文件：第三章环烷烃

第三章环烷烃

教学目的与要求：

1.掌握环烷烃的构造异构和顺反异构及其命名方法；

2.了解环烷烃的物理性质，掌握环烷烃的化学性质；

3.理解环的张力；

4.掌握环己烷和取代环己烷的的构像；

5.了解多环烃命名方法。

教学重点、难点：

环烷烃的化学性质；环己烷和取代环己烷的的构像。

环烷烃是指分子中碳原子以单键互相连接成闭合的碳环，剩余的价完全与氢原子相连。将链烃变为环烃，要在分子中增加一个碳-碳单键，同时减少两个氢原子，因此，单环烷烃的通式为C n H2n 。

§ 3.1环烷烃的异构和命名

3.1.1 环烷烃的异构

1.构造异构：环烷烃由于环的大小，侧链的长短及位置的不同而产生构造异构体。

C3H6

无构造异构

C4H8

C5H10

2. 顺反异构

1，4-二甲基环己烷分子中，两个甲基可以在环平面的同侧，也可以在环平面的异侧，形成顺反异构：

333

3

顺反异构体由于环的存在，不能互变（断键）。其物理性质有差异。

3.1.2 环烷烃的命名 1.单环体系

1）根据环中碳原子数目叫做环某烷。

2）有取代基时，编号应使取代基位次尽可能小。 3）有不同取代基时，编号从小基团开始。

CH 3

CH 3

CH 3

CH 3

CH 2

CH

CH 3

1-甲基-3-乙基环戊烷 1-甲基-4-异丙基环己烷

2. 顺反异构体命名时，取代基在环平面同侧称顺式（cis-），异侧称反式（trans-）。

3

3

3

3

顺-1.4-二甲基环己烷 反-1.4-二甲基环己烷

为书写方便，环烷烃常用键线式：

戊烷

3-环己基己烷

§3.2 环烷烃的物理性质和化学反应 3.2.1 环烷烃的物理性质

环烷烃的熔点、沸点和比重都较相应的开链烷烃高。因环烷烃的环状结构，分子较有序，排列较紧密，分子间作用力较大。而直链烷烃分子自由摇摆，有序度小，分子间作用力较弱，故熔点、沸点和比重较小。 3.2.2 环烷烃的反应

环烷烃与直链烃结构相似，所表现出的化学性质也相似（常温下，不与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂起反应，可以起燃烧、热解、卤代等反应）。

三元环和四元环等小环化合物有一些特殊的性质，即容易开环生成开链化合物。

1. 氢解

+

+

+

H 2

H 2

H 2

Ni Ni 。。。

CH 3CH 2CH 3

CH 3CH 2CH 2CH 3

CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3

2. 加溴

+

+

+

BrCH 2CH 2CH 2Br

Br 2

Br 2

Br

2

Br

hv

Br

Br

+

Br 2

Br

Br

3. 加溴化氢

+

CH 3CH 2CH 2Br HBr

+

CH 3CH 2CHCH 3

CH 3

HBr

4. 氧化

三元环烷烃对氧化剂相当稳定：

+

O

O

O

2

§ 3.3 环烷烃的来源和用途（阅读）

§ 3.4 环的张力

3.4.1 拜尔张力学说

由环烷烃的化学性质可看出，环的稳定性与环的大小有关。小环不稳定，大环较稳定。为了解释这一事实拜尔在1885年提出了张力学说。

1.假定成环的碳原子都在同一平面上，并排成正多边形；

2.环中碳-碳键键角的变形会产生张力。环中碳-碳键键角的偏转程度：

正常键角：109028ˊ109028ˊ109028ˊ109028ˊ

实际键角：60090010801200

偏转程度：+24044ˊ+9044ˊ+0044ˊ-5016ˊ

示意图：

028ˊ

240

3. 张力使环的稳定性降低，张力越大，环的反应活性也越大。

张力环为减小张力，有生成更稳定的开链化合物的倾向。与正常键角偏差越大，环张力越大，越易起开环反应。角向内压缩，负值表示键角向外扩张。根据张力学说，环己烷以上因键角向外扩张而存在张力，且环越大，键角扩张越大，环越不稳定，而事实上，它的都是稳定的。

拜尔张力学说对小环的结论是正确的，但无法解释负环以上大环的稳定性，其原因是成环碳原子都处于同平面这个假设是错误的，它们实际上是不共平面的。

3.4.2 环烷烃的燃烧热

小环烷烃不稳定，内能较高，燃烧热数值大。主要由张力能引起。由燃烧热数值可得出，张力越大，环越不稳定，张力越小，环越稳定，环己烷，及大环烷烃几乎为无张力环，都很稳定。

3.4.3 张力能

有机化合物中能产生张力的因素有四种：

1.非键作用

分子中两个非键合的原子或原子团由于几何原因互相靠近，当它们之间的距离小于两者范德华半径之和时，这两个原子或原子团就强烈的互相排斥，由此引起的体系能量的升高用E nb 表示。 2.键长变化

分子中由于几何原因，必须使某一个键伸长或缩短，体系能量随之升高，用El 表示。 3.键角变化

分子中由于几何原因要使键角的大小发生变化，就引起的体系的能量升高，用E θ表示。 4. 扭转角变化

分子中由于几何原因，使扭转角发生变化就引起能量升高，用E φ表示。如环癸烷：

HH

H

H H H

§3.5 环己烷的构象

3.5.1 椅式构象

H H

H H H

H H H H

H

H H

H

球棍模型 透视式 纽曼投影式

椅式构像中，碳原子1，3，5在同一平面上，2，4，6在同一平面上：

4