第六章 脂环烃

1、第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名第二节第二节 环烷烃的物理性质环烷烃的物理性质第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性第四节第四节 脂环烃的化学性质脂环烃的化学性质第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名一一 脂环烃的分类脂环烃的分类脂环烃环碳原子的饱和程度碳环数目环烷烃 CnH2n 环烯烃环炔烃单环双环多环CnH2n-2CnH2n-4单环环烷烃通式：单环环烷烃通式：CnH2n（与烯烃通式相同）与烯烃通式相同）第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名一一 脂环烃的分类脂环烃的分类成环碳原子数小环（C3 C4）常见环（C5 C6）中环（C7 C

2、11）大环（C12以上）第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名1. 单环脂环烃的系统命名单环脂环烃的系统命名根据环中碳原子的数目叫根据环中碳原子的数目叫“环某烃环某烃”；环上取代基的位次和编号写在母体环烃环上取代基的位次和编号写在母体环烃名字前面，名字前面，“编号编号”原则与链烃相同；原则与链烃相同；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”；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。第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名1. 单环脂环烃的系统命名单环

3、脂环烃的系统命名甲甲基基环环丙丙烷烷1 1, ,3 3- -二二甲甲基基环环己己烷烷1 1, ,5 5- -二二甲甲基基环环己己烷烷12312341 1- -甲甲基基- -4 4- -异异丙丙基基环环己己烷烷CH3methylcyclopropane1, 3-dimethylcyclohexane1-isopropyl-4-methylcyclohexane第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名1. 单环脂环烃的命名单环脂环烃的命名CH3HCH3HCH3HHCH3顺顺-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷cis-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷反反-1,4

4、-二甲基环己烷二甲基环己烷transs-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名1. 单环脂环烃的命名单环脂环烃的命名CH3HCH3H顺-1,3-二甲基环戊烷(1R,3S)-1,3-二甲基环戊烷CH3HCH3HCH3HCH3H(1R,3R)-1,3-二甲基环戊烷反-1,3-二甲基环戊烷(1S,3S)-1,3-二甲基环戊烷（两者为对映异构体）第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名一一 脂环烃的命名脂环烃的命名1. 单环脂环烃的系统命名单环脂环烃的系统命名环烃基的名称环烃基的名称环环丙丙基基环环己己烷烷3 3- -

5、甲甲基基- -4 4- -环环丁丁基基庚庚烷烷34第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名2. 桥环脂环烃的系统命名桥环脂环烃的系统命名（1）双环桥环脂环烃的命名）双环桥环脂环烃的命名确定母体名称：以参与成环的碳原子数作为母体名确定母体名称：以参与成环的碳原子数作为母体名称；称；注明环数：用注明环数：用“二环二环”，置于母体名称之前；，置于母体名称之前；注明桥的结构：将各个桥上碳原子数由多到少排列，注明桥的结构：将各个桥上碳原子数由多到少排列，并用圆点隔开，置于环数后面方括号内；并用圆点隔开，置于环数后面方括号内；编号：从桥头开始，先长桥后短桥，同时尽可

6、能给编号：从桥头开始，先长桥后短桥，同时尽可能给官能团和取代基以最低编号。官能团和取代基以最低编号。书写出化合物名称。书写出化合物名称。第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名2. 桥环脂环烃的命名桥环脂环烃的命名（1）双环桥环脂环烃的命名）双环桥环脂环烃的命名二环4. 4. 0癸烷12345678910桥桥头头碳碳原原子子环环的的数数目目桥桥头头间间的的碳碳原原子子数数 ( (用用 . . 隔隔开开) )组组成成桥桥环环的的碳碳原原子子总总数数二环4. 4. 0癸烷（十氢萘）Bicyclo4. 4. 0decane第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃

7、的分类和命名一一 脂环烃的命名脂环烃的命名2. 桥环脂环烃的系统命名桥环脂环烃的系统命名（1）双环桥环脂环烃的命名）双环桥环脂环烃的命名二二环环 2. 2. 1 庚庚烷烷123456712345672, 7, 7- -三三甲甲基基二二环环 2. 2. 1 庚庚烷烷1234567898- -甲甲基基二二环环 4. 3. 0 壬壬烷烷第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名2. 桥环脂环烃的系统命名桥环脂环烃的系统命名（2）多环桥环脂环烃的命名）多环桥环脂环烃的命名确定母体名称：以参与成环的碳原子数作为母体名称。确定母体名称：以参与成环的碳原子数作为母体名称

8、。确定环数：将其切开为链状化合物所需最少的切割次数。确定环数：将其切开为链状化合物所需最少的切割次数。确定主环：含碳原子最多的环。确定主环：含碳原子最多的环。选择主桥，标明结构：以主环内最长桥为主桥，仍有选择余地，选择主桥，标明结构：以主环内最长桥为主桥，仍有选择余地，选择能较对称切割主环的桥。选择能较对称切割主环的桥。编号：主环上从桥头开始，先长桥后短桥，同时尽可能给次桥编号：主环上从桥头开始，先长桥后短桥，同时尽可能给次桥（键桥）以最低编号。（键桥）以最低编号。标明次桥：与主环相连碳原子的编号。标明次桥：与主环相连碳原子的编号。书写出化合物名称。书写出化合物名称。第一节第一节 脂环烃的分类

9、和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名2. 桥环脂环烃的系统命名桥环脂环烃的系统命名（2）多环桥环脂环烃的命名）多环桥环脂环烃的命名1234567三三环环 2. 2. 1. 02, 6 庚庚烷烷用用 , , 隔隔开开12345678910三环三环3.3.1.13,7癸烷癸烷12345678三环三环3.2.1.02,4辛烷辛烷第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名3. 螺环脂环烃的系统命名螺环脂环烃的系统命名（1）单螺环脂环烃的命名）单螺环脂环烃的命名确定母体名称：以参与成环的碳原子数确定为螺某烃；确定母体名称：以参与成环的碳原子数确定为

10、螺某烃；注明螺环的结构：将各个环上碳原子数（螺原子除外）注明螺环的结构：将各个环上碳原子数（螺原子除外）由少到多排列，并用圆点隔开，置于由少到多排列，并用圆点隔开，置于“螺螺”字后面方括字后面方括号内；号内；编号：从小环靠近螺原子开始，螺原子参与编号，同时编号：从小环靠近螺原子开始，螺原子参与编号，同时尽可能给官能团和取代基以最低编号。尽可能给官能团和取代基以最低编号。书写出化合物名称。书写出化合物名称。第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名3. 螺环脂环烃的系统命名螺环脂环烃的系统命名（1）单螺环脂环烃的命名）单螺环脂环烃的命名12345678910

11、螺螺 4. 5 癸癸烷烷12345674- -甲甲基基螺螺 2. 4 庚庚烷烷spiro4. 5decane4-methylspiro2. 4heptane第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名3. 螺环脂环烃的系统命名螺环脂环烃的系统命名（2）多螺环脂环烃的命名）多螺环脂环烃的命名确定母体名称：以参与成环的碳原子数确定为螺烃母体。确定母体名称：以参与成环的碳原子数确定为螺烃母体。注明螺数：根据螺原子数确定为注明螺数：根据螺原子数确定为“二螺二螺”、“三螺三螺”等，置于螺烃等，置于螺烃母体前面。母体前面。编号：从连接末端螺原子的小环开始，同时给所有螺原

12、子尽可能低编号：从连接末端螺原子的小环开始，同时给所有螺原子尽可能低的编号。的编号。注明螺环的结构：将螺原子之间的碳原子数（螺原子除外）依次排注明螺环的结构：将螺原子之间的碳原子数（螺原子除外）依次排列，并用圆点隔开，置于列，并用圆点隔开，置于“螺螺”字后面方括号内。字后面方括号内。注意：尽可能给官能团和取代基以最低编号。注意：尽可能给官能团和取代基以最低编号。书写出化合物名称。书写出化合物名称。第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名3. 螺环脂环烃的系统命名螺环脂环烃的系统命名（2）多螺环脂环烃的命名）多螺环脂环烃的命名123456789111213

13、14151610二螺二螺5.1.6.2十六烷十六烷第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名4. 脂环烃的其它命名方法脂环烃的其它命名方法 立立方方烷烷金金刚刚烷烷按按形形象象命命名名十十氢氢萘萘按按衍衍生生物物命命名名camphor萘萘Decahydro-naphthaleneO2-莰莰酮酮（樟樟脑脑）莰莰烷烷naphthalenecamphane第一节第一节 脂环烃的分类和命名脂环烃的分类和命名二二 脂环烃的命名脂环烃的命名5. 不饱和度计算不饱和度计算u = n-2第二节第二节 环烷烃的物理性质环烷烃的物理性质一一 环烷烃的物理性质环烷烃的物理性质

14、环烷烃的熔点、沸点、密度均环烷烃的熔点、沸点、密度均比相应的烷烃高。比相应的烷烃高。第二节第二节 环烷烃的物理性质环烷烃的物理性质二二 环烷烃的燃烧热环烷烃的燃烧热CnH2n+O2CO2H2OQ+每个每个CH2的燃烧热的燃烧热每个每个CH2的燃烧热的燃烧热环丙烷环丙烷697.1环辛烷环辛烷663.8环丁烷环丁烷686.1环壬烷环壬烷664.6环戊烷环戊烷664.0环癸烷环癸烷663.6.环己烷环己烷658.6环十四烷环十四烷658.6环庚烷环庚烷662.4环十五烷环十五烷659.0开链烷烃开链烷烃658.6平均燃烧热反映环烷烃的能量高低及稳定性大小。平均燃烧热反映环烷烃的能量高低及稳定性大小。

15、第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性一环丙烷的结构一环丙烷的结构角张力（角张力（angle strain）：）：环环的角度与的角度与sp3轨道夹角差别引轨道夹角差别引起的张力。起的张力。扭转张力：试图恢复扭转张力：试图恢复交叉式构象的力。交叉式构象的力。第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性一环丙烷的结构一环丙烷的结构1885 年年Baeyer提出张力学说提出张力学说6 60 0。1 10 09 9. .5 5。2 24 4。4 44 4 二二. 环丁烷环丁烷若为平面型分子若为平面型分子有角张力和扭转张力有角张力和扭转张力HHHHHHHHHHHHHH12341

16、234HH90oC1- -C2C4- -C3相相邻邻C- -H 处处于于重重叠叠式式构构象象稳定构象稳定构象角张力稍增加角张力稍增加, 扭转张力明显扭转张力明显减小减小HHHHHHHH1234HHHHH2C123H2C4相相邻邻C- -H 处处于于邻邻位位交交叉叉式式构构象象88oC1- -C2第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性三三. 环戊烷环戊烷“信封信封”状分状分子子第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性HHHHHHHH1234HH5HH4HH5HHHHH2C12CH24H2C35C4- -C5 为为全全重重叠叠式式构构象象C1- -C2, C2- -C

17、3 为为交交叉叉式式C4- -C5C1- -C2环戊烷分子中，碳碳键的夹角为环戊烷分子中，碳碳键的夹角为108，接近，接近sp3杂化杂化轨道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。轨道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性120o如果如果环己烷的环己烷的 6 个碳原子在同一平面上个碳原子在同一平面上: 将有角张力（偏离将有角张力（偏离109.5o） 将有扭转张力（将有扭转张力（C-H重叠）重叠）1. 环己烷的结构环己烷的结构四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性2. 环己烷的环己烷的典型构象

18、典型构象半半椅椅式式(half chair form)扭扭船船式式(twist boat form)最最稳稳定定最最不不稳稳定定较较不不稳稳定定较较稳稳定定向向上上翻翻椅椅式式(chair form)船船式式(boat form)四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性2. 环己烷的环己烷的典型构象典型构象HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH椅椅式式 (chair form)船船式式 (boat form)123456123456C2, C3, C5, C6 共共平平面面109.5o4623.55.4势势能能kJ / mol扭扭转转过过程程各种环己

19、烷构象的势能图各种环己烷构象的势能图环己烷椅式构象的画法环己烷椅式构象的画法HHHHHHHHHHHH 相间的两根键相间的两根键相互平行（画相互平行（画 Z 字形）字形） 六个碳原子交替分布在六个碳原子交替分布在两个平面两个平面上上 每个碳均有一根每个碳均有一根C-H键在垂直方向，键在垂直方向，上平面的向上画上平面的向上画， 下平面的向下画下平面的向下画 其它其它C-H键键分别向左分别向左（左边的三个）或（左边的三个）或向右向右（右边的（右边的 三个），且上下交替三个），且上下交替四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性3. 椅式构象中的两种类型椅式构象中的两种

20、类型C-H键键HHHHHHHHHHHH123456CH : a键 (axial bond)竖竖键键, , 直直键键, , 直直立立键键CH : e键 (equatorial bond)横横键键, , 平平键键, , 平平伏伏键键HHHHHHHH612543椅式构象中椅式构象中C-H键的键的顺反关系顺反关系HHHHHHHHHHHH123456相邻碳上的相邻碳上的a键键和和e键键为顺式为顺式两个两个相邻的相邻的a键键（或（或e键键）为）为反式反式a键和键和e键的相互转换键的相互转换翻转后翻转后,原来的原来的a键键转变转变为为e键键,而而e键键转变为转变为a键键HHHHHHHHHHHH123456H

21、HHHHHHHHHHH123456翻翻转转四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性4. 单取代环己烷的构象单取代环己烷的构象H3CCHHHHH1，3- -竖竖键键作作用用C1- -C2C5- -C4123456HHHHHHH3CH612543CH3与C3为为对对位位交交叉叉CH3HHHHHHHC1- -C2C5- -C4612345126354CH3与C3为为邻邻位位交交叉叉优优势势构构象象， 室室温温时时占占95%（有有排排斥斥力力）叔丁基环己烷的构象叔丁基环己烷的构象有非常大的有非常大的1. 3-竖键作用竖键作用(H3C)3C室室温温: : 100%CCC

22、CHHHHHHHHHHH四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象(1) 1,1-二取代环己烷二取代环己烷MeMeCHMe2Me优势构象优势构象四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象(2) 1,2-二取代环己烷二取代环己烷CH3CH3HH1, 2-cis(顺式)1R,2SCH3CH3CH3CH3能能量量相相等等1221121,2-顺式顺式四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性5. 二取代环己烷的构象二取代环己

23、烷的构象(2) 1,2-二取代环己烷二取代环己烷CH3CH3HH1R, 2RCH3CH3CH3CH3优优势势构构象象111222CH3CH3HH1S, 2S12优优势势构构象象1122CH3CH3CH3CH31,2-反式反式四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象(2) 1,2-二取代环己烷二取代环己烷优势构象优势构象优势构象优势构象CHMe2MeMeCHMe2四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象(2) 1,2-二取代环己烷二取代环己烷优势

24、构象优势构象优势构象优势构象CHMe2MeCHMe2Me四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象(3) 1,3-二取代环己烷二取代环己烷四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象(4) 1,4-二取代环己烷二取代环己烷H3CCH3HH1, 4-cis( (顺顺式式) )CH3H3CH3CCH3能能量量相相等等144411H3CCH3HH1, 4-trans( (反反式式) )优优势势构构象象CH3CH3H3CCH3141441四四. 环己烷环己烷

25、第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象(4) 1,4-二取代环己烷二取代环己烷CHMe2MeCHMe2Me四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性5. 二取代环己烷的构象二取代环己烷的构象四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性6. 多取代环己烷的构象多取代环己烷的构象MeMeMeCMe3MeMeCMeCMe3四四. 环己烷环己烷第三节第三节 环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性7. 十氢萘的构象十氢萘的构象H HH HH HH H顺顺 式式H HH HH HH H反反 式式第四节第四节 脂环烃的化学性质脂环烃的化学性质一一 环烷烃的化学性质环烷烃的化学性质1. 取代反应取代反应rt.hvor 300oC+ HBr+ Br2BrX = Cl,Br+XXX2hv+X2hv第四节第四节 脂环烃的化学性质脂环烃的化学性质一