有机化学5 脂环烃
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
有机化学课后习题答案5第五章脂环烃(第五轮)答案
7, 7-二甲基二环[2, 2, 1]庚烷
螺环化合物命名的固定格式为：螺[a.b]某烃(a≤b)。命名时先找螺原子，编号从与螺原子 相连的碳开始，沿小环编到大环。如：
螺[4.4]壬烷
3.环烷烃的结构与稳定性 环烷烃的成环碳原子均为 sp3 型杂化。除环丙烷的成环碳原子在同一个平面上以外，其
它环烷烃成环碳原子均不在同一个平面上。在环丙烷分子中由于成环碳原子间成键时 sp3 型 杂化轨道不能沿键轴方向重叠，而是以弯曲方向部分重叠成键，导致环丙烷张力较大，分子 能量较高，很不稳定，容易发生开环反应。所以在环烷烃中三元环最不稳定，四元环比三元 环稍稳定一点，五元环较稳定，六元环及六元以上的环都较稳定。注意桥头碳原子不稳定。 4. 环己烷以及取代环己烷的稳定构象 环己烷在空间上可以形成多种构象，其中椅式和船式构象为两种极限构象，前者比后者更加 稳定。一般说来，取代环己烷的取代基处于椅式构象的平伏键时较为稳定。因此多取代环己 烷的最稳定的构象为平伏键取代基最多的构象。如果环上有不同取代基，较大的取代基在平 伏键上的构象最稳定。 5. 环烷烃的化学性质
CH2
CH CH
CH2
CH CH ＋ HCN OH CH2 CH CN + CH2 CH CH CH2 △
CN
一.用系统命名法命名下列化合物
习题 A
1.
2.
Br 3.
4.
二环[3.3.0]辛 烷
7-溴二环 [3.3.0]-2-辛烯
1,1-联环丁烷
螺[3.4]辛烷
5.
6.
7.
8.
反-1,2-二甲基 环丙烷
二环[4.1.0]庚烷
1,2-二环丙基 丁烷
Br
9.
10
有机化学 脂环烃
扭船式
椅式
转 环 作 用 中 的 能 量 变 化
说明：当环己烷上有取代基时，取代基处于e键的 构象较稳定： ① 单取代环己烷
例
CH3 a CH3 e
(Δ E= 7.5 kJ/ mol) 95%
体积更大的特丁基 叔 100%
C(CH3)3
② 二取代环己烷
cis-1,4-二取代
CH3 H3C
(1e,1a) (1a,1e)
*环数：将桥环烃变为开链化合物所需断开 的C-C键的最小次数。
③ [ ]内标明环的碳原子数（不包括桥头碳）， 并从大到小写，数字间用下角原点隔开。 ④ 编号从桥头碳开始，沿大桥、中桥、小桥依次 排号，有取代基时使取代基的位次最小。
2
3
4
1
8 7
6 5
8-甲基-2-乙基二环[4.2.0]辛烷
7
1 6 5 2
H H
H
H
How to draw cyclohexane
由三组平 行线组成
环己烷分子不是静止的
对称轴
H
H H H H
H
H
a键 e键
H
对称轴
H H
H
H H
a键 e键
H H
H H
H
H H
H H
H H
两个椅式构象的互相转变
Chair-chair Inversion in Cyclohexane
半椅式 船式
1、燃烧热（ΔHC） 定义：1mol有机物燃烧放出的能量
烷烃分子中每增加一个CH2，燃烧值的增值基本上 一定，平均为658.6kJ/mol。 环烷烃的燃烧热也随碳原子数的增加而增加，但 不象烷烃那样有规律。环烷烃的通式是CnH2n，即 (CH2)n。因此环烷烃分子中每个CH2的燃烧热是 ΔHC/n。见下表：
大学有机化学脂环烃
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
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 理论篇 第五版 第5章 脂环烃
5.5.1 环烯烃的反应 5.5.2 共轭环二烯的反应
5.6 构象异构
5.6.1 烷烃的构象 5.6.2 环已烷及其衍生物的构象
5
第5章 脂环烃
有机化学(理论篇)
【学习目标】
➢ 掌握脂环烃的定义、同分异构及命名； ➢ 熟悉脂环烃的来源、物理性质及其变化规律； ➢ 掌握脂环烃的化学性质；小环烷烃的开环加成反应；能
2
第5章 脂环烃
有机化学(理论篇)
按照拜尔张力学说，应该五元环最稳定，六元环以上的化合 物，角张力大，应该是不稳定的，但后来合成的一些大环化合 物都是稳定的，这与张力学说不符。也就是说，该学说可以解 释环丙烷的不稳定性，但对于环戊烷、环己烷稳定性的解释与 实际存在偏差，也不能解释7个碳原子及以上环烷烃的稳定性。 直到1930年左右，科学家们用热力学方法研究张力，精确测量 了化合物的燃烧热，得出结论，五元环、六元环以及后来合成 的一些大环化合物都是稳定的，不存在角张力，这是与拜尔的 张力学说不符的。
拜耳张力学说的错误在第一个假设，即将环烷烃分子视为平 面型分子。事实上，除环丙烷外，其它环都不在一个平面上。 虽然该学说有错误，但在有机化学发展史上起过一定的作用。 由此可见，科学是在不断发展的，我们要善于提出质疑，科学 问题的解决需要批判精神和怀疑精神，批判才能创新。
3
第5章 脂环烃
有机化学(理论篇)
利用烷烃、小环烷烃化学性质上的差异鉴别两类物质。 ➢ 熟悉环烷烃分子结构与环的稳定性的关系； ➢ 了解乙烷、丁烷和环己烷的构象。
6
第5章 脂环烃
有机化学(理论篇)
脂环烃是指由碳、氢两种元素组成，分子中含有碳环结 构，性质与链状脂肪烃相似的一类有机化合物。脂环烃及其 衍生物广泛存在于自然界中，例如有些地区所产的石油中含 多量的环烷烃；一些植物中含有的挥发油(精油)，其成分大多 是环烯烃及其含氧衍生物；在自然界广泛存在甾族化合物都 是脂环烃的衍生物，在人体中起重要作用。脂环烃及其衍生 物在生产和生活实践中具有重要应用。例如：
有机化学 第五章 脂环烃
折叠式构象 环丁烷中的键 环丁烷的构象
5.4.3 环戊烷的结构
• 不是平面结构.因C-H键的重叠,有较大扭转张力. • 实际构象:折叠环的形式--“信封式”构象.
•分子张力不大,因此环戊烷的化学性质比较稳定.
5.4.4 环己烷的结构
• 环己烷不是平面结构,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 --稳定(99.9%以上) • 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 象无张力环.
• 在加热，强氧化剂作用或催化剂存在时，可用空气 氧化成各种氧化产物： O 例: HNO3 CH2CH2COOH Ba(OH)2 Δ CH2CH2COOH
5.2.2 环烯烃和环二烯烃的反应 (1) 环烯烃的加成反应 • 易发生加氢,加卤素,加卤化氢和加硫酸等反应.
Br Br
例:
CH3
+ Br2
CCl4
CH3
1 6 5 4
1-甲基-1-环己烯
2 3
H3C 3
4
2 1 6 5
3-甲基-1-环己烯
带有侧链的环烯烃命名:
CH3
6
5 1 3
CH3 CH3
2
5 4 1 3
4
2
1,6-二甲基-1-环己烯
5-甲基-1,3-环戊二烯
(3) 双环化合物--分子中含有两个碳环.
• 其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺化合物. • 共用两个或以上碳原子的叫桥环化合物.
(2) 开环反应--也叫加成反应. (A) 催化加氢
Ni 80℃ Ni
+ H2
+ H2
+ H2
有机化学考研复习资料-脂环烃
第五章脂环烃一. 基本内容1．定义和分类脂环烃是碳架为环状的烃分子。
根据分子中所含碳环的数目及碳、氢比例的不同，可分为单环脂环烃（环烷烃、环烯烃、环炔烃）和多环脂环烃（螺环脂环烃、稠环脂环烃、桥环脂环烃）。
（1）环烷烃：分子中碳原子以单键互相连接成闭合碳环的脂环烃，单环脂环烷烃的通式为C n H2n，如：环丁烷、环戊烷等。
（2）环烯烃：分子中碳原子之间有以双键互相连接成闭合碳环的脂环烃。
如：环戊烯、环戊二烯等。
（3）螺环脂环烃：分子中两个碳环共用一个碳原子的脂环烃。
例如：5-甲基螺[3.4]辛烷（4）桥环脂环烃：`两个环共用两个或以上碳原子的多环烃。
例如：7，7-二甲基二环[2.2.1]庚烷（5）稠环脂环烃：两个碳环间共用两个碳原子的脂环烃，是桥环脂环烃的一种。
如：十氢化萘菲烷2．反应（1）环烷烃环烷烃的反应与非环烷烃的性质相似。
含三元环和四元环的小环化合物有一些特殊的性质，它们容易开环生成开链化合物。
（ⅰ）加氢：环丙烷在较低的温度和镍催化下加氢开环生成丙烷；环丁烷在较高温度下也可以加氢开环生成丁烷；环戊烷、环己烷等要用活性高的催化剂在更高温度下才能开环生成烷烃。
（ⅱ）加溴：溴在室温下即能使环丙烷开环，生成1，3-二溴丙烷，而环丁烷、环戊烷等与溴的反应与烷烃相似，即起取代反应。
（ⅲ）加溴化氢：溴化氢也能使环丙烷开环，产物为1-溴丙烷，取代环丙烷与溴化氢的反应符合马尔科夫尼科夫规则，环的断裂在取代基最多和取代基最少的碳碳键之间发生；环丁烷、环戊烷等不易与溴化氢反应。
（ⅳ）氧化反应：高锰酸钾溶液不能使环丙烷退色。
（2）环烯烃环烯烃与烯烃一样主要起加成反应和氧化反应：3．制备脂环烃的合成方法可分为两大类，一类是把链状化合物的两端连接成环；另一类是由环状化合物改变其官能团而得。
（1）分子内偶联α、ω-二卤化合物的武慈型环合法：此方法合成五元以上的环，产率很低。
可用格氏试剂合成四到七元环：（2）狄尔斯-阿德耳反应狄尔斯-阿德耳反应是顺式加成，加成产物仍保持共轭二烯和亲双烯体原来的构Br Br Na(Zn)THF3382%Br2BrBrO H2O/ZnCHOOBrHBrBr2Br Br2BrCH3CH2CH3型。
有机化学 第五章 脂环烃讲解
CH2CH3
CH3 CH2CH3
乙基环己烷
H3C
1,4-二甲基-2-乙基环己烷
2.单环烯烃的命名
单环烯烃的命名是根据组成环的碳原子数目称为环某烯。编号时，
把1、2号位次留给双键的碳原子。若有取代基时，取代基的位置数则
以双键为准依次排列。
CH3
3-甲基-1-环己烯
CH3
5-甲 基 -1,3-环 戊 二 烯5—甲基—3—异丙基环己烯
1-溴-5-甲基螺[3,4]辛烷 三环[3,3,1,13,7]癸烷（金刚烷）
第二节 环烷烃的性质
一、环烷烃的物理性质 1.物态 温常压下，环丙烷、环丁烷为气体，环戊烷
至环十一烷是液体，其它高级环烷烃为固体。 2.熔点、沸点 环烷烃的熔点、沸点比相应的烷烃高一些。 3.相对密 相对密度仍小于1。 4.溶解性 常不溶于水，易溶于有机溶剂。
0.745 0.779 0.779 0.769 0.810 0.836
二、环烷烃的化学性质
从化学键的角度来分析，环烷烃与烷烃相似; 但是，由于脂环烃具有环状构造，小环烃会出现 一些特殊的化学性质，主要表现在环的稳定性上， 小环较不稳定，大环则较稳定。
1.取代反应
环戊烷、环己烷和氯气在光照下反应，生 成一氯环烷烃。
与环丙烷相似，环丁烷分子中存在着张力，但比环丙烷的小， 因在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面上，见下图：
环丁烷
环戊烷
环丁烷比环丙烷要稳定些。环戊烷分子（见上图）中， C-C-C夹角为108°，接近sp3杂化轨道间夹角109.5°，环张 力甚微，是比较稳定的环。环戊烷分子中几乎没有什么角张 力，故五元环比较稳定，不易开环，环戊烷的性质与开链烷 烃相似。 在环己烷分子中，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°，因此环很稳定。
有机化学第四章脂环烃
Br
Br
溴褪色 可用于 鉴别环 烷烃
不起加成，而是取代反应
（3）加HX, H2SO4
HBr H2SO4
CH3 CH3
CH3 CH3 C CH CH3 Br CH3 CH3 C CH CH3 OSO3H
H2O
CH3 CH3
CH3 C CH CH3 OH
加成时符合马氏规则，氢原子加在含氢较多的碳原子上。
对称轴
H
H
H
H
H H
H
H H
H H
H
环己烷的直立键和平伏键
直立键 平伏键
（2）一元取代环己烷的构象 一元取代环己烷中，取代基可占据a键，也可占据e键，但占据e键的构象更稳定。
例如：
H
CH3
H
H
室温
7%
H CH3
H H
93% 内能比a型少 75.3KJ/mol
（2）二元取代环己烷的构象 二元取代环己烷，是以取代较多e键的构象为最稳定。
2.举例 1,2-二甲基环戊烷
1-甲基-4-乙基环己烷
1-甲基-4-异丙基环己烷
顺-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基环丙烷 3-甲基-3-环丙基戊烷
（4）环上取代基复杂时，可环做取代基，链为主体。
（二）环烯烃或环炔烃
母体为“环某烯”或“环某炔”，编号从不饱和碳原子开始
环戊烯
3,4-二甲基环己烯
1
4
2
3
6
5
椅式构象
船式构象
2.物理方法测出 （1）船式环己烷比椅式能量高26.7kJ/mol，在常温下环己烷几乎完全以较稳定的椅式 构象存在。 （2）椅式构象稳定的原因是相邻碳原子的键都处于交叉式。 （3）船式构象不稳定的原因是在船式中碳原子的键（2，3和5，6）处于全重叠式的位 置，斥力较大，Van de waals张力较大。
有机化学05章脂环烃
1 3 2 5 6 4
4 2 3
6
5
椅型构象
船型构象
1. 椅型构象
直立键——与对称轴平行 的键，或叫做a键。
6个（3上、3下）
平 伏 键 —— 与 对 称 轴 成 109.5o 倾 斜 角 的 键 ， 或 叫 做e键。
6个（3上、3下）
1. 椅型构象
H H H 2 3 H H 4 H H 6 5 H 1 H H
力大，非键合原子张力也较大， 故船型构象不稳定。
6
5
椅型和船型环己烷构象中氢原子间的斥力比较
椅型环己烷 C1 上的 H 原子与最 近的 H 原子距离为 0.25 nm ， 斥力较小 。
船型环己烷 C1 上的 H 原子与最 近的 H 原子距离为 0.23 nm ， 斥力较大。
3. 构象的互变
由于 C—C 键的旋转， 环己烷构象之间可以相 互转化的，这种构象的
3.2. 环丁烷和环戊烷的结构
3.2.1. 环丁烷的结构
环丁烷的四个碳原子实际上不在一个平面上。分子通过C－C键 的扭转而以折叠的碳环形式存在。三个碳处于同一平面，另一 个处于该平面外。这样可减少C－H键的重叠，从而使环张力 相应降低。
环丁烷的构象——蝴蝶型 尽管环丁烷的折叠式构象较平面构象能量有所降低，但环张力 还很大，故也不稳定。
7 1 6 5 4 3 2
9 8 6 7 1 2 5 4 3
1,6-二甲基二环[2.2.1]-2-庚烯
1,9,9-三甲基二环[3.2.2]-6-壬烯
5-甲基二环[2.2.1]-2-庚烯 三环[2.2.1.02,6]庚烷 三环[7.4.1.05,14]-3-十四碳烯
X
三环[8.3.1.05,14]-2-十四碳烯
环戊烷合成
环戊烷合成简介环戊烷是一种有机化合物，分子式为C5H10，属于脂环烃。
它是一种无色、可燃的液体，在常温常压下存在。
环戊烷是许多有机化学反应的重要原料和中间体，广泛应用于化学工业和实验室中。
本文将介绍环戊烷的合成方法及其工业应用。
合成方法1. 氢化反应环戊烷可以通过氢化反应来合成。
氢气与顺式-1,2-二甲基环戊二烯在催化剂的作用下发生加成反应，生成环戊烷。
反应方程式如下：H2 + CH3(CH3)C=CHCH=CHCH3 -> CH3(CH3)C(CH2CH3)CH2CH3这个方法具有简单、高效的特点，适用于大规模工业生产。
2. 环加成反应另一种常用的合成环戊烷的方法是通过环加成反应。
这种方法适用于不对称二碳酸酯与乙醇钠或乙醇钾在高温条件下进行反应。
反应方程式如下：CH3(CH2)2OCOCH3 + CH3CH2ONa -> CH3(CH2)2OCH(CH3)CH2NaCH3(CH2)2OCH(CH3)CH2Na + HCl -> CH3(CH2)2OCH(CH3)CH2HCl环加成反应可以选择性地合成具有不同取代基的环戊烷衍生物，具有较高的反应灵活性。
3. 环戊烯异构化还可以通过环戊烯的异构化反应来合成环戊烷。
这种方法利用高温和催化剂的作用，使环戊烯分子内部发生重新排列，生成环戊烷。
反应方程式如下：C5H8 -> C5H10这个方法可以在实验室中进行，但在工业上很少使用。
工业应用1. 溶剂由于环戊烷具有良好的溶解性和挥发性，常用作溶剂。
它可以溶解许多有机物，特别是脂肪类、树脂类和橡胶类化合物。
因此，在涂料、油墨、胶水等工业中广泛应用。
2. 燃料添加剂环戊烷可作为汽油的添加剂，用于提高汽油的辛烷值和抗爆性能。
它可以改善汽车发动机的工作效率和燃烧质量，减少尾气排放。
3. 化学反应中间体环戊烷是许多有机化学反应的中间体。
例如，它可以通过氢化反应转化为环戊醇、环戊醚等化合物。
这些化合物在制药、香料、润滑剂等行业中有广泛的应用。
第三章-脂环烃
椅型和船型的关系是：
4 3 5 6
2
1
椅型
4
3 1 5 6 2
椅型结构的任何一个碳原 子，经过键角的扭变和单 键的旋转，碳原子(1、3、 5) 向上 或碳原子(2、4、6) 向下翻动，即转变为船型。 从键角的扭变程度看，两 种立体结构很易相互化， 因而不可能将两种构型离 析加以鉴别。
船型
分子内的张力肯定会引起分子内能大的变动： 环烷烃燃烧热的实测数据
根据张力大小，将环烷烃分为几类：
n = 3, 4 小环，张力很大 ； (由于键角偏离正常值引起) n = 5, 6,7 n = 8~11 普通环，张力很小 ； 中环，张力较正常环大 ； (C-H键上的氢互相排斥，产生跨环张力) n > 12 大环，几乎没有张力；
§3.4 无张力环理论
1890年，沙赫斯( H.Sachse )对拜尔的张力
二、按碳环分类
按碳环分类 单环烃 多环
桥环烃
1. 小 环：三、四元环 2. 普通环：五～七元环 3. 中 环：八～十一元环 4. 大 环：十二元环以上
稠环烃
螺环烃
§3.1.2 脂环烃的异构
脂环烃的异构可分为： 一、 构造异构—由于环的大小及侧链的长 短和位置的不同而产生的 异构体。
H2C H2C CH2 CH2 H2C CH2 CH CH3
(CH2)n 分子的燃 烧热
每个CH2 的燃烧热
n=2 1422.6 711.3 105.4
n=3 2091.2 697.1 115.5
n=4 2744.3 686.1 110.0
n=5 3320.0 664.0 27.0
n=6 3951.8 658.6 0
n=7 4636.7 662.4 26.0
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 第五章 脂环烃
(3) 其它方法
+
CHO
。
30 C
100%
OH
+ ZnBr2 CHO
环戊二烯的工业来源和制法
石油热裂解的C5馏分加热至100℃，其中的 环戊二烯聚合为二聚体，蒸出易挥发的 其他C5馏分，再加热至约200℃，使二聚 体解聚为环戊二烯：
。
+
100 C
。
200 C
(八) 萜类和甾族化合物
萜类化合物广泛存在于自然界，是植物香精 油的主要成分，广泛用于医药、香料工业。
CH +
CH
双烯体 亲双烯体
双环[2,2,1]-2,5-庚二烯
（四) 环烷烃的结构与稳定性
• 环的大小与环张力、环的稳定性 • 环丙烷的结构 • 环丁烷的结构 • 环戊烷的结构
(四) 环烷烃的结构与稳定性
实验事实： 环的稳定性：三元环＜四元环＜五元、六元环 why? 结构所致！环张力所致！
• 环烷烃的环张力越大，表明分子的能量越高， 稳定性越差，越容易开环加成。
(甲) 桥环烃 (乙) 螺环烃
(二) 脂环烃的命名
(1) 单环脂环烃
CH2 CH2 CH2
即
CH2 CH2
环戊烷
CH3
即
CH
H3C
CH3
CH3
CH3 CH3
甲基环丁烷
1,2-二甲基环戊烷
H CH3
H CH3
CH3 H
即
CH3 H
1-甲基-4-异丙基环己烷
CH3
反-1,4-二甲基环己烷
CH3
1-甲基-1-环己烯
环己烷的船式构象
船式与椅式翻转，环己烷二种椅式构象互换
取代环己烷的构象1
《有机化学》第五章脂环烃
2、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键之间的 夹角为109°28′，其分子中的C—C键可以旋转而引起构象异 构，其有代表性的构象有两种：船式构象和椅式构象。 （1）船式构象和椅式构象
+
四、环烷烃的稳定性与其分子结构的关系
从环烷烃的加成反应可以看出，三、四元环不稳定，易 开环，五、六元环较稳定，如何解释这一现象呢，1885年德
国化学家拜耳(A.von.Baeyer)提出了张力学说。
拜耳的提出张力学说建立在这样一个基础上：即所有的 环状化合物都具有平面结构。按照这个假设，所有的环状化 合物都是平面多边形，因此其分子中C-C键之间的夹角不能 与正常的键角109°28′相吻合，因此有角张力存在。
螺[4,5]癸烷
螺[2,4]庚烷
CH3
H 3C
1,5-二甲基螺[2,5]辛烷 错误的名字：2,7-二甲基螺[2,5]辛烷
2,5-二甲基螺[2,5]辛烷
②桥环烷烃的命名：桥环烷烃命名时，环的编号从桥头碳原子 开始，沿大环进行编号到环的另一端后，再沿第二大的环进行 编号。命名时，在方括号内注明除桥头碳原子外环上的碳原子 数。例：
仅有C、H两种元素组成的环状化合物叫做碳环烃， 简称环烃
环烃
脂环烃 芳香烃
饱和脂环烃 不饱和脂环烃 单环芳烃 多环芳烃
一、脂环烃的分类与命名
1、脂环烃的分类
根据环中是否含有不饱和键，可分为饱和脂环烃和 不饱和脂环烃。
【有机化学题库】脂环烃习题答案
试题库（参考答案）第五章 脂环烃一、 命名1、1－甲基－2－异丙基环戊烷2、1,6－二甲基螺[4.5]癸烷3、1－甲基－3－乙基环戊烷4、螺[3.4]辛烷5、二环[2.2.1]庚烷6、反－1,2－二甲基环丙烷7、异丙基环丙烷8、5-溴螺[3.4]辛烷9、顺－1－甲基－2－异丙基环己烷 10、2,7,7－三甲基二环[2.2.1]庚烷 11、6－甲基螺[2.5]辛烷 12、7,7－二氯二环[4.1.0]庚烷 二、写结构1、COOH； 2、CH 3； 3、； 4、(CH 3)3CH 35、CH 3； 6、CH 3CH 3； 7、HBr； 8、CH 3CH 3Br9、Cl；10、 CH ；11、Cl； 12、CH 3H CH 3Br三、完成反应式1、C OCH 3； 2、Cl； 3、CH CH 2CH 3CH 3Br ；4、COOEt COOEt； 5、Cl CH CH 2CH 3CH 3； 6、COOCH 3CH 3COOCH 3；7、COOCH 3CH 3CH 3COOCH 3； 8、 C 2H 5Cl C CH 2CH CH 3ClCH 3； 9、C OCH 3；10、CH 3CH 3CH C CH 3CH 3Br ；11、CH 3CH OH OHCH H 3C；12、C CH 3OCH 3＋COOH；13、OH CH CH 2CH 3CH 3； 1433；15、COOCH 316、CHO； 17、 ； 18C OC O O1933；20、COOCH3COOCH3；21、NO2CH2；22、四、回答问题1、C(CH3)3HCH3H；2、CH(CH3)2HCH3H3、CH(CH3)2CH3；4、C(CH3)3Cl；5、CH(CH3)2HCH3H；6、CH(CH3)2H；7、C2H5HC2H5H；8、CH(CH3)2CH39、HClBrH；10、HOH OHH五、鉴别题1、加溴水使溴水不褪色的为环己烷，余者加Ag(NH3)2+有白色沉淀为苯乙炔。
有机化学第五章脂环烃
或
5
1-甲基-3-乙基环戊烷 甲基-
CH2 CH2 CH2 CH-CH3 CH2 CH CH(CH3)2 或
4 5
6 1 2 3
1-甲基-3-异丙基环己烷 甲基③ 若环烃中有双键时，编号应从双键开始，且使编号的数 若环烃中有双键时，编号应从双键开始， 值最小。 值最小。
1 6 5 4 2
结论： 结论： ● e键取代基最多的构象稳定 ● 大取代基(体积)在e键的构象稳定 大取代基(体积)
§5-5 脂环烃的制备
一、芳烃化合物还原法
Ni 180～ 180～250℃
+ 3 H2
+ H2
催化剂
H2 催化剂 四氢化萘 十氢化萘
二、分子内偶联法
1.武慈合成法——主要适合于制备三 主要适合于制备三、 1.武慈合成法——主要适合于制备三、四元环
1,31,3-环己二烯
3
若环中有双键也有支链时，编号从双键起， ④ 若环中有双键也有支链时，编号从双键起，且要使支链 编号尽可能最小。 编号尽可能最小。
1 5 2
3-甲基环戊烯 CH3
4 3
1 6 5 4 2
1,61,6-二甲基环己烯
3
2. 螺环烃的命名
螺环烃编号方法----- 从邻接于螺原子的一个碳原子开始， ① 螺环烃编号方法----- 从邻接于螺原子的一个碳原子开始， 由小环到大环。 由小环到大环。 螺环烃命名方法---------用 做词头， ② 螺环烃命名方法-----用螺做词头，然后在方括号中写出 每 个环的碳原子数（不包括螺碳） 个环的碳原子数（不包括螺碳）从 小 7 8 1 2 10 1 9 环到大环。 环到大环。 CH2 CH2 CH2 2 C CH2 8 4 5 CH2 CH CH2 5 6 3 3 7 6 4 CH3 5-甲基螺[3 .4] 辛烷 甲基螺 甲基 螺[4.5]癸-1,6-二烯 [4.5]癸 1,6-
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试题库（习题）第五章 脂环烃一、命名下列化合物1．2.1－甲基－2－异丙基环戊烷 1,6－二甲基螺[4.5]癸烷3. CH 3C 2H 54.1－甲基－2－乙基环戊烷 螺[3.4]辛烷5.6. CH 3CH 3二环[2.2.1]庚烷 反－1,2－二甲基环丙烷7.CH(CH 3)28.Br异丙基环丙烷 5-溴螺[3.4]辛烷9.3)2310.顺－1－甲基－2－异丙基环己烷 2,7,7－三甲基二环[2.2.1]庚烷11.CH 312.Cl Cl6－甲基螺[2.5]辛烷 7,7－二氯二环[4.1.0]庚烷二、写出下列化合物的结构式1、环戊基甲酸2、4－甲基环己烯COOHCH 33、二环[4.1.0]庚烷4、反－1－甲基－4－叔丁基环己烷(CH 3)3CH 35、3－甲基环戊烯6、5,6－二甲基二环[2.2.1]庚－2－烯CH 3CH 3CH 37、7-溴双环[2.2.1]庚－2－烯 8、2,3-二甲基-8-溴螺[4.5]癸烷HBrCH 3CH 3Br9、4-氯螺[2.4]庚烷 10、反－3－甲基环己醇ClCH11、8-氯二环[3.2.1]辛烷 12、1,2-二甲基-7-溴双环[2.2.1]庚烷ClCH 3H CH 3Br二、完成下列反应式1．+CH 3O 2．+ CH 2CHClC OCH 33．CH 3CHCH 2CH 2+ HBr4．+COOEtCOOEtCH CH 2CH 3CH 3BrCOOEtCOOEt5．CH 3CH CH 2CH 2+ HCl6．CH 3+COOCH 3COOCH 3Cl CH CH 2CH 3CH 3COOCH 3CH 3COOCH 37．CH 3+CH 3COOCH 3COOCH 38. H 3CH 3CCH 2CH 3Cl 2+COOCH 3CH 3CH 3COOCH 3C 2H 5Cl C CH 2CH CH 3ClCH 39．+OCH 310. HBrH 3CH 3CCH 2CH 3+C OCH 3CH 3CH 3CH C CH CH 3Br11．CH OHCH CH 3KMnO 4 12.CH C +CH 3CH3KMnO 4CH 3CH OH OHCH H 3CC CH 3OCH 3＋COOH13.H 2SO 4H 2O+CH 314.+COOCH 3CH 3OOCOH CH CH 2CH 3CH 33315.+CO 2CH 316. CHO+COOCH 3CHO17.+18. C O C O+OC O C OO19． +CH 320.+COOCH 3COOCH333COOCH 3COOCH321. NO 2CH 2+22. hvNO 2CH 2三、回答下列问题1．请写出顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷的稳定构象。
C(CH 3)3HCH 3H2．请写出反-1-甲基-3-异丙基环己烷的稳定构象。
CH(CH 3)2HCH 3H3．请写出反-1-甲基-4-异丙基环己烷的稳定构象。
CH(CH 3)2CH 34. 画出反－1－叔丁基－4－氯环己烷的优势构象。
C(CH3)3Cl5．请写出顺-1-甲基-2-异丙基环己烷的稳定构象。
CH(CH 3)2CH 3H6．写出异丙基环己烷的稳定构象。
CH(CH 3)2H7．画出反－1,4－二乙基环己烷的最稳定构象。
C 2H 5HC 2H 58．请写出顺-1-甲基-3-异丙基环己烷的稳定构象。
CH(CH 3)2CH 39．画出顺－1－氯－2－溴环己烷的优势构象。
H ClBr H10．画出反－1,3－二羟基环己烷的最稳定构象。
H OHOHH四、用化学方法鉴别下列化合物1．苯乙炔 环己烯 环己烷加溴水使溴水不褪色的为环己烷，余者加Ag(NH 3)2+有白色沉淀为苯乙炔。
2. 1－戊烯 1,2－二甲基环丙烷加KMnO 4不褪色的为1,2-二甲基环丙烷。
3．2-丁烯 1-丁炔 乙基环丙烷加KMnO 4不褪色的为乙基环丙烷，余者加Ag(NH 3)2+有白色沉淀为1－丁炔。
4. 环丙烷与环丙烷 5．1,2－二甲基环丙烷与环戊烷加溴水使溴水褪色的为环丙烷。
加溴水褪色的为1,2-二甲基环丙烷。
6.乙基环丙烷和环戊烷 7．乙基环丙烷和乙烯基环丙烷加溴水使溴水褪色的为乙基环丙烷。
加KMnO 4褪色的为乙烯基环丙烷。
8.环己烯与异丙基环丙烷 9．丁烷和甲基环丙烷加KMnO 4褪色的为环己烯。
加溴水使溴水褪色的为乙基环丙烷。
10. 1,3－环已二烯与环己烯加顺丁烯二酸酐产生白色沉淀的为1,3－环己二烯。
11．甲基环丁烷和环己烷加溴水使溴水褪色的为乙基环丙烷。
12.环丁烯与1,3－丁二烯加顺丁烯二酸酐产生白色沉淀的为1,3－丁二烯。
五、合成题1．以乙炔为原料合成 CNCH 2H 22催化剂CH2CH 2CH CH CH 2CHCH CLindlarCH 2CN△CN ＋OHCH 2CH CH CH 2+CH CHHCN2．以乙炔和丙烯为原料合成CH 2ClCH 2H 22催化剂CH2CH 2CH CH CHNH CHCH CLindlarCH2CH 2CH 2 △Cl ℃＋CH 2CH CH CH CH 2ClCl +CH 3500CH CH 23．以环己醇为原料合成（已二醛） OHC－(CH 2)4－CHOCHO(1)(2)O 3(CH 2)4OHC Zn/H 2O4．以必要的烯烃为原料合成CNCH 2Na Br CH 2CN CNNBSCH CH 2+CH3CH CH 2Br CH 2CH 2CNCN2+CH 2CH CH 25．以烯烃为原料合成 ClCH2ClClCH 2Cl ℃＋2CH CH 2ClCl +CH 3500CH CH 2Cl＋CH 2Cl Cl 2Cl CH 2Cl6．从1－甲基环己烷出发合成反－2－甲基环己醇。
Br 2H 3CCH 3+hv Br3六、推测结构1．某烃C 3H 6(A)在低温时与氯作用生成C 3H 6Cl 2(B)，在高温时则生成C 3H 5Cl(C)。
使(C)与碘化乙基镁作用得C 5H 10(D)，后者与NBS 作用生成C 5H 9Br(E)。
使(E)与氢氧化钾的酒精溶液共热，主要生成C 5H 8(F)，后者又可与丁烯二酸酐发生双烯合成得(G)。
试推测由(A)到(G)的结构式。
（A ）CH 3CH CH 2； （C ）CH CH 2CH 2Cl ； （D ）CH 2CH 3CH CH 2CH 2（B ）CH CH 3CH 2；（E ）CH CH 2CH 3CH CH 2Br ；（G ）C OC O CH 3O（F ）CH CH 3CH CH CH 2；2．有(A)，(B)，(C)，(D)四种化合物分子式均为C 6H 12，(A)与臭氧氧化水解后得到丙醛和丙酮，（D ）用臭氧氧化水解后只得到一种产物。
（B ）和（C ）与臭氧或催化氢化都不反应，（C ）分子中所有的氢原子均为等价，而（B ）分子中含有一个CH 3—CH < 结构单元。
问（A ），（B ），（C ），（D ）可能的结构式？ （A ） ；（B ）CH C 2H 5CH 3；（C ）CH CH 3CH 3CH 或 C 2H 5CH CH 23．化合物（A ）分子式为C 4H 8，它能使溴水褪色，但不能使稀的高锰酸钾溶液褪色。
1mol （A ）与1molHBr 作用生成（B ），（B ）也可以从（A ）的同分异构体（C ）与HBr 作用得到，化合物（C ）分子式也是C 4H 8，能使溴水褪色，也能使稀的高锰酸钾溶液褪色，试推测化合物（A ），（B ），（C ）的构造式。
（A ）CH 3C 2H 5CH 3C CH ； （B ）CH 3； （C ）（D ）C 2H 5CH 3CH 2CHCH 或 H 3C CH 3C H 3C CH 3C4．化合物（A ）分子式为C 7H 14，具有旋光性。
它与HBr 作用生成的主要产物（B ），（B ）的构造式为：(A)H 3C C 2H5H 3C* ； (B) (CH 3)2CH 3CH CH 2CH 3C Br。