第三章环烷烃

1、授课教师：李步祥授课教师：李步祥 Chap.3 环烷烃环烷烃 分类：分类： 1. 单环烷烃：小环，单环烷烃：小环， 普通环（正常环），中环，普通环（正常环），中环， 大环大环 C数：数： 3-4 5-7 8-11 12 2. 多环烷烃：螺环烃，多环烷烃：螺环烃， 稠环烃，稠环烃， 桥环烃桥环烃 * *单环烷烃的通式：单环烷烃的通式：C Cn nH H2n 2n 不饱和度： 不饱和度：= = 四价原子数四价原子数+1+1+ 三价原子数三价原子数 一价原子数一价原子数 2 2 3.1 3.1 环烷烃的异构和命名环烷烃的异构和命名 1.1.环烷烃的异构环烷烃的异构 异构现象异构现象 构造异构：碳链异

2、构、官能团异构、构造异构：碳链异构、官能团异构、 位置异构、互变异构位置异构、互变异构 立体异构立体异构 构型异构：顺反异构、对映异构构型异构：顺反异构、对映异构 构象异构：构象异构： 构型（构型（configuration)configuration)：在具有一定构造的分子中，原在具有一定构造的分子中，原 子在空间的排列方式。子在空间的排列方式。 eg.eg.写出写出C C5 5H H10 10的构造异构体（考虑构型） 的构造异构体（考虑构型） 环烷烃的顺反异构：假定环中碳原子在一个平面上，以环环烷烃的顺反异构：假定环中碳原子在一个平面上，以环 平面为参考平面，两取代基在同一边的叫顺式（平面

3、为参考平面，两取代基在同一边的叫顺式（cis-)cis-)， 否则叫反式（否则叫反式（trans-)trans-)。 CH3 HH H3C CH3 H H H3C CH3 H H H3C CH3 H H H3C CH3 HH H3C CH3H H H3CCH3H HH3C eg.eg. 2.2.环烷烃的命名：环烷烃的命名： （1 1）单环烷烃：）单环烷烃： a.a.根据环中碳原子的数目叫根据环中碳原子的数目叫“环某烷环某烷”； b.b.环上取代基的位次和编号写在母体环烃名环上取代基的位次和编号写在母体环烃名 字前面，字前面，“编号编号”原则与烷烃相同；原则与烷烃相同； c.c.若有两个取代基，

4、则在最前面标明若有两个取代基，则在最前面标明“顺、顺、 反反”；d.d.若取代基碳链较长，则环作为取代基。若取代基碳链较长，则环作为取代基。 eg.eg. 2-2-甲基甲基-3-3-环丙基庚烷环丙基庚烷1,1-1,1-二甲基二甲基-3-3-异丙基环戊烷异丙基环戊烷 1-1-甲基甲基-3-3-环己基环戊烷环己基环戊烷 CH3 H H H3C Cl H （1 1R,2R,4R)-1,2-R,2R,4R)-1,2-二甲基二甲基-4-4-氯环戊烷氯环戊烷 2.2.环烷烃的命名：环烷烃的命名： （1 1）单环烷烃：）单环烷烃： a.a.根据环中碳原子的数目叫根据环中碳原子的数目叫“环某烷环某烷”； b.

5、b.环上取代基的位次和编号写在母体环烃名环上取代基的位次和编号写在母体环烃名 字前面，字前面，“编号编号”原则与烷烃相同；原则与烷烃相同； c.c.若有两个取代基，则在最前面标明若有两个取代基，则在最前面标明“顺、顺、 反反”；d.d.若取代基碳链较长，则环作为取代基。若取代基碳链较长，则环作为取代基。 eg.eg. 2-2-甲基甲基-3-3-环丙基庚烷环丙基庚烷1,1-1,1-二甲基二甲基-3-3-异丙基环戊烷异丙基环戊烷 1-1-甲基甲基-3-3-环己基环戊烷环己基环戊烷 CH3 H H H3C Cl H （1 1R,2R,4R)-1,2-R,2R,4R)-1,2-二甲基二甲基-4-4-氯

6、环戊烷氯环戊烷 2.2.环烷烃的命名：环烷烃的命名： （1 1）单环烷烃：）单环烷烃： a.a.根据环中碳原子的数目叫根据环中碳原子的数目叫“环某烷环某烷”； b.b.环上取代基的位次和编号写在母体环烃名环上取代基的位次和编号写在母体环烃名 字前面，字前面，“编号编号”原则与烷烃相同；原则与烷烃相同； c.c.若有两个取代基，则在最前面标明若有两个取代基，则在最前面标明“顺、顺、 反反”；d.d.若取代基碳链较长，则环作为取代基。若取代基碳链较长，则环作为取代基。 eg.eg. 2-2-甲基甲基-3-3-环丙基庚烷环丙基庚烷1,1-1,1-二甲基二甲基-3-3-异丙基环戊烷异丙基环戊烷 1-1

7、-甲基甲基-3-3-环己基环戊烷环己基环戊烷 CH3 H H H3C Cl H （1 1R,2R,4R)-1,2-R,2R,4R)-1,2-二甲基二甲基-4-4-氯环戊烷氯环戊烷 （2 2）多环烷烃）多环烷烃 螺环烃：螺环烃：a. a.根据成环的碳总数，叫螺根据成环的碳总数，叫螺 某烷某烷 b.b.两环除开共用两环除开共用C C外的外的C C数，由小到大，放于数，由小到大，放于 内，并用下角原点隔开内，并用下角原点隔开 c.c.编号：从小环编号：从小环共用共用C C大环（并尽可能使取大环（并尽可能使取 代基为此小）代基为此小） eg.eg. 5-5-甲基螺甲基螺2.42.4庚烷庚烷 Cl 5-

8、5-氯螺氯螺2.52.5辛烷辛烷 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 桥环烃（包括稠环烃）：两个或两个以上碳环共用两桥环烃（包括稠环烃）：两个或两个以上碳环共用两 个以上的碳原子。个以上的碳原子。 a.a.判断环数及总碳数，称几环判断环数及总碳数，称几环 某烷某烷 * *环数：将桥环烃变为开链化合物需要断开的环数：将桥环烃变为开链化合物需要断开的C-CC-C键的最小数键的最小数 b.b.将桥上碳原子数（不包括桥头碳）由多到少顺序列在将桥上碳原子数（不包括桥头碳）由多到少顺序列在 内，并用下角原点隔开（有几个桥就有几个数字）。内，并用下角原点隔开（有几个桥就有几个数字）。 c

9、.c.编号：从第一个桥头碳开始，从最长的桥编到第二个桥头编号：从第一个桥头碳开始，从最长的桥编到第二个桥头 碳，再沿次长的桥回到第一个桥头碳，即按桥渐短的次序将碳，再沿次长的桥回到第一个桥头碳，即按桥渐短的次序将 其余的桥依次编号。（若有取代基，则尽量使其位次较小）其余的桥依次编号。（若有取代基，则尽量使其位次较小） eg.eg. 二环二环4.2.04.2.0辛烷辛烷2,7,7-2,7,7-三甲基二环三甲基二环2.2.12.2.1庚烷庚烷 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 三环三环2.2.1.02.2.1.0

10、2,6 2,6 庚烷 庚烷 练习：练习： 1,2,4-1,2,4-三甲基二环三甲基二环4.3.04.3.0壬烷壬烷 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 CH3 CH3 H3C 3.2 3.2 环烷烃的物理性质和化学性质环烷烃的物理性质和化学性质 1.1.物理性质：物理性质：态：气态：气C C3 3-C-C4 4，液液C C5 5，m.p. d. s.m.p. d. s. 2.2.化学性质：化学性质： 共性：共性：同烷烃相似，光照或加热下发生自由基取代反应。同烷烃相似，光照或加热下发生自由基取代反应。 （难氧化）（难氧化） 特性：特性：小环的开环加成小环的开环加成 （1 1）

11、加氢：）加氢：+ +H2 NiNi 40400 0C,C,常压常压 CH3CH2CH3 + +H2 NiNi 1001000 0C,C,常压常压 CH3CH2CH2CH3 PtPt + +H2 3003000 0C,C,常压常压 CH3CH2CH2CH2CH3 （2 2）加溴）加溴 + +Br2 室温室温 BrCH2CH2CH2Br + +Br2 光照光照 Br + +Br2 光照光照 或或3003000 0C C Br （3 3）加溴化氢）加溴化氢 + +HBrCH3CH2CH2Br + +HBr不反应不反应 + +HBr 不反应不反应 结论：结论： （1 1）环丙烷活性最大，不稳定，易发生

12、开环加成（）环丙烷活性最大，不稳定，易发生开环加成（H2、 、 X2、 、HX）； ）； （2 2）其他环烷烃性质与开链烷烃相似，发生）其他环烷烃性质与开链烷烃相似，发生X2的自由基的自由基 取代反应；取代反应； （3 3）环丙烷衍生物开环位置：取代最多的）环丙烷衍生物开环位置：取代最多的C C与取代最少与取代最少 的的C C之间；之间； 加成位置：符合马氏规则。加成位置：符合马氏规则。 eg.eg. (CH3)2CCHCH2Br CH3 Br 马氏规则马氏规则：H加成到含加成到含H较多的较多的C上，上，X加成到含加成到含H较少的较少的C上。上。 Br2 + +HBr(CH3)2CCHCH3

13、CH3 Br 3.3 3.3 环烷烃的来源和用途环烷烃的来源和用途 3.4 3.4 环的张力环的张力 1.1.环丙烷及环丁烷的结构环丙烷及环丁烷的结构 2.2.拜尔张力学说拜尔张力学说( (A.von Baeyer, stain theory) 3.3.环烷烃的燃烧热环烷烃的燃烧热 4.4.张力能张力能 环环 产产 生生 张张 力力 的的 因因 素素 Enb 非键性相互作用：非键合的两原子或原子团距非键性相互作用：非键合的两原子或原子团距 离小于其范氏半径之和（强烈排斥）离小于其范氏半径之和（强烈排斥） El 键长变化：两成键原子间距离偏离正常键长；键长变化：两成键原子间距离偏离正常键长； E

14、 键角变化：键角偏离平衡值键角变化：键角偏离平衡值 E 扭转角变化扭转角变化 C CC 图图1. 环丙烷中环丙烷中sp3杂化轨道重叠示意图杂化轨道重叠示意图 3.53.5 环己烷的构象环己烷的构象 极限构象：船式极限构象：船式椅式（优势构象）椅式（优势构象）99%99%以上以上 讨论：讨论：为什么船式构象不稳定？为什么船式构象不稳定？ 椅式构象特点：椅式构象特点： 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 1 1 2 2 3 3 4 45 5 6 6 (1) (1) 六个六个C C分居两个平行平面（两平面相距分居两个平行平面（两平面相距5050pm)pm) (2) (2) 每个每个C C上有

15、两个上有两个C-HC-H键，其一为键，其一为a a键（直立）键（直立）垂直垂直 于平面；另一为于平面；另一为e e键（平伏）键（平伏）平行于平面。即平行于平面。即 1212个个C-HC-H键分为两组，一组为键分为两组，一组为a a键，一组为键，一组为e e键。键。 (3) (3) 两种椅式构象间可相互翻转两种椅式构象间可相互翻转 (4) (4) 相邻两组相邻两组a a键伸展方向相反，一个向上，一个向下，键伸展方向相反，一个向上，一个向下， e e键也如此。键也如此。 船式船式 椅式椅式 3.6 3.6 取代环己烷的构象分析取代环己烷的构象分析 1. 1. 一取代环己烷一取代环己烷 讨论：讨论： 甲基环己烷分子中甲基处于甲基环己烷分子中甲基处于e e键稳定还是处于键稳定还是处于a a键稳定？键稳定？ * *请画出叔丁基的优势构象。请画出叔丁基的优势构象。 2. 2. 多取代环己烷多取代环己烷 结论：结论： （1 1）环己烷多元取代物的最