前面几章所学的都是开链的烃

1、第五章脂环烃(alicyclic hydrocarbons)前面几章所学的都是开链的烃，又叫脂肪烃，本章要学的烃类化合前面几章所学的都是开链的烃，又叫脂肪烃，本章要学的烃类化合物是在结构上具有环状的碳架结构，但其性质又与开链的脂肪烃物是在结构上具有环状的碳架结构，但其性质又与开链的脂肪烃相似，因此，它们被称为相似，因此，它们被称为脂环烃脂环烃。5.1 分类与命名分类与命名一、分类一、分类1 1. .根根据据环环的的大大小小小小环环普普通通环环中中环环大大环环指指含含八八到到十十一一个个碳碳的的脂脂环环烃烃含含十十二二个个碳碳以以上上的的脂脂环环烃烃脂环烃的分类nf2.根据环的不饱和度饱饱和和脂

2、脂环环烃烃, ,又又称称环环烷烷烃烃。不不饱饱和和脂脂环环烃烃环环烯烯烃烃环环炔炔烃烃 环环辛辛炔炔是是最最小小的的环环炔炔烃烃。3 3. .根根据据所所含含碳碳环环的的个个数数单单环环脂脂肪肪烃烃双双环环脂脂肪肪烃烃螺螺环环化化合合物物桥桥环环化化合合物物CnH2nCnH2n-2多多环环脂脂肪肪烃烃多环脂肪烃n多环脂肪烃种类繁多，它们一般都有自己的俗名。多环脂肪烃种类繁多，它们一般都有自己的俗名。立方烷棱烷篮烷金刚烷链环烷二、命名1.环烷烃的命名：与烷烃相似，称环烷烃的命名：与烷烃相似，称环某烷环某烷。有取代基时，。有取代基时，编号应编号应满足取代基代数和最小原则。满足取代基代数和最小原则。

3、CH3CH3CH3CH3CH(CH3)2H3CH2C1,1,3三甲基环己烷1甲基3乙基5异丙基环己烷脂脂环环烃烃的的同同分分异异构构现现象象比比烷烷烃烃复复杂杂，除除构构造造异异构构外外，还还可可能能有有立立体体异异构构。如：C5H10有5个构造异构体。脂环烃的顺反异构CH3HCH3HCH3HHCH3顺1,2二甲基环丙烷反1,2二甲基环丙烷其中1,2二甲基环丙烷还有两个立体异构体。如果环上的取代基为烯烃，还要同时考虑双键的顺反异构。ClHHCCHHCH3ClHHCCHCH3HHClHCCHHCH3HClHCCHCH3H(顺，顺)(顺，反)(反，顺)(反，反)2. 环烯烃的命名环烯烃的命名与烯烃

4、相似，称环烯烃的命名与烯烃相似，称环某烯环某烯。有取代基时，。有取代基时，编号应从一编号应从一个双键碳开始，到另一个双键碳，在双键位次最小的前提下，个双键碳开始，到另一个双键碳，在双键位次最小的前提下，再满足是低序列规则和取代基位次代数和最小原则。再满足是低序列规则和取代基位次代数和最小原则。CH3CH3CH3CH3CH3CH31212121,6-二甲基环己烯1,3二甲基1,4环己二烯2,5二甲基1,3环己二烯63. 螺环化合物的命名如果两个碳环共用一个碳原子，叫如果两个碳环共用一个碳原子，叫螺环化合物螺环化合物。这个共用的碳原。这个共用的碳原子叫子叫螺原子螺原子。螺环化合物命名规则。螺环化合

5、物命名规则：(1)根据成环碳原子的总数根据成环碳原子的总数称为称为螺螺 某烷某烷。把连接于螺原子的两个环上碳原子数目按。把连接于螺原子的两个环上碳原子数目按由由小到大的次序小到大的次序写在方括号内。写在方括号内。(2)有取代基时，编号有取代基时，编号从与螺原子从与螺原子相连的小环碳原子开始，经小环，过螺原子，到大环相连的小环碳原子开始，经小环，过螺原子，到大环，并尽量，并尽量是取代基位次代数和最小。是取代基位次代数和最小。124312574甲基螺2，5辛烷1,7二甲基螺4，5癸烷4. 桥环化合物的命名如果两个碳环共用两个碳原子，叫如果两个碳环共用两个碳原子，叫桥环化合物桥环化合物。两个共用的碳

6、原。两个共用的碳原子叫子叫桥头碳桥头碳，其它碳组成的三条碳链叫作，其它碳组成的三条碳链叫作桥桥。命名规则。命名规则:(1)根根据成环碳原子的总数称为据成环碳原子的总数称为双环双环 某烷某烷。把三条桥按碳原子数目。把三条桥按碳原子数目由大到小的次序由大到小的次序写在方括号内。写在方括号内。(2)有取代基时，编号有取代基时，编号从一个桥从一个桥头碳开始，沿最长桥，经第二桥头碳，到次长桥，最后到最短头碳开始，沿最长桥，经第二桥头碳，到次长桥，最后到最短桥。桥。(3)如果有官能团，在等长桥中，如果有官能团，在等长桥中，应优先使官能团位次最小。应优先使官能团位次最小。1257H3CH3CCH381245

7、71,7,8三甲基双环3,2,1辛烷5甲基双环2,2,12庚烯122甲基双环1,1,0丁烷5.2 环烷烃的结构与稳定性1.环烷烃的张力与稳定性环烷烃的张力与稳定性在环烷烃中，碳环的大小不同，稳定性也有很大差异。从燃烧热在环烷烃中，碳环的大小不同，稳定性也有很大差异。从燃烧热可以看出，可以看出，单位亚甲基单位亚甲基的燃烧热，随环的大小而不同，并且，的燃烧热，随环的大小而不同，并且，都都高于高于或或等于等于开链烷烃亚甲基的燃烧热。燃烧热越高，越不稳开链烷烃亚甲基的燃烧热。燃烧热越高，越不稳定。常把比开链烷烃高出的这部分能量叫作定。常把比开链烷烃高出的这部分能量叫作张力能张力能。由表。由表52、表表

8、53的燃烧热和张力能可以看出：的燃烧热和张力能可以看出：成环碳原子数总张力能稳定性3456 7 8 9 1011 12 13 1415最高低高低低高低高总张力能单位亚甲基的张力能环中亚甲基的总数2. 环丙烷的结构在环丙烷中，三个碳都是在环丙烷中，三个碳都是SP3杂化，但却是一个正三角形分子，杂化，但却是一个正三角形分子，内角只有内角只有60度。度。弯曲键与键键相比有以下特点：(1)由于是斜着重叠，交盖程度较小，因此键能小。(2)由于交盖的部分跑到了两个原子核连线的外侧，离原子核距离较远，受核的束缚力较小。因此，带有部分键的性质。 正常键弯曲键(又称香蕉键)环丙烷中的弯键115104CCCHHH

9、HHH环丙烷的结构另外，在环丙烷分子中还存在着两种张力。另外，在环丙烷分子中还存在着两种张力。(1)由于碳的键角只有由于碳的键角只有104，小于正常的，小于正常的SP3轨道夹角，存在着轨道夹角，存在着一种张力。这种由于键角偏离正常键角而引起的张力叫做一种张力。这种由于键角偏离正常键角而引起的张力叫做角角张力。张力。(2)在环丙烷分子中，由于三个碳处于一个平面上，相邻两个碳在环丙烷分子中，由于三个碳处于一个平面上，相邻两个碳上的上的CH键都是处于重叠式状态。固还存在着键都是处于重叠式状态。固还存在着扭转张力扭转张力。HHHHHHHHHHHHHHHHHH交叉式重叠式3. 环丁烷的结构n环丁烷与环丙

10、烷结构相似，它的环丁烷与环丙烷结构相似，它的CC键键也是弯曲键也是弯曲键，但由于多，但由于多了一个亚甲基，弯曲的程度要小一些。它的键角也偏离了正常键了一个亚甲基，弯曲的程度要小一些。它的键角也偏离了正常键角，角，也有角张力也有角张力，但由于偏离程度较小，角张力也较小。，但由于偏离程度较小，角张力也较小。n假如它的四个碳都在一个平面上，由于相邻两个碳上的假如它的四个碳都在一个平面上，由于相邻两个碳上的CH键键都处于重叠式位置，应有较大的扭转张力。实际上，为了减少扭都处于重叠式位置，应有较大的扭转张力。实际上，为了减少扭转张力，在环丁烷的结构中，有一个转张力，在环丁烷的结构中，有一个C伸出平面之外

11、，形如蝴蝶，伸出平面之外，形如蝴蝶，两两“翼翼”上、下摆动。上、下摆动。HHHHHHHHHHHHHHHH4.环戊烷的结构n环戊烷的环戊烷的C原子如果都在同一平面上，它的内角（原子如果都在同一平面上，它的内角（108）接近正）接近正常键角；但由于所有常键角；但由于所有CH键都呈重叠式，扭转张力较大。因此，键都呈重叠式，扭转张力较大。因此，为了减少扭转张力，它也采取非平面结构，即四个为了减少扭转张力，它也采取非平面结构，即四个C基本在一个基本在一个平面上，另一个平面上，另一个C伸出平面之外，处于平面的上、下方，这种结伸出平面之外，处于平面的上、下方，这种结构像信封一样，因此，称做构像信封一样，因此

12、，称做“信封式信封式”构象。构象。HHHHHHHHHH108HHHHHHHHHH环戊烷的结构与稳定性n在环戊烷的信封式构象中：在环戊烷的信封式构象中：n（1）它的）它的CC键已经键已经是正常的是正常的 键键，键角也能满足正常的键角，键角也能满足正常的键角，无角张力无角张力。因此，环戊烷比较稳定，不像前两者那样易于发生开。因此，环戊烷比较稳定，不像前两者那样易于发生开环反应。环反应。n（2）它的）它的C2、3、4、5上的上的CH键还处于重叠式状态，键还处于重叠式状态，有一定的有一定的扭转张力扭转张力。所以，环戊烷还不是最稳定的环。所以，环戊烷还不是最稳定的环。HHHHHHHHHHHHHHHHHH

13、HH5. 环己烷的结构与构象环己烷是最稳定的环烷烃。为了保持正常的键角，它的六个碳环己烷是最稳定的环烷烃。为了保持正常的键角，它的六个碳不在一个平面上。典型的构象有两个，即椅式和船式构象。不在一个平面上。典型的构象有两个，即椅式和船式构象。(1)椅式构象椅式构象椅式构象有以下特点：椅式构象有以下特点：(A)6个碳分别处于两个相互平行的平面上。其中，个碳分别处于两个相互平行的平面上。其中，C 1，3，5在在一个平面上，一个平面上，C 2，4，6在一个平面上，有一个对称轴垂直于这在一个平面上，有一个对称轴垂直于这两个平面。两个平面。HHHHHHHHHHHHCCCCCC环己烷的结构与构象(B) 所有

14、的键都是所有的键都是正常的正常的 键键,所有的键所有的键角都是角都是109.5 ,无角张力无角张力。(C) 所有相邻的碳上，所有相邻的碳上，CH键都处于交叉式位置，也键都处于交叉式位置，也无扭转张力无扭转张力。(D) 12个个CH键分为两类，其中键分为两类，其中6个与对称轴平行，垂直于两个个与对称轴平行，垂直于两个平面，叫直立键，又叫平面，叫直立键，又叫a键。键。6个个a键上下交替排列。另外键上下交替排列。另外6个与个与对称轴成对称轴成109.5度，斜着伸向环的外侧，叫平伏键，又叫度，斜着伸向环的外侧，叫平伏键，又叫e键。键。6个个e键也是上下交替排列。键也是上下交替排列。HHHHHHHH52

15、环己烷的构象(E) 两个椅式构象可以自由翻转，翻转后，上面的三个碳转到下面，两个椅式构象可以自由翻转，翻转后，上面的三个碳转到下面，下面的三个碳转到上面。下面的三个碳转到上面。6个个a键全部变成键全部变成e 键，键，6个个e键全部变键全部变成成a键。键。环己烷的结构与构象(2) 船式构象船式构象(A)所有的键角都是所有的键角都是109.5度，无角张力。度，无角张力。(B)C2和和C3，C4和和C5上的氢叫上的氢叫船梆氢船梆氢，处，处于重叠式位置，有于重叠式位置，有扭转张力扭转张力。(C)C1和和C4上斜着向上的两个氢叫上斜着向上的两个氢叫旗杆氢旗杆氢。两者相距较近，只有。两者相距较近，只有0.

16、183nm，小于两氢原子的范德华半径之和，小于两氢原子的范德华半径之和(0.240nm)，存，存在着一种斥力。这种由于两个原子靠得太近，小于两个原子的在着一种斥力。这种由于两个原子靠得太近，小于两个原子的范德华半径之和而引起的张力，叫做范德华半径之和而引起的张力，叫做范德华张力范德华张力。99.9%0.1%33.7KJ/molHHHHHHHHHHHH0 0. .1 18 83 3n nm m(3) 取代环己烷的构象两种椅式构象可以自由翻转，但如果有一个氢被甲基取代后，两种椅式构象可以自由翻转，但如果有一个氢被甲基取代后，从立体的角度看，当甲基处于从立体的角度看，当甲基处于a键上时，甲基与键上时

17、，甲基与C3、C5上的直立上的直立的的H原子距离较近，存在着原子距离较近，存在着范德华张力范德华张力，分子内能较高。当甲，分子内能较高。当甲基处于基处于e键上时，由于是斜着伸向环的外侧，无这种张力，分键上时，由于是斜着伸向环的外侧，无这种张力，分子内能较低。子内能较低。从纽曼投影式看，当甲基处于从纽曼投影式看，当甲基处于e键上时，与键上时，与C5亚甲基处于对位交亚甲基处于对位交叉式位置，较稳定。而甲基处于叉式位置，较稳定。而甲基处于a键上时，与键上时，与C5亚甲基处于邻亚甲基处于邻位交叉式位置，存在一定的位交叉式位置，存在一定的扭转张力扭转张力。CH3CHHHHHCH3CH35252取代环己烷

18、的稳定性n可以看出，当甲基处于可以看出，当甲基处于a键上时，存在着键上时，存在着范氏张力范氏张力和和扭转张力扭转张力，内能提高，稳定性低于甲基处于内能提高，稳定性低于甲基处于e键上的构象。键上的构象。n实验测得，二者的能量差约为实验测得，二者的能量差约为7.5KJ/mol。因此在室温下的动。因此在室温下的动态平衡中，甲基处于态平衡中，甲基处于e键上的构象约占键上的构象约占95%。n可以想像：处于可以想像：处于a 键上的取代基越大，张力就越大，二者的能键上的取代基越大，张力就越大，二者的能量差就越大，取代量差就越大，取代n基处于基处于e键上所占键上所占n的比例就越大。如的比例就越大。如n在叔丁基环己烷中，在叔丁基环己烷中，n几乎全部都处于几乎全部都处于ne键上。键上。 取代环己烷的构象如果环上有两个甲基时，它们的稳定性顺序为：如果环上有两个甲基时，它们的稳定性顺序为：eeaeaa如果两个取代基不同，对于如果两个取代基不同，对于ae型来说，大基团处于型来说，大基团处于e键斥力较小，键斥力较小，较为稳定。如：较为稳定。如：CH3