大学有机化学脂环烃共18页文档

H3C CH3
H3C CH3
环烷烃的立体异构：顺反异构
表示方法1.
➢ 顺反异构用 “顺”或“反” 注明基团相对位 置。
➢英文用“cis” 和“trans”表示。
面镜
顺-1，2-二甲基环丙烷
表示方法2.
CH3
CH3
反-1，2-二甲基环丙烷
CH3
H
H
H
顺-1，4-二甲基环己烷
H
CH3
反-1，4-二甲基环己烷
2) 多取代环己烷：
CH3
H3C
H3C H3C
顺-1，2-二甲基环己烷
反-1，2-二甲基环己烷
H
CH 3
a键(直立键)
H
(H3C)3C
e键(平伏键) 体积大的取代基放在e键上的椅式构象最稳定
思考题
1. 指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。
CH3
C(CH3)3
(CH3)3C
CH3
2. 写出顺-2-甲基环己醇的优势构象。
HNO3 HOOC
COOH
§2.2 环烯烃和环二烯烃
(1) 加成反应 (2) 氧化反应
+ Br2 CCl4 CH3 + HI
H Br Br H
环正离子中间体， 反式加成。
CH3 碳正离子中间体，
I
马氏规则。
KMnO4 CH3 CHCH2COOH CH2CH2COOH
O3 Zn, H2O CH2CH2CHO CH2CH2CHO
2.27Å
§5.4 环烷烃的结构
4. 环己烷的结构及构象
椅式构象
H
H
3
H
H
21Biblioteka H H456H H

甲基环己烷
•
﹡(2)多环烷烃的命名
• ①螺环烷烃的命名：二个环共用的碳原子称为螺原 子，编号时从邻近螺原子的一个碳原子开始，从小 环开始经螺原子到大环将环编号，若环上有取代基 时，尽量使取代基位次较小。命名时，根据环上碳 原子总数称为螺[?,?]某烷，?表示除螺原子外环上 碳原子数，较小的数字放在前面。例：
二、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
从这两种构象的纽曼投影式可以看出，椅
式构象的C-C及C-H键处于交叉位置，而船式构象则 处于重叠位置，因此这两种构象最稳定的是椅式构
象，下面我们主要讨论椅式构象。
（2）椅式构象中两种类型的价键
在椅式椅象中，C1、C3、C5与C2、C4、C6各 构成一个平面，这两个平面是平行的。与平面垂直 的价键称为键a或直立键，与中心轴成109。28，夹 角的称为e键或平伏键。中心轴是经过C1、C3、C5所 形成的三角形中心并与其所形成的平面垂直的直线。
结合P110-4
4、下列化合物是否有顺反异构体？若有，写出它们的立体 结构式。
1.
CHCH 3
2.
CH=C(CH 3)2 CH 3
3.
CH3
CH 3
没有 4.有顺反异构，如下式：
4.
没有
没有
H
CH3 CH3
CH3
H
CH3
H
CH3
H
H

脂环烃是有机化学中的基础性物 质，是构成复杂有机化合物的基 本单元之一。
多样性来源
脂环烃广泛存在于自然界中，如 动植物体内的萜类、甾体等化合 物，以及石油、天然气等资源。
关键反应参与者
脂环烃在许多化学反应中扮演着 重要的角色，如烷基化、酰化、 氧化等，是实现有机合成转化的 关键物质。
对未来研究的展望
取代反应
总结词
脂环烃的取代反应通常涉及环上氢原子的替换，可以发生在环的侧链或母体碳原子上。
详细描述
脂环烃中的氢原子在一定条件下可以被其他基团取代，如卤素、醇、酸等。取代反应过 程中，一个基团被另一个基团替换，生成新的化合物。例如，环己烯与溴发生取代反应，
生成1-溴环己烯。
环的稳定性与反应活性
总结词
04 脂环烃的合成与转化
合成方法
01
烷基取代反应
通过烷基取代环状化合物的氢原子来合成脂环烃，常用的烷基取代剂有
卤代烃、醇和烯烃等。
02 03
环化反应
通过将两个带有特定官能团的烯烃或炔烃进行环化反应，合成脂环烃。 常见的环化反应有Diels-Alder反应、环加成反应和金属催化的环化反 应等。
氧化还原反应
应用
脂环烃在工业、医药和农业等领域有广泛的应用，如用作溶剂、 香料、染料、农药等。
03 脂环烃的化学反应
加成反应
总结词
脂环烃的加成反应通常涉及碳碳双键的打开，并伴随着新键 的形成。
详细描述
脂环烃中的碳碳双键在一定条件下可以与氢气、卤素、卤化 氢等发生加成反应。加成反应过程中，双键打开，形成新的 单键，从而生成新的化合物。例如，环戊烯与溴化氢发生加 成反应，生成溴代环戊烷。
03
决问题的能力。
02 脂环烃的基本概念

H2SO4加成开环。
注意：A、HX的活性为HI>HBr>HCl。
B、脂环烃一般为环丙烷。
C、取代环丙烷与HX加成，遵循马氏规则， 即开环的位置为取代基最少与最多的两个碳原子之间 。例如
第二十四页，课件共48页
H Br H 2SO 4
C H 3C H 3
C H 3 C C HC H 3 Br
C H 3
之间可以保持109.5°。因此环己烷很稳定。环己烷 有两种极限构象。
第三十页，课件共48页
1．两种极限构象——椅式和船式
99.9%
画法：正确掌握椅式的画法。
0.1%
第三十一页，课件共48页
2. 椅式中两种C-H键：平伏键/e键与直立键/a键
A、直立键（a键）：与分子的对称轴平行的C-H 键，其中3个方向朝上，3个方向朝下。
C H 3C H 3 C C HC H 3
H 2O C H 3
C H 3C H 3 C C HC H 3
O SO 3H
O H
四、环烷烃的鉴别：
对于环丙烷可使溴的四氯化碳褪色，其性质类 似于烯烃、炔烃，但它不被冷、稀的高锰酸钾氧化 ，可以与不饱和烃区别。
例如，用化学方法鉴别1,1-二甲基环丙烷、戊烷 、1-戊烯、1-戊炔四种化合物。
H
H 称为扭转张力）。
第二十九页，课件共48页
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，形成弯曲香蕉键。因键角要从109.5°压 缩到105.5°，产生一定的角张力。
二、环己烷的构象
下面讨论环己烷的构象。在环己烷中，碳原 子都按SP3杂化，6个碳原子不在一个平面。碳碳键
2）环烷烃的命名与烷烃相似，其命名原则为：

CHCH2
CH3CHCH2CH2CH2CH2CH3
苯乙烯
2-苯基庚 烷
当取代基上带官能团时
CHO
COOH
SO3H
苯甲醛
第四章 环烃
2019/10/30
苯甲酸
苯磺酸
Ⅱ. 芳香烃
35
CH2(CH2)5CH3
CH3 CH(CH2)4CH3
1-苯基庚烷
2-苯基庚烷
CH2CH2
1，2-二苯基乙烷（属于多环芳烃）
39
（2）多苯代脂肪烃：可看作脂肪烃分子中H被苯取代：
C H2
C H
C HC H
二 苯 甲 烷
三 苯 甲 烷 二 苯 乙 烯
（3）稠环芳烃：并联：两个或两个以上苯环共用两个相 邻碳原子。
8 7
1α
8
2β 7
6 5
36
4
5
α=1,4,5,8
萘
β=2,3,6,7 γ=9,10
第四章 环烃
2. 按碳环个数分
小环化合物 C3～C4 普通环化合物 C5～C7 中环化合物 C8～C11 大环化合物 ≥C12
第四章 环烃
2019/10/30
Ⅰ. 脂环烃
5
H2
C
(

H2C CH2
环 环丙 丙烷烷
C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 or
C H2 环己烷
H2
C
) H2C CH2 (
C H2
+ Br2
3000C
+ Br2
hv
Br + HBr
Br
+ HBr
第四章 环烃
2019/10/30

2.4.3 环己烷的构象 环己烷的碳骨架不是平面结构， C－C－Ｃ键角为109.5°。通过旋转σ键 和键角的改变，可以得到两种典型构象：
椅式
船式 环己烷的椅式和船式构象
环己烷椅式构象
环己烷船式构象
环己烷椅式和船式构象的模型
椅式构象和船式构象可以相互转变， 但椅式构象比船式构象稳定：
0.25 nm
H3C CH CH2 + HBr CH2 CH3 CH CH2 CH2 Br H
开环的方向：卤原子加到取代基较多的一端。
4. 取代反应
在高温光照下，环烷烃和烷烃一样能发生 自由基取代反应
H + Cl Cl
h
Cl + HCl
环戊烷
环戊基氯(93%) 或氯(代)环戊烷
环大小
2091 2744 3320 3951 4637 5310 5981 6636 9885
697 686 664 659 662 664 665 664 660 659
38 27 5 0 3 5 6 5 1
环烷烃的稳定性： 环己烷 > 环戊烷 > 环丁烷 > 环丙烷 环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。 环丙烷的结构：
CO2 + H2O
CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O + 燃烧热
表 2.2
名称
环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 环辛烷 环壬烷 环癸烷 环十五烷 开链烷烃 3 4 5 6 7 8 9 10 15
一些环烷烃的燃烧热
分子燃烧热 / kJ· -1 Mol
-CH2-的 平均燃烧热 / kJ· -1 Mol 与开链烷烃 燃烧热的差 / kJ· -1 Mol

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：

练习
CH3CH2
CH3
1-甲基-4-乙基-1,3-环戊二烯
CH3CH2
CH3
1-甲基-4-乙基环己烷
有机化学
脂环烃
13
5.1.3.2 桥环的命名
两个以上的碳环，共用两个（或2个以上）碳 原子的脂环化合物，叫做桥环化合物。
桥原子
桥头碳
此结构好象是过河的桥，两岸各有一个桥头，即 两个共用碳原子，也叫桥头碳。其余可看作是不 同方式的桥，这样的原子叫桥原子。
可有两种分类方法。
有机化学
脂环烃
5
环烷烃 CnH2n
环碳原子的饱和程度 环烯烃 CnH2n-2
脂环烃
单环 (上） 环炔烃 CnH2n-4
碳环数目 双环
多环
有机化学
脂环烃
6
分子中碳环的多少
① 单环脂环烃 分子中只有一个碳环，按成碳原子数又可分为
小环、普通环、中环、大环四种。
小环 普通环 中环 大环
格能小，则熔点低。而在环烷烃中，分子中原子不能 自由转动，构象稳定，分子间排列紧密、有序，所以 密度、熔 沸点比相应的开链烃稍高一些。
有机化学
脂环烃
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。
Br2/CCl4 BrCH2CH2CH2CH2Br
环丁烷性质不如环丙烷活泼，随环由小到大，环的 稳定性增加，性质逐渐稳定，加成也越来越困难。
有机化学
脂环烃
29

CH3(CH2)6CH3 （正） 辛 烷
CH3(CH2)7CH3 （正） 壬 烷
CH3(CH2)8CH3 （正） 癸 烷
CH3(CH2)9CH3 （正） 十一烷
CH3(CH2)10CH3 （正） 十二烷
CH3(CH2)11CH3 （正） 十三烷
CH3(CH2)12CH3 （正） 十四烷
CH3(CH2)13CH3 （正） 十五烷
次序规则
Sequence Rule
（1）将各取代基的原子按原子序数大小排列，大者为较优基团。有机化合物中常见的元素其 顺序由大到小排列如下：
I＞Br＞Cl＞S＞P＞F＞O＞N＞C＞D＞H
（2）如果两个基团的第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子，比较时，按原子序
数排列，先比较最大的，若仍相同，再依次比较第二、第三个原子。如－CH2Cl与－ CHF2，第一个均为碳原子，再按顺序比较与碳相连的其它原子。在—CH2Cl中 为 — C（Cl、H、H）， 在 — CHF2 中 为 — C（F、F、H）。Cl>F， 故 — CH2Cl>— CHF2。
n-pentacontane
n-hexacontane
n-heptacontane
n-octacontane n-nonacontane
n-hectane n-tetratriacontanehectane
第15页，共130页。
支链烷烃的命名
CH3
CH3
1oH 2oH 3oH
H3C C CH2 CH CH3 1oC 2oC 3oC 4oC (伯) (仲) (叔) (季)
第19页，共130页。
注意：相同位次的相同取代基也要标出取代基的位次，有
多少个取代基就有多少个阿拉伯数字表明位次。如果取代

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。

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