第三章 环烷烃

CH3 CH3CHCH3
构造——分子中各原子的连接顺序。 分子中各原子的连接顺序。 构造 分子中各原子的连接顺序 CH3 CH3 构型 3 构造相同，原子 CH 构造相同， 构型 顺反异构 构型——构造相同 空间连接次序不同 不同。 异构 对映异构 的空间连接次序不同。 CH3 立体 异构 构象——构造、构型相同，原子 构造、 构造 构型相同， 构象 构象 空间相对次序不同 不同。 异构 的空间相对次序不同。
（1）在烷烃分子中，C（sp3杂化）与其它四个原子相连时，任 ） 烷烃分子中 （ 杂化）与其它四个原子相连时， 何两个键之间的夹角均为四面体角， 称为“正常键角” 何两个键之间的夹角均为四面体角，即109.50，称为“正常键角”。 杂化） （2）在环烷烃分子中，每个 （sp3杂化）上的两个键角不能是 ） 环烷烃分子中 每个C 正常键角（称为“实际键角” 正常键角 （称为“ 实际键角 ” ）， 必须压缩到一定角度才能适应 环的几何形状。 环的几何形状。 例如，在环丙烷分子中，三个C在同一平面上 环是正三角形， 在同一平面上， 例如， 在环丙烷分子中，三个 在同一平面上， 环是正三角形， 而不是109.50，因此，相邻两 以sp3杂化轨道 因此，相邻两C以 ∠ C—C—C = 600，而不是 交盖形成C-Cσ键时，只能以弯曲的方式交盖。 键时， 交盖形成 键时 只能以弯曲的方式交盖。
环丙烷 丙烷
溴水
室温褪色 不褪色
（3）加HX ）
CH2 + HBr H Br CH2 CH2
重要结论：环丙烷的烷基衍生物与 加成时， 重要结论：环丙烷的烷基衍生物与HX加成时，环的断裂发 加成时 生在连接H最多和最少的两个 之间； 中的 加到含H较多 最多和最少的两个C之间 中的H加到含 生在连接 最多和最少的两个 之间；HX中的 加到含 较多 加到含H较少的 的C上，X加到含 较少的 上。 上 加到含 较少的C上
环烷烃的沸点、 环烷烃的沸点、熔点和 环烷烃的分子结构比链烷烃对称性高、 环烷烃的分子结构比链烷烃对称性高、排列紧密 相对密度都较含同数碳 原子的开链脂肪烃为高
3-7 环烷烃的化学性质
对于环戊烷和环已烷， 分子中的键与开链烃中的键相同， 对于 环戊烷和环已烷，分子中的键与开链烃中的键相同 ， 环戊烷和环已烷 同烷烃的性质，易发生取代反应。 同烷烃的性质，易发生取代反应。 取代反应 对于环丙烷及环丁烷 ， 分子中的键是“ 弯曲键” 对于 环丙烷及环丁烷，分子中的键是 “ 弯曲键 ” ， 具有 环丙烷及环丁烷 一定的烯烃的性质，可以开环发生加成反应。 一定的烯烃的性质，可以开环发生加成反应。 加成反应
第三章 环烷烃
3.1 环烷烃的分类 3.2 环烷烃的命名 3.3 环烷烃的异构现象 3.4 环烷烃的结构 3.5 环烷烃的工业来源 和制法 3.6 环烷烃的物理性质 3.7 环烷烃的化学性质 掌握：环己烷的构象， 掌握：环己烷的构象，环烷烃的化 学性质：取代反应、开环反应。 学性质：取代反应、开环反应。 了解：脂环烃的分类、顺反异构， 了解：脂环烃的分类、顺反异构， 烷烃稳定性的理论解释。 烷烃稳定性的理论解释。 讲课要点： 讲课要点： 1.环烷烃的分类 结构、 环烷烃的分类、 1.环烷烃的分类、结构、顺反异构 及命名 2.环己烷及衍生物的构象 2.环己烷及衍生物的构象 3.环烷烃的张力学说和稳定性 3.环烷烃的张力学说和稳定性 4.环烷烃的化学反应 4.环烷烃的化学反应
Ni 80 C Ni 200 C
o o
（1）加氢
+ H2
CH3CH2CH3
+ H2
CH3CH2CH2CH3
（2）加X2
CCl4 80 C
o
+ Br2
CH2 Br CH2 Br
CH2
CH2 Br
+ Br2
CH2
CH2
CH2 Br
不能用溴褪 色的方法来 区别环烷烃 与烯烃！ 与烯烃！
问：如何鉴别丙烷和环丙烷？ 如何鉴别丙烷和环丙烷？
小环（3-4）；普通环（5-7）；中环（8-11）；大环（≥12） 小环（ ）；普通环（ 普通环 ）；中环（ 11）；大环（ 12） 中环 ）；大环
单环环烷烃的通式C 单环环烷烃的通式CnH2n。
3-2 环烷烃的命名
命名规则 （1）根据分子中成环碳原子数目，称为环某烷。 根据分子中成环碳原子数目，称为环某烷。
3-5 环烷烃的工业来源和制法
自学
3-6 环烷烃的物理性质
与烷烃相似
随含C数增加 沸点升高； 数增加， （1）沸点、沸点 随含 数增加，沸点升高； ）沸点、 增加， （2）相对密度 ）相对密度——随C增加，小于水。 随 增加 小于水。 3）溶解度——不溶于水 (相似相溶 不溶于水。 相似相溶) （3）溶解度——不溶于水。(相似相溶)
OH 钴催化剂 + O2 + 140oC-180oC,1-2.5MPa + O3 O CH3 CH3 OH
Co催化剂、HAc、100oC + O2 或浓硝酸、
CH2 CH2CH2 C源自2COOH COOH空 气 ， H 3 BO 3 150~160 。 C
OH
+
O
环十二烷
环十二醇
环十二酮
三、小环的加成反应（C3，C4） 小环的加成反应（C3，C4） 三元环比四元环更易开环，环戊烷和环己烷稳定， 三元环比四元环更易开环，环戊烷和环己烷稳定，难于 加成，温度升高，则发生自由基取代。 加成，温度升高，则发生自由基取代。
加成反应——在反应中，化学键断裂，该化学键所连的两个 在反应中，化学键断裂， 加成反应 在反应中 碳原子和其它原子或原子团结合，形成新的化学键。 碳原子和其它原子或原子团结合，形成新的化学键。
一、取代反应（C5，C6） 取代反应（C5，C6）
Cl 紫外光 + Cl2 + HCl
二、氧化反应 在常温下，环烷烃不能与KMnO 反应，因此， 在常温下，环烷烃不能与KMnO4反应，因此，可用于鉴别 烯烃与环烷烃。但在加热或在催化剂存在下也能被氧化。 加热或在催化剂存在下也能被氧化 烯烃与环烷烃。但在加热或在催化剂存在下也能被氧化。
键角偏差减小， 键角偏差减小， 角张力减小， 角张力减小， 稳定性增大。 稳定性增大。
– 1080 = 1.50
环己烷： 环己烷：109.50 - 109.5 ≈ 00 对于环烷烃，随环的增大，弯曲程度小，键角接近正常， 对于环烷烃，随环的增大，弯曲程度小，键角接近正常， 角 张力逐渐减小，分子趋于稳定。 张力逐渐减小，分子趋于稳定。
CH2 CH2
C CH3
维生素A 维生素
3-1 环烷烃的分类
环烷烃：分子中含有碳环结构且性质与烷烃相似的碳氢 环烷烃：
化合物（即分子中含有C 化合物（即分子中含有C-C和C-H的一类环状化合物）。 的一类环状化合物） 按碳环的数目分三类： 按碳环的数目分三类：
多环 单 双
环己烷
十氢化萘
金刚烷
通常所说环烷烃指单环烷烃。按成环碳原子数分类： 通常所说环烷烃指单环烷烃。按成环碳原子数分类：
沿键轴 CH3 CH3旋转1800 CH3 H ①分子中存在限制旋 旋转180 H–C—–C–H H–C—–C–H 转的因素， 转的因素，如：环 H H H CH3 CH3 至少有两个C， ②至少有两个 ，分别 连两个不同的基团
=
碳链异构 CH3CH2CH2CH3 构造 官能团位置异构 异构 官能团异构 同分 异构
顺 1,2
反1,2
上述顺和反上述顺和反-1，2-二甲基环丙烷的特点：构造相同（分子的排 二甲基环丙烷的特点：构造相同（ 列顺序） 分子中原子在空间的排列（构型）不同， 列顺序），但分子中原子在空间的排列（构型）不同，叫构 型异构体，也叫顺-反异构。 型异构体，也叫顺-反异构。
产生顺反异构的必要条件
3-4 环烷烃的结构
一、环的大小与稳定性 （1）环烷烃的稳定性顺序 环越小，越不稳定，能量越高。 实验结论 ：环越小，越不稳定，能量越高。
＜
＜
＜
（2）现代结构理论解释 ） ——杂化轨道理论和 杂化轨道理论和Baeyer张力学说 ：成环碳原子的 3 杂化轨道理论和 张力学说 成环碳原子的sp 杂化轨道未能形成最大程度交盖。具体地说： 杂化轨道未能形成最大程度交盖。具体地说：
1-甲基 乙基环己烷 甲基-3-乙基环己烷 甲基
（3）当环上只有一个取代基时，不需要注明位次。 ）当环上只有一个取代基时，不需要注明位次。
练习
CH3
C2H5 CH3
CH2CH3
C2H5
CH(CH3)2
Cl
1-甲基 甲基-3-乙基 氯 乙基-4氯 甲基 乙基 环己烷
1-甲基 甲基-2-乙基 乙基-5甲基 乙基 异丙基环己烷
二、顺反异构 由于环的存在，限制了键的自由旋转， 由于环的存在，限制了键的自由旋转，当两个或两个以上 成环碳原子分别连有不同的原子或基团时，产生顺反异构现象。 成环碳原子分别连有不同的原子或基团时，产生顺反异构现象。 顺反异构现象
在环烷烃分子中（看成是平面），连有 在环烷烃分子中（看成是平面） 两个相同基团时 两个相同基团位于环平面同侧——顺式 两个相同基团位于环平面同侧 顺式 两个相同基团位于环平面两侧——反式 两个相同基团位于环平面两侧 反式
即相邻两个sp 即相邻两个 3杂化轨道对称 轴不在一条直线上， 轴不在一条直线上 ， 这样形 成 的 C-Cσ 键 是 弯 曲 的 —— “弯曲键” （香蕉键）。 弯曲键” 香蕉键） 弯曲键 环丙烷分子中的键
实际键角” 正常键角”的偏差， （3） “实际键角”与“正常键角”的偏差，引起了分子 内存在着一定的力——角张力（ ——角张力 内存在着一定的力——角张力（力图使实际键角恢复到正常键 角。 环丙烷： 环丙烷：109.50 – 环丁烷： 环丁烷：109.50 环戊烷：109.50 环戊烷： – 600 = 49.50 900 = 19.50