烷烃和环烷烃-环烷烃（有机化学课件）

环烷烃的结构、分类与命名环烷烃的结构132环烷烃的分类环烷烃的命名环烷烃的结构132环烷烃的分类环烷烃的命名

分子中具有碳环结构，性质与链状脂肪烃相似的一类有机化合物称为脂环族烃，简称脂环烃，脂环烃及其衍生物数目众多，广泛存在于自然界。环烯醚萜类化合物胆甾酸1、萜类化合物：指存在自然界中、分子式为异戊二烯单位的倍数的烃类及其含氧衍生物。这些含氧衍生物可以是醇、醛、酮、羧酸等。萜类化合物广泛存在于自然界，是构成某些植物的香精、树脂、色素等的主要成分。如玫瑰油、桉叶油、松脂等都含有多种萜类化合物。2、甾族化合物：环戊烷并全氢菲类化合物总称。又称类固醇。这类化合物由于含有4个环和3个侧链，故用一象形字“甾”为其中文名，总称甾族化合物。广泛存在于自然界。很多甾族化合物具有特殊生理效能。例如，激素、维生素、毒素和药物等是重要的生物调节剂。

在脂环烃中，参与成环的碳原子数目与环的稳定性密切相关；具有相同碳原子数目的脂环烃，由于碳原子在空间的排列方式不同，其稳定性也不相同。1、分子的燃烧热与稳定性

1mol化合物分子燃烧时放出的热量称为该化合物的分子燃烧热。有机化合物分子的平均燃烧热高，说明该化合物分子的内能高，分子的内能越高，分子越不稳定！在开链烷烃中，不论分子中含有多少个碳原子，每个系差（CH2）的燃烧热都接近654.8KJ/mol，而在脂环烃中，每个系差（CH2）的燃烧热却因环的大小不同而差异较大。一、脂环烃的结构与稳定性化合物碳原子数分子燃烧热KJ/mol

平均每个CH2的燃烧热KJ/mol环丙烷32078.6692.9环丁烷42728.0682.0环戊烷53299.1659.8环己烷63928.8654.8开链烷烃--------654.8

含有3个碳原子的环丙烷和含有4个碳原的环丁烷分子中每个系差（CH2）的燃烧热较高，说明环丙烷和环丁烷的内能较高，很不稳定。含有5个碳原子的环戊烷和含有6个碳原的环己烷分子中每个系差（CH2）的燃烧热与开链烷烃接近或者相同，说明环戊烷和环己烷的内能较低，比较稳定。2、分子的结构与稳定性为什么分子中碳原子数目不同会导致稳定性的差异呢？原因是与脂环烃分子中成环碳原子的键角有关。

1、椅式排列：环中的四个碳原子在同一平面上，其中一个碳原子在平面上方，另一个碳原子在平面下方的排列方式。

2、船式排列：环中的四个碳原子在同一平面上，其余两个碳原子同在平面上方的排列方式。

3、椅式排列比船式排列稳定：原因是两个碳原子分别处于平面的上、下方，空间距离最远，斥力最小，能量最低，所以也最稳定。环烷烃的结构132环烷烃的分类环烷烃的命名1、按分子中有无不饱和键分类：分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃。

一、脂环烃的分类不饱和脂环烃饱和脂环烃2、按分子中碳环的数目分类：分为单环脂环烃和多环脂环烃。

多环脂环烃单环脂环烃单环烷烃可因环的大小不同，环上支链的位置不同而产生不同的异构体；还由于脂环烃中的C－C键不能自由旋转，当环上至少有两个碳原子连有不相同的原子或者基本时，环烷烃也存在顺反异构。

二、脂环烃的异构现象习题一：

请写出C6H12脂环烃的同分异构体（不写顺反）

其中，存在顺反异构体，两个甲基在环同一侧的为顺式异构体，两个甲基分别在环两侧的为反式异构体。环烷烃的结构132环烷烃的分类环烷烃的命名规则：单环烷烃的命名与烷烃相似，只是在烷烃的名称前加“环”字，环上有支链时，则需将环上碳原子编号，以标明支链的位置。编号以使取代基所在位次最小为原则，当环上有两个以上不同的取代基时，则按“次序规则”决定基团排列的先后。一、单环烷烃的命名1－甲基－2－乙基环丙烷1,1－二甲基－3－乙基环戊烷1－甲基－4－乙基环己烷环十二烷2、单环烯烃的命名规则：单环烯烃的命名与烯烃相似，也是在烯烃的母体名称前加“环”字，但先给环上碳原子编号以标明双键的位次和支链的位次。编号应使双键的位次最小，有支链时则应使支链的位次尽可能小。1，3－环戊二烯（简称环戊二烯）5－甲基－1，3－环戊二烯3－甲基－1－环己烯（简称3－甲基环己烯）二、单环烯烃的命名习题二：

请同学们给下列脂环烃命名1、桥环的命名两个环共用两个或两个以上碳原子的脂环烃叫做桥环烃。规则：桥环烃的命名是按参与成环的碳原子总数叫某烷，每个成环的碳链都看成桥。将各桥中碳原子数目按由多到少的顺序分别用数字表示，写在母体名称前的方括号中，并用下角圆点分开。桥上没有碳原子时用“0”表示。连接两环的碳原子叫做“桥头碳”，桥头碳不必标出，环的数目写在最前面。三、多环脂环烃的命名

二环[2.2.0]己烷

二环[4.1.0]庚烷1、桥环的命名两个环共用两个或两个以上碳原子的脂环烃叫做桥环烃。规则：桥环上碳原子的编号从一个桥头碳开始，循最长的桥编到另一个桥头碳，再依次编较短桥上的碳原子，最后编最短桥上的碳原子。三、多环脂环烃的命名

2—甲基二环[3.2.1]辛烷2、螺环的命名两个碳环共用一个碳原子的脂环烃叫做螺环烃。两环共用的碳原子叫螺原子。规则：螺环烃的命名是根据参与成环碳原子的总数叫做螺某烷，将两环中碳原子数按由少到多的顺序分别用数字表示，写在“螺”字后面的方括号中，并用下角圆点分开。螺原子不标出。三、多环脂环烃的命名

螺[3.4]辛烷3、俗名规则：有些复杂的多环脂环烃，常采用俗名。三、多环脂环烃的命名

C8H8（立方烷）

C6H6（棱晶烷）

C10H16（金刚烷）习题三：

请同学们给下列多环脂环烃写结构式或命名（1）二环[1.1.0]丁烷

（2）螺[3.3]庚烷环烷烃的来源和重要的脂环烃环烷烃的来源12重要的脂环烃环烷烃的来源12重要的脂环烃环烷烃的来源1、石油

石油是环烷烃的主要来源。随产地不同，石油中环烷烃的含量也不相同，其中以俄罗斯和罗马尼亚所产的石油中含环烷烃较多。石油中的环烷烃主要是环戊烷和环己烷以及它们的烷基衍生物。环戊烷

甲基环戊烷1，2—二基环戊烷

环己烷

甲基环己烷

环烷烃的来源2、用苯加氢制环己烷

在铂、把或镍的催化作用下，苯能与氢加成生成环己烷。这是工业上制取环己烷的重要方法。

环烷烃的来源3、动植物体内环烷烃及其衍生物还广泛存在于自然界许多动、植物体内。例如在香精油中，含有大量的不饱和脂环烃或含氧的脂环化合物。胡萝卜素、胆固醇及各类激素中也含有脂环化合物。如右胆固醇的结构式。

环烷烃的来源12重要的脂环烃重要的脂环族化合物1、环己烷环己烷是无色液体。沸点80.8℃，易挥发，不溶于水，可与许多有机溶剂混溶。工业上以苯为原料，通过催化加氢制取环己烷。环己烷是重要的化工原料，主要用于合成尼龙纤维。也是大量使用的工业溶剂，如用于塑料工业中，溶解导线涂层的树脂，还用作油漆的脱漆剂、精油萃取剂等。

重要的脂环族化合物2、环戊二烯环戊二烯是无色液体，沸点41.5℃，易燃，易挥发，不溶于水，易溶于有机溶剂。工业上由石油裂解产物中分离，也可由环戊烷或环戊烯催化脱氢制取。

重要的脂环族化合物2、环戊二烯环戊二烯是共轭二烯烃，可以发生1，4—加成和双烯合成等反应。其亚甲基（—CH2

—）上的氢原子，由于处于两个双键的

位，变得非常活泼，具有—定酸性，可被钾、钠等金属离子取代，生成较为稳定的环戊二烯钾盐。例如：环戊二烯主要用于制备二烯类农药、医药、涂料、香料以及合成橡胶、石油树脂、高能燃料等。

重要的脂环族化合物3、环戊二烯铁环戊二烯铁又叫二茂铁，是橙黄色针状晶体，熔点173.5℃，不溶于水。可吸收紫外线并耐高温，加热到400℃不熔化也不分解。二茂铁可由环戊二烯钾与氯化亚铁在溶剂四氢呋喃中反应得到：

重要的脂环族化合物3、环戊二烯铁二茂铁是环戊二烯和亚铁离子的配合物。亚铁离子被对称地夹在两个平行的环戊二烯环的中间，形成一种特殊的“夹心”结构。像二茂铁这种结构的化合物叫做“夹心”分子。由于其特殊的结构，二茂铁性能稳定，与热碱、沸酸都不反应。常用作火箭的助燃剂、硅树脂的熟化剂和紫外线的吸收剂。

重要的脂环族化合物4、萜类化合物在有机化学中，通常把对甲基异丙基环己烷叫做萜。凡分子中含有与萜相似结构的化合物都叫做萜类化合物。萜类化合物广泛存在于自然界中。如薄荷醇、樟脑、维生素A以及胡萝卜素等。

重要的脂环族化合物4、萜类化合物（1）薄荷醇薄荷醇是无色透明晶体，熔点35.5℃，微溶于水，可溶于有机溶剂。由芳香草本植物薄荷中提取而得到。具有杀菌和防腐作用。医药上用于制清凉油、止痛药、漱口剂等。食品工业用作糖果、饮料的添加剂，也是牙膏、牙粉的成分之一。

重要的脂环族化合物4、萜类化合物（2）樟脑樟脑的化学名称是1,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷-2-酮。存在于樟脑树中，是白色闪光晶体。易升华，有香气，不溶于水，可溶于有机溶剂。医药上用于制强心剂、十滴水、清凉油等，也用作防蛀剂和防腐剂。樟脑是我国的特产，台湾出产的樟脑约占世界总产量的70%，居世界第一位。

重要的脂环族化合物4、萜类化合物（3）维生素A维生素A是分子中含有多个双键的萜烯类化合物。存在于肝脏、鱼肝油、青菜和水果中。是淡黄色晶体。医药上常用于治疗干眼症、夜盲症、皮肤干燥以及眼部、呼吸道和肠道对感染的抵抗力降低等病症。

重要的脂环族化合物5、甾族化合物由三个六元环和—个五元环稠合在—起的多环脂环烃及其衍生物叫做甾族化合物，其母体结构如右图。

甾族化合物广泛存在于动植物体中，有些具有重要的生理活性。例如胆固醇、肾上腺皮质激素、性激素等。

重要的脂环族化合物5、甾族化合物（1）胆固醇胆固醇又叫胆甾醇，是最重要的动物甾醇。存在于人体几乎所有的器官中，但以脑髓和神经组织内含量较高。由于最初从胆石中分离而得名。无色或微黄色晶体，熔点148℃，微溶于水，易溶于热乙醇。是制造激素的重要原料，也用作乳化剂，可从牛脊髓中提取出。

重要的脂环族化合物5、甾族化合物（2）醋酸可的松醋酸可的松是肾上腺皮质激素类药物，具有抗炎、抗过敏等作用；泼尼松醋酸酯的中间体。本身为抗炎剂。用于治疗肾上腺皮质低功能症、类风湿性关节炎、风湿病、红斑狼疮等病。

重要的脂环族化合物5、甾族化合物（3）氢化可的松氢化可的松用于肾上腺功能不全所引起的疾病、类风湿性关节炎、风湿性发热、痛风、支气管哮喘等。用于过敏性皮炎、脂溢性皮炎、瘙痒症等。

习题一：

推导题化合物A、B、C分子式都是C4H6，都能使溴水褪色，催化加氢都生成正丁烷。用高锰酸钾氧化时，A生成

和，B生成和，C生成

，试推测A、B、C的构造式，并写出各步反应式。

习题二：

完成反应式习题三：

鉴别环烷烃的性质环烷烃的物理性质12环烷烃的化学性质环烷烃的物理性质12环烷烃的化学性质1、物态常温下，C3～C4环烷烃是气体；C5～C11环烷烃是液体；高级环烷烃是固体。2、熔点和沸点环烷烃的熔点和沸点变化规律是随分子中碳原子数目的增加而升高。同碳数目的环烷烃的熔点和沸点高于开链烷烃。3、相对密度环烷烃的相对密度都小于1，比水轻，但比相应的开链烷烃的相对密度大。4、溶解性环烷烃不溶于水，但易溶于有机溶剂。一、环烷烃的物理性质环烷烃的物理性质12环烷烃的化学性质

与开链烷烃相似，环烷烃分子中的C－C键和C－H键一般不易被氧化，在光照或者加热条件下，可以发生取代反应。小环（三元环丙烷、四元环丁烷）环烷烃由于成键轨道重叠程度小，分子内存在键角张力而容易开环，发生加成反应。一、环烷烃的化学性质1、取代反应在光照或者加热的条件下，环戊烷和环己烷能与卤素发生取代反应，生成卤代环烷烃。

溴代环戊烷是具有樟脑气味的油状液体，是合成利尿降压药物环戊甲噻嗪的原料。一、环烷烃的化学性质

氯代环己烷是具有窒息性气味的无色液体，主要用作合成抗癫痫病、抗痉挛病药物盐酸苯海素的原料。

环戊烷和环己烷分子中的C—H键都是相同的，所以一元取代物只有一种，比开链烷烃简单。一、环烷烃的化学性质2、加成反应

（1）催化加氢：在催化剂作用下，环丙烷和环丁烷等小环烷烃可以开环发生加氢反应，生成开链化合物。如在雷尼镍催化下，环丙烷加氢生成丙烷，环丁烷加氢生成丁烷。

小环烷烃的加氢反应对于研究小环烷烃的稳定性具有参考价值。一、环烷烃的化学性质

（2）加卤素：环丙烷和环丁烷都能与卤素发生开环加成反应。其中环丙烷与卤素的加成在常温下就可进行，环丁烷则需要加热才能进行。如环丙烷与溴在室温下发生加成反应生成1，3－二溴丙烷；环丁烷与溴在加热条件下发生加成反应生成1，