胡宏纹第四版有机化学-第三章 环烷烃(上下)(完整版)
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第三章 环烷烃
第一节、环烷烃的异构和命名 第二节、环烷烃的物理性质和化学反应 第三节、环烷烃的来源和用途 第四节、环的张力 第五节、环己烷的构象 第六节、取代环己烷的构象分析 第七节、其他单环环烷烃的构象 第八节、多环烃
烷烃分类
饱和烃 开链烃
CnH2n+2
烃
不饱和烃
环状烃 脂环烃 芳烃
第一节 异构与命名
(1)桥
桥头碳
(2)桥 桥头碳
桥(3)
桥头碳：共用的C；
母体名-几环[n1,n2,n3…]某烷
桥：两个桥头碳间的碳链或键。
环的数目
各桥上碳数 由小到大排
全部环上碳原子数
8
母体为 二环[3.2.1] 辛烷bicyclo[3.2.1]octane
12 7
全名：2,8,8-三甲基二环[3.2.1]辛烷
命名规则： 6 5 4 3
2,8,8-trimethylbicyclo[3.2.1]octane
a:用“双环”“三环”作词头，按所含碳原子总数称某烃。 b:方括号中，按由大到小的次序，注明各桥环的碳原子数。
两个桥头碳原子除外。 c:编号从桥头碳开始，沿最长的桥编号至另一桥头碳，再 沿次长桥编号到开始的桥头碳，最短的桥最后编。 d:可能的情况下给取代基以尽可能小的编号
的H），叔C-H，桥头H。
O
O
+ O3
+
O
H + O3
OH
c）在强烈条件下，环也可破裂。
Co+
COOH
COOH /P
第四节 环的张力
-----环烷烃的结构与稳定性
CH3 CH3
+ HBr
CH3CCH Br CH3
3、氧化反应
a）小环不被高锰酸钾，臭氧所氧化
×H+
+ KMnO4
×H+
+ Байду номын сангаас3
应用：鉴别小环与不饱和烃类化合物
H3C H3C
CH3 CH=C
CH3
KMnO4 H+
H3C H3C
COOH
O
+ H3C C CH3
b）臭氧 可氧化环丙烷的α位（与官能团直接相连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
2、桥环烷烃
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。
双环［2，2，2］－2，5，7－辛三烯
第二节 环烷烃的性质
一、物理性质
n = 3，4 气态 ※状态 n = 5 液态
n ≥ 6 固态 ※m.p.: 环烷烃比直链烷烃能够更紧密地排列于晶格中
故m.p.>同数碳原子的直链烷烃。 ※d: 0.688<d<0.853 ※s: 环烷烃不溶于水
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。
生物命名. d:顺反异构体的命名是假定环中碳原子在一个平面上，以
此为参考，两个取代基在同侧的为顺式（cis-），反之 为反式（trans-).
环丙烷
环丁烷
cyclopropane cyclobutane
环戊烷 cyclopentane
CH3 CH3
CH2CH2CH2CH2CH3
A:Isopropylcyclopentane B:1-Cyclobutylpentane
C4 3
2 1
1－甲基－2－异丙基环戊烷
D
5
E
CH3
F
4
CH3
1
3
2
CH CH3
CH3
CH3
4－甲基环己烯 5－乙基－1，3－环己二烯
顺－1，3－二甲基环丁烷
第五节 多环烷烃
一、多环烷烃的命名
1、螺环烷烃
两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烷烃(spiranes)。 共用的碳原子称螺碳原子。
a:根据组成环的碳原子总数称为某烃，加上“螺”字。 b:将连接螺原子的两环碳原子数（螺原子除外）由小环到 大环，排列于方括号中，放在“螺”后。 c:编号从小环中与螺原子相邻的C开始，经螺原子到大环。 若遇到重键时，使之尽可能小。
CH3CH2CH2CH3
+
H2
Pt 3300C以上
CH3(CH2)3CH3
B:与卤素加成
三元环与X2, HX在常温下即可发生开环反应， X2, HX于常温下不
使四，五员环开环，但加热后，可发生取代反应。
CH2CH2CH2
+ Br2
rt
Br Br
FeBr3
光照 + Br2
+ Br2
3000C
+ HBr
二、异构
构造异构：
CH3
CH2CH3
立体异构（顺反异构）：相同的基团在环的同侧为顺，异侧
为反。
CH3
CH3
CH3
（顺） （反）
CH3 CH3
CH3 CH3
（顺） （反）
CH3
三、命名
a:与相应的开链烃基相同，名称前加一“环”字。 b:编号使取代基位置最小，有取代基及不饱和键时，不饱 和键以最小的号数表示(用较小的数字表示较小的取代基) c:取代基为较长的碳链,则将环当作取代基,作为烷烃的衍
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。
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
1、取代反应
光照 + Cl2
加热 + Br2 3000C
+ HCl Cl
Br
+ HBr
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）
Ni + H2 400C CH3CH2CH3
Ni + H2 1100C
环烷烃：碳原子以单键连接且性质与开链烃相似的烷烃. 单环烷烃通式：CnH2n
１ 脂环烃的分类
❖根据分子中是否含有重键： 环烷烃，环烯烃，环炔烃。
❖根据环的大小：
小环3~4C，普通环5~7C， 中环8~11C，大环>12C。 ❖根据环的个数： 单环烃，多环烃。
❖在多环体系中： 螺环烃
桥环烃
稠环烃
螺原子
第一节、环烷烃的异构和命名 第二节、环烷烃的物理性质和化学反应 第三节、环烷烃的来源和用途 第四节、环的张力 第五节、环己烷的构象 第六节、取代环己烷的构象分析 第七节、其他单环环烷烃的构象 第八节、多环烃
烷烃分类
饱和烃 开链烃
CnH2n+2
烃
不饱和烃
环状烃 脂环烃 芳烃
第一节 异构与命名
(1)桥
桥头碳
(2)桥 桥头碳
桥(3)
桥头碳：共用的C；
母体名-几环[n1,n2,n3…]某烷
桥：两个桥头碳间的碳链或键。
环的数目
各桥上碳数 由小到大排
全部环上碳原子数
8
母体为 二环[3.2.1] 辛烷bicyclo[3.2.1]octane
12 7
全名：2,8,8-三甲基二环[3.2.1]辛烷
命名规则： 6 5 4 3
2,8,8-trimethylbicyclo[3.2.1]octane
a:用“双环”“三环”作词头，按所含碳原子总数称某烃。 b:方括号中，按由大到小的次序，注明各桥环的碳原子数。
两个桥头碳原子除外。 c:编号从桥头碳开始，沿最长的桥编号至另一桥头碳，再 沿次长桥编号到开始的桥头碳，最短的桥最后编。 d:可能的情况下给取代基以尽可能小的编号
的H），叔C-H，桥头H。
O
O
+ O3
+
O
H + O3
OH
c）在强烈条件下，环也可破裂。
Co+
COOH
COOH /P
第四节 环的张力
-----环烷烃的结构与稳定性
CH3 CH3
+ HBr
CH3CCH Br CH3
3、氧化反应
a）小环不被高锰酸钾，臭氧所氧化
×H+
+ KMnO4
×H+
+ Байду номын сангаас3
应用：鉴别小环与不饱和烃类化合物
H3C H3C
CH3 CH=C
CH3
KMnO4 H+
H3C H3C
COOH
O
+ H3C C CH3
b）臭氧 可氧化环丙烷的α位（与官能团直接相连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
2、桥环烷烃
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。
双环［2，2，2］－2，5，7－辛三烯
第二节 环烷烃的性质
一、物理性质
n = 3，4 气态 ※状态 n = 5 液态
n ≥ 6 固态 ※m.p.: 环烷烃比直链烷烃能够更紧密地排列于晶格中
故m.p.>同数碳原子的直链烷烃。 ※d: 0.688<d<0.853 ※s: 环烷烃不溶于水
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。
生物命名. d:顺反异构体的命名是假定环中碳原子在一个平面上，以
此为参考，两个取代基在同侧的为顺式（cis-），反之 为反式（trans-).
环丙烷
环丁烷
cyclopropane cyclobutane
环戊烷 cyclopentane
CH3 CH3
CH2CH2CH2CH2CH3
A:Isopropylcyclopentane B:1-Cyclobutylpentane
C4 3
2 1
1－甲基－2－异丙基环戊烷
D
5
E
CH3
F
4
CH3
1
3
2
CH CH3
CH3
CH3
4－甲基环己烯 5－乙基－1，3－环己二烯
顺－1，3－二甲基环丁烷
第五节 多环烷烃
一、多环烷烃的命名
1、螺环烷烃
两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烷烃(spiranes)。 共用的碳原子称螺碳原子。
a:根据组成环的碳原子总数称为某烃，加上“螺”字。 b:将连接螺原子的两环碳原子数（螺原子除外）由小环到 大环，排列于方括号中，放在“螺”后。 c:编号从小环中与螺原子相邻的C开始，经螺原子到大环。 若遇到重键时，使之尽可能小。
CH3CH2CH2CH3
+
H2
Pt 3300C以上
CH3(CH2)3CH3
B:与卤素加成
三元环与X2, HX在常温下即可发生开环反应， X2, HX于常温下不
使四，五员环开环，但加热后，可发生取代反应。
CH2CH2CH2
+ Br2
rt
Br Br
FeBr3
光照 + Br2
+ Br2
3000C
+ HBr
二、异构
构造异构：
CH3
CH2CH3
立体异构（顺反异构）：相同的基团在环的同侧为顺，异侧
为反。
CH3
CH3
CH3
（顺） （反）
CH3 CH3
CH3 CH3
（顺） （反）
CH3
三、命名
a:与相应的开链烃基相同，名称前加一“环”字。 b:编号使取代基位置最小，有取代基及不饱和键时，不饱 和键以最小的号数表示(用较小的数字表示较小的取代基) c:取代基为较长的碳链,则将环当作取代基,作为烷烃的衍
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。
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
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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
1、取代反应
光照 + Cl2
加热 + Br2 3000C
+ HCl Cl
Br
+ HBr
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）
Ni + H2 400C CH3CH2CH3
Ni + H2 1100C
环烷烃：碳原子以单键连接且性质与开链烃相似的烷烃. 单环烷烃通式：CnH2n
１ 脂环烃的分类
❖根据分子中是否含有重键： 环烷烃，环烯烃，环炔烃。
❖根据环的大小：
小环3~4C，普通环5~7C， 中环8~11C，大环>12C。 ❖根据环的个数： 单环烃，多环烃。
❖在多环体系中： 螺环烃
桥环烃
稠环烃
螺原子