大学有机化学脂环烃-课件

脂环烃：结构上具有环状碳骨架,而性质上与开链烃(脂肪烃)相似的烃类,总称脂环烃.根据脂环烃分子中所含碳环的数目，分为单环、二环和多环脂环烃。2.4

脂环烃2.4.1脂环烃的命名1.单环脂环烃单环脂环烃的命名与烃相似：母体名称：“环某烷或环某烯”。环上的支链作为取代基，将其位次号和名称放在环某烷或环某烯之前。脂环烃：结构上具有环状碳骨架,而性质上与开链烃(脂肪1(1)环烷烃--饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.环丙烷CH2-CH2简写:CH2环丁烷CH2-CH2简写:CH2-CH2甲基环丙烷CH2简写:CH-CH3CH2同分异构体CH3(1)环烷烃--饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.同分2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前加一“环”字.(C)环上有多个取代基时，应将成环碳原子编号，标出取代基的位号。编号时，仍遵循“最低系列”原则，若有两种符合“最低系列”的编号，则使“顺序规则”中“优先”的基团具有较大的位次号。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;命名(与烷烃相似):31,1,4-三甲基环己烷**小取代基为1位.1-甲基-3-乙基环己烷1,2-二甲基环戊烷1,1,4-三甲基环己烷**小取代基为1位.1-甲基-3-乙4当环上支链不易命名时，以碳链为母体，环作为取代基来命名。2甲基4环己基己烷当环上支链不易命名时，以碳链为母体，环作为取5由于碳原子连接成环,环上C-C单键不能自由旋转.只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团,就有构型不同的顺反异构体.顺-1,4-二甲基环己烷环烷的顺反异构:例:1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷顺-1,4-二甲基环己烷环烷的顺反异构:例:1,4-二甲基6--脂环烃的环上有双键(或叁键).命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链为取代基.碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最小.对环上没有取代基，且只有一个不饱和键的环烯(或炔)烃,双键或叁键位置可不标.环辛炔(2)环烯(炔)烃环戊烯1,3-环己二烯

7(A)若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1;(B)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为最小.3-甲基-1-环己烯带有侧链的环烯烃命名:1-甲基-1-环己烯3-甲基-1-环己烯带有侧链的环烯烃命名:1-甲基-1-环己8CH3

CH31265-甲基-1,3-环戊二烯CH312534534带有侧链的环烯烃命名:1,6-二甲基-1-环己烯CH31265-甲基-1,3-环戊二烯CH31253453493-甲基-1-环己烯1-甲基-1-环己烯环戊烯环辛炔1,3-环己二烯3-甲基-1-环己烯1-甲基-1-环己烯环戊烯环辛炔1,3-102.二环螺环烃两个碳环共用一个碳原子的烃叫螺环烃。(1)定母体：根据环上碳原子总数叫螺[]某烷(某烯)。(2)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.(3)编号：从小环邻接于螺原子的碳原子开始。(4)取代基排列（同烷烃）。5-甲基螺[2.4]庚烷螺原子螺[2.4]庚烷2.二环螺环烃两个碳环共用一个碳原子的烃叫螺环烃。(1)113.二环桥环烃两个碳环共用两个或两个以上碳原子的烃叫桥环烃二环桥环烃都有两个“桥头”碳原子和三条连在“桥头”上的“桥”。(1)定母体：根据组成环的碳原子总数命名为二环[]某烷。各“桥”所含碳原子数目,按由大到小的次序写在“二环”和“某烷”之间的方括号里。(2)编号：从桥头碳开始，先长桥，后短桥。(3)取代基的排列（同烷烃）。3.二环桥环烃两个碳环共用两个或两个以上碳原子的烃叫12二环[2.2.1]庚烷二环[2.1.0]戊烷二环[2.2.1]庚烷二环[2.1.0]戊烷13二环[3.1.1]庚烷8,8-二甲基二环[3.2.1]辛烷二环[3.1.1]庚烷8,8-二甲基二环[3.2.1]辛烷142.4.2环烷烃的结构与稳定性

环烷烃随着环的大小不同，其稳定性不尽相同。燃烧热：1mol化合物完全燃烧CO2+H2O放出的热量2.4.2环烷烃的结构与稳定性环烷烃随着15表2.2一些环烷烃的燃烧热分子燃烧热/kJ·Mol-1-CH2-的平均燃烧热/kJ·Mol-1环丙烷32091697环丁烷42744686环戊烷53320664环己烷63951659环庚烷74637662环辛烷85310664环壬烷95981665环癸烷106636664环十五烷159885660开链烷烃659名称环大小与开链烷烃燃烧热的差/kJ·Mol-138275035651表2.2一些环烷烃的燃烧热分子燃烧热/kJ·16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：丙烷及环丙烷分子中碳碳键原子轨道交盖情况环烷烃的稳定性：环己烷>环戊烷>环丁烷>环丙烷环17

特点：(1)C：sp3杂化，3个C原子共平面，正三角形。(2)弯键,C－C－C键角105°，偏离正常键角。两个相邻的C原子以sp3杂化轨道形成C－Cσ键时，以弯曲的方式交盖（存在角张力：键角偏离正常键角而产生的张力），从而未能最大程度的交盖。因此，环丙烷不稳定。特点：(1)C：sp3杂化，3个C原子共182.4.3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2.4.3环己烷的构象环己烷的碳骨架不是19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

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20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：船式构象:(1)C1和C4上的C－H键存在非键张力(2)C2与C3和C5与C6之间处于全重叠式，存在扭转张力椅式构象和船式构象可以相互转变，但椅式构象比船21椅式构象稳定的原因：所有相邻C上的键都处于交叉式在椅式构象中，C1、C3、C5原子在一个平面上；C2、C4、C6原子在另一个平面上。椅式构象稳定的原因：所有相邻C上的键都处于交叉式在椅式构象22eaeaeaeeaaaeaaaaaaeeeeee12个C－H键分为两类：6个C－H键处于直立键(a键)，6个C－H键处于平伏键(e键)。

环己烷可以由一种椅式构象翻转成另一种椅式构象，原来的a键变为e键，原来的e键变为a键：eaeaeaeeaaaeaaaaaaeeeeee12个C－H232.4.4取代环己烷的构象

在一取代的环己烷分子中，取代基可以处在a键上，也可以处在e键上：

当取代基处在a键时，它与3，5位的H原子存在着非键张力，使得构象不稳定而翻转。

同时，取代基与相邻碳原子上的-CH2-处于邻位交叉，而当取代基处于e键上时，取代基与相邻碳原子上的-CH2-处于对位交叉2.4.4取代环己烷的构象在一取代的环己烷分24取代基处在e键上稳定,是优势构象。

(优势构象)取代基处在e键上稳定,是优势构象。(优势构象)25取代基越大，它处于e键的构象越稳定：取代基越大，它处于e键的构象越稳定：262.4.5小环环烷烃的化学性质小环环烷烃存在环张力，易于开环

易发生加成反应1.加氢随着环的增大，环的稳定性增加，开环的反应条件增强：环烷烃反应温度(℃)产物环丁烷200正丁烷环戊烷300正戊烷2.4.5小环环烷烃的化学性质小环环烷烃存在环张力，易于272.加溴(卤素)

环丙烷及其衍生物与溴分子发生加成反应，开环，生成1,3-二溴代烷。与溴的加成反应，在室温下即可进行：1,3-二溴丙烷

溴与环丁烷的加成反应需在加热的条件下进行。溴与环戊烷、环己烷等大环烷烃在加热条件下不发生加成，而发生取代。如何区别丙烷和环丙烷？2.加溴(卤素)环丙烷及其衍生物与溴分子283.加溴化氢

(卤化氢)

同样，环丙烷及其衍生物也容易与溴化氢发生加成反应，开环生成一溴代烷。开环的方向：卤原子加到取代基较多的一端。3.加溴化氢(卤化氢)同样，环丙烷及其衍生29环戊烷环戊基氯(93%)或氯(代)环戊烷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环戊烷环戊基氯(930

脂环烃：结构上具有环状碳骨架,而性质上与开链烃(脂肪烃)相似的烃类,总称脂环烃.根据脂环烃分子中所含碳环的数目，分为单环、二环和多环脂环烃。2.4

脂环烃2.4.1脂环烃的命名1.单环脂环烃单环脂环烃的命名与烃相似：母体名称：“环某烷或环某烯”。环上的支链作为取代基，将其位次号和名称放在环某烷或环某烯之前。脂环烃：结构上具有环状碳骨架,而性质上与开链烃(脂肪31(1)环烷烃--饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.环丙烷CH2-CH2简写:CH2环丁烷CH2-CH2简写:CH2-CH2甲基环丙烷CH2简写:CH-CH3CH2同分异构体CH3(1)环烷烃--饱和的脂环烃叫环烷烃.通式CnH2n.同分32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前加一“环”字.(C)环上有多个取代基时，应将成环碳原子编号，标出取代基的位号。编号时，仍遵循“最低系列”原则，若有两种符合“最低系列”的编号，则使“顺序规则”中“优先”的基团具有较大的位次号。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;命名(与烷烃相似):331,1,4-三甲基环己烷**小取代基为1位.1-甲基-3-乙基环己烷1,2-二甲基环戊烷1,1,4-三甲基环己烷**小取代基为1位.1-甲基-3-乙34当环上支链不易命名时，以碳链为母体，环作为取代基来命名。2甲基4环己基己烷当环上支链不易命名时，以碳链为母体，环作为取35由于碳原子连接成环,环上C-C单键不能自由旋转.只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团,就有构型不同的顺反异构体.顺-1,4-二甲基环己烷环烷的顺反异构:例:1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷顺-1,4-二甲基环己烷环烷的顺反异构:例:1,4-二甲基36--脂环烃的环上有双键(或叁键).命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链为取代基.碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最小.对环上没有取代基，且只有一个不饱和键的环烯(或炔)烃,双键或叁键位置可不标.环辛炔(2)环烯(炔)烃环戊烯1,3-环己二烯

37(A)若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1;(B)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为最小.3-甲基-1-环己烯带有侧链的环烯烃命名:1-甲基-1-环己烯3-甲基-1-环己烯带有侧链的环烯烃命名:1-甲基-1-环己38CH3

CH31265-甲基-1,3-环戊二烯CH312534534带有侧链的环烯烃命名:1,6-二甲基-1-环己烯CH31265-甲基-1,3-环戊二烯CH312534534393-甲基-1-环己烯1-甲基-1-环己烯环戊烯环辛炔1,3-环己二烯3-甲基-1-环己烯1-甲基-1-环己烯环戊烯环辛炔1,3-402.二环螺环烃两个碳环共用一个碳原子的烃叫螺环烃。(1)定母体：根据环上碳原子总数叫螺[]某烷(某烯)。(2)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.(3)编号：从小环邻接于螺原子的碳原子开始。(4)取代基排列（同烷烃）。5-甲基螺[2.4]庚烷螺原子螺[2.4]庚烷2.二环螺环烃两个碳环共用一个碳原子的烃叫螺环烃。(1)413.二环桥环烃两个碳环共用两个或两个以上碳原子的烃叫桥环烃二环桥环烃都有两个“桥头”碳原子和三条连在“桥头”上的“桥”。(1)定母体：根据组成环的碳原子总数命名为二环[]某烷。各“桥”所含碳原子数目,按由大到小的次序写在“二环”和“某烷”之间的方括号里。(2)编号：从桥头碳开始，先长桥，后短桥。(3)取代基的排列（同烷烃）。3.二环桥环烃两个碳环共用两个或两个以上碳原子的烃叫42二环[2.2.1]庚烷二环[2.1.0]戊烷二环[2.2.1]庚烷二环[2.1.0]戊烷43二环[3.1.1]庚烷8,8-二甲基二环[3.2.1]辛烷二环[3.1.1]庚烷8,8-二甲基二环[3.2.1]辛烷442.4.2环烷烃的结构与稳定性

环烷烃随着环的大小不同，其稳定性不尽相同。燃烧热：1mol化合物完全燃烧CO2+H2O放出的热量2.4.2环烷烃的结构与稳定性环烷烃随着45表2.2一些环烷烃的燃烧热分子燃烧热/kJ·Mol-1-CH2-的平均燃烧热/kJ·Mol-1环丙烷32091697环丁烷42744686环戊烷53320664环己烷63951659环庚烷74637662环辛烷85310664环壬烷95981665环癸烷106636664环十五烷159885660开链烷烃659名称环大小与开链烷烃燃烧热的差/kJ·Mol-138275035651表2.2一些环烷烃的燃烧热分子燃烧热/kJ·46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：丙烷及环丙烷分子中碳碳键原子轨道交盖情况环烷烃的稳定性：环己烷>环戊烷>环丁烷>环丙烷环47

特点：(1)C：sp3杂化，3个C原子共平面，正三角形。(2)弯键,C－C－C键角105°，偏离正常键角。两个相邻的C原子以sp3杂化轨道形成C－Cσ键时，以弯曲的方式交盖（存在角张力：键角偏离正常键角而产生的张力），从而未能最大程度的交盖。因此，环丙烷不稳定。特点：(1)C：sp3杂化，3个C原子共482.4.3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2.4.3环己烷的构象环己烷的碳骨架不是49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

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50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：船式构象:(1)C1和C4上的C－H键存在非键张力(2)C2与C3和C5与C6之间处于全重叠式，存在扭转张力椅式构象和船式构象可以相互转变，但椅式构象比船51椅式构象稳定的原因：所有相邻C上的键都处于交叉式在椅式构象中，C1、C3、C5原子在一个平面上；C2、C4、C6原子在另一个平面上。椅式构象稳定的原因：所有相邻C上的键都处于交叉式在椅式构象52eaeaeaeeaaaeaaaaaaeeeeee12个C－H键分为两类：6个C－H键处于直立键(a键)，6个C－H键处于平伏键(e键)。

环己烷可以由一种椅式构象翻转成另一种椅式构象，原来的a键变为e键，原来的e