃的通式: C n H 2n取代环烷烃的通式：C n H 2n这个化合物的分子式？❑环烷烃的异构：顺反异构体构造异构：原子的排列顺序不同产生的异构现象构象异构：化合物围绕单键在空间旋转产生的异构现象的不一样产生的异构现象 立体异构：原子或则基团在空间排列方式的不样产生的异构现象❑构型vs构象构型：原子在空间的排布方式称为化合物的构型，其中因为键的旋转而产生的异构体称为构象。
C6H12的环丁烷思考题：C6H12有哪些四元环构造异构体？同时请写出每个构造异构体可能的顺反异构体。
环烷烃的异构：C6H12的环丙烷CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3❑环烷烃的命名：烷根据环中的原子称为环某烷烃如果有取代基，则在母体环烃的名字前加上取代基的名称和位置如果有取代基则在母体环烃的名字前加上取代基的名称和位置如果有多个取代基，遵循取代基之和最小原则，优先的基团次序在后如果取代基为长碳链，则将环最为取代基，把烷烃作为母体来命名则将环最为取代基把❑环烷烃的命名：对于有顺反异构体的化合物，要在化合物的名称前加上顺反构型顺-1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷烷烃的键线式键线式是一种常用的简便表达方法表示一个与之相连的❑烷烃的键线式： 顶点表示个碳，与之相连的氢常省略不写用加粗的实线表示伸向纸面前方键线式末端的点表示甲基❑命名下列化合物或者写出相应的结构：1141,1-二甲基-4-异丙基环癸烷1,2-二环丙基丁烷3-2 环烷烃的物理性质和化学性质：❑环烷烃的物理性质：与烷烃相似，环烷烃的熔点沸点随着分子量增大逐渐增加 环烷烃的熔点比相应分子量的链状烷烃高❑环烷烃的化学性质：三元环和四元环不太稳定，容易开环发生化学反应氢解(还原反应):)❑环烷烃的化学性质：加溴:三元环：开环取代反应❑环烷烃的化学性质：加溴化氢:Why?h?氧化:三元环对氧化剂比较稳定3-3 环的张力：环烃由于偏离了正常的成键角度，而像被压缩的弹簧一样，具有恢复形变的张力，这种张力即Bayer张力。
有机化学 第三章 环烷烃
环烷烃的张力是四者之和。
环丙烷的结构:
弯曲键
纽蔓投影式
环丁烷和环戊烷的构象:
折 叠 式 构 象
信 封 式 构 象
扭 曲 式 构 象
3.3.2 环己烷的构象 椅式构象和船式构象：
椅式构象是无张力环,稳定
船式构象存在扭转张力 和非键张力,不稳定
直立键 (a键) 和平伏键(e键)
直立键
平伏键
直 立 键 『 键 』
顺反异构:
——当环上有两个碳原子各连有不同的原子或 基团时就存在顺反异构.
例如：n=5时单环烷烃的构造异构
单环烷烃命名:
① “环”字 ② 取代基的位次和最小 ③ 小的号码表示小的取代基
顺反异构的命名：
双环烷烃：
通式CnH2n-2 根据两个碳环的位置关系分为：
命名：
隔离型双环烷烃: 联环烷烃:
立体透视式
锯架式
例：1,2-二甲基环己烷
顺式：
a,e
反式：
e,e
a,a
稳 定
反式
顺式
顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷
稳 定
优势构象
顺-4-叔丁基环己醇
稳 定
优势构象
顺-1-甲基-3-氯环己烷
多取代环己烷:
全顺式-1,2,4-三甲基环己烷
十氢化萘的结构:
稳 定
第三章
环烷烃
环烷烃的定义、分类、异构和命名 环烷烃的性质 环烷烃的环张力和稳定性 环己烷的构象
3.1 脂环烃的定义、分类、异构和命名
脂环烃——具有环状碳骨架,而性质上与脂肪
烃相似的烃类。分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃.
环烷烃——饱和脂环烃
环烷烃分类: 单环烷烃 双环烷烃 多环烷烃
环丙烷的结构:
弯曲键
纽蔓投影式
环丁烷和环戊烷的构象:
折 叠 式 构 象
信 封 式 构 象
扭 曲 式 构 象
3.3.2 环己烷的构象 椅式构象和船式构象：
椅式构象是无张力环,稳定
船式构象存在扭转张力 和非键张力,不稳定
直立键 (a键) 和平伏键(e键)
直立键
平伏键
直 立 键 『 键 』
顺反异构:
——当环上有两个碳原子各连有不同的原子或 基团时就存在顺反异构.
例如：n=5时单环烷烃的构造异构
单环烷烃命名:
① “环”字 ② 取代基的位次和最小 ③ 小的号码表示小的取代基
顺反异构的命名：
双环烷烃：
通式CnH2n-2 根据两个碳环的位置关系分为：
命名：
隔离型双环烷烃: 联环烷烃:
立体透视式
锯架式
例：1,2-二甲基环己烷
顺式：
a,e
反式：
e,e
a,a
稳 定
反式
顺式
顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷
稳 定
优势构象
顺-4-叔丁基环己醇
稳 定
优势构象
顺-1-甲基-3-氯环己烷
多取代环己烷:
全顺式-1,2,4-三甲基环己烷
十氢化萘的结构:
稳 定
第三章
环烷烃
环烷烃的定义、分类、异构和命名 环烷烃的性质 环烷烃的环张力和稳定性 环己烷的构象
3.1 脂环烃的定义、分类、异构和命名
脂环烃——具有环状碳骨架,而性质上与脂肪
烃相似的烃类。分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃.
环烷烃——饱和脂环烃
环烷烃分类: 单环烷烃 双环烷烃 多环烷烃
3_环烷烃(2)
两种类型C 两种类型C−H键
a键 : 键 竖键, 直键, 竖键 直键 直立键
H H H H H H H
H
H H H
H H H H
H H H H
H
e键 : 键 横键, 平键, 横键 平键 平伏键
a键和 键的相互转换 键和e键的相互转换 键和
H
3
翻转后,原来的 键转变 翻转后 原来的a键转变 原来的 键转变为a键 为e键,而e键转变为 键 键 而 键转变为
4、画出反-1,2-二氯环己烷的椅式构象，解释为什么两个氯必须都在 画出反-1,2-二氯环己烷的椅式构象，
直立位或都在平伏位。 直立位或都在平伏位。
【解答】 解答】
H H H H H H H H H Cle Cle H 环翻转 H H H H H H Cla H Cla H H
课堂练习： 课堂练习：
H
交叉式
C6-C1
2.50Å 2.50Å
H H H H H H H H H
H H
2.49Å 2.49Å
H
H~H之间距离均大 之间距离均大 之间距离均 于H的Van der 的 Waal’s半径之和 半径之和 （2.40Å ）
2.49Å 2.49Å
环己烷的椅式构象
环己烷椅式构象的书法分3 环己烷椅式构象的书法分3步：
3 1
CH3
3
CH3 CH3 H
1
H3C
1
3
a, ee-
能量相等
e, aa-
CH3
1, 3-trans 3-
cis-1, 4-二甲基环己烷 CH3 H3C H3C H
4 1
CH3 H H3C
4
1
4
CH3
大学有机化学上册第三章环烷烃
Two conformations may exist
1915-1918
1920
W.M.Mohr
Chair model and boat model
Cyclohexane was proved to be nonplanar experimentally
1943
1950
O.Hassel
D.Barton
*环数：将桥环烃变为开链化合物需要断开的C-C键的最小数目。 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）
讨论：为什么船式构象不稳定？
3) 环己烷的其它构象
H H 4 1 H H 6 H H H H5 2 H3 H H H H 2 H
3 1 4 6 5
扭船式
观察者
6
H H
船式
半椅式
1
.
2
.
3 5
4
HH
HH
环己烷的各构象转化势能图
2.椅式构象特点及碳氢键的分类
椅式构象特点：
5 4 3 6 2 1 4 3 5 2 6
0.18nm
H H H H H
H
H
30C-40C
0.161nm
H H H CH3 CH3
63
0
40C-10C
Me 3 C CMe 3 CMe 3
0.155nm
<C(40)C(30)C(40) 1160 <C(10)C(40)C(30) 1130
1915-1918
1920
W.M.Mohr
Chair model and boat model
Cyclohexane was proved to be nonplanar experimentally
1943
1950
O.Hassel
D.Barton
*环数：将桥环烃变为开链化合物需要断开的C-C键的最小数目。 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）
讨论：为什么船式构象不稳定？
3) 环己烷的其它构象
H H 4 1 H H 6 H H H H5 2 H3 H H H H 2 H
3 1 4 6 5
扭船式
观察者
6
H H
船式
半椅式
1
.
2
.
3 5
4
HH
HH
环己烷的各构象转化势能图
2.椅式构象特点及碳氢键的分类
椅式构象特点：
5 4 3 6 2 1 4 3 5 2 6
0.18nm
H H H H H
H
H
30C-40C
0.161nm
H H H CH3 CH3
63
0
40C-10C
Me 3 C CMe 3 CMe 3
0.155nm
<C(40)C(30)C(40) 1160 <C(10)C(40)C(30) 1130
有机化学课件第三章脂环烃
起偏镜 检偏镜 视野 偏振光 普通光线 Nicol棱镜 样品管 Nicol棱镜
旋光仪工作原理图
21
旋光性物质使偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度。通常用表示。
旋光度受溶液的浓度，盛液管的长度，温度及光的波长等因素影响。 比旋光度 []t：1 ml含1g 旋光物质的溶液在 10 cm长的盛液管中的旋 光度。 []t是旋光物质特有的物理常数。t为测定温度； 为测定波长。如果采 用钠光，用D表示，它的波长是5893x10-8 cm。比旋光度的方向用+、-号分别代表 右旋和左旋。 t = α α × 100% 比旋光度与旋光度之间的关系为： L(dm) × C(g/ml)
20
mp(℃)=53
[ α]D
20
密度 (g/cm3) [ α]D +12o -12o 1.7598 1.7598
mp(℃)=53
溶解度 20oC(g/100m LH2O) 139.0 139.0
168-170 168-170
Lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Pasteur(1848)
11
2、手性(Chirality)
2)
8
4、 脂环烃的顺反异构和命名
顺反异构:由于C－C单键不能旋转而产生的立体异构 环的同侧——顺式 环的异侧——反式
CH3 CH3
反-1,4-二甲基环己烷
CH3
CH3
顺-1,4-二甲基环己烷
9
命名原则 1.母体为环某烷 2.将取代基次序最小者所连碳原子编号为1 3.对所有取代基编号并命名
4.在名称前表明顺反异构。当环上有多个取代基时，选择定位次最 低者为对照基团，其位次前加“r”(reference)表示，其余取代基位 次前用“顺-”或“反-”表示其与对照基团的立体关系。
旋光仪工作原理图
21
旋光性物质使偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度。通常用表示。
旋光度受溶液的浓度，盛液管的长度，温度及光的波长等因素影响。 比旋光度 []t：1 ml含1g 旋光物质的溶液在 10 cm长的盛液管中的旋 光度。 []t是旋光物质特有的物理常数。t为测定温度； 为测定波长。如果采 用钠光，用D表示，它的波长是5893x10-8 cm。比旋光度的方向用+、-号分别代表 右旋和左旋。 t = α α × 100% 比旋光度与旋光度之间的关系为： L(dm) × C(g/ml)
20
mp(℃)=53
[ α]D
20
密度 (g/cm3) [ α]D +12o -12o 1.7598 1.7598
mp(℃)=53
溶解度 20oC(g/100m LH2O) 139.0 139.0
168-170 168-170
Lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Pasteur(1848)
11
2、手性(Chirality)
2)
8
4、 脂环烃的顺反异构和命名
顺反异构:由于C－C单键不能旋转而产生的立体异构 环的同侧——顺式 环的异侧——反式
CH3 CH3
反-1,4-二甲基环己烷
CH3
CH3
顺-1,4-二甲基环己烷
9
命名原则 1.母体为环某烷 2.将取代基次序最小者所连碳原子编号为1 3.对所有取代基编号并命名
4.在名称前表明顺反异构。当环上有多个取代基时，选择定位次最 低者为对照基团，其位次前加“r”(reference)表示，其余取代基位 次前用“顺-”或“反-”表示其与对照基团的立体关系。
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CH3CH2CH2CH3
（2）加X2
（3）加HX
+ Br2 (褪色)
+ HBr
CCl4
Br Br CH2CH2CH2 Br CH3CH2CH2
用于 鉴别
室温下只有环丙烷能反应
Br H CH3C－CHCH2 CH3 CH3
+ HBr
断裂连接取代基最多和最少的键，H加在含H多的C上。
桥环烃（Bridged hydrocarbon）的命名
桥头碳原子
10 9 8 7 1 2 3 4 5
桥头间的碳原子数
(用"."隔开)
环的数目 二环[4. 4. 0]癸烷 bicyclo[4. 4. 0]decane 组成桥环的 碳原子总数
6
十氢萘
桥 头 碳：几个环共用的碳原子， 环的数目：断裂二根C—C键可成链状烷烃为二环；断裂三根 C—C键可成链状烷烃为三环 桥头碳原子数：不包括桥头C，由多到少列出 环的编号方法：从桥头开始，先长链后短链
8 7 6
用","隔开
8-甲基二环[4. 3. 0]壬烷 8-methylbicyclo[4. 3. 0]nonane
三环[2. 2. 1. 02, 6]庚烷 tricyclo[2. 2. 1. 02, 6]heptane
螺环烃（spiro hydrocarbon）的命名
1 6 5 3 4 10 9 7 8
2
螺[4. 5]癸烷 spiro[4. 5]decane
除螺C外的碳原子数 (用"."隔开)
1 4 5 3 2 7 6
组成桥环的 碳原子总数
4-甲基螺[2. 4]庚烷
4-methylspiro[2. 4]heptane
编号从小环开始
取代基数目取最小
环烷烃的其它命名方法 :
按形象命名
立方烷 cubane 金刚烷 adamantane
化学反应
小环化合物的特殊性质 —— 易开环加成
小环化合物的催化加氢
H2 / Pt, 50oC or Ni, 80oC
2
CH3CH2CH3
2
H2 / Pt, 50oC
3 1
CH3
3
CH2CH3
or Ni, 80oC
CH3CHCH2CH3
1
H2 / Pt, 120oC or Ni, 200 C
o
练习3：写出下列化合物的顺反异构体 ⑴3,4-二甲基-3-己烯 H3C CH3 顺 C=C H5C2 C2H5
⑵1-甲基-3-乙基环丁烷 CH3 C2H5 顺 ⑶1-氯-4-溴环己烷 顺 Cl Br 反
H3C C2H5 反 C=C H5C2 CH3
反 CH3 Cl
C2H5
Br
4、含C=N键化合物的顺反异构
3.环烷烃与烷烃一样，难溶于水，易溶于有机溶剂。
环的大小与稳定性
稳定性
普通环 > 中环
> 小环
环烷烃的燃烧热数据
每个CH2的燃烧热 (KJ/mol)
小 环
普 通
C3 C4 C5
C7
环丙烷 环丁烷
环戊烷 环己烷
697.1 686.1
664.0 658.6
中 环 大 环
C8 C11
环辛烷 环壬烷 环癸烷
7 1 6 4 3 2 5 6
7 1 2 4 3
5
二环[2. 2. 1]庚烷 bicyclo[2. 2. 1]heptane
9 2 1 3 4 5
2, 7, 7-三甲基二环[2. 2. 1]庚烷 2, 7, 7-trimethylbicyclo [2. 2. 1]heptane
7 4 5 1 6 2 3
2、分清常见的几种“基” CH3–CH2–CH－ CH3–CH＝CH－ 丙烯基 CH3 仲丁基 CH3–CH–CH2－ CH2＝CH–CH2－ 烯丙基 CH3 异丁基 CH3 CH3–C－ CH3 CH3 CH3–C–CH2－ CH3 叔丁基 CH3 CH3–C–Br CH3 叔丁基溴
新戊基
CH3 CH3–C–CH2–OH 新戊醇 CH3
Cl
2
3 Cl
r- 1,反- 2, 顺- 3-三氯环戊烷
Cl H
CH3 2 3
OH 1
反- 5-氯-r- 1,顺- 3-环己烷二甲酸 COOH 3 2 COOHClFra bibliotekC2H5
Cl
1
顺-3-甲基-1-乙基-3-氯-r- 环戊醇
反-2,顺-5-二甲基-顺-3-氯-r-环戊醇 CH3 OH CH3 次序规则④—— 1 顺式比反式优先 2 2 2 Z 比 E 优先 2 1 OH R比S优先 Cl CH3 OH CH3 顺- 2, 反- 4-二甲基 -r- 1,反- 3-环丁二醇
663.8 664.6 663.6
环
环庚烷
662.4
C12
环十四烷 环十五烷
658.6 659.0
对比：开链烷烃每个CH2的燃烧热：658.6 KJ/mol
环的大小与化学性质
五元以上 环烷烃 性质相似
链状烷烃
Cl2 / hv
Cl
自由基取代反应
H2 / Pt 催化加氢
HI
不反应
不反应
!!!
小环环烷烃 活泼，易开环
按衍生物命名
O
十氢萘 Decahydronaphthalene
萘 naphthalene
莰烷 camphane
2-莰酮（樟脑） camphor
3、环烷烃的顺反异构和命名 ①C环是限制旋转的因素。
②环中至少有两个C分别连不同的基团。 CH3 CH3 CH3 顺-1,2-二甲 反-1,2-二 基环丙烷 甲基环丙烷 CH3 ③若多于两个基团，选择位次最小者作为标准(r) Cl 1 r- 1-环戊烷甲酸 1, 顺- 2-二氯COOH Cl
C=N键是限制旋转的因素， 孤对电子在次序规则中排最后
Ph C=N H OH
Ph
一般了解
Z
E
C=N H OH
5、含N=N化合物的顺反异构
一般了解
N=N
Z
E
N=N
3.2 环烷烃的物理性质和化学反应
物理性质
1.常温常压下，环丙烷和环丁烷为气体，C5~C11的环 烷烃为液体，高级同系物为固体。
2.环烷烃比相应的链状烷烃具有较高的熔点、沸点和 密度，这是因为环烷烃的结构对称，分子排列紧密 ，分子间的力大。
3.1 环烷烃(cycloalkane)的命名
环烷烃的类型
(单)环烷烃
桥环烃（稠环）
桥环烃
螺环烃
要点复习
1、链状化合物系统命名的两个要点——选主链、编号
选主链：①靠近主官能团；②最先碰面；③先小后大。
编号：①含主官能团最长C链；②含尽量多的母体官 能团；③含尽量多的取代基。 举例练习： C2H5 1 2 3 4 CH3–CH–CH–CH–CH2–CH3 ？ CH3 CH(CH3)2 5 6 2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷