第三章 脂环烃

第五章 脂环烃

具有环状结构的碳氢化合物称为环烃，环烃又可分为脂环烃和芳香烃。开链烃两端连接成环的化合物与链烃性质相似，称为脂环烃。

一、分类和命名

按照分子中所含环的多少分为单环和多环脂环烃。

根据脂环烃的不饱和程度又分为环烷烃和环烯烃（环炔烃）。

在多环烃中，根据环的连接方式不同，又可分为螺环烃和桥环烃。

单环脂环烃的命名：环烷烃的命名与烷烃相似，根据成环碳原子数称为“某”烷，并在某烷前面冠以“环”字，叫环某烷。例如：

环丙烷 环丁烷

环上带有支链时，一般以环为母体，支链为取代基进行命名，如： 二甲基环丙烷

1-甲基-4-异丙基环已烷

若环上有不饱和键时，编号从不饱和碳原子开始，并通过不饱和键编号，如： 5-甲基-1，3-环戊二烯

3-甲基环已烯

环上取代基比较复杂时，环烃部分也可以作为取代基来命名。如：

2-甲基-3-环戊基戊烷

螺环烃的命名： 在多环烃中，两个环以共用一个碳原子的方式相互连接，称为螺环烃。其命名原则为：根据螺环中碳原子总数称为螺某烃。在螺字后面用一方括号，在方括号内用阿拉伯数字标明每个环上除螺原子以外的碳原子数，小环数字排在前面，大环数字排在后面，数字之间用园点隔开。如：

螺[4，4]壬烷

螺[4，5]-1，6-癸二烯

桥环烃的命名： 在多环烃中，两个环共用两个或两个以上碳原子时，称为桥环烃。命名时以二环（双环）为词头，后面用方括号，按照桥碳原由多到少的顺序标明各桥碳原子数，写在方括号内（桥头碳原子除外），各数字之间用园点隔开，再根据桥环中碳原子总数称为某烷。如：

双环[3，2，1]辛烷

双环[4，4，0]癸烷

CH 3

CH 3CH 3CH 3CH 3CH 2CH CH

桥环烃编号是从一个桥头碳原子开始，沿最长的桥路编到另一个桥头碳原子，再沿次长桥编回桥头碳原子，最后编短桥并使取代基的位次较小。如：

1-乙基-7，7-二甲基双环[2，2，1]庚烷

二、物理性质

环烷烃的沸点、熔点和相对密度均比相同碳原子数的链烃高。

三、化学性质

1、 卤代反应 在高温或紫外线作用下，脂环烃上的氢原子可以被卤素取代而生成卤代脂环烃。如： + Cl 2 + HCl + Br 2 + HBr

2、 氧化反应

不论是小环或大环环烷烃的氧化反应都与烷烃相似，在通常条件下不易发生氧化反应，在室温下它不与高锰酸钾水溶液反应，因此这可作为环烷烃与烯烃、炔烃的鉴别反应

环烯烃的化学性质与烯烃相同，很容易被氧化开环。

HOOCCH 2CH 2CH 2CH 2COOH

3、加成反应

（1）加氢 在催化剂作用下，环烷烃加一分子氢生成烷烃。

+ H 2 CH 3CH 2CH 3

+ H 2 CH 3CH 2CH 2CH 3

+ H 2 CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3

环烷烃加氢反应的活性不同，其活性为 环丙烷 > 环丁烷 > 环戊烷。

（1） 卤素 在常温下可以卤素与发生加成反应。

+ Br 2 CH 2BrCH 2CH 2Br

+ Br 2 CH 2BrCH 2CH 2CH 2Br （3）加卤化氢 环丙烷及其衍生物很容易与卤化氢发生加成反应而开环。

+ HBr CH 3CHBrCH 2CH 3

四、环已烷的构象

环已烷可以椅式和船式构象存在。在环已烷的构象中，最稳定的构象是椅式构象，在椅式构象中，所有键角都接近正四面体键角，所有相邻两个碳原子上所连接的氢原子都处于交叉式构象。

环已烷的船式构象比椅式构象能量高。因为在船式构象中存在着全重叠式构象，氢原子之间斥力比较大。另外船式构象中船头两个氢原子相距较近，约183pm ，小于它们的范德华半径之和240pm ，所以非键斥力较大，造成船式能量高。

在环已烷的椅式构象中，12个碳氢键分为两种情况，一种是6个碳氢键与环已烷分子的对称轴平行，称为直键，简称a 键。另一种是6个碳氢键与对称轴成109度的夹角，称为平

h υ Cl 300℃ Br KMnO 4

H + 80℃ Ni 200℃ Ni 300℃ Ni 室温

Δ CH 3

室温 H H

H H H H H

H

H H

键，简称e 键。环已烷的6个a 键中，3个向上3个向下交替排列，6个e 键中，3个向上斜伸，3个向下斜伸交替排列。

在环已烷分子中，每个碳原子上都有一个a 键和一个e 键。两个环已烷椅式构象相互转变时，a 键和e 键也同时转变，即a 键变为e 键，e 键变为a 键。

环已烷的一元取代物有两种可能构象，取代a 键或是取代e 键，由于取代a 键所引起的非键斥力较大，分子内能较高，所以取代e 键比较稳定。甲基环已烷的优势构象为：

当环已烷分子中有两个或两个以上氢原子被取代时，在进行构象分析时，还要考虑顺反构型问题。但就能量而言，不论两个取代基相对位置如何（1，2位、1，3位或1，4位），取代基连在e 键上总是能量最低。二元取代物有反-1，2-，顺-1，3-和反1，4-三种具有稳定构象的顺、反异构体。二甲基环已烷各种异构体的优势构象为：

根据构象分析得知，当环上有不同取代基时，基团最大的取代基连在e 键上最稳定，这种构象属于优势构象。对多取代基的环已烷，e 键上连的取代基越多越稳定 ，所以e 键上取代基最多的构象是它的优势构象。

H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3