脂环烃课件
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OH O +
环己醇 环己酮
+ O2
环烷酸钴
+ O2
浓硝酸
COOH COOH (己二酸)
3，加成反应
a 加氢
+ H2 + H2 + H2
Ni Ni
80 C 200 C Pt 300 C
£ ¡
CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3(CH2)3CH3
£ ¡
£ ¡
² » Ò × ¿ ª » ·
环丁烷的结构：
C：sp3杂化， 轨道夹角109.5° 若四个碳形成正四边形，内角应为90° 角张力：109.5－90＝19.5°＜ 109.5－60＝49.5° 环丁烷的C－C键也是“弯曲键”，但弯曲程度较小。
∴环丁烷较环丙烷稳定，但仍有相当大的张力，属 不稳定环，比较容易开环加成。 环丁烷中四个碳原子不共平面，这 样可使部分张力得以缓解。
环丙烷的结构
物理方法测得，环丙烷分子中三个碳原子共平面。 显然，环丙烷中没有正常的C－C键，而是形成 “弯曲键”：
环丙烷的结构
由于环丙烷分子中的 C － C 键不是沿轨道 对称轴实现头对头的最大重叠，而重叠 较少，张力较大，具有较高的能量。 根据结构与性能的关系，环丙烷的化学 性质应该活泼，容易开环加成。
饱和脂环烃 脂环烃 不饱和脂环烃 环烷烃 如
... ... ... ...
如
环烯烃 如 环二烯烃 环炔烃 如
... ... ... ...
环烷烃可看作是开链烷烃首尾碳原子去掉一个氢 原子后互相连接起来的环状烃
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2
单环脂环烃
即
CH2 CH2
CH2
CH2 CH2
CH3
CH3 CH3
环戊烷
甲基环丁烷
1,2-二甲基环戊烷
CH3
即
H CH3
CH3
即
H CH3
CH3 H
CH H3C
CH3
H
1-甲基-4-异丙基环己烷
反-1,4-二甲基环己烷
CH3 CH3
3-甲基-1-环己烯 5-甲基-1,3-环戊二烯
二环脂环烃
分子中含有两个碳环的是双环化合物。
Ò Ð Î Í Î È ¶ ¨
´ Ð ¬ Í » Î ² È ¶ ¨
两种构象通过C-C单键的旋转，可相互转变；
室温下，环己烷主要在椅型构象存在 (99.9% 以上 ) 。 为什么椅型构象稳定?
船式与椅式翻转，环己烷二种椅式构象互换
椅型构象：
3 2 1 4 5 6 3 2 4 5 6 1
①所有两个相邻的碳原子的碳氢键都处于交叉式位置； ②所有环上氢原子间距离都相距较远，无非键张力。
H
5 6 5 3 2 6
船型构象：
2 3
1 4
4
H
1
①C2-C3及C5-C6间的碳氢键处于重叠式位置； ② 船头和船尾上的两个碳氢键向内伸展，相距较近， 比较拥挤，存在非键张力。 ∴重点掌握椅型构象。
环己烷的椅式构象
椅式构象的特点
①六个碳原子分布在相互平行的两个平面上(上三，下三)： ②十二个碳氢键分为两种类型： a －键( 直立键 )和 e －键 (平 伏键)，每个碳原子上都有一个a键和和一个e键：
b加卤素
+ Br2 + Br2 + Br2 + Br2
CCl4 ÎÎ
BrCH2CH2CH2Br
׿ Ò ª » ·
Leabharlann Baidu
D
Br(CH2)4Br (Î ÎÎÎÎÎ ·Î!)
ÎÎ ú Î ú Î
» Ò ² ׿ ª » ·
ÎÎ ú Î ú Î
c 加卤化氢
׿ Ò ª » ·
+ HBr + HBr
H2O
CH3CH2CH2Br
分子式为C5H10有碳架异构、顺反异构、旋光异构
CH3 H3C CH3
环戊烷
C2H5
甲基环丁烷
CH3 CH3 H
1,1-二甲基环丙烷
CH3 H H
H
CH3
乙基环丙烷
顺-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基 环丙烷
脂环烃的命名原则
与相应的脂肪烃基本相同，只是在名称 前加一环字 按取代基位置数字尽可能小的原则，将 环编号 连有不同取代基时，根据次序规则，较 优基因给予较大编号 同时有取代基及不饱和键时，不饱和键 以最小的号数表示
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。 可用环烷烃每个CH2单位的燃烧热来表明环 张力的大小。
一些环烷烃的燃烧热如下所示：
以上的数据说明：
环越小，每个CH2的燃烧热越大，环张力越大。
1，取代反应
五元、六元环易发生取代反应。
+ Cl2
ÎÎ ò Î
Cl
+ HCl
+ Cl 2
光或热
Cl + HCl
+ Cl 2
光或热
Cl
+ HCl
2，氧化反应
室温下，环烷烃不能使KMnO4褪色，据此可区别C＝C 和C≡C。例：
CH2=CH 2
KMnO 4 紫色退去 不退色
在加热或催化剂存在下，环烷烃可被氧化，产物因反应条 件而异：
a. 通过 C － C 键的自由旋转形成椅式构象， 消除张力; b. 椅式构象中的 a 键、 e 键， a 、 e 键的相 互转换，e键取代稳定。
环丁烷
键角111.5°，四个Ｃ不在同一平面上。稳定性比 环丙烷强。
环戊烷 键角接近109.5°，五个Ｃ不在同一平面上。稳定 性比环丁烷强。 环己烷 键角可维持在109.5°， 六个Ｃ不在同一平面上。 稳定性强。
四、 环己烷的构象
椅式构象和船式构象 椅式构象的特点
椅式构象和船式构象
环己烷分子中的六个碳不共平面，且六元环是无张 力环，键角为109.5°。 环己烷有两种构象：
环戊烷的结构： C：sp3杂化， 轨道夹角109.5° 正五边形内角为108° 角张力：109.5－108＝1.5° 可见，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。
环戊烷分子中的五个碳原子亦不共平 面，而是以“信封式”构象存在，使 五元环的环张力可进一步得到缓解。
第六章
脂环烃
主要内容 定义与分类 脂环烃的命名 环烷烃的结构与稳定性 环己烷的构象 脂环化合物的立体异构 脂环烃的性质
一 、 定义与分类
脂环烃——由碳原子相互连接成环，性质与开 链烃相似的环状碳氢化合物。
根据环上碳原子的饱和程度不同，可将脂环烃 分为环烷烃、环烯烃、环炔烃等。
环烷烃的通式CnH2n与单烯烃一样。
根据脂环烃分子中所含的碳环数目不 同，分为单环、二环和多环脂环烃。 环烃按碳环的大小可分为： 小环： 3-4 C的环； 普通环： 5-7
中环： 大环：
C的环；
8-12 C的环； 12Ｃ以上C环；
二、 脂环烃的异构和命名
单环脂环烃 二环脂环烃
(甲) 桥环烃
(乙) 螺环烃
e键
a键
③由一种椅型构象可翻转为另一种椅象。同时，a、e 键互 换：
ª a¼ Î ü
ª e¼ Î ü
④环上有取代基时，e键取代比a键取代更稳定。
H R H R H R 能量较高，含量较低 非优势构象 R H
e键取代，R与 CH 2处于对位交叉 能量较低，含量较高 优势构象
a键取代，R与 CH 2处于顺位交叉
构型式：
H CH3 H
即
H CH3
H CH3
H CH3
CH3
即
H CH3
CH3 H
CH3
H
顺-1,4-二甲基环己烷
反-1,4-二甲基环己烷
构象式：
CH3 H3C CH3
顺-1,4-二甲基环己烷
H CH3 H
稳定
CH3 H
不 稳定 反-1,4-二甲基环己烷
H CH3
(2) 对映异构
例1：1,2-环丙烷二甲酸的对映异构
η ÎΠη ÎÎ
» Ò ² ׿ ª » ·
+ HBr
4 环烯烃的反应
环烯烃的性质与开链烯烃类似，易加成、氧化等。
CH3
H2/Ni
CH3
HBr
Br
CH3
Br
Br 2
CH3
Br
CH3
KMnO 4
O COOH
本章重点：
① 环的大小与其稳定性（三元、四元环 不稳定，易开环加成；五元、六元环 稳定，不易开环加成）； ② 环丙烷的结构、弯曲键的不稳定性； ③ 环己烷的构象：
HOOC
HOOC H
³ Ê Ë ½
COOH H
H
H
COOH
(I)
Ú Ï Ä û Ð ý Ì å
H COOH I) (I
´ Ê · ½ Ô Ó ¶ ³ Ì å
HOOC H I I) (I
´ Ê · ½
六、 脂环烃的性质
1. 取代反应 2. 氧化反应
3. 加成反应
a 加氢
b 加卤素
c 加卤化氢
4. 环烯烃的反应
联二环己烷 (联环烃)
螺[4,4]壬烷 (螺环烃)
二环[4,4,0]癸烷 (稠环烃)
二环[2,2,1]庚烷 (桥环烃)
•两环共用一个碳原子双环化合物的叫做螺环化合物；
•两环共用两个或更多个碳原子的叫做桥环化合物。
三、 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
例：
Cl Cl Cl Cl Cl Cl
ÎÎ ¨
Cl Cl
Cl Cl
ÎÎÎ à Î
Cl Cl
CH3 H3C CH(CH3)2 H
H CH(CH3)2
ÎÎ ¨
CH3 H
Î ÎÎ ¨
H CH(CH3)2
五、 脂环化合物的立体异构
顺反异构 对映异构
(1) 顺反异构
例1：1,4-二甲基环己烷的顺反异构
环己醇 环己酮
+ O2
环烷酸钴
+ O2
浓硝酸
COOH COOH (己二酸)
3，加成反应
a 加氢
+ H2 + H2 + H2
Ni Ni
80 C 200 C Pt 300 C
£ ¡
CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3(CH2)3CH3
£ ¡
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² » Ò × ¿ ª » ·
环丁烷的结构：
C：sp3杂化， 轨道夹角109.5° 若四个碳形成正四边形，内角应为90° 角张力：109.5－90＝19.5°＜ 109.5－60＝49.5° 环丁烷的C－C键也是“弯曲键”，但弯曲程度较小。
∴环丁烷较环丙烷稳定，但仍有相当大的张力，属 不稳定环，比较容易开环加成。 环丁烷中四个碳原子不共平面，这 样可使部分张力得以缓解。
环丙烷的结构
物理方法测得，环丙烷分子中三个碳原子共平面。 显然，环丙烷中没有正常的C－C键，而是形成 “弯曲键”：
环丙烷的结构
由于环丙烷分子中的 C － C 键不是沿轨道 对称轴实现头对头的最大重叠，而重叠 较少，张力较大，具有较高的能量。 根据结构与性能的关系，环丙烷的化学 性质应该活泼，容易开环加成。
饱和脂环烃 脂环烃 不饱和脂环烃 环烷烃 如
... ... ... ...
如
环烯烃 如 环二烯烃 环炔烃 如
... ... ... ...
环烷烃可看作是开链烷烃首尾碳原子去掉一个氢 原子后互相连接起来的环状烃
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2
单环脂环烃
即
CH2 CH2
CH2
CH2 CH2
CH3
CH3 CH3
环戊烷
甲基环丁烷
1,2-二甲基环戊烷
CH3
即
H CH3
CH3
即
H CH3
CH3 H
CH H3C
CH3
H
1-甲基-4-异丙基环己烷
反-1,4-二甲基环己烷
CH3 CH3
3-甲基-1-环己烯 5-甲基-1,3-环戊二烯
二环脂环烃
分子中含有两个碳环的是双环化合物。
Ò Ð Î Í Î È ¶ ¨
´ Ð ¬ Í » Î ² È ¶ ¨
两种构象通过C-C单键的旋转，可相互转变；
室温下，环己烷主要在椅型构象存在 (99.9% 以上 ) 。 为什么椅型构象稳定?
船式与椅式翻转，环己烷二种椅式构象互换
椅型构象：
3 2 1 4 5 6 3 2 4 5 6 1
①所有两个相邻的碳原子的碳氢键都处于交叉式位置； ②所有环上氢原子间距离都相距较远，无非键张力。
H
5 6 5 3 2 6
船型构象：
2 3
1 4
4
H
1
①C2-C3及C5-C6间的碳氢键处于重叠式位置； ② 船头和船尾上的两个碳氢键向内伸展，相距较近， 比较拥挤，存在非键张力。 ∴重点掌握椅型构象。
环己烷的椅式构象
椅式构象的特点
①六个碳原子分布在相互平行的两个平面上(上三，下三)： ②十二个碳氢键分为两种类型： a －键( 直立键 )和 e －键 (平 伏键)，每个碳原子上都有一个a键和和一个e键：
b加卤素
+ Br2 + Br2 + Br2 + Br2
CCl4 ÎÎ
BrCH2CH2CH2Br
׿ Ò ª » ·
Leabharlann Baidu
D
Br(CH2)4Br (Î ÎÎÎÎÎ ·Î!)
ÎÎ ú Î ú Î
» Ò ² ׿ ª » ·
ÎÎ ú Î ú Î
c 加卤化氢
׿ Ò ª » ·
+ HBr + HBr
H2O
CH3CH2CH2Br
分子式为C5H10有碳架异构、顺反异构、旋光异构
CH3 H3C CH3
环戊烷
C2H5
甲基环丁烷
CH3 CH3 H
1,1-二甲基环丙烷
CH3 H H
H
CH3
乙基环丙烷
顺-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基 环丙烷
脂环烃的命名原则
与相应的脂肪烃基本相同，只是在名称 前加一环字 按取代基位置数字尽可能小的原则，将 环编号 连有不同取代基时，根据次序规则，较 优基因给予较大编号 同时有取代基及不饱和键时，不饱和键 以最小的号数表示
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。 可用环烷烃每个CH2单位的燃烧热来表明环 张力的大小。
一些环烷烃的燃烧热如下所示：
以上的数据说明：
环越小，每个CH2的燃烧热越大，环张力越大。
1，取代反应
五元、六元环易发生取代反应。
+ Cl2
ÎÎ ò Î
Cl
+ HCl
+ Cl 2
光或热
Cl + HCl
+ Cl 2
光或热
Cl
+ HCl
2，氧化反应
室温下，环烷烃不能使KMnO4褪色，据此可区别C＝C 和C≡C。例：
CH2=CH 2
KMnO 4 紫色退去 不退色
在加热或催化剂存在下，环烷烃可被氧化，产物因反应条 件而异：
a. 通过 C － C 键的自由旋转形成椅式构象， 消除张力; b. 椅式构象中的 a 键、 e 键， a 、 e 键的相 互转换，e键取代稳定。
环丁烷
键角111.5°，四个Ｃ不在同一平面上。稳定性比 环丙烷强。
环戊烷 键角接近109.5°，五个Ｃ不在同一平面上。稳定 性比环丁烷强。 环己烷 键角可维持在109.5°， 六个Ｃ不在同一平面上。 稳定性强。
四、 环己烷的构象
椅式构象和船式构象 椅式构象的特点
椅式构象和船式构象
环己烷分子中的六个碳不共平面，且六元环是无张 力环，键角为109.5°。 环己烷有两种构象：
环戊烷的结构： C：sp3杂化， 轨道夹角109.5° 正五边形内角为108° 角张力：109.5－108＝1.5° 可见，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。
环戊烷分子中的五个碳原子亦不共平 面，而是以“信封式”构象存在，使 五元环的环张力可进一步得到缓解。
第六章
脂环烃
主要内容 定义与分类 脂环烃的命名 环烷烃的结构与稳定性 环己烷的构象 脂环化合物的立体异构 脂环烃的性质
一 、 定义与分类
脂环烃——由碳原子相互连接成环，性质与开 链烃相似的环状碳氢化合物。
根据环上碳原子的饱和程度不同，可将脂环烃 分为环烷烃、环烯烃、环炔烃等。
环烷烃的通式CnH2n与单烯烃一样。
根据脂环烃分子中所含的碳环数目不 同，分为单环、二环和多环脂环烃。 环烃按碳环的大小可分为： 小环： 3-4 C的环； 普通环： 5-7
中环： 大环：
C的环；
8-12 C的环； 12Ｃ以上C环；
二、 脂环烃的异构和命名
单环脂环烃 二环脂环烃
(甲) 桥环烃
(乙) 螺环烃
e键
a键
③由一种椅型构象可翻转为另一种椅象。同时，a、e 键互 换：
ª a¼ Î ü
ª e¼ Î ü
④环上有取代基时，e键取代比a键取代更稳定。
H R H R H R 能量较高，含量较低 非优势构象 R H
e键取代，R与 CH 2处于对位交叉 能量较低，含量较高 优势构象
a键取代，R与 CH 2处于顺位交叉
构型式：
H CH3 H
即
H CH3
H CH3
H CH3
CH3
即
H CH3
CH3 H
CH3
H
顺-1,4-二甲基环己烷
反-1,4-二甲基环己烷
构象式：
CH3 H3C CH3
顺-1,4-二甲基环己烷
H CH3 H
稳定
CH3 H
不 稳定 反-1,4-二甲基环己烷
H CH3
(2) 对映异构
例1：1,2-环丙烷二甲酸的对映异构
η ÎΠη ÎÎ
» Ò ² ׿ ª » ·
+ HBr
4 环烯烃的反应
环烯烃的性质与开链烯烃类似，易加成、氧化等。
CH3
H2/Ni
CH3
HBr
Br
CH3
Br
Br 2
CH3
Br
CH3
KMnO 4
O COOH
本章重点：
① 环的大小与其稳定性（三元、四元环 不稳定，易开环加成；五元、六元环 稳定，不易开环加成）； ② 环丙烷的结构、弯曲键的不稳定性； ③ 环己烷的构象：
HOOC
HOOC H
³ Ê Ë ½
COOH H
H
H
COOH
(I)
Ú Ï Ä û Ð ý Ì å
H COOH I) (I
´ Ê · ½ Ô Ó ¶ ³ Ì å
HOOC H I I) (I
´ Ê · ½
六、 脂环烃的性质
1. 取代反应 2. 氧化反应
3. 加成反应
a 加氢
b 加卤素
c 加卤化氢
4. 环烯烃的反应
联二环己烷 (联环烃)
螺[4,4]壬烷 (螺环烃)
二环[4,4,0]癸烷 (稠环烃)
二环[2,2,1]庚烷 (桥环烃)
•两环共用一个碳原子双环化合物的叫做螺环化合物；
•两环共用两个或更多个碳原子的叫做桥环化合物。
三、 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
例：
Cl Cl Cl Cl Cl Cl
ÎÎ ¨
Cl Cl
Cl Cl
ÎÎÎ à Î
Cl Cl
CH3 H3C CH(CH3)2 H
H CH(CH3)2
ÎÎ ¨
CH3 H
Î ÎÎ ¨
H CH(CH3)2
五、 脂环化合物的立体异构
顺反异构 对映异构
(1) 顺反异构
例1：1,4-二甲基环己烷的顺反异构