有机化学- 脂环烃共22页文档
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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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4
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
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′ 。
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。
第四章 脂环烃
(1) 桥 (2) 桥 桥头碳 桥 (3) 桥头碳
双环 [3.2.1] 辛烷
11
桥环烃命名
（1）从一个桥头开始，沿最长的桥编到另一个桥头， 再沿次长的桥编回到起始桥头，最短的桥最后编。 （2）命名时以双环作词头，然后根据母体烃中碳原子 总数称为双环某烷。 （3）在词头“环”字后面的方括号中，由多到少写出 各桥所含碳原子数，同时各数字间用下角圆点隔开， 有取代基时，应使取代基编号较小 。
C C
109.5 。
C
105.5 。
C C
丙 烷 环丙烷
C
29
由此可见，在环丙烷结构中： (1) 键的重叠程度小，稳定性降低。 (2) 电子云分布在两核连线的外侧，增加了试剂
进攻的可能性，故具有不饱和烯烃的性质。
30
因分子在同一平面上，两原子之间采取 重叠式构象，导致扭转张力的产生。角张力 和扭转张力引起分子总的不稳定性称为环张 力。
Ha He He He
Ha Ha He He
He He
Ha Ha Ha He He He Ha Ha Ha He
Ha Ha
He Ha
38
椅型构象的翻转
为 a键
为e键
通过C-C键的不断扭动，一种椅型翻转为另一种椅型
39
椅型构象的特征：
●环己烷的六个碳原子构成两个平面；
●六个a、e键分别为三上三下；
重叠式构象
31
环丁烷环戊烷的构象
环丁烷蝴蝶型
环戊烷信封型
32
四、环己烷及其衍生物的构象
1、环己烷的结构
根据环己烷的燃烧热可以知道：环己烷分子中不 存在环张力，即无角张力，也无扭转张力。分子中键 角为109.5℃，碳原子之间为交叉式构象。 环己烷的两种极限构象：
双环 [3.2.1] 辛烷
11
桥环烃命名
（1）从一个桥头开始，沿最长的桥编到另一个桥头， 再沿次长的桥编回到起始桥头，最短的桥最后编。 （2）命名时以双环作词头，然后根据母体烃中碳原子 总数称为双环某烷。 （3）在词头“环”字后面的方括号中，由多到少写出 各桥所含碳原子数，同时各数字间用下角圆点隔开， 有取代基时，应使取代基编号较小 。
C C
109.5 。
C
105.5 。
C C
丙 烷 环丙烷
C
29
由此可见，在环丙烷结构中： (1) 键的重叠程度小，稳定性降低。 (2) 电子云分布在两核连线的外侧，增加了试剂
进攻的可能性，故具有不饱和烯烃的性质。
30
因分子在同一平面上，两原子之间采取 重叠式构象，导致扭转张力的产生。角张力 和扭转张力引起分子总的不稳定性称为环张 力。
Ha He He He
Ha Ha He He
He He
Ha Ha Ha He He He Ha Ha Ha He
Ha Ha
He Ha
38
椅型构象的翻转
为 a键
为e键
通过C-C键的不断扭动，一种椅型翻转为另一种椅型
39
椅型构象的特征：
●环己烷的六个碳原子构成两个平面；
●六个a、e键分别为三上三下；
重叠式构象
31
环丁烷环戊烷的构象
环丁烷蝴蝶型
环戊烷信封型
32
四、环己烷及其衍生物的构象
1、环己烷的结构
根据环己烷的燃烧热可以知道：环己烷分子中不 存在环张力，即无角张力，也无扭转张力。分子中键 角为109.5℃，碳原子之间为交叉式构象。 环己烷的两种极限构象：
有机化学课件——第五章 脂环烃
(3)同一碳上有两个不同取代基时
同一碳上有两个不同取代基时，把母体官能团做“参 照基团”给予尽可能低位次号，其它取代基只择其“较 优基团”用顺或反表示与“参照基团”的立体关系。 例如：
1，顺-2-二氯-r-1-环戊基甲酸
4、环己烷及其衍生物的结构
（1）环己烷的构象 （2）a键和e键 （3）取代环己烷的结构
H3C H
反-1, 4-二甲基环己烷
例子
（二）螺环烃的命名
螺原子：两个碳环共用的碳原子 螺[2，4]庚烷
3-甲基-75]癸烷
（三）桥环烃的命名
桥头碳原子：两环共用的碳原子。 桥：两个桥头碳原子之间的碳链或一个键。
(1) 桥 (2) 桥
桥头碳
桥头碳 桥 (3)
例如
顺-1，3-二氯环戊烷
反-2-氯环戊基甲酸
（2）环上有两个以上位置各有一个取代 基时
环上有两个以上位置各有一个取代某时，则选择其中位次 最低者为“参照基团”．在位次前加“r”标记，其余取 代基位次前用顺或反表示它们与“参照基团”的立体关 系。例如
r-1，反-2，顺-4-三氯环己烷 反-5-氯-r-1，顺-3-环己基二甲酸
4-甲基环己烯
3-甲基-4-环丁基庚烷
3）顺、反环烷烃 受环的限制，σ键不能自由旋转。环上取代基在空间的 位置不同，产生顺反(几何)异构。
顺(cis)： 两个取代基在环同侧；
反(trans)： 两个取代基在环异侧。
H3C CH3
H3C H
CH3
H CH3
HH
H
顺-1, 4-二甲基环己烷
CH3
CH3
二环 [3.2.1] 辛烷
7
1
6
2
54 3
有机化学第五章 脂环烃
练习
CH3CH2
CH3
1-甲基-4-乙基-1,3-环戊二烯
CH3CH2
CH3
1-甲基-4-乙基环己烷
有机化学
脂环烃
13
5.1.3.2 桥环的命名
两个以上的碳环，共用两个（或2个以上）碳 原子的脂环化合物，叫做桥环化合物。
桥原子
桥头碳
此结构好象是过河的桥，两岸各有一个桥头，即 两个共用碳原子，也叫桥头碳。其余可看作是不 同方式的桥，这样的原子叫桥原子。
可有两种分类方法。
有机化学
脂环烃
5
环烷烃 CnH2n
环碳原子的饱和程度 环烯烃 CnH2n-2
脂环烃
单环 (上） 环炔烃 CnH2n-4
碳环数目 双环
多环
有机化学
脂环烃
6
分子中碳环的多少
① 单环脂环烃 分子中只有一个碳环，按成碳原子数又可分为
小环、普通环、中环、大环四种。
小环 普通环 中环 大环
格能小，则熔点低。而在环烷烃中，分子中原子不能 自由转动，构象稳定，分子间排列紧密、有序，所以 密度、熔 沸点比相应的开链烃稍高一些。
有机化学
脂环烃
23
5.3 脂环烃的化学性质
脂环烃的化学性质由于其结构上的特点而与相应 的开链烃的性质相似，如饱和脂环烃的性质与开 链烷烃的性质相似；不饱和脂环烃则与相应的不 饱和开链烃的性质相似。即环烯烃具有与烯烃相 同的性质，而环炔烃则与开链炔烃的性质相同。
Br2/CCl4 BrCH2CH2CH2CH2Br
环丁烷性质不如环丙烷活泼，随环由小到大，环的 稳定性增加，性质逐渐稳定，加成也越来越困难。
有机化学
脂环烃
29
有机化学徐寿昌第二版第5章脂环烃
CH3
1
2
5
3
4
5
3
4
1,6-二甲基-1-环己烯
例3
例4
有取代基的双键碳先编号
双键位次和最小
☺螺环化合物:两个碳环共用一个碳原子. ☺桥环化合物:两个碳环共用两个或以上碳原子.
螺[2.4]庚烷
双环[2.2.1]庚烷
螺原子
桥头碳
桥头碳
(3) 双环化合物(分子中含有两个碳环)的结构与命名:
(A) 螺环化合物的命名:
6-甲基双环[3.2.2]壬烷
例5:
1,7-二甲基双环[3.2.2]壬烷
例6:
8,8-二甲基双环[3.2.1]辛烷
双环[2.2.2]-2,5,7-辛三烯
例7:
11
1
2
3
4
5
6
7
8
思考题1
1. 2. 3.
CH3
Br
Cl
CH2CH3
5-甲基- 1-溴螺[3.4]辛烷
OH
H2O/△
+
(CH3)2CCH(CH3)2
Br
思考题3
(3) 氧化反应:
☻在常温下环烷烃与一般氧化剂(KMnO4,O3)不反应. ☻在加热、强氧化剂作用或催化剂存在时，可被空气氧化成各种氧化产物. 例如: CH2CH2COOH CH2CH2COOH
2-乙基-6-氯二环[3.2.1]辛烷
4-甲基-1-异丙基二环[3.1.0]己烷
命名下列化合物：
5.2 脂环烃的性质
☻环烷烃的熔点和沸点都比同碳数的烷烃要高一些. ☻相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻. ☻脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似. ☻环烷烃的化学特性: 三、四元环结构不稳定,易开环; 五、六元环结构较稳定,一般不会开环.
1
2
5
3
4
5
3
4
1,6-二甲基-1-环己烯
例3
例4
有取代基的双键碳先编号
双键位次和最小
☺螺环化合物:两个碳环共用一个碳原子. ☺桥环化合物:两个碳环共用两个或以上碳原子.
螺[2.4]庚烷
双环[2.2.1]庚烷
螺原子
桥头碳
桥头碳
(3) 双环化合物(分子中含有两个碳环)的结构与命名:
(A) 螺环化合物的命名:
6-甲基双环[3.2.2]壬烷
例5:
1,7-二甲基双环[3.2.2]壬烷
例6:
8,8-二甲基双环[3.2.1]辛烷
双环[2.2.2]-2,5,7-辛三烯
例7:
11
1
2
3
4
5
6
7
8
思考题1
1. 2. 3.
CH3
Br
Cl
CH2CH3
5-甲基- 1-溴螺[3.4]辛烷
OH
H2O/△
+
(CH3)2CCH(CH3)2
Br
思考题3
(3) 氧化反应:
☻在常温下环烷烃与一般氧化剂(KMnO4,O3)不反应. ☻在加热、强氧化剂作用或催化剂存在时，可被空气氧化成各种氧化产物. 例如: CH2CH2COOH CH2CH2COOH
2-乙基-6-氯二环[3.2.1]辛烷
4-甲基-1-异丙基二环[3.1.0]己烷
命名下列化合物：
5.2 脂环烃的性质
☻环烷烃的熔点和沸点都比同碳数的烷烃要高一些. ☻相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻. ☻脂环烃的化学性质与相应的脂肪烃类似. ☻环烷烃的化学特性: 三、四元环结构不稳定,易开环; 五、六元环结构较稳定,一般不会开环.
有机化学脂肪烃和脂环烃详解演示文稿
CH3(CH2)6CH3 （正） 辛 烷
CH3(CH2)7CH3 （正） 壬 烷
CH3(CH2)8CH3 （正） 癸 烷
CH3(CH2)9CH3 （正） 十一烷
CH3(CH2)10CH3 （正） 十二烷
CH3(CH2)11CH3 （正） 十三烷
CH3(CH2)12CH3 （正） 十四烷
CH3(CH2)13CH3 （正） 十五烷
次序规则
Sequence Rule
（1）将各取代基的原子按原子序数大小排列，大者为较优基团。有机化合物中常见的元素其 顺序由大到小排列如下：
I＞Br＞Cl＞S＞P＞F＞O＞N＞C＞D＞H
（2）如果两个基团的第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子，比较时，按原子序
数排列，先比较最大的，若仍相同，再依次比较第二、第三个原子。如－CH2Cl与－ CHF2，第一个均为碳原子，再按顺序比较与碳相连的其它原子。在—CH2Cl中 为 — C（Cl、H、H）， 在 — CHF2 中 为 — C（F、F、H）。Cl>F， 故 — CH2Cl>— CHF2。
n-pentacontane
n-hexacontane
n-heptacontane
n-octacontane n-nonacontane
n-hectane n-tetratriacontanehectane
第15页，共130页。
支链烷烃的命名
CH3
CH3
1oH 2oH 3oH
H3C C CH2 CH CH3 1oC 2oC 3oC 4oC (伯) (仲) (叔) (季)
第19页，共130页。
注意：相同位次的相同取代基也要标出取代基的位次，有
多少个取代基就有多少个阿拉伯数字表明位次。如果取代