有机化学 第五章 脂环烃讲解

7，7-二甲基二环[2，2，1]庚烷
（2）螺环烃的命名 脂环烃分子中两个碳环共有一个碳原子的环烃称为螺
环烃。 编号时从较小环中与螺原子相邻的一个碳原子开始，
徒经小环到螺原子，再沿大环致所有环碳原子。命名时根 据成环碳原子的总数称为环某烷，在方括号中标出各碳环 中除螺碳原子以外的碳原子数目（小的数目排，大的排 后），其它同烷烃的命名。
一些环烷烃的物理常数
名称 环丙烷 环丁烷 环戊烷 甲基环戊烷 环己烷 甲基环己烷 环庚烷 环辛烷
熔点/℃
-127.6 -80 -93
-142.4 6.5
-126.5 -12 11.5
沸点/℃
-32.9 12 49.3 72 80.8
100.8 118 148
相对密度(d420)
0.720(-79℃) 0.703(0℃)
第五章 脂环烃
第一节 脂环烃的结构、分类、异构和命名 第二节 环烷烃的性质 第三节 环烷烃的来源和重要的脂环族化合物制

碳原子相互连接成环状结构而性质与开链脂肪烃相似的一类碳环化合
物称为脂肪族环烃，简称为脂环烃。
环丙 烷
环丁烷
环戊 烷
环己 烷
第一节 脂环烃的结构、分类、异构和命名
一、脂环烃的结构与稳定性 在脂环烃中，参与成环的碳原子数目与环的的稳定性密切相关。此外，
CH3 CH3
四、脂环烃的命名方法 1.单环烷烃的命名 单环烷烃的命名是根据组成环的碳
原子数目称为环某烷。
环丙 烷
环丁烷
环戊 烷
环己 烷

环上如果有取代基时，取代基的位次尽可能采用最小数字标出;
若有不同取代基时，则按“次序规则” 决定原子或基团排列的顺序。
以较小的原子或取代基所连的碳原子作为1号碳。例如：
环戊烷。环己烷或大环环烷烃加氢开环非常困难。Fra Baidu bibliotek
（2）与卤素加成
环丙烷、环丁烷与烯烃相似，在常温下可以 与卤素发生加成反应。
+ Br2
CCl4 室温
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。
+ Cl2
Cl + HCl
2.加成反应 （1）催化加氢 环烷烃可进行催化氢化反应，加氢后环被打
开，两端碳原子与氢原子结合而生成链状的烷烃。
Ni + H2
80℃
CH3CH2CH3
+ H2
Ni
200℃
CH3CH2CH2CH3
+ H2
Pd
300℃
CH3CH2CH2CH2CH3
环烷烃加氢反应的活性：环丙烷＞环丁烷＞
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
椅式排列
船式排列
椅式排列比船式排列稳定，这是由于椅式排列比中两个 碳原子分别处于平面的上下方，空间距离远，斥力最小，能 量最低，也最稳定。
二、脂环烃的分类
1.按饱和程度脂环烃可分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃。
环丁烷 饱和脂环烃
环己炔 不饱和脂环烃
2.按分子中含有碳环的数目，脂环烃可分为单环脂环烃和多环（桥环，螺环） 脂环烃。例如：
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。
环己烷 单环脂环烃
三、脂环烃的异构现象（单环烷烃的同分异构现象）
同分异构
碳链异构——环的大小不同、环上支链的位置不同 构造异构
官能团异构——与单烯烃通式相同，官能团不同
构型异构——顺反异构
例如：C5H10(环烷烃)有5个碳链异构体：
CH3
CH3 CH3
CH2CH3
其中1，2-二甲基环丙烷有顺反异构：
具有相同碳原子数目的脂环烃，由于碳原子在空间的排列方式（构型）不同， 其稳定性也不相同。
1. 分子的燃烧热与稳定性 燃烧热:指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和
水所放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。
由环丙烷到环戊烷，随环增大，每个亚甲基单元的燃烧 热依次降低；由环己烷开始，亚甲基单元的燃烧热趋于恒定。 由此说明环戊烷、环己烷分子的内能较低，比较稳定。
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。
2.分子的结构与稳定性（环的角张力学说）
环丙烷分子中的弯曲键
环丙烷分子中三个碳原子共平面，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，形成弯曲键（香蕉键），其键 角为 104°，因键角要从109.5°压缩到104°，故环有一定 的张力（角张力）。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 。
3.多环脂环烃的命名 （1）桥环烃的命名
两个环共用两个或两个以上碳原子的烃叫桥环烃。 编号时从桥的一端开始，沿最长桥编至桥的另一端，再沿次长桥至
始桥头，最短的桥最后编号。命名时根据成环碳原子总数目称为环某烷， 在环字后面的方括号中标出除桥头碳原子外的桥碳原子数（大的数目排 前，小的排后）。其它同烷烃的命名。例如：