有机化学 第五章 脂环烃讲解
合集下载
第五章 脂环烃PPT课件
精品ppt
25
2. 氧化反应
在常温下，环烷烃一般不能被氧化剂及空气中的氧
氧化。即便是环烷烃中最不稳定、性质最活泼的环 丙烷，也不会被KMnO4的水溶液氧化而发生反应。 利用此性质可以区别烯、炔和环烷烃。
6.KMnO4氧 化
H 3C H 3C
CCC H 3K M nO 4(水 溶 液 ）H 3C
C H 3
有机化学
精品ppt
23
5.3 脂环烃的化学性质
脂环烃的化学性质由于其结构上的特点而与相应 的开链烃的性质相似，如饱和脂环烃的性质与开 链烷烃的性质相似；不饱和脂环烃则与相应的不 饱和开链烃的性质相似。即环烯烃具有与烯烃相 同的性质，而环炔烃则与开链炔烃的性质相同。
脂环烃也由于与开链烃不同的环状结构，使得其性 质与开链烃又有不同之处。如使环的结构破坏的反 应，此类反应有氧化、催化加氢、加卤素、加卤化 氢等。在一定条件下，环烷烃还能变为芳烃（石油 芳构化反应）。
HCl
CH3CH2CH2Cl
HCl
有机化学
精品ppt
31
加卤化氢与马氏规则
当环烷烃的烷基衍生物与HX加成时，环断开时是 从含氢最少的碳与含氢最多的碳间断开，并且H原 子加到含H多的碳上，X原子加到含H少的碳上。
21
HCl
Cl
HBr
Br
即环烷烃加HX时，符合马氏规则。
有机化学
精品ppt
32
5.3.2 环烯烃和环二烯烃的反应（P100）自学
C3~C4 C5~C6 C7~C11 C12~
有机化学
精品ppt
7
桥环、螺环和特殊环
② 多环脂环烃
分子中有两个以上碳环。
按各自特点又可分为桥环、螺环和特殊环。
5、第五章 脂环烃
o
O
+
+
KMnO4
不反应
可与烯烃或炔烃区别开来。
环烯烃的化学性质
Br
1.亲电加成 2.氧化反应
B r2 A n ti-a d d itio n
Br
3.α-氢的自由基卤化
H
O
Br
NBS
R e flu x
N O
Br
NBS
N-溴代丁二酰亚胺是一个很有用的溴化剂，它具有高度的选择 性，只进攻弱的C—H键，即进攻与双键或苯环相连的α-H。
CH 3
CH
CH 2 CH 2
+
HBr
CH 3 CHCH 2 CH 3 Br
环戊烷和环己烷由于环比较稳定，在加热下也不易发生 加成反应。利用这一性质可以鉴别各种环烷烃。
三、氧化反应
在有机化学中，通常把加氧或脱氢的反应统称为氧化反应。 脂烃在不同的氧化剂氧化下，可以生成不同的产物。
OH
O 2, H 3P O 4 1 5 0 -1 6 0 C
结论: 处于e键的取代基越多越稳定。 当有两个不同的取代基时，大的取代基处于e键稳定。
一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ代环己烷的取代基在e键上的构象占优势。取 代基越大，这种优势越明显。
R 1
1 R 2
2
R=CH3时，95%处于e键；R=(CH3)3时，99.9%处于e键 若环上连有不同的取代基，一般是体积大的取代基优先处于e键。
一些环烷烃的燃烧热
分子燃烧热 名 称 ( kj.m o l ) 环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 环辛烷 环壬烷 环癸烷 开链烷烃 2091 2744 3320 3951 4637 5310 5981 6636
O
+
+
KMnO4
不反应
可与烯烃或炔烃区别开来。
环烯烃的化学性质
Br
1.亲电加成 2.氧化反应
B r2 A n ti-a d d itio n
Br
3.α-氢的自由基卤化
H
O
Br
NBS
R e flu x
N O
Br
NBS
N-溴代丁二酰亚胺是一个很有用的溴化剂，它具有高度的选择 性，只进攻弱的C—H键，即进攻与双键或苯环相连的α-H。
CH 3
CH
CH 2 CH 2
+
HBr
CH 3 CHCH 2 CH 3 Br
环戊烷和环己烷由于环比较稳定，在加热下也不易发生 加成反应。利用这一性质可以鉴别各种环烷烃。
三、氧化反应
在有机化学中，通常把加氧或脱氢的反应统称为氧化反应。 脂烃在不同的氧化剂氧化下，可以生成不同的产物。
OH
O 2, H 3P O 4 1 5 0 -1 6 0 C
结论: 处于e键的取代基越多越稳定。 当有两个不同的取代基时，大的取代基处于e键稳定。
一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ代环己烷的取代基在e键上的构象占优势。取 代基越大，这种优势越明显。
R 1
1 R 2
2
R=CH3时，95%处于e键；R=(CH3)3时，99.9%处于e键 若环上连有不同的取代基，一般是体积大的取代基优先处于e键。
一些环烷烃的燃烧热
分子燃烧热 名 称 ( kj.m o l ) 环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 环辛烷 环壬烷 环癸烷 开链烷烃 2091 2744 3320 3951 4637 5310 5981 6636
第05章 脂 环 烃PPT课件
另外环丙烷分子中还存在着另一种张 力——扭转张力（由于环中三个碳位于同一平 面，相邻的C-H键互相处于重叠式构象，有旋 转成交叉式的趋向，这样的张力称为扭转张 力）。环丙烷的总张力能为114KJ/mol。
环烷烃的燃烧热
烷烃燃烧热：1mol纯完全燃烧生成CO2和水时放出的热。 每个 –CH2-的燃烧热应该是相同的，约为658.6KJ·mol-1。 1930年，用热力学方法研究张力能。
出，基团顺序按“次序规则”小的优先 列出。 • 例如：
C3H
C3H CH C3H
C3H
1， 3-=甲 基 环 戊 烷 异 丙 基 环 己 烷
２．环烯烃的命名
1， 4-=甲 基 -4-乙 基 1-甲 基 -3-异 丙 基
环 己 烷
环 己 烷
（1）称为环某烯。
（2）以双键的位次和取代基的位置最小为 原则。
CH 2-CH 2-CH 2-CH 2
Br
Br
溴褪色 可用于 鉴别环 烷烃
Br2/CCl4
不起加成，而是取代反应
（3）加H X, H2SO4
HBr H2S4 O
C3HC3H
C3HC CHC3H Br
C3HC C3HC C3H HC3HH2O
C3HC3H C3HC CHC3H
OS 3HO
OH
加成产物符合马式规则
中环化合物
n≧12
大环化合物
二、 异构现象
脂环烃的异构有构造异构和 顺反异构。如C5H10的环烃的异 构有：
顺 式 b p 3 7 ℃反 式 b p 2 9 ℃
• 单环烷烃的异构现象
C5H10的同分异构体
CH2CH3
CH3
1
2
CH3 CH3
环烷烃的燃烧热
烷烃燃烧热：1mol纯完全燃烧生成CO2和水时放出的热。 每个 –CH2-的燃烧热应该是相同的，约为658.6KJ·mol-1。 1930年，用热力学方法研究张力能。
出，基团顺序按“次序规则”小的优先 列出。 • 例如：
C3H
C3H CH C3H
C3H
1， 3-=甲 基 环 戊 烷 异 丙 基 环 己 烷
２．环烯烃的命名
1， 4-=甲 基 -4-乙 基 1-甲 基 -3-异 丙 基
环 己 烷
环 己 烷
（1）称为环某烯。
（2）以双键的位次和取代基的位置最小为 原则。
CH 2-CH 2-CH 2-CH 2
Br
Br
溴褪色 可用于 鉴别环 烷烃
Br2/CCl4
不起加成，而是取代反应
（3）加H X, H2SO4
HBr H2S4 O
C3HC3H
C3HC CHC3H Br
C3HC C3HC C3H HC3HH2O
C3HC3H C3HC CHC3H
OS 3HO
OH
加成产物符合马式规则
中环化合物
n≧12
大环化合物
二、 异构现象
脂环烃的异构有构造异构和 顺反异构。如C5H10的环烃的异 构有：
顺 式 b p 3 7 ℃反 式 b p 2 9 ℃
• 单环烷烃的异构现象
C5H10的同分异构体
CH2CH3
CH3
1
2
CH3 CH3
第五章脂环烃-
2019/11/2
环丙烷
HC H
1 0 5 .5
H C 0.1524nm C H
H
H 114
环丙烷为张力环，采取重叠式构象， 所以容易破环。此外，环丙烷C－C 键为弯曲键，有点类似于烯烃的键， 可以发生类似于烯烃的加成反应。
2019/11/2
二、环丁烷和环戊烷的构象 平 面 式
2019/11/2
2019/11/2
Estimate of Angle Strain
Number of Carbons Hcomb/CH2 (Hcomb/CH2) - 659
3
697
38
4
686
27
5
664
5
6
659
0
7
662
3
8
664
5
9
665
6
10
664
5
12
660
1
14
659
0
2019/11/2
环己烷（六元环）最稳定，其 次是环戊烷（五元环）；大环 都是稳定的；小环中的环丙烷 最不稳定，其次是环丁烷。
2019/11/2
, -a
tert-Butylcyclohexane
1
(axial group)
3叔
二丁
键 相 互 作
基 环 己 烷
用
HUGE steric strain
2019/11/2
五、脂环化合物的顺反异构
CH3 CH3 H CH3
H H H3C H
顺-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基环丙烷
2. 母体名称前冠以“环数”，后接[ ],方括中表明 环内 除桥头碳原子外的碳原子数目，从大到小 排列，之间用圆点分开。
第五章 脂 环 烃课件
1，2-二甲基环丙烷
1－甲基－2－异丙基环戊烷
H
H
H
H
顺－1，4－二甲基环己烷
反－1，4－二甲基环己烷
2、环烯烃和环炔烃的命名
和命名烯烃，炔烃相似，只是把环某烷改 成环某烯（炔），同时双键或叁键也要标出最 小位次。
3，5－二甲基环己烯
1，3－环戊二烯
3－甲基环己炔
3、螺环及桥环化合物的命名
=
螺环[2.4]庚烷 螺环[2.2.1]庚烷 双环[2.2.2]－2,5－辛二烯
当环已烷分子中任一个H被其它原子或基团 取代后，就得到了环已烷的一元取代衍生物。 由于取代基既可占据a键，也占据e键，便有两 种不同的构象。例如甲基环已烷。
CH3 CH3
环已烷的二元取代衍生物，如二甲基环己烷， 除有1，1-；1，2-；1，3-；1，4一等位置异构 体外，还存在顺反异构体。例：
H H H H H H H H H H H H
80℃ 200℃
（2）加卤素
CCl4
R.T.
+ +
Br2
Br
Br
CCl4
Br2
Br
Br
（3）加卤化氢
+ +
IH
R.T.
I
IH
I
I
+ HI
3、氧化反应
常温下，环烷烃不与氧化剂反应，而烯烃则 与KmnO4 ，O3 等氧化剂反应，∴可利用KmnO4 的 颜色变化来鉴别环烷烃和烯烃。 但在强烈条件下，环烷烃也可被氧化：
H
H H
H H H H
H H C ( C H 3)3 H
反 -1 -甲 甲 -2 -叔 叔甲 叔叔 叔
H
H
有机化学课件——第五章 脂环烃
(3)同一碳上有两个不同取代基时
同一碳上有两个不同取代基时，把母体官能团做“参 照基团”给予尽可能低位次号，其它取代基只择其“较 优基团”用顺或反表示与“参照基团”的立体关系。 例如：
1，顺-2-二氯-r-1-环戊基甲酸
4、环己烷及其衍生物的结构
（1）环己烷的构象 （2）a键和e键 （3）取代环己烷的结构
H3C H
反-1, 4-二甲基环己烷
例子
（二）螺环烃的命名
螺原子：两个碳环共用的碳原子 螺[2，4]庚烷
3-甲基-75]癸烷
（三）桥环烃的命名
桥头碳原子：两环共用的碳原子。 桥：两个桥头碳原子之间的碳链或一个键。
(1) 桥 (2) 桥
桥头碳
桥头碳 桥 (3)
例如
顺-1，3-二氯环戊烷
反-2-氯环戊基甲酸
（2）环上有两个以上位置各有一个取代 基时
环上有两个以上位置各有一个取代某时，则选择其中位次 最低者为“参照基团”．在位次前加“r”标记，其余取 代基位次前用顺或反表示它们与“参照基团”的立体关 系。例如
r-1，反-2，顺-4-三氯环己烷 反-5-氯-r-1，顺-3-环己基二甲酸
4-甲基环己烯
3-甲基-4-环丁基庚烷
3）顺、反环烷烃 受环的限制，σ键不能自由旋转。环上取代基在空间的 位置不同，产生顺反(几何)异构。
顺(cis)： 两个取代基在环同侧；
反(trans)： 两个取代基在环异侧。
H3C CH3
H3C H
CH3
H CH3
HH
H
顺-1, 4-二甲基环己烷
CH3
CH3
二环 [3.2.1] 辛烷
7
1
6
2
54 3
大学有机化学之脂环烃ppt课件
从环丁烷开始，成环碳原子均不在同一平面上。
蝴蝶型(环丁烷)
信封型
扭曲型 环戊烷
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
环丁烷
环戊烷
环己烷（六元环）最稳定，其次是环戊烷 （五元环）；大环都是稳定的；小环中的 环丙烷最不稳定，其次是环丁烷。
(四) 环烷烃的结构与稳定性
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。
名称
成环 分子燃烧热 碳数 /KJ·mol-1
－CH2－的 平均燃烧热
/KJ·mol-1
名称
成环 碳数
分子燃烧热 /KJ·mol-1
－CH2－的 平均燃烧热
/KJ·mol-1
环丙烷 3
+ H2 2N00i。C CH3 CH2 CH2 CH3
+ H2 3N00i。C CH 3 CH 2CH 2CH 2CH 3
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（乙）加卤素
• 按照分子中所含碳环的烯 甲基环己烷
二环脂环烃
十氢化萘 降冰片烷
多环脂环烃
螺[2,4]庚烷
立方烷 棱烷
篮烷
金刚烷
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
环戊烷
环己烯
环辛炔
脂环烃的构造异构现象比脂肪烃复杂，如环烷烃C5H10 的构造异构体有：
蝴蝶型(环丁烷)
信封型
扭曲型 环戊烷
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
环丁烷
环戊烷
环己烷（六元环）最稳定，其次是环戊烷 （五元环）；大环都是稳定的；小环中的 环丙烷最不稳定，其次是环丁烷。
(四) 环烷烃的结构与稳定性
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。
名称
成环 分子燃烧热 碳数 /KJ·mol-1
－CH2－的 平均燃烧热
/KJ·mol-1
名称
成环 碳数
分子燃烧热 /KJ·mol-1
－CH2－的 平均燃烧热
/KJ·mol-1
环丙烷 3
+ H2 2N00i。C CH3 CH2 CH2 CH3
+ H2 3N00i。C CH 3 CH 2CH 2CH 2CH 3
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（乙）加卤素
• 按照分子中所含碳环的烯 甲基环己烷
二环脂环烃
十氢化萘 降冰片烷
多环脂环烃
螺[2,4]庚烷
立方烷 棱烷
篮烷
金刚烷
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
环戊烷
环己烯
环辛炔
脂环烃的构造异构现象比脂肪烃复杂，如环烷烃C5H10 的构造异构体有：
有机化学05章脂环烃
1
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
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
有机化学徐寿昌第二版第5章脂环烃
CH3
1
2
5
3
4
5
3
4
1,6-二甲基-1-环己烯
例3
例4
有取代基的双键碳先编号
双键位次和最小
☺螺环化合物:两个碳环共用一个碳原子. ☺桥环化合物:两个碳环共用两个或以上碳原子.
螺[2.4]庚烷
双环[2.2.1]庚烷
螺原子
桥头碳
桥头碳
(3) 双环化合物(分子中含有两个碳环)的结构与命名:
(A) 螺环化合物的命名:
6-甲基双环[3.2.2]壬烷
例5:
1,7-二甲基双环[3.2.2]壬烷
例6:
8,8-二甲基双环[3.2.1]辛烷
双环[2.2.2]-2,5,7-辛三烯
例7:
11
1
2
3
4
5
6
7
8
思考题1
1. 2. 3.
CH3
Br
Cl
CH2CH3
5-甲基- 1-溴螺[3.4]辛烷
OH
H2O/△
+
(CH3)2CCH(CH3)2
Br
思考题3
(3) 氧化反应:
☻在常温下环烷烃与一般氧化剂(KMnO4,O3)不反应. ☻在加热、强氧化剂作用或催化剂存在时，可被空气氧化成各种氧化产物. 例如: CH2CH2COOH CH2CH2COOH
2-乙基-6-氯二环[3.2.1]辛烷
4-甲基-1-异丙基二环[3.1.0]己烷
命名下列化合物：
5.2 脂环烃的性质
☻环烷烃的熔点和沸点都比同碳数的烷烃要高一些. ☻相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻. ☻脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似. ☻环烷烃的化学特性: 三、四元环结构不稳定,易开环; 五、六元环结构较稳定,一般不会开环.
1
2
5
3
4
5
3
4
1,6-二甲基-1-环己烯
例3
例4
有取代基的双键碳先编号
双键位次和最小
☺螺环化合物:两个碳环共用一个碳原子. ☺桥环化合物:两个碳环共用两个或以上碳原子.
螺[2.4]庚烷
双环[2.2.1]庚烷
螺原子
桥头碳
桥头碳
(3) 双环化合物(分子中含有两个碳环)的结构与命名:
(A) 螺环化合物的命名:
6-甲基双环[3.2.2]壬烷
例5:
1,7-二甲基双环[3.2.2]壬烷
例6:
8,8-二甲基双环[3.2.1]辛烷
双环[2.2.2]-2,5,7-辛三烯
例7:
11
1
2
3
4
5
6
7
8
思考题1
1. 2. 3.
CH3
Br
Cl
CH2CH3
5-甲基- 1-溴螺[3.4]辛烷
OH
H2O/△
+
(CH3)2CCH(CH3)2
Br
思考题3
(3) 氧化反应:
☻在常温下环烷烃与一般氧化剂(KMnO4,O3)不反应. ☻在加热、强氧化剂作用或催化剂存在时，可被空气氧化成各种氧化产物. 例如: CH2CH2COOH CH2CH2COOH
2-乙基-6-氯二环[3.2.1]辛烷
4-甲基-1-异丙基二环[3.1.0]己烷
命名下列化合物：
5.2 脂环烃的性质
☻环烷烃的熔点和沸点都比同碳数的烷烃要高一些. ☻相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻. ☻脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似. ☻环烷烃的化学特性: 三、四元环结构不稳定,易开环; 五、六元环结构较稳定,一般不会开环.
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。
《有机化学教学课件》第五章 脂环烃
2. 环己烷的构象
在环己烷分子中，碳原子是以sp3杂化，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°，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 分子中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.椅型构象是无环张力，结构 稳定。
CH 3
H
CH 3
H
顺-1,2-二甲基环丙烷
反-1,2-二甲基环丙烷
3. 脂环烃的命名
(1) 单环烷烃的命名 a 饱和脂环烃的命名环烷烃的命名与烷烃相似， 只在烷字的前面加上一“环”字，称为环某烷。饱和 单环烷烃的命名与烷烃相似，只是在烷烃名称前加上 “环”字，称为环某烷。当环上支链所含碳原子较少 时，以环为母体，则需将环上碳原子编号，以标明支 链的位置。编号应使取代基在位次最小，当环上有两 个以上不同取代基时，则按“次序规则”决定基团排 列的先后，一般含碳原子少的优先，例如：
不同碳环的扭曲键角简单脂环烃的键角扭变
脂环烃 环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 备注
价键角
60°
90°
108°
120°
128.5° 扭曲键角正值为键角缩小，负值 为键角扩大。
扭曲键角
24°44′
9°44′
44′
-5°16′
-9°33′
碳环大小不同的环烷烃，分子内张力不同，稳定 性也存在差异：小环（n = 3, 4），张力很大 ；普通 环（n =5,6,7），张力很小 ；中环（n = 8 ~ 11）， 张力较正常环大 ；大环（n ＞12），几乎没有张力。
8 1 7 6 5 4 3 2
7
H3 C
1
1 2 4
6
2 7 4 3
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。
有机化学第五章脂环烃
4 3 2 1
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-
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-
有机化学第五章脂环烃
Δ
+B r2
B rC H 2 C H 2 C H 2 C H 2 B r
有机化学第五章脂环烃
❖环丙烷的烷基衍生物和氢卤酸加成时，符合马氏规则。
CH3
CH3 CH3
+HBr
CH3 +HBr
CH3CHCH2CH3 Br CH3CH3
CH3 C CH CH3 Br
❖环丁烷在加热条件下可以和卤素发生加成反应；
有机化学第五章脂环烃
(2) 二环体系 ❖螺环烃：
根据成环碳原子总数目称为螺某烷或螺某烯； 方括号内，小的数在前，大的数在后，用圆点隔开； 英文名中“螺”用词头s[3.4]辛烷
spiro[3.4]octane
7
8
3
有机化学第五章脂环烃
9 10 1
2
5
8
7 64
3
螺[4.5]-6-癸烯 spiro[4.5]-6-decene
4-环丙基辛烷 4-cyclopropyloctane
有机化学第五章脂环烃
❖分子中有不饱和碳碳键，命名时应使不饱和键上的碳 编号最小。
1-甲基环戊烯 1-methylcyclopentene
3-甲基环戊烯 3-methylcyclopentene
3-甲基-1,4-环己二烯 3-methyl-1,4-cyclohexadiene
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。
有机化学第五章脂环烃
❖脂环烃是具有脂肪族烃类(开链烃)性质的环烃，分 子都中含有三个以上碳原子连成的碳环；
❖环内两个相邻碳原子之间可以是单键、双键或三键， 环的数目可以是一个或多个。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
+ 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＞
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：
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。
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。
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：
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 -93Fra bibliotek-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℃)
环戊烷。环己烷或大环环烷烃加氢开环非常困难。
（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
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：
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，
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：