大学有机化学脂环烃共18页文档
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有机化学课件-脂环烃
H3C CH3
H3C CH3
环烷烃的立体异构：顺反异构
表示方法1.
➢ 顺反异构用 “顺”或“反” 注明基团相对位 置。
➢英文用“cis” 和“trans”表示。
面镜
顺-1，2-二甲基环丙烷
表示方法2.
CH3
CH3
反-1，2-二甲基环丙烷
CH3
H
H
H
顺-1，4-二甲基环己烷
H
CH3
反-1，4-二甲基环己烷
2) 多取代环己烷：
CH3
H3C
H3C H3C
顺-1，2-二甲基环己烷
反-1，2-二甲基环己烷
H
CH 3
a键(直立键)
H
(H3C)3C
e键(平伏键) 体积大的取代基放在e键上的椅式构象最稳定
思考题
1. 指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。
CH3
C(CH3)3
(CH3)3C
CH3
2. 写出顺-2-甲基环己醇的优势构象。
HNO3 HOOC
COOH
§2.2 环烯烃和环二烯烃
(1) 加成反应 (2) 氧化反应
+ Br2 CCl4 CH3 + HI
H Br Br H
环正离子中间体， 反式加成。
CH3 碳正离子中间体，
I
马氏规则。
KMnO4 CH3 CHCH2COOH CH2CH2COOH
O3 Zn, H2O CH2CH2CHO CH2CH2CHO
2.27Å
§5.4 环烷烃的结构
4. 环己烷的结构及构象
椅式构象
H
H
3
H
H
21Biblioteka H H456H H
大学有机化学第五章.脂环烃
甲基环己烷
•
﹡(2)多环烷烃的命名
• ①螺环烷烃的命名：二个环共用的碳原子称为螺原 子，编号时从邻近螺原子的一个碳原子开始，从小 环开始经螺原子到大环将环编号，若环上有取代基 时，尽量使取代基位次较小。命名时，根据环上碳 原子总数称为螺[?,?]某烷，?表示除螺原子外环上 碳原子数，较小的数字放在前面。例：
二、环己烷的构象 早在1890年，沙赫斯（H.Sachse）通过研究认为：环己
烷的六个碳原子不在同一平面上，应保持正常的四面体角度。
1920年，莫尔(E.Mohr)重新研究了环己烷的结构，提出 了非平面张力学说。他认为：环己烷的碳原子之间可以保持正
常的角度，环己烷的六个碳原子不在同一平面上，C—C键之间
从这两种构象的纽曼投影式可以看出，椅
式构象的C-C及C-H键处于交叉位置，而船式构象则 处于重叠位置，因此这两种构象最稳定的是椅式构
象，下面我们主要讨论椅式构象。
（2）椅式构象中两种类型的价键
在椅式椅象中，C1、C3、C5与C2、C4、C6各 构成一个平面，这两个平面是平行的。与平面垂直 的价键称为键a或直立键，与中心轴成109。28，夹 角的称为e键或平伏键。中心轴是经过C1、C3、C5所 形成的三角形中心并与其所形成的平面垂直的直线。
结合P110-4
4、下列化合物是否有顺反异构体？若有，写出它们的立体 结构式。
1.
CHCH 3
2.
CH=C(CH 3)2 CH 3
3.
CH3
CH 3
没有 4.有顺反异构，如下式：
4.
没有
没有
H
CH3 CH3
CH3
H
CH3
H
CH3
H
H
大学有机化学脂环烃
脂环烃是有机化学中的基础性物 质，是构成复杂有机化合物的基 本单元之一。
多样性来源
脂环烃广泛存在于自然界中，如 动植物体内的萜类、甾体等化合 物，以及石油、天然气等资源。
关键反应参与者
脂环烃在许多化学反应中扮演着 重要的角色，如烷基化、酰化、 氧化等，是实现有机合成转化的 关键物质。
对未来研究的展望
取代反应
总结词
脂环烃的取代反应通常涉及环上氢原子的替换，可以发生在环的侧链或母体碳原子上。
详细描述
脂环烃中的氢原子在一定条件下可以被其他基团取代，如卤素、醇、酸等。取代反应过 程中，一个基团被另一个基团替换，生成新的化合物。例如，环己烯与溴发生取代反应，
生成1-溴环己烯。
环的稳定性与反应活性
总结词
04 脂环烃的合成与转化
合成方法
01
烷基取代反应
通过烷基取代环状化合物的氢原子来合成脂环烃，常用的烷基取代剂有
卤代烃、醇和烯烃等。
02 03
环化反应
通过将两个带有特定官能团的烯烃或炔烃进行环化反应，合成脂环烃。 常见的环化反应有Diels-Alder反应、环加成反应和金属催化的环化反 应等。
氧化还原反应
应用
脂环烃在工业、医药和农业等领域有广泛的应用，如用作溶剂、 香料、染料、农药等。
03 脂环烃的化学反应
加成反应
总结词
脂环烃的加成反应通常涉及碳碳双键的打开，并伴随着新键 的形成。
详细描述
脂环烃中的碳碳双键在一定条件下可以与氢气、卤素、卤化 氢等发生加成反应。加成反应过程中，双键打开，形成新的 单键，从而生成新的化合物。例如，环戊烯与溴化氢发生加 成反应，生成溴代环戊烷。
03
决问题的能力。
02 脂环烃的基本概念
多样性来源
脂环烃广泛存在于自然界中，如 动植物体内的萜类、甾体等化合 物，以及石油、天然气等资源。
关键反应参与者
脂环烃在许多化学反应中扮演着 重要的角色，如烷基化、酰化、 氧化等，是实现有机合成转化的 关键物质。
对未来研究的展望
取代反应
总结词
脂环烃的取代反应通常涉及环上氢原子的替换，可以发生在环的侧链或母体碳原子上。
详细描述
脂环烃中的氢原子在一定条件下可以被其他基团取代，如卤素、醇、酸等。取代反应过 程中，一个基团被另一个基团替换，生成新的化合物。例如，环己烯与溴发生取代反应，
生成1-溴环己烯。
环的稳定性与反应活性
总结词
04 脂环烃的合成与转化
合成方法
01
烷基取代反应
通过烷基取代环状化合物的氢原子来合成脂环烃，常用的烷基取代剂有
卤代烃、醇和烯烃等。
02 03
环化反应
通过将两个带有特定官能团的烯烃或炔烃进行环化反应，合成脂环烃。 常见的环化反应有Diels-Alder反应、环加成反应和金属催化的环化反 应等。
氧化还原反应
应用
脂环烃在工业、医药和农业等领域有广泛的应用，如用作溶剂、 香料、染料、农药等。
03 脂环烃的化学反应
加成反应
总结词
脂环烃的加成反应通常涉及碳碳双键的打开，并伴随着新键 的形成。
详细描述
脂环烃中的碳碳双键在一定条件下可以与氢气、卤素、卤化 氢等发生加成反应。加成反应过程中，双键打开，形成新的 单键，从而生成新的化合物。例如，环戊烯与溴化氢发生加 成反应，生成溴代环戊烷。
03
决问题的能力。
02 脂环烃的基本概念
有机化学第五章 脂环烃
H2SO4加成开环。
注意：A、HX的活性为HI>HBr>HCl。
B、脂环烃一般为环丙烷。
C、取代环丙烷与HX加成，遵循马氏规则， 即开环的位置为取代基最少与最多的两个碳原子之间 。例如
第二十四页，课件共48页
H Br H 2SO 4
C H 3C H 3
C H 3 C C HC H 3 Br
C H 3
之间可以保持109.5°。因此环己烷很稳定。环己烷 有两种极限构象。
第三十页，课件共48页
1．两种极限构象——椅式和船式
99.9%
画法：正确掌握椅式的画法。
0.1%
第三十一页，课件共48页
2. 椅式中两种C-H键：平伏键/e键与直立键/a键
A、直立键（a键）：与分子的对称轴平行的C-H 键，其中3个方向朝上，3个方向朝下。
C H 3C H 3 C C HC H 3
H 2O C H 3
C H 3C H 3 C C HC H 3
O SO 3H
O H
四、环烷烃的鉴别：
对于环丙烷可使溴的四氯化碳褪色，其性质类 似于烯烃、炔烃，但它不被冷、稀的高锰酸钾氧化 ，可以与不饱和烃区别。
例如，用化学方法鉴别1,1-二甲基环丙烷、戊烷 、1-戊烯、1-戊炔四种化合物。
H
H 称为扭转张力）。
第二十九页，课件共48页
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，形成弯曲香蕉键。因键角要从109.5°压 缩到105.5°，产生一定的角张力。
二、环己烷的构象
下面讨论环己烷的构象。在环己烷中，碳原 子都按SP3杂化，6个碳原子不在一个平面。碳碳键
2）环烷烃的命名与烷烃相似，其命名原则为：
注意：A、HX的活性为HI>HBr>HCl。
B、脂环烃一般为环丙烷。
C、取代环丙烷与HX加成，遵循马氏规则， 即开环的位置为取代基最少与最多的两个碳原子之间 。例如
第二十四页，课件共48页
H Br H 2SO 4
C H 3C H 3
C H 3 C C HC H 3 Br
C H 3
之间可以保持109.5°。因此环己烷很稳定。环己烷 有两种极限构象。
第三十页，课件共48页
1．两种极限构象——椅式和船式
99.9%
画法：正确掌握椅式的画法。
0.1%
第三十一页，课件共48页
2. 椅式中两种C-H键：平伏键/e键与直立键/a键
A、直立键（a键）：与分子的对称轴平行的C-H 键，其中3个方向朝上，3个方向朝下。
C H 3C H 3 C C HC H 3
H 2O C H 3
C H 3C H 3 C C HC H 3
O SO 3H
O H
四、环烷烃的鉴别：
对于环丙烷可使溴的四氯化碳褪色，其性质类 似于烯烃、炔烃，但它不被冷、稀的高锰酸钾氧化 ，可以与不饱和烃区别。
例如，用化学方法鉴别1,1-二甲基环丙烷、戊烷 、1-戊烯、1-戊炔四种化合物。
H
H 称为扭转张力）。
第二十九页，课件共48页
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，形成弯曲香蕉键。因键角要从109.5°压 缩到105.5°，产生一定的角张力。
二、环己烷的构象
下面讨论环己烷的构象。在环己烷中，碳原 子都按SP3杂化，6个碳原子不在一个平面。碳碳键
2）环烷烃的命名与烷烃相似，其命名原则为：
有机化学第四章环烃共115页文档
CHCH2
CH3CHCH2CH2CH2CH2CH3
苯乙烯
2-苯基庚 烷
当取代基上带官能团时
CHO
COOH
SO3H
苯甲醛
第四章 环烃
2019/10/30
苯甲酸
苯磺酸
Ⅱ. 芳香烃
35
CH2(CH2)5CH3
CH3 CH(CH2)4CH3
1-苯基庚烷
2-苯基庚烷
CH2CH2
1，2-二苯基乙烷（属于多环芳烃）
39
（2）多苯代脂肪烃：可看作脂肪烃分子中H被苯取代：
C H2
C H
C HC H
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。
8 7
1α
8
2β 7
6 5
36
4
5
α=1,4,5,8
萘
β=2,3,6,7 γ=9,10
第四章 环烃
2. 按碳环个数分
小环化合物 C3～C4 普通环化合物 C5～C7 中环化合物 C8～C11 大环化合物 ≥C12
第四章 环烃
2019/10/30
Ⅰ. 脂环烃
5
H2
C
(
H2C CH2
环 环丙 丙烷烷
C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 or
C H2 环己烷
H2
C
) H2C CH2 (
C H2
+ Br2
3000C
+ Br2
hv
Br + HBr
Br
+ HBr
第四章 环烃
2019/10/30
大学有机化学 脂环烃
2.4.3 环己烷的构象 环己烷的碳骨架不是平面结构， C－C－Ｃ键角为109.5°。通过旋转σ键 和键角的改变，可以得到两种典型构象：
椅式
船式 环己烷的椅式和船式构象
环己烷椅式构象
环己烷船式构象
环己烷椅式和船式构象的模型
椅式构象和船式构象可以相互转变， 但椅式构象比船式构象稳定：
0.25 nm
H3C CH CH2 + HBr CH2 CH3 CH CH2 CH2 Br H
开环的方向：卤原子加到取代基较多的一端。
4. 取代反应
在高温光照下，环烷烃和烷烃一样能发生 自由基取代反应
H + Cl Cl
h
Cl + HCl
环戊烷
环戊基氯(93%) 或氯(代)环戊烷
环大小
2091 2744 3320 3951 4637 5310 5981 6636 9885
697 686 664 659 662 664 665 664 660 659
38 27 5 0 3 5 6 5 1
环烷烃的稳定性： 环己烷 > 环戊烷 > 环丁烷 > 环丙烷 环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。 环丙烷的结构：
CO2 + H2O
CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O + 燃烧热
表 2.2
名称
环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 环辛烷 环壬烷 环癸烷 环十五烷 开链烷烃 3 4 5 6 7 8 9 10 15
一些环烷烃的燃烧热
分子燃烧热 / kJ· -1 Mol
-CH2-的 平均燃烧热 / kJ· -1 Mol 与开链烷烃 燃烧热的差 / kJ· -1 Mol
大学有机化学之脂环烃ppt课件
从环丁烷开始，成环碳原子均不在同一平面上。
蝴蝶型(环丁烷)
信封型
扭曲型 环戊烷
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
环丁烷
环戊烷
环己烷（六元环）最稳定，其次是环戊烷 （五元环）；大环都是稳定的；小环中的 环丙烷最不稳定，其次是环丁烷。
(四) 环烷烃的结构与稳定性
燃烧热:指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和 水所放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。
名称
成环 分子燃烧热 碳数 /KJ·mol-1
－CH2－的 平均燃烧热
/KJ·mol-1
名称
成环 碳数
分子燃烧热 /KJ·mol-1
－CH2－的 平均燃烧热
/KJ·mol-1
环丙烷 3
+ H2 2N00i。C CH3 CH2 CH2 CH3
+ H2 3N00i。C CH 3 CH 2CH 2CH 2CH 3
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（乙）加卤素
• 按照分子中所含碳环的烯 甲基环己烷
二环脂环烃
十氢化萘 降冰片烷
多环脂环烃
螺[2,4]庚烷
立方烷 棱烷
篮烷
金刚烷
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
环戊烷
环己烯
环辛炔
脂环烃的构造异构现象比脂肪烃复杂，如环烷烃C5H10 的构造异构体有：
蝴蝶型(环丁烷)
信封型
扭曲型 环戊烷
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
环丁烷
环戊烷
环己烷（六元环）最稳定，其次是环戊烷 （五元环）；大环都是稳定的；小环中的 环丙烷最不稳定，其次是环丁烷。
(四) 环烷烃的结构与稳定性
燃烧热:指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和 水所放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。
名称
成环 分子燃烧热 碳数 /KJ·mol-1
－CH2－的 平均燃烧热
/KJ·mol-1
名称
成环 碳数
分子燃烧热 /KJ·mol-1
－CH2－的 平均燃烧热
/KJ·mol-1
环丙烷 3
+ H2 2N00i。C CH3 CH2 CH2 CH3
+ H2 3N00i。C CH 3 CH 2CH 2CH 2CH 3
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（乙）加卤素
• 按照分子中所含碳环的烯 甲基环己烷
二环脂环烃
十氢化萘 降冰片烷
多环脂环烃
螺[2,4]庚烷
立方烷 棱烷
篮烷
金刚烷
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
环戊烷
环己烯
环辛炔
脂环烃的构造异构现象比脂肪烃复杂，如环烷烃C5H10 的构造异构体有：
有机化学第五章 脂环烃
练习
CH3CH2
CH3
1-甲基-4-乙基-1,3-环戊二烯
CH3CH2
CH3
1-甲基-4-乙基环己烷
有机化学
脂环烃
13
5.1.3.2 桥环的命名
两个以上的碳环，共用两个（或2个以上）碳 原子的脂环化合物，叫做桥环化合物。
桥原子
桥头碳
此结构好象是过河的桥，两岸各有一个桥头，即 两个共用碳原子，也叫桥头碳。其余可看作是不 同方式的桥，这样的原子叫桥原子。
可有两种分类方法。
有机化学
脂环烃
5
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
有机化学
脂环烃
6
分子中碳环的多少
① 单环脂环烃 分子中只有一个碳环，按成碳原子数又可分为
小环、普通环、中环、大环四种。
小环 普通环 中环 大环
格能小，则熔点低。而在环烷烃中，分子中原子不能 自由转动，构象稳定，分子间排列紧密、有序，所以 密度、熔 沸点比相应的开链烃稍高一些。
有机化学
脂环烃
23
5.3 脂环烃的化学性质
脂环烃的化学性质由于其结构上的特点而与相应 的开链烃的性质相似，如饱和脂环烃的性质与开 链烷烃的性质相似；不饱和脂环烃则与相应的不 饱和开链烃的性质相似。即环烯烃具有与烯烃相 同的性质，而环炔烃则与开链炔烃的性质相同。
Br2/CCl4 BrCH2CH2CH2CH2Br
环丁烷性质不如环丙烷活泼，随环由小到大，环的 稳定性增加，性质逐渐稳定，加成也越来越困难。
有机化学
脂环烃
29
有机化学脂肪烃和脂环烃详解演示文稿
CH3(CH2)6CH3 （正） 辛 烷
CH3(CH2)7CH3 （正） 壬 烷
CH3(CH2)8CH3 （正） 癸 烷
CH3(CH2)9CH3 （正） 十一烷
CH3(CH2)10CH3 （正） 十二烷
CH3(CH2)11CH3 （正） 十三烷
CH3(CH2)12CH3 （正） 十四烷
CH3(CH2)13CH3 （正） 十五烷
次序规则
Sequence Rule
（1）将各取代基的原子按原子序数大小排列，大者为较优基团。有机化合物中常见的元素其 顺序由大到小排列如下：
I＞Br＞Cl＞S＞P＞F＞O＞N＞C＞D＞H
（2）如果两个基团的第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子，比较时，按原子序
数排列，先比较最大的，若仍相同，再依次比较第二、第三个原子。如－CH2Cl与－ CHF2，第一个均为碳原子，再按顺序比较与碳相连的其它原子。在—CH2Cl中 为 — C（Cl、H、H）， 在 — CHF2 中 为 — C（F、F、H）。Cl>F， 故 — CH2Cl>— CHF2。
n-pentacontane
n-hexacontane
n-heptacontane
n-octacontane n-nonacontane
n-hectane n-tetratriacontanehectane
第15页，共130页。
支链烷烃的命名
CH3
CH3
1oH 2oH 3oH
H3C C CH2 CH CH3 1oC 2oC 3oC 4oC (伯) (仲) (叔) (季)
第19页，共130页。
注意：相同位次的相同取代基也要标出取代基的位次，有
多少个取代基就有多少个阿拉伯数字表明位次。如果取代
有机化学第五章 脂环烃
三、脂环烃的结构与稳定性
为什么三、四元的小环化合物不稳定，易发生开环 的反应，而五元环、六元环相对稳定？
拜尔张力学说
键角： 60° 90°
当碳原子的键角偏离109°28′时，便会产生一种恢复
正常键角的力量。这种力就称为张力。键角偏离正常键角
越多，张力就越大。
C C
109.5 。
C
105.5 。
C
如果取代基更大，则空间效果更突出，叔丁基以e键与环
相连的构象近100％。
C
（２）二取代环己烷的构象
1,2-二甲基环己烷
CH3 CH3 CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
反式
顺式
1,2-二甲基环己烷的平面表示法
顺式
CH3 H3 C CH3 CH3
稳定性相同 反式
CH3 CH3 CH3
CH3
更稳定
H 1 H H 5 2 H 4 2.50A H H 2.51A H H 3 H 2.49A H
H 6
H
a键
e键
a b b b a a a
a b b b a a a
b b a
b a a b
b
a
b
构象翻转，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。
2、环己烷椅式构象的书写
3、环己烷的船式构象
椅式
扭船式
船式
半椅式
1、环己烷的椅式构象
H 1 H H H
H 2 3 H H 4 H H
H 6 H H
5
锯架式
纽曼式
环己烷椅式构象的特点
环中相邻两个碳原子均为邻交叉。
C－H键分为两类，有6个直立键叫a (axial) 键，有6个 平伏键称e (equatorial)键。
《有机化学教学课件》第五章 脂环烃
2. 环己烷的构象
在环己烷分子中，碳原子是以sp3杂化，六个碳 原子不在同一平面内，碳碳键之间的夹角可以保持 109.5°，较为稳定的构象为折叠的椅型构象和船型 构象. (1) 椅型构象 分子中C-C-C键角基本保持109.5°,任何两个相 邻的C-H键都是交叉式的.椅型构象是无环张力，结构 稳定。
CH 3
H
CH 3
H
顺-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基环丙烷
3. 脂环烃的命名
(1) 单环烷烃的命名 a 饱和脂环烃的命名环烷烃的命名与烷烃相似， 只在烷字的前面加上一“环”字，称为环某烷。饱和 单环烷烃的命名与烷烃相似，只是在烷烃名称前加上 “环”字，称为环某烷。当环上支链所含碳原子较少 时，以环为母体，则需将环上碳原子编号，以标明支 链的位置。编号应使取代基在位次最小，当环上有两 个以上不同取代基时，则按“次序规则”决定基团排 列的先后，一般含碳原子少的优先，例如：
不同碳环的扭曲键角简单脂环烃的键角扭变
脂环烃 环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 备注
价键角
60°
90°
108°
120°
128.5° 扭曲键角正值为键角缩小，负值 为键角扩大。
扭曲键角
24°44′
9°44′
44′
-5°16′
-9°33′
碳环大小不同的环烷烃，分子内张力不同，稳定 性也存在差异：小环（n = 3, 4），张力很大 ；普通 环（n =5,6,7），张力很小 ；中环（n = 8 ~ 11）， 张力较正常环大 ；大环（n ＞12），几乎没有张力。
8 1 7 6 5 4 3 2
7
H3 C
1
1 2 4
6
2 7 4 3