4环烃-脂环烃
有机化学第四章环烃
第四章 环烃
03:12
Ⅰ. 脂环烃
5
H2 C H2C CH2
环丙烷 环丙烷
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 or
(
)
H2C C H2
H2 C
CH2 CH2
第四章 环烃
03:12
Ⅰ. 脂环烃
26
二．化学性质 “大环似烷，小环似烯”，小环指3、4碳的环。角张力使其不稳 定，易被打开。没达到轴向重叠，电子被束缚的程度小。
1、催化氢化：Pt、Pd或Ni的催化下，环丙烷和环丁烷开环加成
+ +
H2
Ni 800C Ni 2000C
CH3 CH2 CH3
H2
CH3 CH2 CH2 CH3
(5)
IUPAC规则中规定：甲苯、邻二甲苯、异丙苯、苯
乙烯等少数芳烃也作为母体命名。例：对叔丁基甲苯， 就不叫做1-甲基-4叔丁基苯
第四章 环烃
03:12
Ⅱ. 芳香烃
38
（6）当两个取代基相同时，则作为苯的衍生物来命名
CH CH2
1,4-二 乙 烯基 苯 CH CH2
2、多环芳香烃
（1）联苯类：苯环间以一个单键相连的，例如：
第四章 环烃
03:12
Ⅰ. 脂环烃
24
不讨论构象，只考虑构型时，可将其简写为：
H
H
H
CH3
CH3
CH3
CH3
H
课堂练习：画出顺式1，3-二甲基环已环的椅式构象图
第四章 环烃
03:12
有机化学课件-脂环烃
H3C CH3
H3C CH3
环烷烃的立体异构：顺反异构
表示方法1.
➢ 顺反异构用 “顺”或“反” 注明基团相对位 置。
➢英文用“cis” 和“trans”表示。
面镜
顺-1，2-二甲基环丙烷
表示方法2.
CH3
CH3
反-1，2-二甲基环丙烷
CH3
H
H
H
顺-1，4-二甲基环己烷
H
CH3
反-1，4-二甲基环己烷
2) 多取代环己烷：
CH3
H3C
H3C H3C
顺-1，2-二甲基环己烷
反-1，2-二甲基环己烷
H
CH 3
a键(直立键)
H
(H3C)3C
e键(平伏键) 体积大的取代基放在e键上的椅式构象最稳定
思考题
1. 指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。
CH3
C(CH3)3
(CH3)3C
CH3
2. 写出顺-2-甲基环己醇的优势构象。
HNO3 HOOC
COOH
§2.2 环烯烃和环二烯烃
(1) 加成反应 (2) 氧化反应
+ Br2 CCl4 CH3 + HI
H Br Br H
环正离子中间体， 反式加成。
CH3 碳正离子中间体，
I
马氏规则。
KMnO4 CH3 CHCH2COOH CH2CH2COOH
O3 Zn, H2O CH2CH2CHO CH2CH2CHO
2.27Å
§5.4 环烷烃的结构
4. 环己烷的结构及构象
椅式构象
H
H
3
H
H
21Biblioteka H H456H H
有机化学—脂环烃
❖ 故三元环的结构特殊。
❖ 现代物理方法测定，环丙烷分子中： 角 C-C-C = 105.5°; H-C-H =114°。
H
键
❖ 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
H
以易开环，所以易开环，发生加成反应
根据碳环数目
分类
是否含有重键
成环碳原子数目
1、按脂环烃中含碳环数目分类
脂环烃
单环脂环烃：小环（3-4）；普通环（5-7）； 中环（8-12）和大环（>12），其中五环、六 环最常见。
二环脂肪烃（螺环，桥环）
多环脂环烃
单环
螺环
桥环
多环
❖二环脂肪烃之螺环烃
共用一个碳原子的双环为螺环烃 螺原子：共用的碳 按碳原子总数称螺某烷
1-甲基-3-异丙基 环己烷
111-甲--1甲甲环-基环甲环基基己环-基己己3--33烷-己烷-烷异-3异异烷-丙异丙丙基丙基基基
二、环的张力及环己烷的构象
1、环的张力
❖ 环丙烷的结构
❖ 理论上：
❖ 饱和烃，C为sp3杂化,键角为109.5°
自相
H
❖ 三碳环，成环碳原子应共平面，内角为60° 矛盾
脂环烃是指碳干为环状而性质和开链烃相似的烃 类。脂环烃及其衍生物广泛存在于自然界，尤其是在
石油和植物中。由植物第的花四、章叶、茎脂、根环、烃果皮等提
取出来的香精油（挥发油），都含有大量的不饱和脂 环烃及其含氧的脂环化合物。它们大多具有生理活性。
第一节 脂环烃的分类
定义：链状烷烃碳链的首尾两个碳原子以单链 相连，形成具有环状结构的烷烃成为环烷烃。
有机化学-第四章 环烃
环戊烷分子中，碳碳键的夹角为108°，接近sp3杂化轨 道间夹角，角张力很小，是比较稳定的环。
环己烷分子中6个碳原子不在同一平面上，碳原子之间的 键角为109°28′，分子中没有张力。
大环原子在不同的平面内，键角接近正常的键角，为
无张力环。
环三十烷
三、环己烷的构象
1 椅式构象和船式构象
六个碳原子均为sp3杂化，在保持键角109°28′不变的情况
H2SO4
NO2 NO2
甲苯硝化比苯容易，主要产物为邻位和对位取代产物。
CH3
HNO3 , H2SO4 30℃
CH3 NO2 +
CH3
NO2
(3) 磺化反应 苯与浓硫酸加热，或与发烟硫酸在室温下作用，生 成苯磺酸。苯磺酸也是强酸，酸性与硫酸接近。
浓 H2SO4 , 80℃ or H2SO4(SO3) , 室温
2 直立键和平伏键
椅式构象中的碳氢键可以分为两类，6个碳氢键与分
子的对称轴平行，叫做直立键或a键。
另外6个碳氢键指向环外，与直立键成109°28′的角， 平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键。
一个椅式构象的环己烷，可以通过碳碳单键的旋转变成 另一种椅式构象，叫做转环作用。
X
X
当环己烷上的氢原子被其它基团取代后，由于其它基团 都比氢原子大，所以取代基以e键和环相连占优势。
环己烷以上的环烷烃则很难发生加氢反应。
2 与溴的作用
环丙烷在室温下可以和溴进行亲电加成反应，生成开
链化合物。环丁烷要在加热条件下才能和溴加成。
+ Br2
BrCH2CH2CH2Br
1,3-二溴丙烷
+ Br2
Δ
BrCH2CH2CH2CH2Br
大学脂环烃知识点总结
大学脂环烃知识点总结一、定义及分类脂环烃是一类含有脂肪环结构的有机化合物，由单个或多个脂肪环组成。
根据不同的环结构和碳原子数，脂环烃可以分为多种类型，主要包括脂环烷、脂环烯和脂环炔。
其中，脂环烷是由单个脂肪环构成，脂环烯是由含有双键的脂肪环构成，而脂环炔则是由含有三键的脂肪环构成。
二、物理性质1. 融点和沸点脂环烃的融点和沸点与其分子结构有关，一般来说，脂环烷的融点和沸点随着碳原子数的增加而增加，脂环烯和脂环炔也呈现类似的规律。
2. 溶解性脂环烃在非极性溶剂中溶解度较高，而在极性溶剂中溶解度较低。
这是由于脂环烃的分子结构决定了其相互作用力较弱，因此更容易溶解于非极性溶剂中。
3. 导电性由于脂环烷、脂环烯和脂环炔都是碳氢化合物，因此它们都属于非电解质，不具有导电性。
三、化学性质1. 氧化反应脂环烃在空气中容易发生氧化反应，生成相应的醇、醛和酮等氧化产物。
氧化反应通常需要加热或催化剂的作用。
2. 加成反应脂环烃中含有双键或三键的化合物，因此容易发生加成反应，与氢气或溴水等发生加成反应，生成相应的饱和脂环烃。
3. 烷基化反应脂环烃可以与卤代烷反应，发生烷基化反应，其中烷基基团取代了脂环烃中的氢原子，生成相应的烃类产物。
4. 消除反应脂环烃中含有双键或三键的成分，容易发生消除反应，生成相应的不饱和脂环烃。
四、应用1. 燃料脂环烷是一种重要的化石燃料，可以用于燃料油的生产，也可以作为航空燃料和柴油的添加剂。
2. 化工原料脂环烷、脂环烯和脂环炔都是重要的化工原料，可以用于合成各种有机化合物，如橡胶、塑料、润滑油等。
3. 医药脂环烃及其衍生物在医药领域中也有广泛的应用，可以用于合成各种药物，如抗生素、维生素和激素类药物等。
五、环境影响脂环烷、脂环烯和脂环炔都属于碳氢化合物，其燃烧产生的气体对大气环境产生负面影响，会导致空气污染和温室效应。
此外，脂环烃的化学废水和废气对环境造成的污染也需要引起重视。
六、安全性脂环烷、脂环烯和脂环炔都属于可燃物，具有一定的火灾和爆炸危险性，应当储存和使用时注意防火防爆措施。
脂环烃的定义
脂环烃的定义
基本解释：
具有脂肪族性质的环烃。
可分饱和的环烷烃和不饱和的环烯烃两类。
前者如环丙烷，后者如蒎烯等。
脂环烃的结构式常用多边形表示，多边形的每个顶点代表一个碳原子和扣除取代基后使碳原子保持4价所需的氢原子。
脂环烃也可含有两个以上的碳环，它们可用多种方式连接：分子中两个环可以共用一个碳原子，这种体系称为螺环；环上两个碳原子之间可以用碳桥连接，形成双环或多环体系，称为桥环；几个环也可以互相连接形成笼状结构。
单环烃的命名是用环字表示环烃，用丙、丁、戊等表示环内碳原子的数目，用烷、烯、炔等表示环内只有单键或有双键、叁键，取代基的表示方法与链烃相同。
双环烃是根据环内碳原子的总数称为双环〔〕某烷（或烯），在方括号内用阿拉伯数字表示联结桥头碳原子的每个碳桥上碳原子的数目，先写大环的碳原子数。
如两个桥头碳原子直接相连，则桥上碳原子数为0。
阿拉伯数字之间用圆点分开。
螺环的命名与双环化合物相似，根据环上碳原子的总数称为螺〔〕某烷（或烯），在方括号内用阿拉伯数字表示除共用碳原子外，两个环上碳原子的数目，先写小环的碳原子数。
更复杂的化合物常用习惯命名法。
在室温和常压下，环丙烷和环丁烷为气体，环戊烷至环十一烷为液体，环十二烷以上为固体。
环烷的熔点、沸点和相对密度都比含同数碳原子的直链烷高。
环戊烷、环己烷及其烷基取代物存在于某些石油中。
环己烷是重要的化工原料。
有机化学课件--第四章脂环烃
欢迎来到有机化学的世界。今天我们将探索脂环烃这一组合物，了解其定义、 特点、结构、化学反应以及在实际生活中的应用。
什么是脂环烃？
定义
脂环烃是一类具有环状结构且含有脂肪基团的有机化合物。
特点
脂环烃的骨架为碳环，不含杂原子，烷基称为脂基，环状结构导致化学性质独特。
类脂环烃的结构与示例
3
卤代烷环化
通过卤代烷的环化反应得到，如环丙烷环化为环丙基甲苯。
脂环烃的化学性质与反应
• 烷基脂环烃在氧化条件下易发生环内氧化作用，生成含有羟基或羰基的环状化合物。 • 类脂环烃可通过环内位阻、立体特异性、芳香性质等发生不同的化学反应。 • 环硅烷和环硅氧烷等特殊的脂环烃具有独特的缩合反应、断裂反应和环硅氧烷积分反应。
被广泛应用
脂环烃在工业、医药、生物学 等领域有着不可替代的作用， 是当今社会发展的重要支撑。
环保意义重大
研究和发展低排放、环保型新 材料和新工艺，是未来脂环烃 的发展方向。
与人工智能技术结合
结合人工智能技术，不断探索 新型催化剂、反应机制。
பைடு நூலகம்
脂环烃在生活中的应用
食品加工
如脂环烷代表食品添加剂：植物脂环酸、硬 脂环酸等，用于增加食品的稠度、保持柔软 度。
化学品制造
如环己烷广泛用于工业合成甲基环己烷，也 用于人工味料制造。
医药领域
如肝素和阿司匹林等药物的成分中含有脂环 烷结构。
生物学研究
如脂环烷、类固醇在生物学研究中有一定的 作用。
脂环烃的重要性及未来发展
萜类化合物
包括环烷类萜、环烯类萜、环 戊基萜等，常见于天然植物与 动物中。
类固醇
具有四环骨架中的三个6元环 和一个5元环，包括胆固醇、 睾酮、雌激素等。
四章节脂环烃
§5.3 环烷烃的结构和稳定性
尼絮常且烬怨不淑棺饲冗蚀鄙诅郸仍抓彩堂靡酞烘杀此社晾甄竹百肄膘亢四章节脂环烃四章节脂环烃
§5.3 环烷烃的结构和稳定性
5．十氢化萘的结构
双环[4.4.0]癸烷的异构体：
仇鹰属贬温谅夏兼寡蚌直只柑舷熬渣串幸烃见怪送氯蝇薪谆倡橱屹汛从仕四章节脂环烃四章节脂环烃
顺反异构（5和6，5和7）因成环碳原子单键不能自由旋转而引起的。
旋光异构 （6和7）
侠昨址培湛袭坤淀思亮臭做扎题弘闰矽昨弟嘎甩鳖画位凌选杆酋劲啊蓬拉四章节脂环烃四章节脂环烃
§5.1 脂环烃的分类与命名（3）
2）环烯、环炔以碳环为母体，指定不饱和键以最小位次，给取代基以尽可能小的编号，称环某稀（炔）。
§5.3 环烷烃的结构和稳定性
一、 燃烧热与环的稳定性
环烷烃
△Hc/kJ·mol-1
△ Hc/n /kJ·mol-1
张力能/kJ·mol-1
环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 环庚烷 环辛烷 环十五烷 烷烃
2091.3 2744.1 3320.1 3951.7 4636.7 5310.3 9884.7 －
第5章 脂环烃 作业
作业： 1(3,4,6,7); 2(4,5,6,7); 5(2,3); 6; 7; 9.
绿管齐案弗势孟徐七算假印濒尸丢毅苑剥饭脾荤长菱聊悉缮饮雕贫轻吊超四章节脂环烃四章节脂环烃
§5.2 脂环烃的性质（2）
2 、氧化反应 常温下，环丙烷等各环烷烃都不与KMnO4、O3等氧化剂起作用，但加热或催化氧化，可得各种氧化产物。 如：
HNO3
CH2CH2COOH
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105.5
HC H
0.1524nm
C H H
114
碳原子sp3杂化
环烷烃的键角：
键向内弯曲
键向外扩张
实验事实: 环己烷无张力，六元环以上的化合物稳定性很好 Baeyer张力学说局限性： 适于解释小环化合物的不稳定性， 不适用大环化合物。 原因：错误假设环烷烃都是平面结构。
§Ⅰ-3 环己烷及其衍生物的构象
e键：与环平面平行 （平伏键）
取代环己烷的构象
1、取代基在e键上稳定，在a键上不稳定 取代基体积越大，平衡体系中，a键取代基含量越少
>99.99%
0.01%
2、多元取代环己烷，e键取代基越多越稳定， 且大基团在e键上稳定
aa型
ee型, 优势构象 反-1-甲基-4-叔丁基环己烷
ae型
ae型, 优势构象 顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷
H2 / Pt, 120oC or Ni, 200oC
CH3CH2CH2CH3
2、与卤素的反应
Br2 / r.t. Br Br CH2CH2CH2 Cl2 / FeCl3 Cl Cl
CH2CH2CH2 Br2 / r.t.
不反应（难开环）
小环烷烃与烯烃的区别：环丙烷不易被KMnO4氧化
例： 鉴别环丙烷、丙烷、丙烯
第四章 环烃
(脂环烃、芳香烃）
Ⅰ 脂环烃
§Ⅰ-1 脂环烃类型及命名
§Ⅰ-2 环烷烃的结构
§Ⅰ-3 环己烷及其衍生物的构象
§Ⅰ-4 脂环烃的性质
§Ⅰ-1 脂环烃的类型及命名
一、分类 环烷烃
根据官能团
环烯烃
环炔烃 小环（C3，C4） 根据环的大小 普通环（C５－C７元环） 中环（C８－C１1元环） 大环（>C12）
丙烷 环丙烷 丙烯
Br2/CCl4
不退色 退色 退色 不退色
KMnO4
退色
三、其他环的性质
五元以上 环烷烃 性质相似 链状烷烃
Cl2 / hv
Cl
自由基取代反应
H2 / Pt 催化加氢
HI
不反应
不反应
环烷烃性质概述－－－－小环（3，4元）似烯，其他环似烷
举例
用化学方法鉴别下列化合物
A
CH3(CH2)5C CH
单环
根据环数
二环 多环 稠环
根据环的连接方式
桥环
螺环
二、单环化合物的命名
系统命名： 与脂肪烃相似，母体名称前加“环”字 环上只有一个取代基或不饱和键时，“1”可省去
CH3
环丙烷
环己烷
甲基环丙烷
环戊烯
环辛炔
环上有多个取代基时，小取代基编号最小
1-甲基-4-异丙基环己烷 1, 3-二甲基环己烷
B
CH2CH3
C
D
顺-1,3-二甲基环戊烷
反-1,3-二甲基环戊烷
反-1-甲基-4-乙基环丁烷
反-3-甲基-5-氯环己烯
环烃的其它命名方法 按形象命名
立方烷 金刚烷
按衍生物命名
O
十氢萘
萘
莰烷
2-莰酮（樟脑）
§Ⅰ-2 环烷烃的结构
Baeyer张力学说及小环的稳定性
H
C
H
拜尔张力学说: 根据--碳是正四面体 假设--成环后，所有碳原子在同一平面上， 并形成正多边形。 稳定性判定： 如果成环后所有键与键的夹角是109o28， 环最稳定； 如键与键之间的夹角偏离109o28′， 则产生向内或向外的扭曲力， 称为角张力或拜尔张力， 偏离角度越大，环越不稳定
§Ⅰ-4 脂环烃的性质
一、与开链烃相似的反应 1. 环烷烃的卤代
CH2 H2C CH2 + Cl2
2. 环烯烃的加成
h
CH2 H2C CH Cl + HCl
Br + Br2
3. 环烯烃的氧化
Br
二、小环烷烃（3，4元环）特有的反应
1、催化加氢开环
H2 / Pt, 50oC or Ni, 80oC CH3CH2CH3
环己烷的构象
椅式
半椅式
扭船式
船式
椅式
室温下，环己烷绝大多数以椅式构象存在
椅式构象
交叉式（最稳定）
球棍模型
透视式
纽缦投影式
船式构象
重叠式（最不稳定）
0.18nm
球棍模型
透视式
纽缦投影式
两种类型C-H键
a键原子距离较近，相互排斥力较大 e 键原子伸向环外边，相互排斥力小
a键：与对称轴平行 （竖键, 直立键）
环上同时有取代基和不饱和键， 不饱和键的编号为1，名称前不用标明“1”字
H3CLeabharlann CH3CH2CH CH2
3－烯丙基环戊烯
3,5－二甲基环己烯
环较简单，碳链较长，将环作为取代基
3-甲基-4-环丁基庚烷
4-环丙基-2-戊烯
立体异构的命名
环上有两个或两个以上取代基时，取代基可能在环面的同侧或两侧, 产生顺反异构