第五章环烷烃

1、第五章第五章 脂环烃脂环烃 基本要求：基本要求： （1）、）、 掌握脂环烃的命名掌握脂环烃的命名 （2）、掌握小环（三元环、四元环）的化学特性。）、掌握小环（三元环、四元环）的化学特性。 （3）、了解环的大小与稳定性的关系。）、了解环的大小与稳定性的关系。 （4）、掌握环已烷、取代环己烷的构象。）、掌握环已烷、取代环己烷的构象。 一、脂环烃的分类一、脂环烃的分类 5脂环烃的分类及命名脂环烃的分类及命名 脂环烃脂环烃 饱和脂环烃饱和脂环烃 不饱和脂环烃不饱和脂环烃 脂环烃脂环烃 单环烃单环烃 多环烃多环烃 小环小环 C3-C4 中环中环 C5-C12 大环大环 C12以上以上 螺环烃、桥环烃螺环

2、烃、桥环烃 二、脂环烃的命名二、脂环烃的命名 1.单环烃的命名：单环烃的命名： 环烷烃的命名与烷烃相似，只是在烷字的前环烷烃的命名与烷烃相似，只是在烷字的前 面加上一面加上一“环环”字，称为环某烷字，称为环某烷 环丙烷环丙烷 环己烷环己烷 编号时，有两个以上不同的取代基时，以含编号时，有两个以上不同的取代基时，以含 碳最少碳最少(次序规则排序小次序规则排序小)的取代基作为的取代基作为1位。使环位。使环 上取代基的位次尽可能最小。上取代基的位次尽可能最小。 1 甲基甲基 4 异丙基环己烷异丙基环己烷 1 甲基甲基 2 乙基环戊烷乙基环戊烷 若环上取代基比较复杂，环作为取代基，链烃若环上取代基比较

3、复杂，环作为取代基，链烃 为母体。为母体。 6 6 甲基甲基 2 2 环丙基辛烷环丙基辛烷 2.多环化合物的命名：多环化合物的命名： 1）、螺环化合物的命名：）、螺环化合物的命名： 螺环烃：分子中两个碳环共用一个碳原子。螺环烃：分子中两个碳环共用一个碳原子。 单螺环，根据成环碳原子的总数称为螺某烃，再分单螺环，根据成环碳原子的总数称为螺某烃，再分 别把两个碳环除螺原子后的碳原子数，用数字表示，别把两个碳环除螺原子后的碳原子数，用数字表示， 按小的在前、大的在后的次序放在按小的在前、大的在后的次序放在“螺螺”与某烃之与某烃之 间的间的方括号方括号中，数字之间用中，数字之间用下角圆点下角圆点“.

4、.”隔开。螺隔开。螺 环的编号是从小环中与螺原子相邻的一个碳原子开环的编号是从小环中与螺原子相邻的一个碳原子开 始，始，编完小环再编螺原子和大环编完小环再编螺原子和大环。如果螺环有取代。如果螺环有取代 基或不饱和键，则绕环的方向应加选择，务使取代基或不饱和键，则绕环的方向应加选择，务使取代 基或不饱和键处于最小的位次。基或不饱和键处于最小的位次。 螺2.4庚烷螺4.4壬烷 1，7-二甲基螺2.4壬烷 6-甲基-1-乙基螺4.5癸烷 2）.桥环化合物的命名：桥环化合物的命名： 桥环烃桥环烃 ：两个环共用两个或两个以上碳原子；共有：两个环共用两个或两个以上碳原子；共有 的两个碳原子为桥头，两桥头之

5、间的碳链为桥。的两个碳原子为桥头，两桥头之间的碳链为桥。 确定母体名称。以参与成环碳原子总数（不含确定母体名称。以参与成环碳原子总数（不含 支链）称为某烃；支链）称为某烃；注明环数。用二环、三环等注明环数。用二环、三环等 做词头，切断成为链烃的次数为环数；做词头，切断成为链烃的次数为环数；找出桥找出桥 头碳原子头碳原子 ，数出每条桥所含的碳原子数（桥头数出每条桥所含的碳原子数（桥头 碳不计），按由多到少的次序用数字表示，放在碳不计），按由多到少的次序用数字表示，放在 词头和母体名称之间的方括号中，数字之间用下词头和母体名称之间的方括号中，数字之间用下 角圆点角圆点“.”隔开；隔开；将桥环碳原子

6、编号。从一个将桥环碳原子编号。从一个 桥头碳原子开始沿最长的桥到另一桥头碳原子，桥头碳原子开始沿最长的桥到另一桥头碳原子， 再沿次长的桥编回到起始桥头碳原子再沿次长的桥编回到起始桥头碳原子, , 再循次次再循次次 长桥编号，依次类推。如果环上有取代基，则从长桥编号，依次类推。如果环上有取代基，则从 靠近取代基的桥头开始编号，使取代基最小的位靠近取代基的桥头开始编号，使取代基最小的位 次，然后将取代基的位次和名称放在词头之前，次，然后将取代基的位次和名称放在词头之前， 即得化合物的全名。即得化合物的全名。 二环二环4.2.04.2.0辛烷辛烷二环二环3.2.13.2.1辛烷辛烷 1 1，2 -

7、2 - 二甲基二环二甲基二环2.2.02.2.0己烷己烷 2 2，8 8，8 -8 - 三甲基二环三甲基二环3.2.13.2.1辛烷辛烷 2 2，9 - 9 - 二二甲基二环甲基二环4.3.04.3.0壬烷壬烷 52脂环烃的性质脂环烃的性质 一、一、 取代反应取代反应 H + ClCl h Cl + HCl 环戊烷环戊烷 环戊基氯环戊基氯(93%) + Br2 300 C o Br + HBr 二、二、 氧化反应氧化反应 +O2 OH T P 三、三、 小环反应小环反应 催化氢化催化氢化 与卤素反应与卤素反应 小环环烷烃，小环环烷烃，环的张力，易于开环，发生加成反应环的张力，易于开环，发生加成

8、反应 与卤化氢反应与卤化氢反应 环丙烷的烷基衍生物与环丙烷的烷基衍生物与HXHX加成时，符合马氏加成时，符合马氏 规则，氢原子加在含氢较多的碳原子上，规则，氢原子加在含氢较多的碳原子上，X X- -负负 离子加在含氢最少的碳原子上。离子加在含氢最少的碳原子上。 H3CCHCH2 CH2 + HBrCH3CHCH2CH2 BrH 小环烃不与高锰酸钾反应，但能使溴水褪色，小环烃不与高锰酸钾反应，但能使溴水褪色， 可用于鉴别。可用于鉴别。 53环烷烃的结构与稳定性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。环烷烃随着环的大小不同，其稳定性不尽相同。 拜耳的张力学说：拜耳的张力学说

9、： 当碳与其他原子连结时，当碳与其他原子连结时， 任何两个键之间夹角都为四面体角任何两个键之间夹角都为四面体角(109.5(109.5) ) 碳环中的碳原子都在同一平面内碳环中的碳原子都在同一平面内, ,键角与键角与 109.109. 相差越大越不稳定。环丙烷是三角形，夹角是相差越大越不稳定。环丙烷是三角形，夹角是 6060不能是不能是1091092828，必须压缩到适应环的，必须压缩到适应环的 几何形状，这些与正常的四面体键角（几何形状，这些与正常的四面体键角（109.5109.5） 的偏差，引起了分子的张力，力图恢复正常键角，的偏差，引起了分子的张力，力图恢复正常键角， 这种力称做角张力，

10、这样的环叫做这种力称做角张力，这样的环叫做“张力环张力环”。 环烷烃的稳定性：环烷烃的稳定性： 环己烷环己烷 环戊烷环戊烷 环丁烷环丁烷 环丙烷环丙烷 环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。 环丙烷的结构：环丙烷的结构： CH2 CH3 CH3 109.5 C C C HH H H H H 60 114 105.5 图图5-1 丙烷及环丙烷分子中碳碳键丙烷及环丙烷分子中碳碳键 原子轨道交盖情况原子轨道交盖情况 蝴蝶式 环丁烷环丁烷 信封式 半椅式 环戊烷环戊烷 环己烷的碳骨架不是平面结构，环己烷的碳骨架不是平面结构， C键键 角为角为109.5。通过旋转。通过旋转

11、键和键角的改变，可以得键和键角的改变，可以得 到两种构象：到两种构象： 椅型椅型 船型船型 环己烷的椅式和船式构象环己烷的椅式和船式构象 54环己烷的构象环己烷的构象 环己烷椅型构象环己烷椅型构象 环己烷船型构象环己烷船型构象 环己烷椅型和船型构象的模型环己烷椅型和船型构象的模型 椅型构象和船型构象可以相互转变，椅型构象和船型构象可以相互转变， 但椅型构象比船型构象稳定：但椅型构象比船型构象稳定： 0.25 nm 1 2 3 4 5 6 0.18 nm 1 23 4 56 3 H H H H H H H H H H H H 1 2 4 5 6CH2 CH2 HH H HH H HH 1 4 5

12、3 62 椅型构象稳定的原因：椅型构象稳定的原因： 所有的键处于交叉式所有的键处于交叉式 1 23 4 56 H HH H H H H H H H H H CH2 CH2 H H HH H H HH 4 1 5 6 3 2 e 1 2 4 5 6 3 a e a e ae e a a a e e e e e e e 在船型构象中，所有的在船型构象中，所有的CH键处于重叠式键处于重叠式。 在椅型构象中，在椅型构象中，C1、C3、C5 原子在一个平面原子在一个平面 上；上；C2、C4、C6 原子在另一个平面上。原子在另一个平面上。 12个个CH 键分为两类：键分为两类：6个个CH 键处于直立键处于

13、直立 键键(a键键)，6个个CH 键处于平伏键键处于平伏键(e键键)。 a a a a a a 翻翻转转 椅型构象椅型构象 纽船型构象纽船型构象 船型构象船型构象 半椅型构象半椅型构象 环己烷可以由一种椅型构象翻转成另一种椅型环己烷可以由一种椅型构象翻转成另一种椅型 构象，原来的构象，原来的a键变为键变为e键，原来的键，原来的e键变为键变为a键：键： 一种椅型构象经半椅型、纽船型、船型翻转一种椅型构象经半椅型、纽船型、船型翻转 成另一种椅型构象。在能量上：成另一种椅型构象。在能量上： 在一取代的环己烷分子中，取代基可以处在在一取代的环己烷分子中，取代基可以处在a 键上，也可以处在键上，也可以处

14、在e 键上：键上： 1 3 CH3 H H H CH3 H 1 3 2 2 4 4 556 6 当取代基处在当取代基处在a 键时，它与键时，它与3, 5位的位的H原子存在原子存在 着非键张力，使得构象不稳定而翻转。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同时，取代基与相邻碳原子上的CH2处处 于邻位交叉，而当取代基处于于邻位交叉，而当取代基处于e 键上时，取代基与键上时，取代基与 相邻碳原子上的相邻碳原子上的CH2处于对位交叉。处于对位交叉。 55取代环己烷的构象取代环己烷的构象 1 CH3 2 H H H 1 CH3 2 H H H CH3 CH2 CH2 H H H 1 2 CH3 CH2 CH2 H H H 1 2 取代基处在取代基处在e 键上稳定。键