有机课件3 第三章环烷烃1
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环烷烃
加溴化氢、 3.2.2.2 加溴化氢、硫酸
CH3 CH3 HBr CH3 C CH CH3 Br CH3 CH3 C CH CH3 OSO3H
H2SO4
CH3
H2O
CH3
CH3 CH3 C CH CH3 OH
环丁烷、环戊烷等与溴化氢不起反应。 环丁烷、环戊烷等与溴化氢不起反应。
3.2.2.4 氧化
eg.
H 3C
CH3
H
H 3C
H
H
H
CH3
H
H3C
H
1R,2R
CH3
H
H3C
H
1S,2S
H
CH3
H CH3
H
CH3 H
H3C
H
H CH3
H 3C
H 3C
3.1.2 环烷烃的命名
根据环中碳原子的数目叫 （1）单环烷烃： a.根据环中碳原子的数目叫“环某烷”； 单环烷烃： a.根据环中碳原子的数目叫“环某烷” b.环上取代基的位次和编号写在母体环烃名 b.环上取代基的位次和编号写在母体环烃名 字前面， 编号”原则与烷烃相同； 字前面，“编号”原则与烷烃相同； c.若有两个取代基 则在最前面标明“ 若有两个取代基， c.若有两个取代基，则在最前面标明“顺、 反”； 若取代基碳链较长，则环作为取代基。 d.若取代基碳链较长 d.若取代基碳链较长，则环作为取代基。
3.1. 1 环烷烃的异构 构造异构：碳链异构、官能团异构、 构造异构：碳链异构、官能团异构、 异构现象 立体异构 位置异构、 位置异构、互变异构 构型异构：顺反异构、 构型异构：顺反异构、对映异构
构象异构： 构象异构：
构型（configuration)：在具有一定构造的分子中， 构型（configuration)：在具有一定构造的分子中，原 子在空间的排列方式。 子在空间的排列方式。 环烷烃的顺反异构：假定环中碳原子在一个平面上， 环烷烃的顺反异构：假定环中碳原子在一个平面上，以环 平面为参考平面，两取代基在同一边的叫顺式（cis平面为参考平面，两取代基在同一边的叫顺式（cis-)， 否则叫反式（trans否则叫反式（trans-)。
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1ppt课件
环辛烷 环壬烷 环癸烷
663.8 664.6 663.6
环十四烷 658.6 环十五烷 659.0
对比：开链烷烃每个CH2的燃烧热：658.6 KJ/mol
稳定性： 普通环 > 中环：> 小环
环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。
环丙烷的结构： CH3
H
H
C
C H 2 1 0 9 .5 ° CH3
HC H
➢ 相同环连结时，可 用词头“联”开头。
顺反异构体：
由于环状结构，环烷烃有两个侧面：“上”方和“下” 方。因此，取代环烷烃可能存在同分异构现象。例如，有两 个1,3-二甲基环戊烷同分异构体：一个异构体的两个甲基在 环的同侧，另一个异构体的两个甲基在环的两侧。两个异构 体都是稳定的化合物。
CH3 CH3
➢ 了解三元和四元环化合物的活性，掌握相应的特殊化学性质。 ➢ 掌握环丙烷和环丁烷的结构特点（有角张力）和构象。 ➢ 了解并掌握环戊烷的构象。
➢ 掌握几种类型环烷烃（普通环烷烃、桥环烃和螺环烃）的命名
方法。
课后练习：p61 (一)、（十）
3 CH3CHCH2CH3
1
主要产物
H2 / Pt, 120oC or Ni, 200oC
CH3CH2CH2CH3
支链多 较稳定
➢ 小环化合物与卤素的反应
Br2 / r.t. Cl2 / FeCl3
Br2 / r.t.
Br Br CH2CH2CH2CH2
（离子型） 加成反应
不反应（难开环）
C H 4 + 2 O 2 C O 2 + 2 H 2 O + 燃 烧 热
环烷烃的燃烧热数据
小 C3 环 C4
普 C5 通 环 C7
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
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
第三章 环烷烃
a.命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链为取代基。 b.碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最小。 c.对于只有一个不饱和键的环烯(或炔)烃,双键或叁键位置可不标。
环戊烯
环辛炔
1,3-环己二烯
带有侧链的环烯烃命名:
a. 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1; b. 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序除双 键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位置号码的加和数为最 小。
第三章 环烃
第一节 脂环烃
脂环族化合物：结构上具有环状碳骨架，性质与开链化合物相似的
一类化合物。脂环烃：只有C、H两种元素组成的脂环化合物。
一、脂环烃的分类
1、按碳环数分：单环脂环烃；二环脂环烃和多环脂环烃等
CH3
十氢化萘
降冰片烷
螺[2,4]庚烷
立方烷
棱烷
蓝烷
金刚烷
2、按成环碳原子数分：三元环、四元环、五元环脂环烃等
环己烷不是平面结构,较为稳定的构象 为折叠的船型构象和椅型构象。
1
(Ⅰ)
6 1
2
3 5 3 2 5
4
(Ⅱ)
6
4
Ⅰ
Ⅱ
在(Ⅰ)和(Ⅱ)中，C2、C3 、C5 、C6都在一个平面内，但在(Ⅱ)
中，C1和C4在平面的同一侧，这种构象叫船式构象；而在(Ⅰ)
中，C1和C4在平面的上下两侧，这种构象叫椅式构象
HH3C 3C
11
1 C1-C2 1 C1-C2
C5-C4 6 C5-C4 6 C1-C2 C1-C2 C5-C4 C5-C4
4
HH HH3C 2 3C HH HH
2
H H
6 6 44 55
环戊烯
环辛炔
1,3-环己二烯
带有侧链的环烯烃命名:
a. 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1; b. 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序除双 键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位置号码的加和数为最 小。
第三章 环烃
第一节 脂环烃
脂环族化合物：结构上具有环状碳骨架，性质与开链化合物相似的
一类化合物。脂环烃：只有C、H两种元素组成的脂环化合物。
一、脂环烃的分类
1、按碳环数分：单环脂环烃；二环脂环烃和多环脂环烃等
CH3
十氢化萘
降冰片烷
螺[2,4]庚烷
立方烷
棱烷
蓝烷
金刚烷
2、按成环碳原子数分：三元环、四元环、五元环脂环烃等
环己烷不是平面结构,较为稳定的构象 为折叠的船型构象和椅型构象。
1
(Ⅰ)
6 1
2
3 5 3 2 5
4
(Ⅱ)
6
4
Ⅰ
Ⅱ
在(Ⅰ)和(Ⅱ)中，C2、C3 、C5 、C6都在一个平面内，但在(Ⅱ)
中，C1和C4在平面的同一侧，这种构象叫船式构象；而在(Ⅰ)
中，C1和C4在平面的上下两侧，这种构象叫椅式构象
HH3C 3C
11
1 C1-C2 1 C1-C2
C5-C4 6 C5-C4 6 C1-C2 C1-C2 C5-C4 C5-C4
4
HH HH3C 2 3C HH HH
2
H H
6 6 44 55
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
有机3-环烷烃(2)-(1)
H
HH
H
H H
直立
H Br
H H H
H
HH
H
HH
H H
Br H
H
平伏（更稳定）
3、画出顺-1,2-二氯环己烷的椅式构象，解释为什么必须一个 氯在直立位而另一个氯在平伏位。
1. 【解答】
H
HH H H
H
HH
H Cle Cla
H H
环翻转
H HH H
H
HH H
Cle Cla
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
2
H H
H H
重叠式
（有扭转张力）
H
H
H
HH H
H
H
H
H
H H
2.27Å
有几组H~H之间距 离均小于H的Van der Waal’s半径之 和（2.40Å ）
2.27Å
环己烷的船式构象
环己烷的其它构象式
椅式
半椅式
……
船式
扭船式 椅式
半椅式构象
H
H
H
H
H
H
H
H HH
H H
扭船式构象
>1.84Å
3
1
6
4
H
H
H5
HH
H
C 1 -C 2
C 5 -C 4
1，3-竖键作用
H
H CH
H
1
C1-C2 H
HH
2
3
H
H
H
6 H5
4
H
HH
C 5 -C 4
H
H
H3C 2
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
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。
03 环 烷 烃
有机化学 第三章 环烷烃
张力学说的内容
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。
偏转角度=
偏转角度
109°28′ 内角 2
N=3
24o44’
4
9o44’
5
44’
6
-5o16’
7
-9o33’
从偏转角度来看，五元环应最稳定，大于五元环或小于 五元环都将越来越不稳定。但实际上，五元，六元和更大的 环型化合物都是稳定的。这就说明张力学说存在缺陷。
663.8 664.6 663.6 658.6 659.0
普 通 环
环戊烷 环己烷 环庚烷
664.0 658.6 662.4
对比：开链烷烃每个CH2的燃烧热：658.6 KJ/mol
有机化学 第三章 环烷烃
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
有机化学 第三章 环烷烃
环丙烷的结构
内角60°
•这样的键与一般的键不 一样,它的电子云没有轨道 轴对称,而是分布在一条曲 线上,故常称弯曲键.
•弯曲键比一般的 键弱,并且具有较高的能量.
•这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力.
•由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力.
有机化学 第三章 环烷烃
环烷烃的其它命名方法 :
按形象命名
立方烷 cubane 金刚烷 adamantane
按衍生物命名
O
十氢萘 Decahydronaphthalene
萘 naphthalene
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
高中化学《环烷烃》课件
H2O
CH3 CH3 H3C C CH CH3
OH
四元环及四元环以上的环烷烃与HX，H2SO4 不易发生反应
相当 于烷对氧化剂稳定，不 被高锰酸钾、臭氧、氧气 等氧化剂氧化
O
O
CO2H
O O
可用高锰酸钾溶液来区 别烯烃与环丙烷衍生物
性质小结
▪小环烷烃(3，4元环)易加成，难氧 化，似烷似烯。
L-(-)-乳酸 mp: 53°
构象异构：
H
CH3 H
H CH3CH3
H
HH
H
CH3
H
对位交叉 邻位交叉
3.1.3 环烷烃的命名
(1) 根据分子中成环碳原子数目，称为环某烷。 (2) 单取代的环烷烃，将取代基的名称写在环烷烃的名称前面。 (3) 多取代的环烷烃则须加以编号。编号时，由小基团所在碳
原子编起，沿着距第2个取代基最近的环边依次编号。当环 上有不饱和键时，从不饱和键处开始编号。 (4) 取代基位次按“最低系列”原则列出，基团顺序按“次序 规则”小的优先列出。 (5) 有顺反异构时，须标明。
+ HBr CH3
+ HBr
+ H2SO4
CH3CH2CHCH3 Br
CH3 CH3
H3C C CH CH2
Br
H
CH3 CH3 H3C C CH CH2
OSO3H H
不对称取代环丙烷与不 对称试剂进行加成开环 反应时，环从取代基最 多和最少的环边打开， 氢加在氢多的碳上，卤 素或试剂的负电荷部分 加在氢少的碳上
多的构象。 4°环上有不同取代基时，大的取代基在e键上构
象最稳定。
§3.4 多环烃
3.4.1 多环烷烃的命名
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
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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
在室温下，分子的热运
动就能使环己烷迅速转环。 在转环的过程中，原来的
a键全都变成e键，原来的
e键全都变成a键。
X X
2 船型构象
船型构象中，1,2,4,5四个碳原子在同一个平面上，碳原子3,6都在这个平 面的同一边。
H H
H H
H H H
HH
H
0.183nm
H H HH HH
H H
H H H H
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 COOH
ClC2H5Cl Nhomakorabea1
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, 4-二甲基 -r- 1,反- 3-环丁二醇 反-
碳原子1和2及4和5，上面的C—H键都在重叠式位置上。 碳原子3和6上相对的两个氢原子距离只有0.183nm，小于范德华半径
之和0.248nm。
船型构象存在扭转张力和范德华张力。
张力的存在，使船型构象比椅型构象能量高， 能量的差值为29.7kJ· -1。 mol
椅型构象和船型构象可以通过单键旋转互相 转变，而不使环破裂。
环丙烷分子相邻碳上的碳氢键都是重叠式构象。
键处于交叉式构象时最稳定，当偏离交叉式时就会产生一种试图恢复交叉 式构象的力。 扭转张力：试图恢复交叉式构象的力。
2 其他环烷烃
环丁烷：也存在角张力，但比环丙烷的小。 为了避免扭转张力，四个碳原子不在一个平面上，但碳氢键仍不能达到交叉 式构象，所以还存在扭转张力。
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 C3 环丙烷 环 C4 环丁烷 普 C5 环戊烷 通 环己烷 环 C7 环庚烷 697.1 C8 中 686.1 环 C11 664.0 658.6 大 C12 662.4 环 环辛烷 环壬烷 环癸烷 663.8 664.6 663.6
除螺C外的碳原子数 (用"."隔开)
1 4 5
组成桥环的 碳原子总数
4-甲基螺[2. 4]庚烷
3 2 7 6
4-methylspiro[2. 4]heptane
编号从小环开始
取代基数目取最小
碳原子编号: 从较小的环中与螺原子相邻的碳原
子开始，通过螺原子后，再继续为较大环上碳原 子编号。
9 8 7 10 5 3 6 4
8 7 5 2 6 1
1 2
9 10 4 3
10-甲基螺[4.5]-6-癸烯
螺[4.5]-1,6-癸二烯
环烷烃的其它命名方法 :
按形象命名
立方烷 cubane 金刚烷 adamantane
按衍生物命名
O
十氢萘 Decahydronaphthalene
萘 naphthalene
莰烷 camphane
第三章 环烷烃
脂环化合物的命名；
环烷烃的典型构象和稳定性的关系； 环己烷的构象及其表示方法； 熟悉环烷烃的特性反应； 了解环的张力学说。 桥环和螺环化合物的命名；
环己烷和取代环己烷的构象分析。
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
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
C2和C3、C5和 椅式构象 C6的H处于交叉 无角张力 式，C1和C4的H 无扭转张力 彼此远离。
C2和C3、C5和 船式构象 C6的H处于重 无角张力 叠式，C1和C4 有扭转张力 的H彼此对头。
椅型构象中的C—H键可以分为两类，六个与分子的
对称轴平行，称为直立键或a键。
另外六个和直立键成109º 28'的角，平伏着向环外
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
不反应
!!!
小环环烷烃 活泼，易开环
环烷烃的化学性质
1、环烷烃的燃烧热 每个CH2 名 称 的燃烧热 697.1 环丙烷 686.2 环丁烷 664.0 环戊烷 658.6 环已烷 662.3 环庚烷 …… …… 658.6 环十五烷
＜
＜
＜
2、环烷烃的开环反应 （1）催化加氢
H2 Ni/40℃ H2 Ni/100℃ H2 Pt/300℃ H2
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。
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 r1, 顺- 2-二氯- 1-环戊烷甲酸 COOH Cl
键原子之间的距离都大于Vanderwaals半径之和。
椅型构象为无张力环，是环己烷最稳定的构象。
3、环己烷的构象
优势构象？
椅式构象(99.9%) 4 5 6 3 船式构象
4 5 6 1
2
4 5
6
2 3 2
4
1
2 1 3 纽曼投影式 5 6 3 2
4 1
65
1 3 环己烷的椅式 构象称为—— 无张力环
伸展，称为平伏键或e键。
a键和e键，都是一上一下交错排列。
椅型构象的正确书写：六条边(碳碳键)两两平行。
六个a键：垂直书写，3个向上，3个向下，交错排列。
六个e键：倾斜书写，3个向上，3个向下，交错排 列；左边3个向左，右边3个向右。
一个椅型构象的环己烷，可以通过碳碳单键的旋转变 成另一种椅型构象。
H H
H H H H
其中有5个碳原子在同一个平面上，另一个碳原子
在这个平面外。
C－C键角接近120º ，产生较大的角张力。
平面碳上的C－H键为重叠式构象，有较大的扭转张力。
H
H H
H H H
H
H H H
H H
H H
H H H
H
H H
H
H H
H
椅型构象
船型构象
大环的碳原子在不同平面内，键角接近正常的键角，分子中没有角张力。
中环，8C~11C的环，不是平面结构，没有键角的
变形。 但C—H键上的氢指向环内，不同边上的氢距离太 近互相排斥，产生张力。
HH H H HH
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
H H H H H H H H H H
H
H
H H
H H
H H H
H
H
H H
H
椅型构象
船型构象
1 椅型构象 椅型构象中，碳原子1,2,4,5在同一个平面上，
碳原子3,6分别在这个平面的上面和下面。
H H H H H H H H H H H H
H H H H H H H H H H
相邻两个碳原子上的C—H键都在交叉式位置上；非
?
Br
生成更稳定的环
3、氧化反应
① + KMnO4
HNO3(浓) 室温
× ＞弯曲键＞
HOOC–(CH2)4–COOH 己二酸 –OH + 环己醇