有机化学 第3章 环烃
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有机化学(第二版)3环烃-文档资料
第三章
第一节
环烃
脂环烃
环丁烷 环戊烷 环己烷
三、环烷烃的结构和稳定性
（二）环烷烃的结构
【例如】 环丙烷
60º 90º 108º 120º 以上环烷烃分子结构中形成的都是弯曲键，其成键电子云 重叠程度小，键的稳定性差，容易开环。 所以当C-C-C 键角约等于109.5º 时，C—Cσ 键是正常的σ 键，此时环系稳定。如环戊烷和环己烷。
H2 C H2C CH2
第三章
第一节
环烃
脂环烃
一、脂环烃的分类和命名
（二）脂环烃的命名
1．单环脂环烃的命名 (1)按照开链烃命名，前面冠以 “环”字，称“环某烷” (2)从特征官能团处编号，并使取代基位次最小 (3)环上含有复杂取代基时，可将脂环作为取代基 【例如】
环丙烷
环戊烷
Hale Waihona Puke 环己烷环辛烷第三章
第三章
第一节
环烃
脂环烃
三、环烷烃的结构和稳定性
（二）环烷烃的结构 为什么脂环烃会表现出上述化学性质？1885年拜尔（J.Baeyer） 提出了张力学说。 张力学说假定：1.烷烃是正四面体结构
2.环的结构是平面的
3. 碳原子是sp3杂化的，键角都109.5º 结论: 与正常键角109.5º 偏差越大,环越不稳定。环有恢复正常键角 的力，这种力称为角张力（又称为拜尔张力）。
第三章
第一节
环烃
脂环烃
一、脂环烃的分类和命名
（二）脂环烃的命名
2．螺环烃的命名
书写顺序： 取代基—几螺—[小．大环碳数]—母体，例如:
H3C
2 3 1 5 4 10 9 6 7
7 1 5 6 3 9 11 10 4 2
有机化学-环烷烃
得到的构型与原来的构型一样。 椅式C-H键的分类： 6个直立键：3个朝上，3个朝下。
23
都叫a键。平行于C3轴。
6个平伏键：3个朝上，3个朝下。
都叫e键，与直立键成109°28/。
结论：
C3
①. 椅式是环己烷的最稳定的构象，在各种构象的
平衡混合物中，椅式占99.9%。 因为在椅式构象中，相邻两个碳原子上C-H键都
1. 物理性质（自学） 2. 化学反应 1). 取代反应
+ Br2
hν
Br
+ HBr
机理：自由基机理 取代反应一般在五、六元环上易发生。
12
2). 加成反应 小环易发生加成反应。
①. 加 H2
+ H2
Ni
+ H2 + H2
② . 加 X2
40℃ Ni CH CH CH CH 3 2 2 3 100℃
16
三. 环烷烃的稳定性 (Stability of Cycloalkanes)
为什么三元环不稳定易发生加成？
为什么五元环、六元环较稳定不易发生开环加成，而易
发生取代？ 1. 拜尔（Baeyer ）张力学说要点
①. 形成环的碳原子都在同一平面上，并排成正多边形。 ②. 正常C-C键之间夹角为109.5°，环中C-C键之间夹
第三章 环烷烃
主讲：徐华
一. 环烷烃的分类、命名和异构 二. 环烷烃的物理性质和化学反应 三. 环烷烃的稳定性 四. 环烷烃的构象
2
一. 环烷烃的分类、命名和异构 概述：单环环烷烃通式：CnH2n 1. 分类
,
与烯烃互为异构体。
环烷烃的性质与烷烃相似。
小环：3～4个碳原子。 普通环：5～7个碳原子。 单环体系 中环：8～11个碳原子。 大环：12个以上碳原子。 螺环:两个环公用一个碳原子,公用的碳叫螺碳。 多环体系 桥环：两个环公用两个或两个以上碳原子。
有机化学- 脂环烃
单个CH2的燃烧热最高。 环越小，能量越高，越不稳定，六环以上
趋于稳定。
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环己烷
3
5 4
1 2 6
4
1
32
56
在(a)和(b)中，C2、C3 、C5 、C6都在一个平面内，但在(b) 中，C1和C4在平面的同一侧，这种构象叫船式构象；而在(a) 中，C1和C4在平面的上下两侧，这种构象叫椅式构象。
第三章 脂环烃
1
芳香族 脂环族
杂环
碳环有机 化合物
+
链状有机化合物
2
第一节 脂环烃的分类和命名
1、根据环的个数分类:单环烃、双环烃、多环烃。
2、按照 是否包 含重键 分类
饱和脂环烃 不饱和脂环烃
环烷烃 如
...
环烯烃 如 ... ...
环二烯烃 如
... ...
环炔烃 如
... ...
3
一、单环脂烃
10
8
1
7
2
5
3
6
4
二环[3,2,1]辛烷
5
4
67
8
3
21 9
CH 3
CH3 7
34 21
2-甲基双环[4,3,0]壬烷
5
4
67
8
3
21 9
CH 3
CH3 7 CH3
34
5
2
16
CH 3
321 4 13 11 5 12 10
6 9
78
5,7,7-三甲基双环[2,2,1]-2-庚烯
11
第二节 脂环烃的性质
19
环己烷（椅式构象）
分子中碳碳之间的键角能够保持或尽可能接近 109°28′。因此除了三、四元环为张力环以外，环 戊烷及其以上的环烷烃键角都是接近109°28′ 。
趋于稳定。
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环己烷
3
5 4
1 2 6
4
1
32
56
在(a)和(b)中，C2、C3 、C5 、C6都在一个平面内，但在(b) 中，C1和C4在平面的同一侧，这种构象叫船式构象；而在(a) 中，C1和C4在平面的上下两侧，这种构象叫椅式构象。
第三章 脂环烃
1
芳香族 脂环族
杂环
碳环有机 化合物
+
链状有机化合物
2
第一节 脂环烃的分类和命名
1、根据环的个数分类:单环烃、双环烃、多环烃。
2、按照 是否包 含重键 分类
饱和脂环烃 不饱和脂环烃
环烷烃 如
...
环烯烃 如 ... ...
环二烯烃 如
... ...
环炔烃 如
... ...
3
一、单环脂烃
10
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二环[3,2,1]辛烷
5
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CH 3
CH3 7
34 21
2-甲基双环[4,3,0]壬烷
5
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CH 3
CH3 7 CH3
34
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CH 3
321 4 13 11 5 12 10
6 9
78
5,7,7-三甲基双环[2,2,1]-2-庚烯
11
第二节 脂环烃的性质
19
环己烷（椅式构象）
分子中碳碳之间的键角能够保持或尽可能接近 109°28′。因此除了三、四元环为张力环以外，环 戊烷及其以上的环烷烃键角都是接近109°28′ 。
有机化学环烃
H+
H2SO4
第30页/共37页
COOH NO2
[讨论]
CH3
COOH
选择：(a) 1.硝化 2.氧化 3.溴代 (c) 1.氧化 2.溴代 3.硝化
Br
NO2
(b) 1.氧化 2.硝化 3.溴代
注意：基团引入的先后顺序
NO2
1.
NH2
?
2.
(
Br
NH2
O
4．烷基侧链的卤代
O
CH2CH3ห้องสมุดไป่ตู้Cl2， 光
CHCH3 +
Cl
CH2CH2 Cl
91%
9%
CH2CH3 Br， 光
CHCH3 Br
100%
CH2CH2-CH-CH3 Br， 光
CH3 第22页/共37页
CHCH2-CH-CH3
Br
CH3
亲电取代反应的历程
AE + 催化剂 ——→ E+ + [ A—催化剂]-
缺点：2.理论上应有异构体，但实际邻位二元取
代物只有1种；
X
X
X
X
缺点：3. 一般单、双键的键长分别为 ： 0.154nm 和0 .134 nm而实际苯分子是一个正六边 形构型，且碳碳间键长完全相等，均为
0 .139nm （介于一般单、双键键长之间）
第14页/共37页
苯分子结构的近代概念
120
0、139nm
2.间位定位基（第二类定位基）
间位定位基，使新引入的取代基主要进入原基团间位 （间位产物大于50%），且钝化苯环，使取代反应比苯难 进行。这类定位基能钝化苯环。
NO2 + HNO3 H2SO4
大学有机化学第三章 环 烃
a e
怎样画椅式环己烷的构象式?
H H H H H H H H H H H H
a e
e a
(四) 取代环己烷的构象分析
空间张力
H 5 4 H H 6 1 3 2 H H
1,3-二竖键相互作用力
H
-7.5kJ/mol
4 3 H
5 H 2
6 1
H H H H
弱的引力
甲基在a键 5%
甲基在e键
95%
亲电取代反应（卤代、硝化、磺化、烷基化反应）； 侧链上的氧化反应 ； 侧链上的取代反应
掌握判断芳香性的的4n+2规则 掌握定位规律的应用
第一节 脂 环 烃
环烃又称闭链烃，为碳骨架成环状结构的一类 碳氢化合物。根据结构和性质，又可分为：
脂环烃(alicyclic hydrocarbon) 单脂环烃 多脂环烃
三、环烷烃的性质
脂环烃的物理性质和化学性质与相应的脂肪烃 相似。环烷烃性质似烷烃。 但小环的环烷烃不稳定, 容易发生开环加成反应。 (一) 自由基取代反应：
300℃
+ Br2 ——>
Br + H—Br
(二) 加成反应：
1. 催化加氢
CH2 + H2 H2C CH2 Ni 80℃ CH3—CH2—CH3
(1,2,3-trimethylbenzene)
若苯环上连接不同的烷基时，烷基名称的排列 顺序按“优先基团”后列出的原则，其位置的编号 应将简单的烷基所连的碳原子定为1-位，并以位号 总和最小为原则来命名。
CH2CH3
1 2 3
CH(CH3)2
CH3CH2CH2
5
1-乙基-5-丙基-2-异丙基苯 (1-ethyl-2-isopropyl-5-propylbenzene)
环烃
α β β
7 6 5 4 8
α
1 2 3
CH
3
NO CH
3
2
β β
1 - 甲基萘 2 - 甲基萘
SO 3 H
5 - 硝基 - 2萘磺酸
α
α
二、蒽和菲
α -甲基萘
β - 甲基萘
蒽和菲的分子式都是C14H10，互为同分异构体。它们都是由三个苯 环稠合而成的，并且三个苯环都处在同一平面上。不同的是，蒽的三个 苯环的中心在一条直线上，而菲的三个苯环的中心不在一条直线上。
9 8 7 6 5 10 4 9 1 2 3 7 6 5 4 3 8 1 2 10
蒽的结构式
菲的结构式
三、致癌芳香烃
除萘、蒽、菲外，煤焦油还含有一些其它稠环芳烃。
茚
芴
芘
屈
1 10 9 8
1 2 6 5 4 1 3 4 3 2 4 3
2
7 5 6
1 ，， 6 - 二苯并蒽 2 5，
1，，， - 二苯并菲 2 3 4
学习目的：
1、了解脂环烃的分类、稠环芳香烃的概念。 2、理解脂环烃、苯的结构。 3、掌握脂环烃、单环芳烃的命名及单环芳烃的性质。
复习引入：
分子中含有由碳原子组成环状结构的烃，称为闭链烃， 简称环烃。闭链烃又分为脂环烃和芳香烃两大类。 讲授新课： 第一节 脂环烃 一、脂环烃的结构、分类和命名 化学性质与脂肪烃相类似的环烃，称为脂环烃。 脂环烃又可分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃。 饱和脂环烃分子中构成环的碳原子，都是以单键相互结合，又 称为环烷烃。单环烷烃的通式为CnH2n，与单烯烃互为同分异 构体。命名为：环某烷 不饱和脂环烃分子中构成环的碳原子间含有不饱和键，其中含 有双键的脂环烃称为环烯烃。单环烯烃的通式为CnH2n-2，与 单炔烃互为同分异构体。命名为：环某烯。
7 6 5 4 8
α
1 2 3
CH
3
NO CH
3
2
β β
1 - 甲基萘 2 - 甲基萘
SO 3 H
5 - 硝基 - 2萘磺酸
α
α
二、蒽和菲
α -甲基萘
β - 甲基萘
蒽和菲的分子式都是C14H10，互为同分异构体。它们都是由三个苯 环稠合而成的，并且三个苯环都处在同一平面上。不同的是，蒽的三个 苯环的中心在一条直线上，而菲的三个苯环的中心不在一条直线上。
9 8 7 6 5 10 4 9 1 2 3 7 6 5 4 3 8 1 2 10
蒽的结构式
菲的结构式
三、致癌芳香烃
除萘、蒽、菲外，煤焦油还含有一些其它稠环芳烃。
茚
芴
芘
屈
1 10 9 8
1 2 6 5 4 1 3 4 3 2 4 3
2
7 5 6
1 ，， 6 - 二苯并蒽 2 5，
1，，， - 二苯并菲 2 3 4
学习目的：
1、了解脂环烃的分类、稠环芳香烃的概念。 2、理解脂环烃、苯的结构。 3、掌握脂环烃、单环芳烃的命名及单环芳烃的性质。
复习引入：
分子中含有由碳原子组成环状结构的烃，称为闭链烃， 简称环烃。闭链烃又分为脂环烃和芳香烃两大类。 讲授新课： 第一节 脂环烃 一、脂环烃的结构、分类和命名 化学性质与脂肪烃相类似的环烃，称为脂环烃。 脂环烃又可分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃。 饱和脂环烃分子中构成环的碳原子，都是以单键相互结合，又 称为环烷烃。单环烷烃的通式为CnH2n，与单烯烃互为同分异 构体。命名为：环某烷 不饱和脂环烃分子中构成环的碳原子间含有不饱和键，其中含 有双键的脂环烃称为环烯烃。单环烯烃的通式为CnH2n-2，与 单炔烃互为同分异构体。命名为：环某烯。
有机化学第三章-环烃
2-甲基 -3苯基戊烷 2甲基 -3苯基戊烷 3-phenyl-2-methylpentane
苯乙烯 苯乙烯 phenylethene
2苯基 -2-丁烯 2苯基 -2-丁烯 2-phenyl-2-butene
6、芳香烃分子中去掉1个氢原子后剩下的原子团称 为芳基，常用“Ar-”来表示。
C6H5 苯基
影响脂环烃稳定性因素之一
角张力——由于与正常键角（109o28′） 的偏差而降低轨道重叠性所引起的张力 。
角张力 ，则环的稳定性 。
四. 脂环烃的构象(自学)
环烷烃的通式：CnH2n 环单烯烃的通式：CnH2n-2
第三章
1. 2.
环烃
脂环烃 芳香烃
1、何谓“芳香” ？
早期有机化学家把有机物分成脂肪族和芳香 族化合物两种，最初发现的芳香族化合物因 为都具有香味，芳香族化合物由此得名。后 来发现的该族一些化合物不但不香反而很臭， 但“芳香性”一词仍被沿用了下来。其实， “芳香”真正指的是由一种特殊结构所引起 的相关性质即芳香性。根据此定义，芳香烃 是具有“芳香性”的环状碳氢化合物。含有 苯环结构的芳香烃称为苯型芳香烃；不含有 苯环结构的芳香烃称为非苯型芳香烃。
CH2 环丙烷
CH2 CH2
环丁烷
环戊烷
② 若环上有多个取代基时，编号从较小的取代基 开始，且使取代基的位次最小；
CH3CH2 CH2 CH2
CH2 CH2CH3 CH2
4
3 2
或
5
1
1-甲基-3-乙基环戊烷
③ 若环烃中有双键时，编号应从双键开始，且 使编号的数值最小。
1
6 5 4 2 3
1,3-环己二烯
第三章
第三章 环烷烃
a.命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体,侧链为取代基。 b.碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最小。 c.对于只有一个不饱和键的环烯(或炔)烃,双键或叁键位置可不标。
环戊烯
环辛炔
1,3-环己二烯
带有侧链的环烯烃命名:
a. 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1; b. 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序除双 键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位置号码的加和数为最 小。
第三章 环烃
第一节 脂环烃
脂环族化合物：结构上具有环状碳骨架，性质与开链化合物相似的
一类化合物。脂环烃：只有C、H两种元素组成的脂环化合物。
一、脂环烃的分类
1、按碳环数分：单环脂环烃；二环脂环烃和多环脂环烃等
CH3
十氢化萘
降冰片烷
螺[2,4]庚烷
立方烷
棱烷
蓝烷
金刚烷
2、按成环碳原子数分：三元环、四元环、五元环脂环烃等
环己烷不是平面结构,较为稳定的构象 为折叠的船型构象和椅型构象。
1
(Ⅰ)
6 1
2
3 5 3 2 5
4
(Ⅱ)
6
4
Ⅰ
Ⅱ
在(Ⅰ)和(Ⅱ)中，C2、C3 、C5 、C6都在一个平面内，但在(Ⅱ)
中，C1和C4在平面的同一侧，这种构象叫船式构象；而在(Ⅰ)
中，C1和C4在平面的上下两侧，这种构象叫椅式构象
HH3C 3C
11
1 C1-C2 1 C1-C2
C5-C4 6 C5-C4 6 C1-C2 C1-C2 C5-C4 C5-C4
4
HH HH3C 2 3C HH HH
2
H H
6 6 44 55
环戊烯
环辛炔
1,3-环己二烯
带有侧链的环烯烃命名:
a. 若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为1; b. 若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编号顺序除双 键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位置号码的加和数为最 小。
第三章 环烃
第一节 脂环烃
脂环族化合物：结构上具有环状碳骨架，性质与开链化合物相似的
一类化合物。脂环烃：只有C、H两种元素组成的脂环化合物。
一、脂环烃的分类
1、按碳环数分：单环脂环烃；二环脂环烃和多环脂环烃等
CH3
十氢化萘
降冰片烷
螺[2,4]庚烷
立方烷
棱烷
蓝烷
金刚烷
2、按成环碳原子数分：三元环、四元环、五元环脂环烃等
环己烷不是平面结构,较为稳定的构象 为折叠的船型构象和椅型构象。
1
(Ⅰ)
6 1
2
3 5 3 2 5
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(Ⅱ)
6
4
Ⅰ
Ⅱ
在(Ⅰ)和(Ⅱ)中，C2、C3 、C5 、C6都在一个平面内，但在(Ⅱ)
中，C1和C4在平面的同一侧，这种构象叫船式构象；而在(Ⅰ)
中，C1和C4在平面的上下两侧，这种构象叫椅式构象
HH3C 3C
11
1 C1-C2 1 C1-C2
C5-C4 6 C5-C4 6 C1-C2 C1-C2 C5-C4 C5-C4
4
HH HH3C 2 3C HH HH
2
H H
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