第三章环烷烃2013
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3环烷烃
环已烷及其衍生物的构象
平面结构中相邻碳形成全重叠式构象 键角为120
环己烷的椅式构象
(1) 环己烷椅式构象的画法
H 1 H H 2 H H
H
3 H H 4 H H
H 5 H 6
4 CH2 CH2 1
H H 2 3 H
H 6 H H
5
H
H
环已烷的六个碳原子都保持正常键角109°28′
a键
e键
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。
H3C
有二个不同取代基的环己烷衍生物
CH3 (CH3)2CH CH(CH3)2 CH3
两个规则
带有相同基团的多取代环己烷，那末在两个构象异 构体之间，总是有较多取代基取e键向位的构象为优势构 象。
带有不同基团的多取代环己烷，其优势构象总是体积 较大的基团取e键的向位。
8 7 6 5
9 10
1 2 3 4
（95%)
(5%)
4
3 5 H H 6
2 1
CH3与C3-H、C5-H有相互排斥 力，这称为1,3-二直立键作用。
CH3
（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
1,2-二甲基环己烷的平面表示法
CH3 CH3
CH3 CH3
CH3
CH3 CH3
Br
离子型 机理
+
Br2
Br
（3） 加HX：
室 温
+
HBr
CH3 CH2 CH2 Br
CH3
CH CH2 CH2
+
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
第三章 环烷烃
第三章 环烷烃 (Cycloalkane)
1
主要内容
单环与双环的命名 小环化合物的化学性质 脂肪环的构象与稳定性因素 环己烷及其取代物的优势构象
2
§3.1 环烷烃的分类及命名
1. 环烷烃的分类
按环的大小
小环 (三元环、四元环) 常见环 (五元环、六元环) 中环 (七元环~十二元环) 大环 (十二元环以上)环烷烃
向外扩张了-5º16' 16
24º14'
9º44'
0º44'
环烷烃分子中键角与正四面体键角差值
-5º36'
角张力（angle strain）：环的角度与sp3轨道夹角差别引起的张力
环的稳定性： 三元环 < 四元环 < 五元环 化学反应活性：三元环 > 四元环 > 五元环
——角张力学说的合理性 对于中等环和大环化合物，角张力学说的结论与实验 事实不符。
10
§3.2 单环脂环烃的性质
1. 自由基取代反应 : 环烷烃与烷烃相似
Br
300℃ + Br2
+ HBr
2. 加成反应
小环化合物的特殊性质-----易开环加成
11
(1) 加氢
H2 / Ni, 40oC
CH3CH2CH3
H2 / Ni, 100oC
CH3CH2CH2CH3
H2 / Pt, 300oC CH3CH2CH2CH2CH3
§3.4 脂环烃的构象
1. 环丙烷的构象
桥头碳
10 2
1
9
3
8
6
4
7
5
十氢萘
桥头间的碳原子数
(用"."隔开)
1
主要内容
单环与双环的命名 小环化合物的化学性质 脂肪环的构象与稳定性因素 环己烷及其取代物的优势构象
2
§3.1 环烷烃的分类及命名
1. 环烷烃的分类
按环的大小
小环 (三元环、四元环) 常见环 (五元环、六元环) 中环 (七元环~十二元环) 大环 (十二元环以上)环烷烃
向外扩张了-5º16' 16
24º14'
9º44'
0º44'
环烷烃分子中键角与正四面体键角差值
-5º36'
角张力（angle strain）：环的角度与sp3轨道夹角差别引起的张力
环的稳定性： 三元环 < 四元环 < 五元环 化学反应活性：三元环 > 四元环 > 五元环
——角张力学说的合理性 对于中等环和大环化合物，角张力学说的结论与实验 事实不符。
10
§3.2 单环脂环烃的性质
1. 自由基取代反应 : 环烷烃与烷烃相似
Br
300℃ + Br2
+ HBr
2. 加成反应
小环化合物的特殊性质-----易开环加成
11
(1) 加氢
H2 / Ni, 40oC
CH3CH2CH3
H2 / Ni, 100oC
CH3CH2CH2CH3
H2 / Pt, 300oC CH3CH2CH2CH2CH3
§3.4 脂环烃的构象
1. 环丙烷的构象
桥头碳
10 2
1
9
3
8
6
4
7
5
十氢萘
桥头间的碳原子数
(用"."隔开)
第3章 环烷烃
第20页
24。44′
60。
109。28′
90。 （109。28′－90。）/ 2 = 9。44′ 108。 （109。28′－108。）/ 2 = 0。44′
24。44′
120。 （ 120。－109。28′）/ 2 = 5。16′
（109。28′－60。）/ 2 = 24。44′
成功之处:能解释大多数实验事实. 不成功之处:对五员环及六员环的推测不对. 不成功原因:把分子都看成平面,实际上除三员环外,其 它环的碳原子都不在一个平面内.
H
H
在船型构象中，有的C－H键处于重叠式。
H
H H
45
HH 3 H
HH H
6
1
HH
2
H
1
H H
6 5
CCHH22 4
2
3
H H
HH H H
第31页
3.环己烷的α键与e键
α键—竖键（或直立键） e 键—横键（或平伏键）
ee
a 5a
ae6
a e
e
ae
4
3a 2
a
1
a a
a a
a
e e
e
ee e
● 10 4__10 6 秒/次 转环
③母体:按成环碳原子总数称为 “某烷”.
第8页
7
CH1 2CH3 2 CH3
8 CHCH3 3 CH2
6
5
4
2,8-二甲基-1-乙基- 二环[3.2.1] 辛烷
定编号: 编号从一个桥头碳开始，沿最长桥到另一
桥头碳,再沿次长桥回到起始桥头碳,最后是最 短桥的碳原子.
写取代基：
将取代基位次和名称放在“二环”之前即可.
24。44′
60。
109。28′
90。 （109。28′－90。）/ 2 = 9。44′ 108。 （109。28′－108。）/ 2 = 0。44′
24。44′
120。 （ 120。－109。28′）/ 2 = 5。16′
（109。28′－60。）/ 2 = 24。44′
成功之处:能解释大多数实验事实. 不成功之处:对五员环及六员环的推测不对. 不成功原因:把分子都看成平面,实际上除三员环外,其 它环的碳原子都不在一个平面内.
H
H
在船型构象中，有的C－H键处于重叠式。
H
H H
45
HH 3 H
HH H
6
1
HH
2
H
1
H H
6 5
CCHH22 4
2
3
H H
HH H H
第31页
3.环己烷的α键与e键
α键—竖键（或直立键） e 键—横键（或平伏键）
ee
a 5a
ae6
a e
e
ae
4
3a 2
a
1
a a
a a
a
e e
e
ee e
● 10 4__10 6 秒/次 转环
③母体:按成环碳原子总数称为 “某烷”.
第8页
7
CH1 2CH3 2 CH3
8 CHCH3 3 CH2
6
5
4
2,8-二甲基-1-乙基- 二环[3.2.1] 辛烷
定编号: 编号从一个桥头碳开始，沿最长桥到另一
桥头碳,再沿次长桥回到起始桥头碳,最后是最 短桥的碳原子.
写取代基：
将取代基位次和名称放在“二环”之前即可.
有机化学第三章环烷烃
2-甲基-4-环己基己烷 4-cyclohexyl-2-methylhexane
侧链比较简单, 以环为母体, 链为取代基,
侧链比较复杂, 以链为母体, 环为取代基。
CH3
实 例 二
CH2CH3 H3C
1,4-二甲基-2-乙基环己烷 2-ethyl -1,4-dimethylcyclohexane
CH3
螺原子
螺[2.4]庚烷
桥头碳
二环[2.2.1]庚烷
(A) 螺化合物的命名: (a) 组成环的碳原子总数命名为“某烷”,加上词头“螺”. (b) 再把连接于螺原子的两个环的碳原子数(不含螺原子),按由 小到大的次序写在“螺”和“某烷”之间的方括号里,数字 用圆点分开. 例1:
螺原子
螺[2.4]庚烷
例2:
顺反异构体
镜 面
H
CH3
H
CH3
CH3
H
H3C
CH3
H3C
CH3
顺反异构用 “顺”或“反” 注明基团相对位 置。 英文用 “cis”和“trans” 表示。
反-1,3-二甲基环戊烷（两者为对映异构体） (trans-1, 3-dimethylcyclopentane)
4
3
环丙基环己烷 cylcopropylcyclohexane
实 例 四
H3C H
CH3 H
带有二个或二 个以上取代基 时，分子有对 称性，构型用 顺、反表示（
顺-1,2-二甲基环丙烷 cis-1,2-dimethylcyclopropane
英文用 “cis”
和“trans”表 示）。
二、双环化合物的命名
其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺环化合物. 共用两个或以上碳原子的叫桥环化合物.
有机化学课件-3-环烷烃
（一）环丙烷： 环中C-C键形成一种弯曲键（又称为香蕉键）结构,碳环键角为
105.5o,H-C-H键角114º：
HH
C
H
H
CC
H
H
C－C弯曲键电子云重叠面积较链状烷烃的小，故键的稳定性
较低。
（二）环丁烷和环戊烷：
环丁烷与环丙烷相似，C-C键也是弯曲的，C-C-C键角约111.5º， 其中四个C不在同一平面。呈信封式结构。
十氢萘有两种顺反异构体：
H
顺式：
或
H
H
反式：
或
H
Bp（0C） 187.3
195.7
顺式的构象： 反式的构象：
a
H
e
H H
e
e
H
反式的十氢萘内能更低一些；
H
H
Pd
500oC
H
H
9％
91％
4
5
6
7
8
△ H[(CH2)n]
n
－697.1 －686.2 －664 －658.6 －662.4 －663.6
(kJ/mol)
从环烷烃的开环反应条件（见本章§2）及燃烧热数据可以看出: 环丙烷最不稳定，环丁烷次之，环戊烷比较稳定，环己烷以上的 大环都稳定，这反映了环的稳定性与环的结构有着密切的联系。
H
H
HH
H
HH
H
环戊烷分子中，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。因此，环戊烷的化学性
质稳定。
H
H H
H
H
H H
H HH
（三）环己烷
所有键的键角都接近于理想sp3杂化的109.50，故最稳定；
105.5o,H-C-H键角114º：
HH
C
H
H
CC
H
H
C－C弯曲键电子云重叠面积较链状烷烃的小，故键的稳定性
较低。
（二）环丁烷和环戊烷：
环丁烷与环丙烷相似，C-C键也是弯曲的，C-C-C键角约111.5º， 其中四个C不在同一平面。呈信封式结构。
十氢萘有两种顺反异构体：
H
顺式：
或
H
H
反式：
或
H
Bp（0C） 187.3
195.7
顺式的构象： 反式的构象：
a
H
e
H H
e
e
H
反式的十氢萘内能更低一些；
H
H
Pd
500oC
H
H
9％
91％
4
5
6
7
8
△ H[(CH2)n]
n
－697.1 －686.2 －664 －658.6 －662.4 －663.6
(kJ/mol)
从环烷烃的开环反应条件（见本章§2）及燃烧热数据可以看出: 环丙烷最不稳定，环丁烷次之，环戊烷比较稳定，环己烷以上的 大环都稳定，这反映了环的稳定性与环的结构有着密切的联系。
H
H
HH
H
HH
H
环戊烷分子中，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。因此，环戊烷的化学性
质稳定。
H
H H
H
H
H H
H HH
（三）环己烷
所有键的键角都接近于理想sp3杂化的109.50，故最稳定；
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
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
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
第三章--环烷烃PPT课件
31
Cyclohexane
船 式 构 象 球 棒 模 型
32
Cyclohexane
船 式 斯 陶 特 模 型
33
转环作用中的能量变化
半椅式
船式
扭船式
椅式
34
环己烷的椅式构象最稳定
✓ 角张力为0
✓ 采取邻位交叉式构象，扭转张力最小
✓
1，3-二a键相互作用小。因为H原子 范德华半径小，所以范德华张力为0
环数：使环状化合物 变成开链化合物所需 打破的碳碳键的数目
单环: 如
C
H
C
2
H
2
C
H
2
(
环
丙
烷
）
、
(环 己 烷 ）
二环：如
(十 氢萘） 又叫二 环[4.4.0]癸烷
多环：二环以上。 如 金刚烷
螺环：共有1个碳 如 按环的连接方式 稠环：共有2个碳 如十氢萘
桥环：共有2个以上碳原子 如
3
二. 单环烷烃的命名
1,1-二甲基-4-乙基环己烷
4-Ethyl-1,1-dimethylcyclohexane 7
例3
CH3
CH3 CH CH3
CH 3 CH 2 C CH 2 CH 3 CH 3
1-甲基-2-异丙基环己烷 1-甲基-2-(1-甲基乙基)环己烷
3-甲基-3-环丁基环戊烷 (长链作母体) 8
环烷烃顺反异构
h
C H 2 H 2 CC H C l+ H C l
甲基环己烷+氯r
+Br2
Br
3. 环烯烃的氧化
O 3 Z n /H 2 O C H 3 C O C H 2 C H 2 C H (C H 3 )C H O
Cyclohexane
船 式 构 象 球 棒 模 型
32
Cyclohexane
船 式 斯 陶 特 模 型
33
转环作用中的能量变化
半椅式
船式
扭船式
椅式
34
环己烷的椅式构象最稳定
✓ 角张力为0
✓ 采取邻位交叉式构象，扭转张力最小
✓
1，3-二a键相互作用小。因为H原子 范德华半径小，所以范德华张力为0
环数：使环状化合物 变成开链化合物所需 打破的碳碳键的数目
单环: 如
C
H
C
2
H
2
C
H
2
(
环
丙
烷
）
、
(环 己 烷 ）
二环：如
(十 氢萘） 又叫二 环[4.4.0]癸烷
多环：二环以上。 如 金刚烷
螺环：共有1个碳 如 按环的连接方式 稠环：共有2个碳 如十氢萘
桥环：共有2个以上碳原子 如
3
二. 单环烷烃的命名
1,1-二甲基-4-乙基环己烷
4-Ethyl-1,1-dimethylcyclohexane 7
例3
CH3
CH3 CH CH3
CH 3 CH 2 C CH 2 CH 3 CH 3
1-甲基-2-异丙基环己烷 1-甲基-2-(1-甲基乙基)环己烷
3-甲基-3-环丁基环戊烷 (长链作母体) 8
环烷烃顺反异构
h
C H 2 H 2 CC H C l+ H C l
甲基环己烷+氯r
+Br2
Br
3. 环烯烃的氧化
O 3 Z n /H 2 O C H 3 C O C H 2 C H 2 C H (C H 3 )C H O
第三章 环烷烃
有机化学中的同分异构现象
碳架异构体
位置异构体
（ 结同 构分 异异 构构 体体 ）
构造异构体
官能团异构体 互变异构体 价键异构体 构型异构体
几何异构体(不能旋转）
旋光异构体
立体异构体
构象异构体
交叉式构象 重叠式构象
电子互变异构体
* 分子式相同, 结构不同的化合物称为同分异构体, 也叫结构异构体
互变异构体: 因分子中某一原子在两个位置迅速移动而产生的 官能团异构体
那么，1，3和1，4二取代物呢？
结论：
（1）环己烷多元取代物中， e-取代基最多的构 象最稳定 （2）环己烷多元取代物中，大体积的取代基在 e-位的构象最稳定
3.环己烷环的平面表示法
3.6
多环烷烃的命名
① 螺环烃：两碳环共用一个碳原子（螺原子）
② 桥环烃：分子内环与环之间有两个或两个以上 共用碳原子的多环烃。
*若环上有取代基，则取代基的编号，名称放在母体前。若有 多个取代基：中文命名时，取代基的位次按顺序规则由小到 大排列；英文命名时，取代基的位次按英文字母排列； *编号的方式若有各种选择时， 要使取代基的号码尽可能小。
练
7 4 5 6 1 3 2
习
三环[2.2.1.02,6]庚烷
H3C
CH3
1,2,4-三甲基二环[4.3.0]壬烷
1、螺环烷烃的命名步骤
（1） 确定母体烃的名称：根据成环碳原子的数目确定母体烃的名称。
（2） 确定螺数：根据螺原子的个数分为单螺，二螺，三螺等。
（3） 编号： 编号从与端螺原子相邻的一个碳原子开始，沿多环的 边使所有的螺原子位号都尽可能小的路径编号。 （4） 标明结构：确定方括号内的数字，顺着环的编号次序，用数字 表明螺原子之间的碳原子数目，依次写在方括号内。 （5） 写出母体的名称：螺数、带有数字的方括号、母体烃的名称 三部分共同组成母体的名称； （6） 若有取代基，取代基的编号和名称放在母体前。若有多个取代 基，中文命名时，取代基的位次按顺序规则由小到大排列。英 文命名时，取代基的位次按英文字母排列。编号的方式若有各 种选择时， 要使取代基的号码尽可能小。
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
《chapter3环烷烃》PPT课件
22
Br Br2
Br
精选课件ppt
23
（3） 与卤化氢反应
主要产物为：溴加到含氢少的碳上
精选课件ppt
24
（4） 氧化反应（小环对氧化剂相当稳定）
O
O
O2
+
O
？ 原因：
（考虑羰基碳的杂化）
精选课件ppt
25
3.4 环的张力
3.4.1 拜尔张力学说
1880年以前，只知道有五元环，六元环。 1883年，W.H.Perkin合成了三元环，四元环。 1885年，A.Baeyer提出了张力学说。
精选课件ppt
11
H3C H
CH3 H
顺-1,2-二甲基环丙烷
实
cis-1,2-dimethylcyclopropane
例
三
H
CH3
H3C
H
反-1,2-二甲基环丙烷 trans-1,2-dimethylcyclopropane
精选课件ppt
带有二 个或二 个以上 取代基 时，构 型用顺 反表示 。
从现在的角度看，三员环的张力能是由以下几种因素造成的：
1 由于二个氢原子之间的距离小于范德华半径之和，所以产生
非键连作用，造成内能升高；Enb 2 轨道没有按轴向重迭，导致键长伸长或缩短，电子云重叠
减少，造成内能升高；El 3 E是由于偏转角引起的张力（即角张力）能。 4 E是由全重叠构象引起的。
张力能 = Enb(非键连作用) + El(键长) + E(键角) + E(扭转角)
45 3
6 7
2 19 8
二环[ 4.3.2]十一烷
8 CH3 Cl 6 5
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更强。
3.3.2 环烷烃的化学反应 脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃相似。环烷 烃性质似烷烃,主要发生自由基的取代反应和氧化 反应。 小环烷烃由于其结构特殊，能发生类似烯烃的 反应。即小环的开环加成(与烯烃相似）
1. 卤代反应 （象烷烃发生自由基取代反应） 环烷烃的性质与烷烃有相似之处，一般可在光照或加热 条件下与卤素发生取代反应。
第三章
脂环烃
P.60
1. 了解脂环烃的结构和类型。 2. 掌握单环脂环烃、二环螺环烃和桥环烃的命名法。 3. 掌握顺反异构的存在条件及构型表示方法。 4. 掌握单环烷烃的化学性质，理解环张力的概念和 环的结构与其稳定性的关系。
5. 掌握环己烷及取代环己烷的构象分析方法。
脂环烃（alicyclic hydrocarbon)就是与脂肪烃（链烃）
a.判断环数及总碳数，称几环[ ]某烷
*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
b.将桥上碳数（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）
5 6 H 3
H
重叠式的H
1 6
H
H H
1
H 4 H H
H H
HH
2 3
H
2
H
4 5
H
H 透视式
H
H
H
H
Newman 投影式
重叠式 (扭转张力)
2. 椅式构象中的直立键和平伏键
axis
equator
5 6 3 4 2 1
5 3 4 6 2
1
C1C3C5的键竖直向上 C2C4C6的键竖直向下
C1C3C5的键下翘 C2C4C6的键上翘
二环[4.2.0]辛烷
3,7,7-三甲基二环[4.1.0]庚烷
二环[4.4.0]癸烷
7 1 6 5 4 3 2
2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷
8
1 7 Cl 6 5 8
2 3 4
7 Cl 6
1 2 5 4 3
1-甲基-2-乙基-6-氯 二环[3.2.1]辛烷
8,8-二甲基-6-氯 二环[3.2.1]辛烷
Co催化剂 O2 + （空气） 。 100 C, 加压 COOH COOH
己二酸
3.小环烷烃的开环反应 （象烯烃） a)催化加氢
H2 Ni 80oC,常压 Ni 120oC,常压 Pt 300oC,常压
开环反应
CH3CH2CH3
由
H2 CH3CH2CH2CH3
易 到 难
H2
CH3CH2CH2CH2CH3
空间张力
由非键合原子或基团的距离小于范德
华半径之和，互相排斥而引起的张力。
1. 环丙烷
由于几何形状上的限制，环丙烷分子虽是平面结构，但成 键的电子云并不沿轴向重叠, 而是形成一种弯曲键。 键 角 与 轨 道的正常夹角有偏差, 造成重叠程度小, 键能下降,产生角张力。
香蕉键
环丙烷分子中 C-H键为重叠构象， 轨道部分重叠 存在扭转张力。 开链或较大脂环化合物 中轨道可达到最大重叠
取代基
6-甲基
9 10 1 2 5 8 6 3 7 4 CH3
环的总碳数。环碳的编号 从较小的环中靠近螺原子 的碳原子开始编起
9 1 2 4 CH3 7 5 3 6 Br 8
2-甲基-5-溴螺[3.5]壬烷
6 7 2 3 5 4 1
5-甲基螺[2.4]庚烷
螺[4.5]-6-癸烯
Me 5 6 7 7-甲基-3-乙基 二环[4.3.0]壬烷 4 8 Et 3 2 1 9 桥环烃的命名：
3. 单环、二环和多环
4. 联环、螺环、稠环和桥环
联环烃
螺环烃
（稠环）桥环烃
5. 特殊脂环烃 P62 立方烷，篮烷，金刚烷等。
3.1.2 脂环烃的命名 1. 单环脂环烃的命名 a)在相应的烃名前加“环”字;
环丙烷 环己烷 环己烯 环辛炔 b)环上取代基的位次和编号写在母体环烃名字前面,以较 小数字表示较小基的位次 .
Me 5 6 7 4 8 Et 3 2 1 9
取代基
每条桥的碳数，数字从大到 小排列，数字间用 . 隔开
环 数 母 体
7-甲基-3-乙基 二环[4.3.0]壬烷
两个环的总碳数。环碳的编号从桥头碳原 子开始，沿一条桥编到另一个桥头碳原子， 先编长的桥，后编短的桥
5 4 3 2
6 7 1 8
4
3
2 1 7 5 6
3.2. 环烷烃的结构与稳定性
3.2.1 环烷烃的构造异构与顺反异构 1. 构造异构 C6H12
2. 顺反异构 (复习顺反异构产生的条件） (1)分子中存在着限制碳原子自由旋转的因素, 如双键 或环(如脂环)； (2)不能自由旋转的原子上各连接2个不相同的原子 或基团。
顺式：两个相同取代基处于环丙烷平面的同侧； 反式：两个相同取代基处于环丙烷平面的异侧。
与对称轴平行的C－H键, 叫直立键(a键)， 几乎垂直于对称轴的C－H键,叫平伏键(e键)
3. 翻环作用：通过碳碳单键的转动,环己烷 一种椅式构象可以转变成另一种椅式构象。
转环前后，a键变e键，e键变a键。
a e e a e a
a e e a
45.2kJ/mol 106 /s
a e e e a
a→e
CH3 CH H2C C CH3 + HBr CH3
1）环断裂的位置；2）HX加成的方向。 环丙烷的烷基取代物与HX开环加成, 环的开裂总 是在含最多H和最少H的碳原子间进行, 氢加到含 氢多的碳原子上。(马氏规则）重点掌握
小结： （1）其他环烷烃性质与开链烷烃相似，发生X2的自由基 取代反应； （2）环丙烷活性最大，不稳定，易发生开环加成（H2、 X2、HX、H2SO4）； （3）取代环丙烷开环位置：取代基最多与取代基最少的 碳—碳键之间断开；加成方向：符合马氏规则。
甲基环丙烷
乙基环戊烷
1-甲基-4-异丙基环己烷
1,4-二甲基-2-乙基环庚烷
c）若取代基碳链较长，则环作为取代基。
2-甲基-3-环丙基庚烷
3-甲基-4-环丁基庚烷
4-甲基环己烯
3,5-二甲基环己烯
2. 二环脂环烃的命名 1）联环烃
联二环己烷 环己基环己烷
环丙基环戊烷
2）螺环和桥环
① 螺环烷烃：环与环以一个共用碳原子相结合，其共用
H H H H
弱的引力
甲基在a键 5%
甲基在e键
95%
1,3-二竖键相互作用产生较强的非键合斥力使甲基位于a 键的构象有较高的能量, 取代基在e键上构象为优势构象。
叔丁基环己烷的优势构象
空间张力
叔丁基在e键
> 99.9% (优势构象)
叔丁基在a键
< 0.1%
3.4.3 二取代环己烷的构象 二取代环己烷有1,1-,1,2-,1,3-,1,4-四种位置异构，除 了1,1-取代外其他三种都有顺反异构，即有7种异构体。 1）1,1-二甲基环己烷的构象
+ Cl2
hv
Cl
+ HCl
Br2 0 300 C or 光照
hv Cl
Br
+ Cl2
+ HCl
2. 氧化反应
CH C(CH3)2
KMnO4
COOH + O C(CH3)2
环丙烷不易被氧化，氧化的是碳碳双键，可用 KMnO4溶液氧化反应鉴别烯烃的存在。 在加热条件下，用强氧化剂或在催化剂存在下用空气 可将环烷烃氧化。
CH3 CH3 CH3 CH3
能量相等，稳定性相同
2）1,2-二甲基环己烷
H + HBr
Br
CH2CH2CH2
H2SO4
H2O
H
OH
CH2CH2CH2
d) 与HX加成比较
HBr HBr CH3CH2CH2Br CH3CH2CH2CH2Br
HBr 不反应
HBr 由 不反应
易 到
+
难
CH3 HBr
CH3CHCH2CH2 Br H
CH3 CH3 CH 2CH C CH3 H Br
的性质相似而含有碳环结构的碳氢化合物。
自然界存在的单环脂环烃并不多，但具有重要生
理作用的天然产物，如萜类、甾族化合物等，都含有 脂环化合物的基本骨架。
HO
-蒎烯
胆固醇
3.1 脂环烃的分类与命名
3.1.1 脂环烃的分类 1. 环烷烃、环烯烃、环炔烃
环烷烃 环己烷
环烯烃 环己烯
环炔烃 环己炔
2. 小环、普通环、中环和大环 按成环碳原子数的多少分为：小环（3~4个碳）， 普通环（5~7），中环（8~11），大环（>12),五元环 六元环最常见，也称为常见环。
a a a a e e e
a e
动画模拟：椅式环己烷的翻环作用
怎样画椅式环己烷的构象式?
H H H H H H H H H H H H
a e
e a
3.4.2 取代环己烷的构象
空间张力
H 5 4 H H 6 1 3 2 H H
1,3-二竖键相互作用力
H
-7.5kJ/mol
4 3 H
5 H 2
6 1
1.椅式构象
1,3-二竖键的相互作用力
H H
5 3 6 2
H
1
交叉式的 H
1 6 5 4 3
H H
24交叉式椅式构象 99.9% 船式构象 0.1%
椅式构象无角张力，H都处于交叉式（无H的重叠张力， 是环己烷能量最低、最稳定的一种构象（优势构象）。