环烃-脂环烃
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第四章环烃1(脂环烃)
H3C H3C
COOH + O C
CH3
可用于区别
CH3
环烷烃和烯烃
加热时用强氧化剂， 加热时用强氧化剂，或在催化剂作用下用空 气直接氧化， 气直接氧化，环烷烃可被氧化成不同的产物
O2，钴催化剂 钴催化剂
140~180℃，1~2.5MPa ℃
OH
O
+
CH2 CH2 COOH CH2 CH2 COOH
CH CH3 + HBr CH2
CH3 C Br
CH CH3
I CH3 + H I CH3CHCH2CH3
3. 氧化反应（小环对氧化剂相当稳定） 氧化反应（小环对氧化剂相当稳定）
O
O2
O +
O
H3C H3C
CH C
CH3 CH3
KMnO4 常温下， 常温下，饱和的环 对氧化剂稳定 H2O
双键对 氧化剂 不稳定
1,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚 烷
三环[ 2.2.1.02,6 ]庚烷
环丙烷的结构
环的结构及其稳定性
环丙烷的结构： 环丙烷的结构：
碳原子为 sp3杂化 为缓解角张力 形成弯曲键
Ｃ
105°
Ｃ
Ｃ
具有重叠构象， 氢原子排斥产生 “重叠张力”
Ｃ-Ｃ-Ｃ键角 偏离正常键 角产生角张 力 环丙烷分子具 有较高的内能， 有较高的内能， 不稳定
C2H5
CH3
十氢萘的构象
1. 名称
8 7 6 5 4 1 2 3
7 6 5 8 9 1 2 3 10 4
10 1 9 8 7 6
2 3 4 5
萘 naphthalene
十氢合萘（暜通名） 十氢合萘（暜通名） Decahydronaphthalene
有机化学第四章环烃
环烷烃、环烯烃、环炔烃 2. 按碳环个数分 小环化合物 C3～C4 普通环化合物 C5～C7 中环化合物 C8～C11 大环化合物 ≥C12
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
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
3-环烃-脂环烃
COOH COOH
己二酸是合成尼龙的原料，工业上是由环己醇氧化制得的：
OH
KMnO4 Na2CO3
O
1) KMnO4/Na2CO3 2) H2SO4
COOH COOH
环烯烃能被高锰酸钾、臭氧、过氧酸等氧化剂氧化。与链烯烃一样， 测定断裂氧化产物的结构，可推断环烯烃的结构。例如：
KMnO 4 H 2O , H + 1) O 3 2) H 2O/Zn
环
烃
脂环烃
芳香烃
（闭链烃）
第一节
一、脂环烃的分类
（一）根据环上碳原子的饱和程度分类 饱和脂环烃——环烷烃 (Cn H2n )
脂环烃
环烯烃 (CnH2n-2)
不饱和脂环烃 环炔烃 (CnH2n-4)
（二） 根据成环碳原子的数目分类
C 2H 5
小环
(C3-C4)
CH 3
常见环 (C5-C6) 中环 (C7-C12) 大环
Ni ¡ £ 300 C
+ H2
CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3
(2) 加卤素
环丙烷及其烷基衍生物不仅容易加氢，而且容易开环与卤素加成。 环丙烷与溴在常温即可开环进行加成反应，生成1，3-二溴丙烷。环丁 烷与溴在常温不反应，必须加热才能开环加成。
+ Br 2
CCl 4
ÊÒÎ Â
CH 2CH 2CH 2 Br Br
三环桥环母体命名固定格式： 三环[a . b. c . ef ,g] 某烃
(a≥b≥c ≥e, 上标f、g为两个次桥头碳在主桥路中的位次)
9 7 8
10 11 12 14
次桥头碳
6 5 4 3 2 1
主桥头碳
13
各类环烃知识点总结
环烃第一节 脂环烃 一、脂环烃的命名环烃：由碳和氢两种元素组成的环状化合物。
分类环烷烃 脂环烃 环烯烃 环烃 环炔烃芳香烃 单环 多环脂环烃命名与相应脂肪烃相同，只是在名称前加“环”。
C H C H C H C H 3C H 3C H 3CH 3环丙烷 1-甲基-3-乙基环己烷 4-甲基-5-乙基环己烯 1．当环上有取代基时，取代基小时用环作为母体。
当环与长碳链相连时，用碳链作为母体。
把环作为取代基。
环丙基环己烷 3-甲基-4-环戊基庚烷2．桥环烃：共用两个或两个以上碳原子的多环化合物。
共用碳为桥头碳：⑴ 编号 从一桥头碳沿最长的桥编到另一桥头碳，再沿次长桥编到原桥头碳，依次编下去。
⑵ 书写：取代基写在前，再写“某环”，再在[]内写桥头碳间的原子数，数字间用“.”隔开，最后写环上所有碳的烷烃的名称。
二环[1.1.0]丁烷 2，7，7-三甲基二环[2.2.1]庚烷二、 结构环烷烃中的碳为sp 3杂化。
对环丙烷为例进行分析如下，在环丙烷中，三原子在同一平面上，夹角为60°，但是C 为sp 3杂化正常的键角应为109.5°，故C-C 键电子云重叠方向不可能是沿两原子连线方向，必然有一定的偏离，即未达到最大重叠，所成σ键不稳定，这种不稳定的σ键常称之为张力。
12345CH 31C H 22C H 3CH 4C H 25C H 26C H 37C H 383124123456789角张力：由于键角的偏移引起的张力，称为角张力。
三元以上的环也存在同一问题，但是C 原子可以不在同一平面内，而是尽可能使张力减小，一般来说，五元、六元环最稳定。
三、 性质1．物理性质 同烷烃相似，不溶于水，比重比水小，沸点比相应烷烃略高。
2． 化学性质⑴ 催化氢化 三元环、四元环容易开环加氢，五元环、六元环比较稳定难于开环。
⑵ 与Br 2反应：注意反应的条件，在光照条件下发生自由基取代反应。
H 2Ni Pt C H 3C H2C H 3＋/50℃80℃H 2Ni Pt C H 3C H 2C H 2C H 3＋/200℃250℃Br2CCl 4C H 2C H 2C H 2BrBr＋C H 2C H 2C H 2C H 2BrBr＋CCl 4△＋＋hγhγBrBrBrH BrH ＋＋＋hγBrBrH ＋或高温或高温或高温Br 2Br 2Br 2Br 2⑶ 与卤化氢反应： 常温下环丙烷可以与氯化氢，溴化氢反应，环丁烷常温下不发生此反应。
4 环烃 脂环烃
（4）环上有取代基比较复杂, 以链为母体, 环为取代基。
CH3
2 3 4 5 6 CH3CHCH2CHCH2CH3 1
环己基 2-甲基-4-环己基己烷
（5）环上有取代基和不饱和键时,不饱和键以最小的号数表 示,称为环某烯。
CH3
4 5 6 1 3 2
4-甲基环已烯
1
CH3
2
CH2CH3
4 3
H3C
+
+
+
H2
H2
H2
Ni 80℃
Ni 200℃
H3C CH2 CH3
H3C CH2 CH2 CH3
H3C CH2 CH2 CH2 CH3
易
Ni 300℃
难
（2） 加卤素
BrCH2H2CH2Br Br2/CCl4
H3C
CH3CHCH2CH2Br Br
用于环丙烷的鉴别
环丁烷在加热的条件下可以与卤素发生开环加成反应。 四碳以上环烷烃室温下均不能与卤素或卤化氢反应
COOH SO3H CHO OH NH2 CH=CH2
苯甲酸 苯磺酸
苯甲醛
苯酚
苯胺
苯乙烯
(CH3)2C-CH-CH-CHCH3
2-甲 基 -4-苯 基 己 烷
苯基 Ph-
CH2
苄基 Benzyl-
（用Ph表示）
CH2 OH 苄 醇
（用Bz表示）
CH2 Cl 苄 氯
（2）二取代苯
* 两基团相同：有三种异构体：邻(o)、间(m)、对(p) * 取代基的位置用邻、间、对或1，2；1，3；1，4表示。
环丁烷的结构
三、环己烷及其衍生物的构象
1，环己烷的构象： 分子中的C－C键可以在一定的范围内自由旋转，形成无数构象。
脂环烃
3-甲基-2-环戊基己烷
2,5-二甲基-1,3-环己二烯
脂环烃
4-甲基-1-环戊烯
3-甲基-1-环己烯
1，6二-甲基-1-环己烯
脂环烃
二取代和多取代的脂环烃可产生顺、反两种构型异构体 二取代和多取代的脂环烃可产生顺、
两个取代基位于环平面的同侧，称为顺式 异构体； 位于环平面的异侧，称为反式 异构体。 【例如】
脂环烃
三、环烷烃的物理性质
环烷烃的物理性质与烷烃相似
状态（常温下） 状态（常温下）
三元、四元环——气态 五元、六元环——液态 大环环烷烃———固态 环烷烃不溶于水， 溶于乙醚等有机溶剂 环烷烃比相应的开链烷烃高
溶解性
沸点、熔点和相对密度 沸点、
脂环烃
四、环烷烃的化学性质 环丙烷分子的环是正三角形，三个碳原子在一 环丙烷分子的环是正三角形， 个平面上。环丙烷中相邻两个碳原子不能以“ 个平面上。环丙烷中相邻两个碳原子不能以“头碰 的方式达到最大程度的重叠， 头”的方式达到最大程度的重叠，分子中产生了 张力” 所以它们之间形成的键就没有正常的σ “张力”，所以它们之间形成的键就没有正常的σ 键稳定。因而环丙烷的稳定性较小 环丙烷的稳定性较小， 键稳定。因而环丙烷的稳定性较小，较易发生开环 反应。 反应。 随着成环碳原子数的增加， 随着成环碳原子数的增加，碳碳之间的杂化轨 道可以保持正常的键角和最大程度的重叠， 道可以保持正常的键角和最大程度的重叠，同时成 环的原子不在一个平面内。例如： 环的原子不在一个平面内。例如：环己烷就不是平 面结构，是个无张力环。所以环己烷具有与烷烃类 面结构，是个无张力环。所以环己烷具有与烷烃类 似的稳定性。 似的稳定性。
小环 3-4 个碳 普通环 5-7 个碳
第3章 环烃
环丙烷
环丁烷
环戊烷
环己烷
1,2,4-三甲基环己烷
1-甲基-4-异丙基环己烷 有机化学
药学院化学教研室 若支链复杂，则把环当取代基。
3-环己基己烷
顺反异构体
H C H3C3 CH CH3 3
顺
顺H
CH CH3 3
H
H
H
H
H
H
H
反
CH CH3 3 反
有机化学
药学院化学教研室 环烯烃(CnH2n-2)，与二烯烃互为同分异构体。 称环某烯，双键位次为最小（1,2位）
有机化学
药学院化学教研室
二环[4.2.0]辛烷
2,9-二甲基二环[4.4.0]癸烷
2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷
有机化学
3.1.2脂环烃的结构与稳定性 药学院化学教研室
1.Bagyer的张力学说（了解）
根据碳原子四面体的概念，C-C-C 键夹角 109°28´，提出环状化合物“张力学说”。 环越小，角张力越大。
中心轴
直立键（a键） 平伏键（e键） （与轴呈109°28′） 有机化学
药学院化学教研室
通过C—C键的旋转，环己烷可由一种构象翻转为另一种 构象。原来的a键变成e键，e键变成a键，但键的取向不变。 在常温下，这种构象翻转非常迅速，是两种构象相互转化 的平衡状态。 由于环己烷上所连接的都是氢原子，所以这两种椅式构象 是等同的 。
第二个取代基进入苯环的位置和难易程度主要 决定于原有取代基的性质，而与进入的取代基 关系较少。这就是苯环亲电取代的定位效应。 苯环上原有的取代基叫做定位基。
致活
邻、对位定位基
定位基
间位定位基
致钝
《医学有机化学教学课件》第三章环烃(脂环烃)
1
脂环烃化合物在植物中的分布
鱼腥草油中含有芳香性环烃，而隐球菌菌丝体里则含有螺环烷类物质。
2
脂环烃类物质在进化中的作用
环烃如类胡萝卜素是植物的颜色素，它在进化过程中发挥着重要作用。
3
脂环烃化合物在医学上的应用
类固醇激素和环状抗生素等化合物的发现与应用也为医学领域做出了重要贡献。
环烃的合成方法
1 环化合成法
在环上找到一点开始顺时针或逆时针编序 数，用斜线表示连接点。
脂环烃的结构和性质
脂基位置的影响
脂基在环上位置不同会影响到脂环烃的物理和化学 性质，如沸点、熔点、稳定性等。
骨架结构的影响
不同骨架结构会对脂环烃的性质产生不同的影响， 如反式环烷的形成需要消耗更大能量。
分子量与沸点的关系
分子量越大，分子间作用力越强，沸点也就越高。
2 重排反应合成法
3 金属催化合成法
通过高分子化学合成制备出 具有特定结构的环状化合物。
通过环的重排反应合成出具 有结构多样性的环烃化合物。
利用金属催化剂协助合成环 烃化合物。
环烃的应用和实际案例
聚合物材料
很多合成树脂、橡胶等材料都是 通过环烃基团反应合成的。
臭氧层破坏物质
乙烯基化学品大量使用会导致臭 氧层损失，引起环境问题。
医学有机化学教学课件
本课程的第三章将介绍有机化合物的一种类型：环烃（脂环烃），它们的结 构、性质、合成方法以及在生物体中的重要性等。
环烃的分类和命名规则
1
环烷的统一命名法
2
利用顺序数、按烷基字母顺序排列、标明
立体异构体等。
3
螺环烷的命名法
根据环上的碳原子数和螺旋角度等因素进 行命名。
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1、卤代 在光照或加热的条件下，环烷烃能与卤素发生按自由 基历程进行的取代反应。
高温
Cl
Cl2
2、加成 环烷烃，特别是小环的环丙烷或环丁烷，虽然没有不 饱和键，但性质与烯烃类似，容易发生开环从而发生 加成反应，这是小环的特殊反应。
（1）催化加氢。
反应活性：环丙烷>环丁烷>环戊烷>环己烷
（2）与卤素加成。环丙烷、环丁烷与烯烃类似，能与 卤素发生亲电加成
不用此方法鉴别烯烃与小环环烷烃。
（3）与HX。到开链化合物。若环上有取代基，加成符 合马氏规则。(三元环立刻反应，四元环需加热反应)
3、氧化反应 （1）一些低级的脂环烃在室温下，不与高锰酸钾 水溶液或臭氧作用，用高锰酸钾溶液可区别烯烃 和环丙烷及其衍生物。可用此试剂除去环丙烷中 微量的烯烃。 如：鉴别丙烷、环丙烷、丙烯 （2）环烷烃在强氧化剂或催化剂影响下方可被氧化
第三章
环烃
cylcoalkane
第一节 脂环烃
结构上具有环状碳架，性质上与链烃相似的烃类，叫 做脂肪族环烃，简称脂环烃. 一、分类与命名 1、分类 （1）按环上是否有不饱和键可分为：
①饱和脂环烃，也叫环烷烃。其通式是：CnH2n， 和烯烃互为同分异构体。 ②不饱和脂环烃，又分为环烯烃和环炔烃。
（2）按分子中碳环的数目可分为： ①单环脂环烃。按环的大小又可分为：小环：含 三到四个碳原子；普通环：含五到七个碳原子； 中环：含八到十二个碳原子；大环：含十二个碳 原子以上。 ②二环脂环烃。 ③多环脂环烃。 （3）按分子内两个碳环共用的碳原子数目分为： ①螺环烃。两个碳环共用一个碳原子； ②稠环烃。两个碳环共用两个碳原子； ③桥环烃。两个碳环共用两个或两个以上碳原子。
H
CH3
3-甲基-2-环丁基戊烷
CH3
H
反-1，2-二甲基环己烷
(2)、螺环烃的命名
规则： a、母体：按螺环所含碳原子总数称“螺[m.n]某烃”。 b、编号：从与螺原子相邻的小环碳原子开始编号，通 过螺原子编到大环。若环上有取代基，应使取代基编号 尽可能小。 c、命名：在螺字后的方括号中，用阿拉伯数字标出两 个碳环除螺原子外的碳原子数目，由小到大次序列出， 各数字之间用符号“．”分开。例如：
H CH3 H CH3
H C（CH3）3 H CH3
H CH3 H C（CH3）3
/u59/v_NDU1NTA5NjA.html
四、环烷烃的结构与稳定性
（一）、环丙烷的结构与稳定性 1. Baeyer张力学说（1885年）
碳原子键角应为109 28’, 任何与此正常键角的偏差， 都会引起分子的张力，这种张力具有力图恢复正常键角的 趋势。我们把这种张力叫角张力。 s最稳定构象）
船式（最不稳定构象）
CHEMICAL WHIMSEY
CHAIR
German: “sessel”
BOAT
“boot”
基团之间距离远
基团之间距离近
优势构象，最稳定
最不稳定构象
如何书写出环己烷的椅式构象呢？？？？？
How to draw cyclohexane
由三组平 行线组成
2、a键与e键
对称轴
H H H H H H H H H H H H
直立键
平伏键
a键 e键
环己烷的直立键和平伏键
特点：环已烷的6个a键中，3个向上3个向下交替 排列，6个e键中，3个向上斜伸，3个向下斜伸交 替排列。
3、转环作用
对称轴
H
H H H H
H
H
a键 e键
H
对称轴
H H
H
H H
H H
H
H
H H
H H
e键
H
a键
H H
两个椅式构象的互相转变
4、取代环己烷构象稳定性
（1）、一取代
H H CH 3 H
室温
H H H CH 3
7%
93% 内能比a型少 75.3KJ/mol
结论：e取代的椅式构象稳定
（2）、多元取代 a、取代基在e键上的椅式构象稳定
b、若e键数目同，则大取代基在e上稳定
CH3 H H CH3
H
H CH3 CH3
不饱和化合物，要使不饱和键的编号尽可能小。例如：
（3）桥环烃的命名 a、母体：按参与成环的总碳原子（不含支链）称某 烃，桥环个数冠于词头，称“二环[m.n.l]某烃”。 b、编号：自第一个桥头碳原子（即两个环连接处的 碳原子，二环有两个桥头碳原子。除桥头碳原子外， 环上其他的碳原子称为桥碳原子）开始沿最长的桥编 号到另一个桥头碳原子，再沿次长桥回到第一个桥头 碳原子，最短的桥最后编号。若环上有取代基时，应 从靠近取代基的桥头开始编号，使取代基有较小的位 次。 c、命名：在方括号中注明桥碳原子数（桥头碳原子 不计在内），按由大到小次序列出，数字之间用符号 “．”分开。二环桥烃可以看作是两个桥头碳原子之 间用三道桥联结起来的，因此方括号内有三个数字。
对于二环烯烃：命名时使双键的编号最小，并要使 取代基的编号尽可能小，其余同二环烷烃。
2-
二、环烷烃的物理性质 三、环烷烃的化学性质 环烷烃的化学性质和组成环的碳原子数目有关， 一般小环化合物的稳定性小，环容易破裂，其性质 与烯烃相似，易发生加成反应而成开链结构的饱和 化合物。五碳环以上，环稳定性较好，不易破裂， 其性质与烷烃相似，易发生取代反应。
2、命名 （1）单环脂环烃： a、母体一般叫做“环某烷（烯、炔）
b、编号原则同前面链烃。
c、环上取代基复杂时，可将环作为取代基来处理。 d、注意顺反异构的情况。
1,1-二甲基-2-异丁基环丙烷
1，4-环己二烯
H
H
2，3-二甲基-4-（3-甲基环戊基）-2-戊烯
CH3
CH3
顺-1，2-二甲基环己烷