脂环烃的定义和命名

脂环烃的定义和命名

本章所要讨论的是结构上具有环状碳骨架，而性质上与脂肪烃相似的烃类，它们总称为脂环烃。

饱和的脂环烃叫做环烷烃。因碳骨架成环，故比烷烃少两个氢原子，其通式与烯

烃一样，也是C

n H

2n

。最简单的环烷烃含有三个碳原子，是一个三碳环化合物。

它是丙烯的同分异构体。含有三个以上碳原子的环烷烃，除与碳原子数相同的烯烃互为同分异构体外，还有环状的同分异构体。例如，含有四个碳原子的环烷烃就有两种。

由于碳原子连成环，环上Ｃ—Ｃ单键不能自由旋转。因此，在环烷烃的分子中，只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基因，就有构型不同的顺反异构体存在。例如，1,4-二甲基环己烷就有顺反异构体。

两个甲基在环平面同一边的是顺式异构体，两个甲基分布在环平面两边的是反式异构体。在书写环状化合物的结构式时，为了表示出环上碳原子的构型，可以把碳环表示为垂直于纸面〔见上式（I）、（III）〕，将朝向前面（即向着读者）的三个键用粗线或楔形线表示。把碳上的基团排布在环的上边和下边（若碳上没有取代基只有氢原子。也可省略不写）。或者把碳环表示为在纸面上［见下式（II）、

（IV）］，把碳上的基团排布在环的前方和后方，用实线表示伸向环平面前方的键，虚线表示伸向后方的键。

脂环烃的环上有双键的叫做环烯烃。有两个双键和有一个叁键的则分别叫做环二烯烃和环炔烃。它们的命名也与相应的开链烃相似。以不饱和碳环作为母体，侧链作为取代基。环上碳原子编号顺序应是不饱和键所在位置号码最小。对于只有一个不饱和键的环烯（或炔）烃，因不饱和键总是在Ｃ（１）一Ｃ（２）之间，故双键（或叁键）的位置也可以不标出来。例如：

带有侧链的环烯烃命名时，若只有一个不饱和碳上有侧链，该不饱和碳编号为１；若两个不饱和碳都有侧链，或都没有侧链，则碳原子编号顺序除双键所在位置号码最小外，还要同时以侧链位置号码的加和数较小为原则。例如：

分子中含有两个碳环的是双环化合物。其中两个环共用一个碳原子的叫做螺环化合物；共用两个或更多个碳原子的叫做桥环化合物。例如：

螺环化合物中，两个环共用的碳原子叫做螺原子。命名螺环化合物时，根据组成环的碳原子总数，命名为“某烷”，加上词头“螺”。再把连接于螺原子的两个环的碳原子数目，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。

双桥环化合物结构上的共同点是，都有两个“桥头”碳原子（即两个环共用的碳原子）和三条连在两个“桥头”上的“桥”。命名时根据组成环的碳原子总数命名为“某烷”，加上词头“双环”。再把各“桥”所含碳原子的数目，按由大到小的次序写在“双环”和“某烷”之间的方括号里，数字用圆点分开。例如：

环上有取代基或不饱和键时，需要把它们的位置表示出来。螺环烃的环上碳原子的编号，从连接在螺原子上的一个碳原子开始，先编较小的环，然后经过螺原子再编第二个环。

桥环烃的环上碳原子编号则从一个桥头碳原子开始，先编最长的桥至第二个桥头；再编余下的较长的桥，回到第一个桥头；最后编最短的桥。而编号的顺序，以取代基位置号码加和数较小为原则。例如：

环烷烃的命名

环烷烃的命名与烷烃相似。以碳环作为母体，环上侧链作为取代基命名。环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称之前加一个“环”字。例如，上列三个环烷烃就分别叫做环丙烷、环丁烷和甲基环丙烷。若环上有两个或更多的取代基，命名时应把取代基的位置标出。环上碳原子编号顺序，以取代基所在位置的号码最小为原则。例如：

脂环烃的性质

环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃高一些，相对密度也比相应烷烃高但仍比水轻。常见环烷烃的物理常数见下表。

脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似。但由于具有环状结构，且环有大有小，故还有一些环状结构的特性。

取代反应

环烷烃与烷烃一样，也是饱和烃。在光或热的引发下环烷烃可以发生卤代反应，生成相应的卤代物。例如：

开环反应

开环反应——加成反应

环烷烃中的小环化合物，特别是三碳环化合物，和一些试剂作用时容易发生环破裂而与试剂相结合的反应。这些反应常叫做开环反应，有时也叫做加成反应。

（Ａ）催化加氢

环烷烃在催化剂存在下与氢作用，可以开环而与两个氢原子相结合生成烷烃。但由于环的大小不同，催化加氢的难易不同。环丙烷很容易加氢，环丁烷需要在较高的温度下加氢，而环戊烷和环己烧则必须在更强烈的条件下，例如在300℃以上用铂催化，才能加氢。

由催化加氢可以看出，三碳环和四碳环都比较容易开环，它们都不太稳定。

Ｂ）加卤素或卤化氢

三碳环容易与卤素、卤化氢等加成，生成相应的卤代烃。例如：

环丙烷的烷基衍生物与卤化氢加成时，环的破裂发生在含氢最多和含氢最少的两个碳原子之间，并且卤化氢的加成符合马尔科夫尼科夫规律。例如：

以上这些反应，在常温即能进行。

四碳环不像三碳环那么容易开环，在常温下与卤素、卤化氢等不发生反应。

氧化反应

在常温下，环烷烃与一般氧化剂（如高锰酸钾水溶液、臭氧等）不起反应。即使环丙烷，常温下也不能使高锰酸钾溶液褪色。但是在加热时与强氧化剂作用，或在催化剂存在下用空气氧化，环烷烃可以氧化成各种氧化产物。例如，用热硝酸氧化环己烷，则环破裂生成二元酸。

环烯烃的加成反应

（1）环烯烃的加成反应

环烯烃像烯烃一样，双键很容易发生加氢、加卤素、加卤化氢、加硫酸等反应。例如：

环烯烃的氧化反应

（2）环烯烃的氧化反应

环烯烃的双键也容易被氧化剂如高锰酸钾、臭氧等氧化而断裂生成开链的氧化产物。例如：

共轭环二烯烃的双烯合成反应

（3）共轭环二烯烃的双烯合成反应

具有共轭双键的环二烯烃具有共轭二烯烃的一般性质，也能与某些不饱和化合物发生双烯合成反应。例如：