有机化学第五章脂环烃

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有机化学在有机化合物中，有一类分子中具有碳环结构，性质与链状脂肪烃相似的有机化合物叫做脂肪族环烃，简称脂环烃。脂环烃及其衍生物数目众多，广泛存在于自然界，如萜类、甾族和大环内酯等，在生产和生活实际中具有重要应用。从本节课开始，我们就来学习脂环烃。第五章脂

环

烃有机化学高兴制作本章要点与学习要求:【要点】

【学习要求】

3.环烷烃的性质与用途1.了解脂环烃的分类，掌握脂环烃的命名方法

2.了解环烷烃的结构与稳定性的关系3.掌握环烷烃的化学反应规律及其实际应用4.掌握小环烷烃的鉴别方法

1.脂环烃的分类与命名方法2.环烷烃的结构与稳定性下一页第五章脂

环

烃有机化学第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构

下一页第五章脂

环

烃一、脂环烃的分类

有机化学1.按分子中有无不饱和键分类

（1）饱和脂环烃又叫环烷烃，分子中没有不饱和键例如:

环戊烷环己烷CH2

（可简写为）

CH2CH2CH2CH2（可简写为）CH2CH2CH2CH2CH2CH2下一页第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构（2）不饱和脂环烃

分子中含有双键和叁链的脂环烃为不饱和脂例如:环烃，包括环烯烃和环炔烃

环辛炔环戊二烯（可简写为）

CHCHCH2CHCHCH2CHCH2CH2CHCH2（可简写为）环己烯（可简写为）

CC

CH2CH2CH2CH2CH2CH2下一页2.

按分子中碳环的数目分类

第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构（1）单环脂环烃（可简写为）（可简写为）二环[4，4，0]癸烷（十氢萘）

螺[2、4]庚烷分子中只有一个碳环的为单环脂环烃（2）多环脂环烃分子中含有两个以上碳环的为多环脂环烃例如:下一页第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构二、脂环烃的异构现象(单环烷烃)

与单烯烃互为同分异构体，但不是同一系列

通式：

CnH2n

(n≥3)

化学式结构式异构体

C3H6环丙烷

C4H8环丁烷无甲基环丙烷下一页第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构化学式结构式异构体

C5H10环戊烷

甲基环丁烷乙基环丙烷

1,1-二甲基环丙烷

1,2-二甲基环丙烷

顺1，2-二甲基环丙烷

反1，2-二甲基环丙烷

下一页第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构三、脂环烃的命名方法1.单环烷烃的命名

与烷烃相似，只在烷烃名称前加上“环”字。环上有支链时，需将环上碳原子编号，以标明支链的位置。编号以使取代基所在位次最小为原则，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。

第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构例如

：1-甲基-2-乙基环丙烷1,1-二甲基-3-乙基环戊烷下一页1-甲基-4-乙基环己烷环十二烷CH2CH3CH3第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构2.

环烯烃的命名命名时，先给环上碳原子编号以标明双键的位次和支链的位次。编号应使双键的位次最小，有支链时则应使支链的位次尽可能小。下一页例如

：

1，3-环戊二烯（简称环戊二烯）5-甲基-1，3-环戊二烯（不能叫1-甲基-2，4-环戊二烯）3-甲基-1-环己烯（简称3-甲基环己烯）

【练习】给下列化合物命名下一页第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构（1）

（2）

（3）

（5）

（4）

下一页第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构四、脂环烃的结构与稳定性

在环烷烃分子中，每个碳原子都与另外四个原子相连，成键轨道是sp3杂化的。

1．小环（三元、四元环）

弯曲键：在环丙烷分子中，三个碳原子在同一平面上连接成环，形成一个正三角形。它们的sp3杂化轨道不可能沿键轴方向重叠。相邻两个碳原子的两个sp3杂化轨道，在形成C—C键时，其对称轴不在同一条直线上，而是以弯曲方向重叠，形成的C—C键是弯曲的，形似“香蕉”，称做“弯曲键”。

下一页环丙烷的弯曲键

第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构键角张力：

下一页弯曲键比正常的σ键轨道重叠程度小，键角也小于109.5°，实验测得，环丙烷分子中C—C键的键角为104°。相当于轨道向内压缩形成的键，这种键具有向外扩张、恢复正常键角的趋势，这种趋势叫做键角张力。环丙烷由于分子内成键轨道重叠程度小，键角张力大，所以内能较高，很不稳定，容易破环变成稳定的链状化合物。环丁烷的情形与环丙烷相似，所以也不稳定。第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构2．大环（五元、六元环）

（1）船式排列：

环己烷分子中的六个碳原子在空间有两种排列方式下一页

C1、C2、C4、C5在一个平面上，C2和C6在平面上面。形状象只船，C3和C6相当船头和船尾，故称“船式”。船式排列

第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构（2）椅式排列：

C1、C2、C4、C5在一个平面上，C6和C3分别在平面的下面和平面的上面，很象椅脚和椅背，故称“椅式”。下一页椅式排列

第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构小环与大环结构和稳定性比较化合物键角轨道重叠

键角张力内能稳定性环丙烷环丁烷环己烷(船式)环己烷（椅式）104°90°109.5°109.5°小小大（空间距离近）大（空间距离远）大大无无高高较低低差差一般好下一页第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构

【本课小结】1．脂环烃分类

环的结构不同

饱和脂环烃：环烷烃

不饱脂环烃

环烯烃

环炔烃

环的数目不同

单环脂环烃

多环脂环烃

2．脂环烃的异构

构造异构

顺反异构：支链在空间的位置不同

下一页第五章脂环烃第一节脂环烃的分类、异构、命名和结构

【本课小结】3．脂环烃的命名

4．环的结构与稳定性

单环烷烃：同烷烃相似，在母体名前加“环”字

单环烯烃：同烯烃相似，在母体名前加“环”字

三元、四元环：非正常键角，有张力，内能高，不稳定，易破环

五元、六元环：维持或接近正常键角，无张力，较稳定，不易破环

【作业】下一页同

学

们

再

见

!

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下一页1．脂环烃的基本概念和命名

2．脂环烃的结构

通过对脂环烃结构的讨论，我们知道了小环与大环的结构差异，这些差异导致了小环与大环的化学稳定性也不相同，这节课我们就来学习环烷烃的性质。

第五章脂

环

烃有机化学第二节脂环烃的性质

下一页第五章脂

环

烃一、环烷烃的物理性质

有机化学1.物态

常温常压下：

C3～C4的环烷烃为气体C5～C11的环烷烃为液体高级环烷烃为固体

2.熔点、沸点

同碳数的环烷烃的熔点、沸点>开链烷烃。

随C数目↑而↑

变化规律：下一页第五章脂环烃第二节脂

环

烃

的

性

质

一、环烷烃的物理性质3.相对密度

相应的开链烷烃

<

环烷烃

<

14.溶解性

不溶于水，易溶于有机溶剂原因：相似相溶，环烷烃是非极性分子下一页二、环烷烃的化学性质

1.取代反应例如:

在光照或加热的情况下，环戊烷和环己烷能与卤素

发生取代反应，生成卤代环烷烃。

+BrBrBr+HBrH

光

或加热

溴代环戊烷

第五章脂环烃第二节脂

环

烃

的

性

质下一页2.加成反应(1)催化加氢在催化剂作用下，环丙烷和环丁烷等小环烷烃可以开环发生加氢反应，生成开链烷烃。

例如:

雷内镍80℃+HHCH3CH2CH3

雷内镍200℃+HHCH3CH2CH2CH3小环的加氢反应对于研究小环稳定性具有参考价值

第五章脂环烃第二节脂

环

烃

的

性

质下一页2.加成反应(2)加卤素

环丙烷和环丁烷都能与卤素发生开环加成反应。其中环丙烷与卤素的加成常温下就可进行，环丁烷需加热才能进行。

例如:1，3-二溴丙烷室温+BrBrBrBrCH2CH2CH2

第五章脂环烃第二节脂

环

烃

的

性

质下一页2.加成反应(2)加卤素1，4-二溴丁烷

雷内镍200℃+BrBrCH2CH2CH2CH2BrBr例如:用途：小环与溴发生加成反应后，溴的红棕色消失，现象变化明显，可用于鉴别三元、四元环烷烃。

第五章脂环烃第二节脂

环

烃

的

性

质下一页2.加成反应(3)加卤化氢

环丙烷和环丁烷都能与卤化氢发生加成反应，生成开链一卤代烷烃。例如:1-溴丙烷

+HBrBrCH3CH2CH2第五章脂环烃第二节脂

环

烃

的

性

质1-溴丁烷+HBrCH3CH2CH2CH2Br下一页(3)加卤化氢例如:分子中带有支链的小环烷烃在发生开环加成反应时，其断键位置通常发生在含氢较多与含氢较少的成环碳原子之间。与卤化氢等不对称试剂加成时，符合马氏规则。

2-氯丁烷

ClCH3CHCH2CH3ClH+CH3CH2CH2CH第五章脂环烃第二节脂

环

烃

的

性

质下一页3.氧化反应例如:环烷烃在常温下不能与一般的氧化剂（如高锰酸钾的水溶液）发生氧化反应。若环的支链上含有不饱和键时，则不饱和键被氧化断裂，而环不发生破裂。

CHCHCH3KMnO4COOHCH3COOH+

用途：小环烷烃能与溴加成但不能被高锰酸钾溶液氧化，可利用这一性质将其与烷烃、烯烃或炔烃区别开来。第五章脂环烃第二节脂

环

烃

的

性

质下一页3.氧化反应如果在加热下用强氧化剂，或在催化剂存在下用空气作氧化剂，环烷烃也可发生氧化反应。

用途：工业上生产环己醇和环己酮的方法之一。例如:+O2OH+O环烷酸钴125～165℃