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1、第六章 脂环烃本讲稿第一页，共二十五页脂环烃的分类脂环烃的分类脂环烃的分类脂环烃的分类1、按环上碳原子的饱和程度，可分为：环烷烃(通式CnH2n)环烯烃(通式CnH2n-2)环炔烃(通式CnH2n-4)环戊烷环戊烷环辛炔环辛炔环己烯环己烯脂环烃是由碳和氢两种元素组成的一类碳环化合物。脂环烃是由碳和氢两种元素组成的一类碳环化合物。2、按照分子中所含碳环的数目，可分为：按照分子中所含碳环的数目，可分为：单环脂环烃单环脂环烃 二环脂环烃二环脂环烃 环脂环烃环脂环烃本讲稿第二页，共二十五页单环脂环烃单环脂环烃二环脂环烃二环脂环烃多环脂环烃多环脂环烃环己烷环己烷环戊二烯环戊二烯甲基环己烷甲基环己烷十氢化
2、萘十氢化萘降冰片烷降冰片烷螺螺2,42,4庚烷庚烷立方烷立方烷棱烷棱烷篮烷篮烷金刚烷金刚烷包括：三元环、四元环、五元环、六元环等包括：三元环、四元环、五元环、六元环等本讲稿第三页，共二十五页6-16-16-16-1脂环烃的命名脂环烃的命名脂环烃的命名脂环烃的命名1 1、单环脂环烃、单环脂环烃(1)(1)在相应烷烃名称前加在相应烷烃名称前加“环环”字，称为字，称为“环某烷环某烷”；(2)(2)使所有取代基编号尽可能小；使所有取代基编号尽可能小；甲基环戊烷甲基环戊烷1,2-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷1-1-甲基甲基-3-3-乙基环己烷乙基环己烷(3)(3)环烯环烯(或炔或炔)烃编号时，把烃编
3、号时，把1,21,2位留给双位留给双(或三或三)键碳原子键碳原子。4-4-乙基环戊烯乙基环戊烯3,5-3,5-二甲基环己烯二甲基环己烯5-5-甲基环辛炔甲基环辛炔本讲稿第四页，共二十五页2 2、二环脂环烃、二环脂环烃 指分子碳架中含有两个碳环的烃。它又分为：联环烃联环烃 螺环烃螺环烃(螺烃螺烃)桥环烃桥环烃(桥烃桥烃)联二环己烷联二环己烷螺螺4.44.4壬烷壬烷二环二环4.4.04.4.0癸烷癸烷(十氢化萘十氢化萘)二环二环2.2.12.2.1庚烷庚烷(降冰片烷降冰片烷)本讲稿第五页，共二十五页二环桥环烷烃命名时，按成环碳原子数称为二环桥环烷烃命名时，按成环碳原子数称为 二环二环“某烷某烷”；
4、将各桥碳原子数由大到小用数字表示，用下角圆点分开放在方括号中，将各桥碳原子数由大到小用数字表示，用下角圆点分开放在方括号中，将括号放在将括号放在“二环二环”和和“某烷某烷”中间中间；编号从一个桥头开始，沿最长桥到另一桥头，再沿次长桥回到起始碳，最编号从一个桥头开始，沿最长桥到另一桥头，再沿次长桥回到起始碳，最后是最短桥；后是最短桥；将环上取代基位次和名称放在将环上取代基位次和名称放在“二环二环”之前。之前。2,8-2,8-二甲基二甲基-1-1-乙基二环乙基二环3.2.13.2.1辛烷辛烷7,7-7,7-二甲基二环二甲基二环2.2.12.2.1庚烷庚烷3,7,7-3,7,7-三甲基二环三甲基二环
5、4.1.04.1.0庚烷庚烷本讲稿第六页，共二十五页 二环螺环烃命名时以二环螺环烃命名时以“螺螺”为词头为词头,称称“螺某烷螺某烷”；将各环除螺原子以外的碳原子数由小环到大环用数字表示，用将各环除螺原子以外的碳原子数由小环到大环用数字表示，用圆点分开放在方括号中，括号放在圆点分开放在方括号中，括号放在“螺螺”和和“某烷某烷”中间；中间；编号从较小环与螺原子相邻的碳开始，沿小环经螺原子到较编号从较小环与螺原子相邻的碳开始，沿小环经螺原子到较大的环；大的环；支链命名与桥环烷烃相同。支链命名与桥环烷烃相同。(2)(2)螺环烷烃螺环烷烃螺螺2.42.4庚烷庚烷螺螺5.55.5十一烷十一烷5-5-甲基螺
6、甲基螺3.43.4辛烷辛烷本讲稿第七页，共二十五页6-26-26-26-2脂环烃的性质脂环烃的性质脂环烃的性质脂环烃的性质 一、物理性质 环烷烃的沸点、熔点和相对密度都较含同数碳原子环烷烃的沸点、熔点和相对密度都较含同数碳原子的开链脂肪烃为高。的开链脂肪烃为高。一些环烷烃的物理常数一些环烷烃的物理常数本讲稿第八页，共二十五页二、化学性质脂环烃的化学性质与脂肪烃相似，可发生卤化和氧化反应等。脂环烃的化学性质与脂肪烃相似，可发生卤化和氧化反应等。(1)(1)取代反应取代反应(2)(2)氧化反应氧化反应环己醇环己醇环己酮环己酮（大环相（大环相 烷，易取代烷，易取代）本讲稿第九页，共二十五页(3)(3
7、)加成反应加成反应环丙烷和环丁烷与烯烃相似，易开环进行加成。环丙烷和环丁烷与烯烃相似，易开环进行加成。（甲）加氢（甲）加氢（乙）加卤素（乙）加卤素不能用溴褪色不能用溴褪色的方法来区别的方法来区别环烷烃与烯烃！环烷烃与烯烃！1,4-1,4-二溴丁烷二溴丁烷1,3-1,3-二溴丙烷二溴丙烷本讲稿第十页，共二十五页（丙）加卤化氢（丙）加卤化氢取代环丙烷加成符合取代环丙烷加成符合Markovnikov Markovnikov 规则规则(4)(4)环烯烃的化学性质环烯烃的化学性质（甲）亲电加成（甲）亲电加成反反-1,2-1,2-二溴环己烷二溴环己烷反式加成反式加成（小环似烯，易加成）（小环似烯，易加成）
8、本讲稿第十一页，共二十五页（乙）氧化反应（乙）氧化反应（丙）（丙）-氢的自由基卤化氢的自由基卤化环己烯环己烯己二酸己二酸己二醛己二醛本讲稿第十二页，共二十五页6-36-36-36-3环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性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。由环丙烷到环戊烷，随环增大，每个亚甲基单元的燃烧热依次降低；由环丙烷到环戊烷，随环增大，每个亚甲基单元的燃烧热依次降低；由环己烷开始，亚甲基单元的燃烧热趋于恒定。由环己烷开始，亚甲基单元的燃烧热趋于恒定。本讲稿第十三页，共二十五页 由于角张力作用
9、，使得环丁烷和环丙烷分子稳定性下降，容易发生由于角张力作用，使得环丁烷和环丙烷分子稳定性下降，容易发生加成反应使环打开。加成反应使环打开。键角键角6060轨道夹角轨道夹角105.5105.5形成的是只有部分重叠的弯曲的形成的是只有部分重叠的弯曲的6 6键，键，有角张力存在，容易开环发生加成反应。有角张力存在，容易开环发生加成反应。环丙烷分子轨道图环丙烷分子轨道图The molecular orbital of cyclopropaneThe molecular orbital of cyclopropane本讲稿第十四页，共二十五页蝴蝶型蝴蝶型(环丁烷环丁烷)信封型信封型环戊烷环戊烷从环丁烷开
10、始，成环碳原子均不在同一平面上。从环丁烷开始，成环碳原子均不在同一平面上。本讲稿第十五页，共二十五页 环己烷分子中无张力；而七到十二个碳原子组成的环烷烃，环环己烷分子中无张力；而七到十二个碳原子组成的环烷烃，环内氢原子间的扭转张力使它们的稳定性略有下降。内氢原子间的扭转张力使它们的稳定性略有下降。当环进一步增大时当环进一步增大时,稳定性与环己烷相似。如环二十二烷就稳定性与环己烷相似。如环二十二烷就是无张力环：是无张力环：环二十二烷环二十二烷本讲稿第十六页，共二十五页6-46-46-46-4环己烷及其衍生物的构象环己烷及其衍生物的构象环己烷及其衍生物的构象环己烷及其衍生物的构象 环己烷的六个成环
11、碳原子不共平面，环己烷的六个成环碳原子不共平面，C CC CC C键角为键角为109.5109.5，是，是无张力环。无张力环。环己烷有椅型和船型两种极限构象：环己烷有椅型和船型两种极限构象：椅型椅型船型船型本讲稿第十七页，共二十五页 椅型构象和船型构象可以互相转变。船型环己烷比椅型能量高30kJmol-1，常温下平衡体系主要以稳定的椅型构象存在。船型分子中船型分子中存在扭转张存在扭转张力和氢原子力和氢原子之间的非键之间的非键张力张力本讲稿第十八页，共二十五页 环己烷中的碳氢键可分为两种类型，每个碳原子上有一个环己烷中的碳氢键可分为两种类型，每个碳原子上有一个a a键和一键和一个个e e键，在环
12、中上下交替排列。键，在环中上下交替排列。环己烷由一种椅型构象翻转为另一种椅型构象时，原来的环己烷由一种椅型构象翻转为另一种椅型构象时，原来的a a键都变为键都变为e e键，原来的键，原来的e e键都变为键都变为a a键。键。本讲稿第十九页，共二十五页 一取代环己烷的取代基在一取代环己烷的取代基在e e键上的构象占优势。取代基越大，这种键上的构象占优势。取代基越大，这种优势越明显。优势越明显。R=CHR=CH3 3时，时，95%95%处于处于e e键；键；R=(CHR=(CH3 3)3 3时，时，99.9%99.9%处处于于 e e键键 若环上连有不同的取代基，一般是体积大的取代基优先处若环上连
13、有不同的取代基，一般是体积大的取代基优先处于于e e键。键。顺顺-1-1-甲基甲基-4-4-叔丁基环丁烷叔丁基环丁烷本讲稿第二十页，共二十五页多取代的环己烷，一般取代基处于多取代的环己烷，一般取代基处于e e键最多的构象最稳定。例如杀虫剂键最多的构象最稳定。例如杀虫剂六六六的最稳定构象是六六六的最稳定构象是异构体而不是异构体而不是异构体：异构体：-异构体异构体(低活性低活性)异构体异构体(高活性高活性)本讲稿第二十一页，共二十五页6-56-56-56-5脂环化合物的立体异构脂环化合物的立体异构脂环化合物的立体异构脂环化合物的立体异构 当环上连有有两个或两个以上取代基时当环上连有有两个或两个以上
14、取代基时,产生顺反异构。产生顺反异构。若用构象式可表示为：若用构象式可表示为：反反-1,3-1,3-二甲基二甲基环丁烷环丁烷顺顺-1,4-1,4-二甲二甲基环己烷基环己烷反反-1,4-1,4-二甲二甲基环己烷基环己烷顺顺-1,3-1,3-二甲二甲基环丁烷基环丁烷顺顺-1,4-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷反反-1,4-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷本讲稿第二十二页，共二十五页又比如十氢化萘的两种异构体：又比如十氢化萘的两种异构体：反十氢化萘反十氢化萘(沸点沸点185)185)顺十氢化萘顺十氢化萘(沸点沸点194)194)某些脂环化合物也存在对映异构现象：某些脂环化合物也存在对映异构现象：1,2-1,2-二甲基二甲基环己烷环己烷1,2-1,2-环丙烷环丙烷二甲酸二甲酸顺式，非手性顺式，非手性反式，手性，旋光反式，手性，旋光顺式，非手性顺式，非手性反式，手性，旋光反式，手性，旋光本讲稿第二十三页，共二十五页小结：习题:P79本讲稿第二十四页，共二十五页6-66-66-66-6脂环烃的主要来源和制法脂环烃的主要来源和制法脂环烃的主要来源和制法脂环烃的主要来源和制法脂环烃主要来源于石油。(1)(1)芳香族化合物催化氢化芳香族化合物催化氢化(2)(2)分子内关环分子内关环 (Wurtz(Wurtz反应反应)(3)(3)其它方法其它方法本讲稿第二十五页，共二十五页