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1、 第五章第五章 脂环烃脂环烃也可根据脂环烃分子中所含的碳环数目不同，分为也可根据脂环烃分子中所含的碳环数目不同，分为单环、二环和多环脂环烃。单环、二环和多环脂环烃。1.定义定义:在结构上具有环状碳骨架，在结构上具有环状碳骨架，而性质上和脂肪烃而性质上和脂肪烃相似的烃类。相似的烃类。2.分类分类:5.1 脂环烃的定义和命名脂环烃的定义和命名(1)环烷烃环烷烃(A)以碳环作为母体以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名环上侧链作为取代基命名;(B)环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前 加一加一“环环”字字.(C)取代基较多时取代基较多时,命名时应把取代基的位置
2、标出命名时应把取代基的位置标出.(D)环上碳原子编号环上碳原子编号,以取代基所在位置的号码最以取代基所在位置的号码最 小为原则小为原则.3.命名命名(与烷烃相似与烷烃相似):1,2-二甲基环戊烷二甲基环戊烷1,1,4-三甲基环己烷三甲基环己烷*小取代基为小取代基为1位位.1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷 由由于于碳碳原原子子连连接接成成环环,环环上上C-C单单键键不不能能自自由由旋旋转转.只只要要环环上上有有两两个个碳碳原原子子各各连连有有不不同同的的原原子子或或基基团团,就有构型不同的顺反异构体就有构型不同的顺反异构体.顺顺-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷环烷烃的顺反异构环烷烃的顺反
3、异构:反反-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 -脂环烃的环上有双键脂环烃的环上有双键(或叁键或叁键).命名与开链烃相似命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体以不饱和碳环为母体,侧链为取侧链为取代基代基.碳环上的编号顺序碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最应是不饱和键所在的位置号码最小小.对于只有一个不饱和键的环烯对于只有一个不饱和键的环烯(或炔或炔)烃烃,双键或叁键双键或叁键位置可不标位置可不标.环辛炔环辛炔(2)环烯环烯(炔炔)烃烃环戊烯环戊烯1,3-环己二烯环己二烯(A)若只有一个不饱和碳上有侧链若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为该不饱和碳编号为1;(B)若若两两个个不不
4、饱饱和和碳碳都都有有侧侧链链或或都都没没有有侧侧链链,则则碳碳原原子子编编号号顺顺序序除除双双键键所所在在位位置置号号码码最最小小外外,还还要要同同时时以以侧侧链链位位置号码满足最低系列原则置号码满足最低系列原则.3-甲基甲基-1-环己烯环己烯带有侧链的环烯烃命名带有侧链的环烯烃命名:1-甲基甲基-1-环己烯环己烯 CH3 CH31265-甲基甲基-1,3-环戊二烯环戊二烯CH3125345341,6-二甲基二甲基-1-环己烯环己烯(3)双环化合物双环化合物-分子中含有两个碳环分子中含有两个碳环.螺螺原子原子双环化合物：分子中含有两个碳环的化合物。双环化合物：分子中含有两个碳环的化合物。螺环化
5、合物螺环化合物：其中两个碳环共用一个碳原子。其中两个碳环共用一个碳原子。桥环化合物：桥环化合物：共用两个或以上碳原子共用两个或以上碳原子.(a)组成环的碳原子总组成环的碳原子总数命名为数命名为“某烷某烷”,加上词头加上词头“螺螺”.(b)再把连接于螺原子再把连接于螺原子的两个环的碳原子数的两个环的碳原子数(不含不含螺原子螺原子 ),按由按由小到大小到大的次序写在的次序写在“螺螺”和和“某烷某烷”之间之间的方括号里的方括号里,数字用数字用圆点分开圆点分开.螺螺2.4庚庚烷烷(A)螺环化合物的命名螺环化合物的命名:螺螺3.4辛辛烷烷 固定格式：固定格式：螺螺a.b某烃某烃 (ab)螺螺环环上上的的
6、编编号号,从从连连接接螺螺原原子子(不不含含)上上的的一一个个碳碳开开始始,先先编编较较小小的的环环,然然后后经经过过螺螺原原子子再再编编第第二二个个环环.编编号号的顺序以取代基位置号码的顺序以取代基位置号码满足最低系列满足最低系列原则原则.5-甲基螺甲基螺2.4庚烷庚烷(c)带支链的螺烷带支链的螺烷双环双环2.2.1庚庚烷烷(B)桥环化合物的命名桥环化合物的命名(a)都有两个都有两个“桥头桥头”碳原子碳原子(即两个环共用的碳即两个环共用的碳 原子原子)和三条连在两个和三条连在两个“桥头桥头”上的上的“桥桥”.(b)组成环的碳原子总数命名为组成环的碳原子总数命名为某烷某烷,加词头加词头双环双环
7、.(c)各各“桥桥”所含碳原子数目所含碳原子数目,按由按由大到小大到小的次序的次序 写在写在“双环双环”和和“某烷某烷”之间的方括号里之间的方括号里.固定格式：双环固定格式：双环a.b.c某烃某烃 (a b c)双环双环2.1.0戊戊烷烷双环双环3.1.1庚庚烷烷(d)环上碳原子编号环上碳原子编号:从一个桥头碳原子从一个桥头碳原子(含含)开始开始,先先编最长的桥至第二个桥头编最长的桥至第二个桥头,再编余下的较长的桥再编余下的较长的桥,回到第一个桥头回到第一个桥头;最后编最短的桥最后编最短的桥.(e)编号的顺序以取代基位置号码满足最低系列原则编号的顺序以取代基位置号码满足最低系列原则.6-甲基双
8、环甲基双环3.2.2壬壬烷烷1,7-二甲基双环二甲基双环3.2.2壬壬烷烷8,8-二甲基双环二甲基双环3.2.1辛烷辛烷双环双环2.2.2-2,5,7-辛三辛三烯烯环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃要高环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃要高一些一些.相对密度也比相应的烷烃高相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻但比水轻.脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似.具有环状结构的特性具有环状结构的特性5.2 脂环烃的性质脂环烃的性质(一一)物理性质物理性质(二二)化学性质化学性质(1)取代反应取代反应 5.2 脂环烃的性质脂环烃的性质1.环烷烃的反应环烷烃的反应(2)氧化反氧化
9、反应应 在常温下，环烷烃与一般氧化剂都不起反应在常温下，环烷烃与一般氧化剂都不起反应 思考题思考题1:思考题思考题2:如何鉴别丙烷、环丙烷、丙烯？如何鉴别丙烷、环丙烷、丙烯？(3)加成反加成反应应 加氢加氢 加卤素加卤素 加加成成反反应应 加卤化氢加卤化氢 思考题思考题:环环的的破破裂裂发发生生在在含含H最最多多和和最最少少的的两两个个碳碳原子之间，且原子之间，且符合马氏符合马氏规律规律.2.环烯烃的反应环烯烃的反应环环烯烯烃烃的的性性质质与与开开链链烯烯烃烃类类似似，易加成、氧化等易加成、氧化等环烯烃的双键易被氧化剂环烯烃的双键易被氧化剂(KMnO4,O3等等)氧化而断裂氧化而断裂成开链的氧
10、化产物成开链的氧化产物:环烯烃的氧化反应环烯烃的氧化反应？3.环状二烯烃的反应环状二烯烃的反应 1,2 加成加成 和和 1,4 加成加成Diels-Alder双烯合成双烯合成环烷烃的燃烧热如下所示环烷烃的燃烧热如下所示：5.3 环烷烃的环张力和稳定性环烷烃的环张力和稳定性(1)烷烃每增加一个烷烃每增加一个CH2,燃烧热增值基本一定燃烧热增值基本一定,平均为平均为658.6 kJ/mol.(2)环烷烃环烷烃:每增加一个每增加一个 CH2,燃烧热增加燃烧热增加,平均每个平均每个 CH2 的燃烧热为的燃烧热为 Hc/n.总总 张张 力力 能能-环环 丙丙 烷烷 的的 总总 张张 力力 能能 38.5
11、 3=115.5 kJ/mol 每个每个CH2的燃烧热越大，环张力越大。的燃烧热越大，环张力越大。张力能张力能-环丙烷的环丙烷的 Hc/n 为为697.1 kJ/mol,比比烷烃的每烷烃的每 个个 CH2高高38.5 kJ/mol.这个差值就是环丙烷分这个差值就是环丙烷分 子中每个子中每个 CH2的的张力能张力能.环的稳定性：三元环四元环五元环的稳定性：三元环四元环五元 环环 六元环六元环 因因键键角角偏偏离离正正常常键键角角而而引引起起的的张张力力叫叫角张力角张力5.4 环烷烃的结构环烷烃的结构 键轨道的交盖键轨道的交盖交盖较好交盖较好交盖较差交盖较差一、环丙烷一、环丙烷烷烃是烷烃是sp3杂
12、化杂化,键角键角109.5,环烷烃的碳也是环烷烃的碳也是sp3杂化杂化,但键角不一样但键角不一样.内角内角90.四个碳原子不在一个平面上四个碳原子不在一个平面上.折叠式构象折叠式构象二、二、环丁烷的结构环丁烷的结构分子张力不大分子张力不大,因此环戊烷的化学性质比较稳定因此环戊烷的化学性质比较稳定.不不是是平平面面结结构构.因因C-H键键的的重重叠叠,有有较较大大扭扭转转张张力力.三、三、环戊烷的结构环戊烷的结构实际构象实际构象:折叠环的形式折叠环的形式-“信封式信封式”构象构象.四、环己烷的构象四、环己烷的构象 在环己烷分子中，六个碳原子不在同一平面内，碳碳键在环己烷分子中，六个碳原子不在同一
13、平面内，碳碳键之间的夹角可以保持之间的夹角可以保持109.5因此环很稳定。因此环很稳定。椅式椅式环己烷的结构和构象环己烷的结构和构象船式船式环己烷的结构和构象环己烷的结构和构象1.两种极限构象两种极限构象椅式和船式椅式和船式椅式构象稳定的原因：椅式构象稳定的原因：纽曼投影式纽曼投影式透视式透视式船式构象不稳定的原因：船式构象不稳定的原因：透视式透视式纽曼投影式纽曼投影式2.环己烷椅型构象中碳原子的空间分布环己烷椅型构象中碳原子的空间分布AA线为构象的线为构象的对称轴对称轴3.平伏键（平伏键（e键）与直立键（键）与直立键（a键）键）在在椅椅式式构构象象中中C-H键键分分为为两两类类。第第一一类类
14、六六个个C-H键键与与分分子子的的对对称称轴轴平平行行，叫叫做做直直立立键键或或a键键（其其中中三三个个向向环环平平面面上上方方伸伸展展，另另外外三三个个相相换换环环平平面面下下方方伸伸展展）；第第二二类类六六个个C-H键键与与直直立立键键形形成成接接近近109.5的的夹夹角角，平伏着向环外伸展，叫做平伏键或平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键。键。如下图：如下图：椅型构象中的两种椅型构象中的两种 C-H 键键 a键键(直立键直立键)e键键(平伏键平伏键)与对称轴与对称轴成成 109.5 在室温时，环己烷的椅式构象可通过在室温时，环己烷的椅式构象可通过C-C键的转动（而不经键的转动（而不经过碳碳
15、键的断裂），由一种椅式构象变为另一种椅式构象，在过碳碳键的断裂），由一种椅式构象变为另一种椅式构象，在互相转变中，原来的互相转变中，原来的a键变成了键变成了e键，而原来的键，而原来的e键变成了键变成了a键。键。当六个碳原子上连的都是氢时，两种构象是同当六个碳原子上连的都是氢时，两种构象是同一构象；连有不同基团时，则构象不同。一构象；连有不同基团时，则构象不同。通过通过C-C键的不断扭动键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型一种椅型翻转为另一种椅型 为为 a键键 为为e键键椅型构象的翻转椅型构象的翻转两种椅型构象是两种椅型构象是等同的分子等同的分子.4.取代环己烷的构象取代环己烷的构象1）一元取
16、代环己烷的构象）一元取代环己烷的构象 一元取代环己烷中，取代基可占据一元取代环己烷中，取代基可占据a键，键，也可占据也可占据e键，但占据键，但占据e键的构象更稳定。键的构象更稳定。例如：例如：原因：原因：a键取代基结构中的非键原子间斥键取代基结构中的非键原子间斥力比力比e键取代基的大（因非键原子间的距离小于键取代基的大（因非键原子间的距离小于正常原子键的距离所致）。从下图中原子在空正常原子键的距离所致）。从下图中原子在空间的距离数据可清楚看出。取代基越大间的距离数据可清楚看出。取代基越大e键型构键型构象为主的趋势越明显。象为主的趋势越明显。同一平面同一平面上的比较上的比较甲基甲基环己烷椅型构象
17、的翻转环己烷椅型构象的翻转两种椅型构象是两种两种椅型构象是两种不同结构不同结构的分子的分子.甲基连在甲基连在a键上的构象具有较高的能量键上的构象具有较高的能量,比较不稳定比较不稳定若有多个取代基若有多个取代基,往往是往往是 e 键键取代基最多取代基最多的构的构象最稳定象最稳定.若环上有不同取代基若环上有不同取代基,则则体积体积大的取代基连在大的取代基连在 e键键上的构象最稳定上的构象最稳定.取代基在取代基在e键上的构象较稳定键上的构象较稳定.同一平面上的比较同一平面上的比较.在同侧为在同侧为顺顺,a,e在异侧为在异侧为反反.a,a;e,e.2）二元取代环己烷的构象二元取代环己烷的构象（1）1，
18、2-二取代二取代（2）1，3-二取代二取代（3）1，4-二取代二取代？小结：小结：1环己烷有两种极限构象（椅式和船式），椅式环己烷有两种极限构象（椅式和船式），椅式 为优势构象。为优势构象。2一元取代基主要以一元取代基主要以e键和环相连。键和环相连。3多元取代环己烷最稳定的构象是多元取代环己烷最稳定的构象是e键上取代基键上取代基 最多的构象。最多的构象。4环上有不同取代基时，体积大的取代基在环上有不同取代基时，体积大的取代基在e键键 上构象稳定。上构象稳定。其他二元、三元等取代环己烷的稳定构象，其他二元、三元等取代环己烷的稳定构象，可用上述同样方法得知。可用上述同样方法得知。双环双环4.4.0癸烷癸烷(1)平面结构式平面结构式(2)构象构象十氢化萘的构象十氢化萘的构象顺十氢化萘顺十氢化萘反十氢化萘反十氢化萘顺式异构体顺式异构体-不稳定不稳定.环下方几个环下方几个 a 键上的氢原子比较靠拢键上的氢原子比较靠拢,有些拥挤有些拥挤,故分子能量较高故分子能量较高,比较不稳定比较不稳定.5.5 萜类和甾族化合物（自学）萜类和甾族化合物（自学）