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1、第五章 脂 环 烃,第一节 脂环烃的分类命名和异构现象,一、分类 1.饱和脂环烃 环烷烃 如：（ ） 不饱和脂环烃 环烯烃 如：（ ） 环炔烃,2.环的大小：小环（元）；普通环（元）； 中环（元）和大环（十二碳以上）。 环的多少：单环；多环（桥环，螺环）。,二、命名,环烷烃的命名 （1）根据分之中成环碳原子数目，称为环某烷。 （2）把取代基的名称写在环烷烃的前面。 （3）取代基位次按“最低系列”原则列出，基团顺序按“次 序规则”小的优先列出。 例如：,.环烯烃的命名,（1）称为环某烯。 （2）以双键的位次和取代基的位置最小为原则。 例如：,3.多环烃的命名,（1）桥环烃（二环、三环等）,分之中
2、含有两个或多个碳环的多环化合 物中，其中两个环共用两个或多个碳原 子的化合物称为桥环化合物。 编号原则：从桥的一端开始，沿最长桥 编致桥的另一端，再沿次长桥致始桥头， 最短的桥最后编号。 命名：根据成环碳原子总数目称为环某 烷，在环字后面的方括号中标出除桥头 碳原子外的桥碳原子数（大的数目排前， 小的排后），（如左图）。其它同环烷 烃的命名。,例如:上化合物名为 7，7-二甲基二环2，2，1庚烷,(2)螺环烃,两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃。 编号原则：从较小环中与螺原子相邻的一个 碳原子开始，徒经小环到螺原子，再沿大环 致所有环碳原子。 命名：根据成环碳原子的总数称为环某烷， 在方括
3、号中标出各碳环中除螺碳原子以外的 碳原子数目（小的数目排，大的排后），其 它同烷烃的命名。,三、异构现象,脂环烃的异构有构造异构和顺反异构。如C5H10的环烃的 异构有：,第二节 脂环烃的性质,一 、普通环的性质 普通脂环烃具有开链烃的通性 环烷烃主要是起自由基取代反应，难被氧化。,环烯烃具有烯烃的通性：,二、小环烷烃的特性反应,1.加成反应 （1） 加氢,（2） 加卤素,（3）加H X, H2SO4,2氧化反应,环丙烷对氧化剂稳定，不被高猛酸钾、臭氧等氧化剂氧化。 例如：,故可用高猛酸钾溶液来区别烯烃与环丙烷衍生物。 环烃性质小结： (1)小环烷烃（3，4元环）易加成，难氧化，似烷似烯。 普
4、通环以上难加成，难氧化，似烷。 (2)环烯烃、共轭二烯烃，各自具有其相应烯烃的通性。,第三节 脂环烃的结构,从环烷烃的化学性质可以看出，环丙烷最不稳定，环丁 烷次之，环戊烷比较稳定，环己烷以上的大环都稳定，这反 映了环的稳定性与环的结构有着密切的联系。,一、 环丙烷的结构与张力学说 1环丙烷的结构 理论上： 1 饱和烃，C为sp3杂化,键角为109.5 2 三碳环，成环碳原子应共平面，内角为60 （两者自相矛盾 ）,故三元环的结构特殊。,现代物理方法测定，环丙烷分子中：键角 C-C-C = 105.5; H-C-H =114。 所以环丙烷分子中碳原子之间的sp3杂化轨道是以弯曲键（香 蕉键）相
5、互交盖的。,由图可见，环丙烷分子中存在着较 大的张力（角张力和扭转张力）， 是一个有张力环，所以易开环，所 以易开环，发生加成反应。,环丙烷的结构图,2.张力学说,在环丙烷分子中，电子云的重叠不能沿着sp3轨道轴对 称重叠，只能偏离键轴一定的角度以弯曲键侧面重叠，形 成弯曲键（香蕉键），其键角为 105.5，因键角要从 109.5压缩到105.5，故环有一定的张力（角张力）。 另外环丙烷分子中还存在着另一种张力扭转张力 （由于环中三个碳位于同一平面，相邻的C-H键互相处于 重叠式构象，有旋转成交叉式的趋向，这样的张力称为扭 转张力）。环丙烷的总张力能为114KJ/mol。,二、环丁烷和环戊烷的
6、构象,1环丁烷的构象 与环丙烷相似，环丁烷分子中存在着张力，但比环丙烷的 小，因在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面上，见右图：,根据结晶学和光谱学的证明， 环丁烷是以折叠壮构象存在的， 这种非平面型结构可以减少C-H 的重叠，使扭转张力减小。环丁 烷分子中 C-C-C键角为 111.5， 角张力也比环丙烷的小，所以环 丁烷比环丙烷要稳定些，总张力 能为108KJ/mol。,环丁烷的构象,2环戊烷的构象,环戊烷分子中，C-C-C夹角为108，接近sp3杂化轨道间夹 角109.5，环张力甚微，是比较稳定的环。但若环为平面结构， 则其C-H键都相互重叠，会有较大的扭转张力，所以，环戊烷是 以折叠式
7、构象存在的，为非 平面结构，见右图，其中有 四个碳原子在同一平面，另 外一个碳原子在这个平面之 外，成信封式构象。,环戊烷的构象,这种构象的张力很小，总张力能25KJ/mol，扭转张力在2.5KJ/mol 以下，因此，环戊烷的化学性质稳定。,三、环己烷的构象,在环己烷分子中，六个碳原子不在同一平面内，碳碳键 之间的夹角可以保持109.5因此环很稳定。 1.两种极限构象椅式和船式,椅式构象稳定的原因：,船式构象不稳定的原因：,2.平伏键（e键）与直立键（a键）,在椅式构象中C-H键分为两类。第一类六个C-H键与分子的对称 轴平行，叫做直立键或a键（其中三个向环平面上方伸展，另外 三个相换环平面下
8、方伸展）；第二类六个C-H键与直立键形成接 近109.5的夹角，平伏着相环外伸展，叫做平伏键或e键。 如下图：,在室温时，环己烷的椅式构象可通过C-C键的转动（而不经 过碳碳键的断裂），由一种椅式构象变为另一种椅式构象，在 互相转变中，原来的a键变成了e键，而原来的e键变成了a键。,当六个碳原子上连的都是氢时，两种构象是同一构象。连有不同 基团时，则构象不同。,3.取代环己烷的构象,一、一元取代环己烷的构象 一元取代环己烷中，取代基可占据a键，也可占据e键，但占 据e键的构象更稳定。例如：,原因：a键取代基结构中的非键原子间斥力比e键取代基的大（因非键原子间的距离小于正常原子键的距离所致）。从下图中原子在空间的距离数据可清楚看出。取代基越大e键型构象为主的趋势越明显。,二、二元取代环己烷的构象,（1）1，2-二取代,（2）1，3-二取代,其他 二元、三元等取代环己烷的稳定构象，可用上述同样方法得知。 小结：1环己烷有两种极限构象（椅式和船式），椅式为优势构象。 2一元取代基主要以e键和环相连。 3多元取代环己烷最稳定的构象是e键上取代基最多的构象。 4环上有不同取代基时，大的取代基在e键上构象最稳定。,