脂环烃
第五章 脂环烃
● 教学基本要求
1、掌握脂环烃的命名法、化学性质、顺反异构现象；
2、了解环的大小与稳定性的关系；
3、初步掌握环已烷的构象。 ● 教学重点
脂环烃的命名法、化学性质、顺反异构现象；环的大小与稳定性的关系；环已烷的构象。
● 教学难点
脂环烃的化学性质、顺反异构现象；环已烷的构象。 ● 教学时数： ● 教学方法与手段 1、讲授与练习相结合； 2、讲授与教学模型相结合；
3、传统教学方法与与现代教学手段相结合；
4、启发式教学。 ● 教学内容
第一节 脂环烃的分类和命名
脂环烃是指由碳原子相互连接成环，性质与开链烃相似的环状碳氢化合物。
1.1脂环烃的分类
根据环上碳原子的饱和程度不同，可将脂环烃分为环烷烃、环烯烃、环炔烃等。
脂环烃
不饱和脂环烃
环烯烃环二烯烃
环炔烃饱和脂环烃
环烷烃如如
如如... ...
... ...... ...
... ...
根据脂环烃分子中所含的碳环数目不同，分为单环脂环烃和多环脂环烃。
1.2脂环烃的命名
1、单环脂环烃的命名
【原则】与脂肪烃相似，只是在名称前加一“环”字即可。环上碳原子编号时，要使不饱和键或取代基的位次最小。
CH2
CH2CH2
CH2
CH2
即
环戊烷
CH3
甲基环丁烷
CH3
CH3
1,2-二甲基环戊烷
CH3
H3C
CH
CH
3
即
1-甲基-4-异丙基环己烷 反-1,4-二甲基环己烷
3
3
CH3
H
H
CH3
即
CH3
3-甲
基-1-环己烯
CH3
5-甲基-1,3-环戊二烯
2、多环脂环烃的命名
分子中含有两个碳环的是二环化合物，又称双环化合物。
两环共用一个碳原子的二环化合物叫做螺环化合物；
两环共用两个以上碳原子的化合物叫做桥环化合物。
两环仅共用两个碳原子的化合物叫做稠环化合物。
(1) 桥环烃的命名
固定格式：双环[a.b.c]某烃(a≥b≥c)
分子中两个或两个以上碳环共有两个以上碳原子；两环共用的端点碳原子为桥头碳，两桥头碳之间的碳链为桥。
桥环烃的命名，先用切割法（环数=将环状化合物切开成等碳原子数的链状化合物所需切割的次数）或搭桥法（环数=母体环数+桥数）等方法确定环数，然后找桥头碳，从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥
头碳沿着次大环继续编号，最短的桥上的碳原子最后编号。分子中含有双键或取代基时，只是尽可能使其位次最小，并用阿拉伯数字表示。以二环、三环等做词头，据成环碳原子的总数称为某烃，在环字后面的【】中注明各桥中所含的碳原子数，大数在前，小数在后，数字之间用下角“.”隔开。例如：
(2) 螺环烃的命名
固定格式：螺[a.b]某烃(a≤b)
先找螺原子，编号从与螺原子相连的碳开始，沿小环编到大环。根据所有环上碳原子的总数称为螺[a.b]某烃，在螺字后面的【】中注明两个碳环（除螺原子外）各自所有的碳原子数数目，小数在前，大数在后，数字之间用下角“.”隔开。例：
(3) 稠环烃的命名
同桥环烃的命名。
多环化合物的命名也遵循上述规则，即先视作双环把主环和主桥编号（如下例：最大的环为8元环，为主环，C1和C5为主桥的桥头碳），然后编第二号桥、第三号桥等等（下例的C3和C7为第二桥的桥头碳）并注明其桥头碳（如下例的前三个数3.3.1是主桥的原子数，后一个13,7是第二桥的原子数，其右上角3,7是桥头碳编号。
近年来合成了很多新型结构的多环化合物，引起了有机化学家很大兴趣。为了简便，合成的这些化合物也规定了简称，如：立方烷、篮烷、棱晶烷、金刚烷。
第二节环烷烃的结构和稳定性
环的稳定性与环的大小有关。三碳环最不稳定，四碳环比三碳环稍稳定一点，五碳环较稳定，六碳环及六碳以上的环都较稳定，如何解释这一事实？
2.1张力学说
1885年A.V on Baeyer 提出了张力学说。其合理部分要点是：①当碳与其他原子连结时，任何两个键之间夹角都为四面体角(109.5°)②碳环中的碳原子都在同一平面内，键角与109.5°相差越大，越不稳定。
环丙烷是三角形，夹角是60°。环中每个碳上的两C-C 键，不能是109.5°，必须压缩到60°适应环的几何形状，这些与正常的四面体键角（109.5°）的偏差，引起了分子的张力，力图恢复正常键角，这种力称做角张力，这样的环叫做＂张力环＂。张力环和其键角与四面体分子相比是不稳定的，为了减小张力，张力环有生成更稳定的开链化合物的倾向。所以环丙烷不稳定。
环丙烷的结构现代物理方法测得，环丙烷分子中三个碳原子共平面。显然，环丙烷中没有正常的C－C键，而是形成“弯曲键”：
由于环丙烷分子中的C－C键不是沿轨道对称轴实现头对头的最大重叠，而重叠较少，张力较大，具有较高的能量。根据结构与性能的关系，环丙烷的化学性质应该活泼，容易开环加成。
环丁烷分子中的碳采取sp3杂化，轨道夹角109.5°。
若四个碳形成正四边形，内角应为90°。角度偏差：109.5°－90°＝19.5°＜109.5°－60°＝49.5°。环丁烷中的C－C键也是“弯曲键”，但弯曲程度较小。∴环丁烷较环丙烷稳定，但仍有相当大的张力，属不稳定环，比较容易开环加成。
电子衍射研究说明，环丁烷分子中四个碳原子不共平面，而呈“蝴蝶型”结构，这样可使部分张力得以缓解。
环戊烷分子中的碳采取sp3杂化，轨道夹角109.5°。正五边形内角为108°，角度偏差：109.5°－108°＝1.5°
可见，环戊烷分子中几乎没有什么角张力，故五元环比较稳定，不易开环，环戊烷的性质与开链烷烃相似。
事实上，环戊烷分子中的五个碳原子亦不共平面，而是以“信封式”构象存在，使五元环的环张力可进一步得到缓解。
2.2燃烧热
所谓燃烧热就是指一摩尔分子燃烧时放出的热量，它的大小反映出分子内能的高低。
环烷烃的环张力越大，表明分子的能量越高，稳定性越差，越容易开环加成。可用环烷烃每个CH2单位的燃烧热来表明环张力的大小。一些环烷烃的燃烧热如下所示：
以上的数据说明：环越小，每个CH
的燃烧热越大，环张力越大。
2
第三节环烷烃的性质
3.1 物理性质
1、状态：常温下，C3~C4(g)，C5~C11(l)，≧C12 (s)。
2、mp.、bp.：较相应的烷烃高，随分子量增加，mp.、bp.增加。
3、相对密度，较相应的烷烃大，随分子量增加而增加，但﹤1。
4、折光率：随分子量增加而增加。
5、水溶性：不溶于水。
可以看到结构对它们所起的作用。链状化合物可以比较自由的摇动，分子间"拉"得不紧，容易挥发，所以沸点低一些。由于这种摇动，它比较难以在晶格内作有次序的排列，所以它的熔点也低一些。环烷烃排列得紧密一些，所以密度高一些，比重就高一些。
3.2 化学性质
1、取代反应
五元、六元环易发生取代反应。 + Cl
2
Cl
11ò1
+ HCl
光或热
+ HCl
+ Cl 2
Cl
+ Cl 2
Cl
+ HCl
2、氧化反应
室温下，环烷烃不与KMnO 4水溶液作用。
据此，可区别于C ＝
C 或C ≡C 。例：
在加热或催化剂存在下，环烷烃可被氧化，产物因反应条件而异：
OH
O +
+ O 2
环己醇
环己酮
臭氧对环烷或多环烷的选择性氧化， 通常氧化叔碳氢，特别是桥头氢。 3、加成反应
(1) 加氢（
C 3~C 5）
+ H 2Ni CH 3CH 2
CH 2CH 3200 C
?
￡+ H 2Ni 80 C ?
￡
CH 3CH 2CH 3+ H 2
Pt CH 3(CH
2)3CH 3
300 C
?
￡2?
ò×?a?·
推论：随着成环碳原子数的增加，催化加氢反应由易到难。
(2) 加卤素（C 3~C 4）
1
1
+ Br 2BrCH 2CH 2CH 2Br CCl 42?ò×?a?·
ò×?a?
·
+ Br 211ú1ú1
11ú1ú1
+ Br
2
Br(CH 2)4
Br + Br 2(11111·11
!)
(3) 加卤化氢（指环丙烷及其衍生物）
+ HBr CH 3CH 2CH 2Br
H 2O
ò
×?a?·
+ HBr
1·111·11
+ HBr
2?ò×?a?·
?推论：小环既像烷烃，又像烯烃；大环像烷烃。
3.3 环烯烃的反应
环烯烃的性质与开链烯烃类似，易加成、氧化等。
CH 3
H
/Ni
CH 3
CH 3
Br
COOH
CH 3
O
CH 3
Br
Br
【思考与练习】用化学方法鉴别：1,2-二甲基环丙烷、2-戊烯和环戊烷
第四节 脂环烃的立体结构
4.1脂环烃的顺反异构
由于环的存在限制了环的C-Cσ键不能自由旋转，当具有两个以上碳原子
连接不同的基团时，就存在顺反异构现象。
例如：1,4-二甲基环己烷，其构型式如下：
4.2
1、环己烷的构象
在环己烷分子中，碳原子是以
sp3杂化，六个碳原子不在同一平面内，碳碳键之间的夹角可以保持109°28'，因此很稳定。
(1)环己烷有两种极限构象 ①一种像椅子故叫椅式构象。
六个碳原子排列在两个平面内，若碳原子1,3,5排列在上面的平面，碳原子2,4,6则排列在下面的平面，两个平面的距离为0.05nm 。图中的对称轴是穿过分子画一直线，分子以它为轴旋转一定角度后，可以获得与原来分子那样的形象，此直线即为该分子的对称轴。
②另一种像船叫船式构象。
环己烷的C-C 键可在环不受破裂的范围内旋转，在放置中，船式、椅式可以相互转变。
（2）物理方法测出船式环己烷比椅式能量高26.7 kJ/mol ，故在常温下环己烷几乎完全以较稳定的椅式构象存在。 在椅式中相邻碳原子的键都处于交叉式的位置较稳定。
3
3CH 3
H
3即
反-1,4-二甲基环己烷 顺-1,4-二甲基环己烷 即H H CH 3333
在船式中碳原子的键（2，3和5，6）处于全重叠式的位置。由于重叠的氢原子间有斥力（位阻）作用，且船头船尾距离较近，斥力较大，Van de waals张力也较大。
在重叠式中，前后两根C-C键之间有电子云的斥力，倾向于叉开，因此重迭式的内能较高，交叉式的内能较低，它们之间的内能差是由于键扭转而产生的，故称为扭转张力。
（3）直立键（a键）、平伏键（e键）
与分子的对称轴平行的键叫直立键或a键（axial bond）；与直立键形成接近109°28'夹角的键，叫平伏键或e键（equatirial bond）。我们将环己烷中六个碳原子所处的空间看作是一个较厚的平面的话，那么六根C-H键是竖立在它的上下，称为直立键，因为英文叫Axial bond 故称为a键；另外六根C-H键横卧在它的四周，称为平伏键，因为英文叫Equatorial bond 故称为e键。
（4）环己烷各构象之间的能量关系。
由椅式转换成另一种椅式，所经过的各种构象，椅式能量最低，半椅式的能量最高。
一个椅式构象也可以通过C-C键的转动而变为另一个椅式构象，这种构象的互变，叫转环作用。是由分子热运动所产生，而不经过碳碳键的破裂，在室温时，就能迅速转环。在互相转变中，a键都变成了e键，同时，每个e键也变成了a键。
2、取代环己烷的构象
环己烷多元取代物最稳定的构象是e-取代基最多的构象。环上有不同取代基时，大的取代基在e键的构象最稳定。其一元取代物中，处于e键的取代基较为稳定，能量较低。这是由于a键取代基和在环同一边相邻的两个a氢原子距离较近，它们之间存在着斥力（1,3-作用）的缘故。
当叔丁基处于a键（I）时，C-3以及C-5上的竖氢和它靠得较近，就会对它有影响（1,3-竖键间作用，1,3-Diaxial interaction），产生Van der walls 张力。当它处于横键时（Ⅱ），C-2以及C-6上的氢都一上一下离它较远，对它没什么影响。因此，这种构象比较稳定，通常单取代环己烷都以这种构象存在。
双取代环己烷，它也是以取代较多e键的构象为最稳定。如：
一般都以e.e构象存在。这是因为在e.e构象中，上下两个甲基都受1,3-竖键间作用而有Van der walls张力，较e.e构象不稳定。象这些不成键的原子或基团，当它们距离小于范德华半径时，就互相排斥，这种斥叫做范德华张力。范德华半径是一个原子没有成键时的半径，是原子核与原子外沿的距离。所以，
原子间的斥力与原子间的距离有关，距离越近，斥力越大。
综上所述，在判断分子构象稳定性时，要考虑到三种张力，即角张力，扭转张力，范德华张力。角张力是由于键角偏离109.5°(碳原子四面体的键角)而产生，扭转张力是由于邻位碳原子的氢(或其它基团)相互重叠而产生， 范德华张力是由于原子的距离小于范德华半径而产生。
【小结】椅式构象的特点
①六个碳原子分布在相互平行的两个平面上(上三，下三)；
②十二个碳氢键分为两种类型：a －键(直立键)和e －键(平伏键)，每个碳原子上都有一个a 键和和一个e 键；
③由一种椅型构象可翻转为另一种椅型构象，同时a 、e 键
互换。
④环上有取代基时，e 键取代比a 键取代更稳定。
3、十氢化萘的构象十氢化萘有两种顺反异构体：
顺式与反式十氢化萘互为构型异构体，是两种不同的化合物，它们在室温下不能相互转变。但在530℃、Pd-C 催化剂存在下，两者可达到动态平衡：
H 空间障碍大，能量高
空间障碍小，能量低
。91%9%
H
H
H
H H
顺式十氢萘反式十氢萘
R
R
H
H
R R
H
a键取代，R与 CH 2处于顺位交叉
e键取代，R与 CH 2处于对位交叉
能量较低，含量较高
能量较高，含量较低
优势构象
非优势构象
不稳定 稳定
【思考与练习】写出1-甲基-3-叔丁基环己烷的稳定构象。
第五节 重要的脂环烃——环戊二烯
5.1 环戊二烯的工业来源和制法石油热裂解的C 5馏分加热至100℃，其中的环戊二烯聚合为二聚体，蒸出易挥发的其他C 5馏分，再加热至约200℃，使
二聚体解聚为环戊二烯：
5.2 环戊二烯的物理性质
环戊二烯俗称
茂，通常情况下为液体，bp.:415℃，相对密度
为0.802g.cm3，不溶于水，易溶于有机溶剂。
5.3 环戊二烯的化学性质 (1) 双烯合成
与开链共轭二烯相似，共轭环戊二烯烃也可发生双烯合成：
(2)加氢
(3)α-氢原子的活泼性 所以，环戊二烯可与金属钾或氢氧化钾成盐，生成环戊二烯负离子：
+ K
+ H 2
21
-
K +
+ H 2
Pd-Ti 50 C
。
CH
CH
11·[2,2,1]-2,5-1111
+
????ì??×????ì?
双烯体
亲双烯体673
丙烯酸甲酯
3
。
+
环戊二烯
钾(或钠)盐与氯化亚铁反应可
得到二茂铁：
二茂铁可用作紫外线吸收剂、火箭燃料添加剂、挥发油抗震剂、烯烃定向聚合催化剂等。将其用于材料科学，可得到一系列新型材料。
第六节 脂环烃的主要来源和制法
1、主要来源：石油
2、制法：
(1)
芳香族化合物催化氢化
(2) 分子内偶联法 ①Wurtz 型环合法
如果链的两端（即α-位和ω-
位官能团邻位称α-位，末位称ω-位）均有一卤原子的α、ω-二卤化合物发生Wurtz 偶联反应，可生成环。
适合三、四元环的合成。
②Grignard 试剂法
适用于四、五、六、七元环的合成。 (3)Didls-Alder 反应
CHO
+
100%
CHO
。
Br Br + Zn + ZnBr 2
OH OH
+ 3H 2
Ni
（4）卡宾合成法
（5）脂环烃之间的转化
脂环烃在催化剂的作用下能使环缩小或扩大。通常三、四元环能扩大成五元、六元环；七元环能缩小成六元环。所以，脂环烷达到平衡时，一般认为没有三、四、七元环，而只有五、六元环。
金刚烷最先是在石油中发现的。现很容易从四氢化双环戊二烯在三卤化铝催化剂存在下重排得到
金刚烷是无色晶体，熔点268℃，分子内含有由环己烷组成体形的三环体系，环己烷以椅式构象存在，其氨基衍生物具有抗病毒性。
【布置作业】
有机化学课后习题答案5第五章脂环烃(第五轮)答案
40第五章脂环烃 一.目的要求 了解环烷烃通式、分类、命名和异构、环烷烃的物理性质。理解环的结构和稳定性，掌握环烷烃的化学性质。 二.本章内容小结 1.脂环烃的定义 由碳原子连接成环，性质与脂肪烃相似的烃类化合物总成为脂环烃。按照成环特点，一般可将脂环烃分为单环脂环烃和多环脂环烃。 2.脂环烃的命名 单环脂环烃命名与脂肪烃类似，只是在相应的脂肪烃前加一“环”字。如： 环戊烷，甲基环丁烷 桥环化合物的命名一般采用固定格式：双环[a.b.c]某烃(a ≥b ≥c )。 先找桥头碳（两环共用的碳原子），从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥头碳沿着次大环继续编号。分子中含有双键或取代基时，用阿拉伯数字表示其位次。 如： 7,7-二甲基二环[2,2,1]庚烷 螺环化合物命名的固定格式为：螺[a.b]某烃(a ≤b)。命名时先找螺原子，编号从与螺原子 相连的碳开始，沿小环编到大环。如： 螺[4.4]壬烷 3.环烷烃的结构与稳定性 环烷烃的成环碳原子均为sp 3型杂化。除环丙烷的成环碳原子在同一个平面上以外，其它环烷烃成环碳原子均不在同一个平面上。在环丙烷分子中由于成环碳原子间成键时sp 3型杂化轨道不能沿键轴方向重叠，而是以弯曲方向部分重叠成键，导致环丙烷张力较大，分子能量较高，很不稳定，容易发生开环反应。所以在环烷烃中三元环最不稳定，四元环比三元环稍稳定一点，五元环较稳定，六元环及六元以上的环都较稳定。注意桥头碳原子不稳定。 4.环己烷以及取代环己烷的稳定构象 环己烷在空间上可以形成多种构象，其中椅式和船式构象为两种极限构象，前者比后者更加稳定。一般说来，取代环己烷的取代基处于椅式构象的平伏键时较为稳定。因此多取代环己烷的最稳定的构象为平伏键取代基最多的构象。如果环上有不同取代基，较大的取代基在平伏键上的构象最稳定。 5.环烷烃的化学性质 环丙烷和环丁烷的化学性质和烯烃相似，能开环进行加成反应。并且与氢卤酸加成符合马氏规则。但小环环烷烃对氧化剂稳定，不与高锰酸钾或臭氧作用。
脂环烃习题答案(第五版)
第五章脂环烃（P 113-114 ） 1.分子式C5H10的环烷烃的异构体的构造式：（提示:包括五环、四环和三环）。 2.顺-1-甲基-4-异丙基环己烷的稳定构象式。 解：ae式，其中甲基位于a键，异丙基位于e键。 3 (H3C)2 3.写出下列各对二甲基环己烷的可能的椅型构象，并比较各异构体的稳定性，说明原因。 解： (1) 顺-1,2-二甲基环己烷可能的椅型构象为ae式；反-1,2-二甲基环己烷可能的椅 型构象为aa和ee式二种，稳定性次序为：aa
4.写出下列化合物的构造式（用键线式表示）： （1）1,3,5,7-四甲基环辛四烯（2）二环[3.1.1]庚烷（3）螺[]十一烷（4）methylcyclopropane （5）cis-1,2-dimethylcyclohexane 答案: CH3 CH 3 H3C H3C CH3 3 CH3 5.命名下列化合物：
6.完成下列反应式，带“*”的写出产物构型： （1） 这两个反应属亲电加成反应。 （2） （3） 高温自由基取代反应（4） 亲电加成反应，100%反式形成一对对映体，组成一个外消旋体混合物。 （5） 氧化反应，生成一个内消旋体。
写出分子式符合C5H10的所有脂环烃的异构体(包括顺反异...
第四章 环烃 1. 写出分子式符合C 5H 10的所有脂环烃的异构体（包括顺反异构）并命名。 答案： C 5H 10 不饱和度Π =1 a. 环戊烷 b. c.d. e. 1－甲基环丁烷 顺－1,2－二甲基环丙烷反－1,2－二甲基环丙烷1,1－二甲基环丙烷cyclopentane 1－m ethylcyclobutane cis －1,2－dim ethylcyclopropane trans －1,2－dim ethyllcyclopropane 1,1－dim ethylcyclopropane f. 乙基环丙烷 ethylcyclopropane 2. 命名下列化合物或写出结构式： Cl Cl a. b. CH 3 H 3C c.H 3C CH(CH 3)2 d.H 3C CH(CH 3)2 e. SO 3H Cl f.4－硝基－2－氯甲苯 g.2,3－二甲基－1－苯基－1－戊烯 h. 顺－1,3－二甲基环戊烷 答案： a. 1,1－二氯环庚烷 1,1－dichlorocycloheptane b. 2,6－二甲基萘 2,6－ dimethylnaphthalene c. 1－甲基－４－异丙基－1,4－环己二烯 1－isopropyl ―4－methyl －1,4－cyclohexadiene d. 对异丙基甲苯 p －isopropyltoluene e. ２－氯苯磺酸 ２－chlorobenzenesulfonic acid f. CH 3 NO 2 Cl g. CH 3 CH 3 h.2－chloro －4－nitrotoluene 2,3－dim ethyl －1－phenyl －1－pentene cis －1,3－dim ethylcyclopentane 3. 完成下列反应：
脂环烃习题参考答案
3 脂环烃习题参考答案 1、用系统命名法命名或写出结构式 CH 3 (1) (2) 3 （1）反-1，3-二甲基环己烷 （2） 2-甲基-5-环丙基庚烷 （3） 2-甲基-8-氯二环[3.2.1]辛烷 3 (5) (4) (6) 3 （4）7，7-二甲基-2-氯二环[2.2.1]庚烷 （5）1，4-二甲基-7-溴螺[2.4]庚烷 （6）1，6-二甲基-8-乙基螺[3.5]壬烷 （7） （8） 2、写出符合C 5H 10的所有脂环烃的异构体（包括顺反异构体），并命名。 3 H 3H 3环戊烷 甲基环丁烷1，1-二甲基环丙烷 顺-1，2-二甲基环丙烷反-1，2-二甲基环丙烷 乙基环丙烷 3、试指出下列化合物哪些是顺式?哪些是反式?并指出构象的类型（ea 型、ee 型等）。 CH 3
(1) (2) (3) (4) 3 3 3 3 顺式 ea 型 反式 ee 型 顺式 ea 型 反式 ae 型 4、根据题意回答下列各题 （1）写出下列化合物的最稳定的构象式。 (CH 3)3 3)2 3 3 A B (CH 3)3 （2）下列化合物中最稳定的构象是（ C ）。 (CH 3)3C 3 25 (CH 3)3C (CH 3)3C (CH 3)3 A. B. C. D.3 33255 5 （3）分别写出顺 -1-甲基-3-异丙基环己烷和反-1-甲基-3-异丙基环己烷的稳定的构象式。 32 3 3 3 2 顺-1-甲基-3-异丙基环己烷反-1-甲基-3-异丙基环己烷 (4) 画出反－1－叔丁基－4－氯环己烷的优势构象。 3)3 (5) 下列脂环烃每摩尔CH 2的燃烧热值最高的是（ D ）最低的是（ A ）。 A. B. C. D.
第五章脂环烃
第五章脂环烃 一、教学目的及要求 二、教学重点与难点 三、教学方法 第一节脂环烃的分类命名和异构现象 一、分类 饱和脂环烃； 不饱和脂环烃； 单环脂环烃； 二环和多环烃； 螺环烃(spirocyclic hydrocarbons) 稠环烃(fused bicyclic hydrocarbons) 桥环烃(bridged bicyclic hydrocarbons) 二、命名 １．单环脂环烃的命名 （１）根据分子中成环碳原子数目，称为环某烷。 （２）把取代基的名称写在环烷烃的前面。 （３）取代基位次按“最低系列”原则列出，基团顺序按“次序规则”小的优先列出。例如：H2C H2C CH2CH2 CH2 CH2 环己烷cyclohexane CH2CH2 CH CH H2C CH3 CH CH3 CH3 1 2 3 4 5 1-甲基-2-异丙基环戊烷 1-methyl-2-isopropylcyclopentane CH3 H CH3 H CH3CH3 H H ? 顺-1,4-二甲基环己烷 cis-1,4-dimethylcyclohexane CH3 H H CH3 CH3H H CH3 ? 反-1,4-二甲基环己烷 trans-1,4-dimethylcyclohexane
2．环烯烃的命名 （1）称为环某烯。 （2）以双键的位次和取代基的位置最小为原则。例如： 3．多环烃的命名 （1）螺环(spirocyclic)烃的命名 两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃。 H2C H2C CH2 C CH2 CH2 CH2 CH 2 1 2 3 4 5 6 7 8 螺[3.4]辛烷 spiro [3.4] octane 命名方法： 根据成环碳原子的总数定为“螺某烷”； 在“螺”后的方括号内，按由小到大的顺序表明除螺碳原子以外的成环碳原子数目，数字间用圆点隔开； 编号时从螺原子(4)相邻的第一个碳原子(1)开始，经过共用碳原子(螺原子)而到大环，保证取代基位次代数和最小； 取代基放在最前面； 命名模式：a-基螺[x.y]某烷。 例如：上化合物名为8-二甲基二环[3.2.1]辛烷 H3C 1 2 3 4 5 6 7 89 6-甲基螺[3.5]壬烷 6-methylspiro [3.5] nonane 1 2 3 4 5 6 7 8 1,5-二甲基螺[3.4]辛烷 1,5-dimethylspiro [3.4] octane
第五章脂环烃
第五章 脂环烃 [问题5-1] 试写出含有五个碳的环烷烃的构造异构体，并命名之。 ① ② Me Me ③ Me Me ④ Me ⑤ 解：① 乙基环丙烷② 顺-1.2-二甲基环丙烷③ 反-1.2二甲基患丙烷④ 甲基环丁烷 ⑤ 环戊烷 [问题5-2] 命名下列化合物。 ① ② CH CH 2 CH 2CH 2 CH C 2H 5CH 3 CH 2 CH 2CH 2 CH 2C CH 2CH 2CH 2 123 45 678 ③ ④ CH 2 CH 2 CH 2 CH 2CH CH 2 CH 1 2345 67 CH 2CH 22 CH 2 CH 2CH CH 12345 6 7 解：①1-甲基-3-乙基-环戊烷 ②螺[3.4]辛烷 ③二环[2，2，1]庚烷 ④二环[3，2，0]庚烷 [问题5-3] 分析表5-1中的数字可得出什么结论？从分子结构上加以解释。 解：因环烷烃的对称性高于同碳链的开链烷烃，分子之间排列程度也就高于相连的开链烷烃。分子间引力增加，所以表现在环烷烃的熔点，沸点和比重都较含同碳数的开链烷烃为高。 [问题5-4] 试用简便化学方法区别C 5H 10的下列异构体：2-戊烯，1，2-二甲基环丙烷，环戊烷。 解： [问题5-5] 1，1-二甲基环丙烷用浓硫酸处理后，再加水供热，写出所能发生的反应。 解 CH 3CH 3 3 C CH 2 CH 3 CH 3 CH 3
习 题： 1， 写出C 6H 12所代表的脂环烃的各构造机构体（包括六元环、五元环、和四元环）的构造 式。 解：Me Me H H Me Me H H H Et Me Me H H Me Me H H Me H 2， 命名下列化合物： （1） CH 3 CH 3CH 2CHCH 2CHCH 3 （2） CH 2CH 2 CH CH CH 2 （3） CH 2 CH 2 CH 2CH 2CH 2 CH CH CH 2 CH 2 （4 ） （5）HO OH H H （6 ） 2CH 3 2CH 3 (7) H 3C CH 3 (8) Cl 解：（1）2-甲基-3-环丙基戊烷 （2）二环[2，1，0]戊烷 （3）二环[5，2，0]壬烷 （4）二环[4,2,0]-6-辛烷 （5）顺-1，3-环戊二醇 （6）反-1，2-二乙基环戊烷 （7）2，6-二甲基-螺[3，3]庚烷 （8）8-氯-二环[3，2，1]辛烷 3， 把下列构造式改写成构象式： H 2C CH CH 2H 2C CH 2 CH CH 2 H 2C CH CH 2H 2C CH 2 CH CH 2 CH 2 解： 4， 有一饱和烃，其分子式为C 7H 14，并含有一个伯碳原子，写出该化合物可能的构造式。
脂环烃 答案
第五章脂环烃 一.目的要求 了解环烷烃通式、分类、命名和异构、环烷烃的物理性质。理解环的结构和稳定性，掌握环烷烃的化学性质。 二.本章内容小结 1. 脂环烃的定义 由碳原子连接成环，性质与脂肪烃相似的烃类化合物总成为脂环烃。按照成环特点，一般可将脂环烃分为单环脂环烃和多环脂环烃。 2. 脂环烃的命名 单环脂环烃命名与脂肪烃类似，只是在相应的脂肪烃前加一“环”字。如： 环戊烷，甲基环丁烷 桥环化合物的命名一般采用固定格式：双环[某烃(a≥b≥c)。 先找桥头碳（两环共用的碳原子），从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥头碳沿着次大环继续编号。分子中含有双键或取代基时，用阿拉伯数字表示其位次。如： 7, 7-二甲基二环[2, 2, 1]庚烷 螺环化合物命名的固定格式为：螺[]某烃(a≤b)。命名时先找螺原子，编号从与螺原子相连的碳开始，沿小环编到大环。如： 螺[]壬烷 3.环烷烃的结构与稳定性 环烷烃的成环碳原子均为sp3型杂化。除环丙烷的成环碳原子在同一个平面上以外，其它环烷烃成环碳原子均不在同一个平面上。在环丙烷分子中由于成环碳原子间成键时sp3型杂化轨道不能沿键轴方向重叠，而是以弯曲方向部分重叠成键，导致环丙烷张力较大，分子能量较高，很不稳定，容易发生开环反应。所以在环烷烃中三元环最不稳定，四元环比三元环稍稳定一点，五元环较稳定，六元环及六元以上的环都较稳定。注意桥头碳原子不稳定。 4. 环己烷以及取代环己烷的稳定构象 环己烷在空间上可以形成多种构象，其中椅式和船式构象为两种极限构象，前者比后者更加稳定。一般说来，取代环己烷的取代基处于椅式构象的平伏键时较为稳定。因此多取代环己烷的最稳定的构象为平伏键取代基最多的构象。如果环上有不同取代基，较大的取代基在平伏键上的构象最稳定。 5. 环烷烃的化学性质 环丙烷和环丁烷的化学性质和烯烃相似，能开环进行加成反应。并且与氢卤酸加成符合马氏规则。但小环环烷烃对氧化剂稳定，不与高锰酸钾或臭氧作用。 三.例题解析 【例题1】命名下列化合物 1. 2. 3. 1-甲基-2-乙基环己双环[2,2,2]辛反-1，3-二氯环丁烷
第五章 脂环烃
第五章脂环烃(cycloalkane) 内容提要 本章学习脂环烃的结构、命名、性质，其中环烷烃的顺反异构、对映异构、构象分析是本章的难点；掌握这类化合物的化学性质及其制备方法；同时与前面所学的脂肪烃作比较，从反应机理上理解它们化学性质的异同点。 5.1 脂环烃的分类、命名和异构 环烷烃是指碳干为环状而性质和开链烃相似的烃类化合物。单环烷烃的通式为C n H2n，双环烷烃的通式为C n H2n-2。 5.1.1 脂环烃的分类 脂环烃按其成环特点可分为三类：单环烃、螺环烃及桥环烃(见表3.1)。 的数目而确定。需要断开几个C—C键就是几环。例如金刚烷(见右图)，C10H16是三环。桥环化合物中，碳环共用的两个碳原子叫桥头碳原子。双 环化合物可以看成是三条连在两个桥头上的桥所构成的。 5.1.2 脂环烃的命名 5.1.2.1 单环化合物的命名 根据饱和脂环烃环中碳原子的数目叫环某烷。当环上有取代基 时，在母体环烃名称的前面加上取代基的名称和位置。环上碳原子的编号，应使表示取代基位置的数字尽可能小。取代基的顺序与烷烃命名相同。含有C=C双键的脂环烃叫环某烯，编号从双键碳原子开始，并考虑取代基位置。 5.1.2.2 桥环化合物的命名 饱和桥环化合物命名时，首先根据环的数目确定双环或者三环等，叫“几环”，然后把与桥头碳原子相连的各桥所含碳原子的数目按由大到小的顺序写在方括号里(每个数目之间用点隔开)，放在“几环”的后面；再根据组成所有环的碳原子 金刚烷
总数命名为“某烷”，放在方括号的后面。从桥头碳原子开始，由大环到小环，依次编号。对于相同大小的环，以取代基位置较小为佳。将取代基的位置及名称写在最前面。若环上含有双键，叫“某烯”，从桥头碳原子开始，由大环到小环依次编号，对于相同大小的环，以双键位置较小为宜，并标出双键位置。 5.1.2.3 螺环化合物的命名 螺环化合物的命名，根据组成环的碳原子总数，命名为某烷，加上词头螺。再把连接于螺原子的两个环的碳原子数目，按由小到大的次序写在螺与某烷之间的方括号里，数字用点分开。螺环烃环上碳原子的编号，从连接在螺原子上的一个碳原子开始，先编较小的环，然后经过螺原子再编第二个环。 5.1.3 脂环烃的顺反异构和命名 脂环烃中，由于碳环的限制，碳碳单键也不能自由旋转。因此，环烷烃既存在取代基位置异构，又存在像烯烃一样的顺反异构(cis-，trans-)。 脂环烃的命名原则如下： 1·根据母体环上碳原子数叫“环某烷”。 2·从取代基优先次序最小者所连碳原子开始编号。 3·对所有取代基编号并命名。 4·根据取代基在空间相对位置，在名称最前面写上“顺—”或“反—”。两个取代基在环的同侧，记为“顺—”，反之记为“反—”。当环上有多个取代基时，选择定位次最低者为对照基团，其位次前加“r”(reference)表示，其余取代基位次前用“顺—”或“反—”表示其与对照基团的立体关系。“顺—”字有时可略去。 [例3.1]
第五章脂环烃
第五章脂环烃 学习要求 1、掌握脂环烃的命名方法和基本结构。 2、熟练掌握环烷烃和环烯烃的化学性质。 3、熟练掌握环烷烃的顺、反异构现象和环己烷的构象。 §5~1 脂环烃的分类命名和异构现象一、分类 饱和脂环烃，环烷烃如：（） 1、不饱和脂环烃环烯烃如：（） 环炔烃 环的大小：小环（３～４元）；普通环（５～７元）；中环（（８～１２元）和２、大环（十二碳以上）。 环的多少：单环；多环（桥环，螺环） 二、命名 １、环烷烃的命名 通式C n H2n与单烯烃互为同分异构体。 n=3 C3H6 同分异构体数目1个; n=4 C4H8 同分异构体数目2个; n=5 C5H10 同分异构体数目5个; 环烷烃命名： ⑴环上命名似烷烃，在名称前加上“环”字，叫环某烷； ⑵环上有取代基时，一元取代——某基环某烷；二元取代——用“次序规则”决定 基团的排列先后，环上编号以小基团优先，写法时“较优”基团排在后面；多个取代基时，方法类同。 ⑶有顺反异构时，则在命名最前写出“顺”或“反”名称。 ⑷较复杂时，则把碳环看作取代基，叫法“环某基”。例如： 环丙烷环丁烷环戊烷 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 H2 C CH3 环已烷甲基环丙烷 1,3-二甲基环丙烷 1,1-二甲基环丙烷乙基环丙烷 CH3
H H 3C H CH 3 H H 3CH 3 H 顺-1,2-二甲基环丙烷 反-1,2-二甲基环丙烷 OH H OH H OH H H OH 顺-1,2-环已二醇 反-1,2-环已二醇 CH3 CH 2 CH CH 2CH 3 3-环丙基戊烷 ２、环烯烃的命名 （1）称为环某烯。 （2）以双键的位次和取代基的位置最小为原则。 例如： 3、多环烃的命名 （1） 桥环烃（二环、三环等） 分之中含有两个或多个碳环的多环化合物中， 其中两个环共用两个或多个碳原子的化合物称为桥 环化合物。 命名原则：A 、确定母体名称——某烷（根据环上碳原子总数目）。 A 、 注明环数——常用“双环”或“三环”等； B 、 确定桥头碳原子——数出每条桥所含碳原子数（不包括桥头碳原子），按由多到少的次 序写在“双环”和“某烷”之间 的方括号里，数字用圆点分开。 C 、 桥环碳原子编号，从桥头碳——大环——桥头碳原子——中环——小环。 D 、 如有取代基，在符合上述条件下，尽量使取代基编号为最少；如有双键时，也同上， 叫某烯，还注明双键的位次。 例如： 上化合物名为 7，7-二甲基二环[2，2，1]庚烷 （2）螺环烃 两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃。 CH 3 CH 3CH 3环戊烯1-甲基环戊烯3，4-=甲基 环己烯 1，3-环戊烯2-甲基-1，3- 环己二烯桥头碳 2CH 32-甲基-5-异丙基二环[3，1，0]己烷2-乙基-6-氯二环[3，2，1]辛烷 23
有机化学5 脂环烃
试题库（习题） 第五章 脂环烃 一、命名下列化合物 1． 2. 1－甲基－2－异丙基环戊烷 1,6－二甲基螺[4.5]癸烷 3. CH 3 C 2H 5 4. 1－甲基－2－乙基环戊烷 螺[3.4]辛烷 5. 6. CH 3 CH 3 二环[2.2.1]庚烷 反－1,2－二甲基环丙烷 7. CH(CH 3)2 8. Br 异丙基环丙烷 5-溴螺[3.4]辛烷 9. 3)23 10. 顺－1－甲基－2－异丙基环己烷 2,7,7－三甲基二环[2.2.1]庚烷 11. CH 3 12. Cl Cl 6－甲基螺[2.5]辛烷 7,7－二氯二环[4.1.0]庚烷 二、写出下列化合物的结构式 1、环戊基甲酸 2、4－甲基环己烯 COOH CH 3 3、二环[4.1.0]庚烷 4、反－1－甲基－4－叔丁基环己烷 (CH 3)3CH 3 5、3－甲基环戊烯 6、5,6－二甲基二环[2.2.1]庚－2－烯 CH 3 CH 3CH 3 7、7-溴双环[2.2.1]庚－2－烯 8、2,3-二甲基-8-溴螺[4.5]癸烷
H Br CH 3CH 3 Br 9、4-氯螺[2.4]庚烷 10、反－3－甲基环己醇 Cl CH 11、8-氯二环[3.2.1]辛烷 12、1,2-二甲基-7-溴双环[2.2.1]庚烷 Cl CH 3 H CH 3 Br 二、完成下列反应式 1．+ CH 3 O 2． + CH 2 CHCl C O CH 3 3．CH 3 CH CH 2CH 2 + HBr 4． + COOEt COOEt CH CH 2CH 3 CH 3Br COOEt COOEt 5．CH 3CH CH 2CH 2 + HCl 6． CH 3 + COOCH 3 COOCH 3 Cl CH CH 2CH 3CH 3 COOCH 3CH 3 COOCH 3 7．CH 3 + CH 3 COOCH 3 COOCH 3 8. H 3C H 3C CH 2CH 3Cl 2 + COOCH 3CH 3 CH 3 COOCH 3 C 2H 5Cl C CH 2CH CH 3Cl CH 3 9． + O CH 3 10. HBr H 3C H 3C CH 2CH 3+ C O CH 3 CH 3 CH 3 CH C CH CH 3 Br
Ch.5 脂环烃
第五章脂环烃 脂环烃是指分子中含有C环而性质与脂肪烃相似的烃类。脂环烃及其衍生物广泛存在于自然界中。 第一节分类与命名 一、分类 根据环上是否含不饱和键分： 根据分子中含C环的多少分：
二、命名 1.单环烃 ⑴ C 环作母体,称为环某烷(烯、炔) ⑵编号 2.螺环烃 螺原子—— 命名时须注意：（1）编号不从螺原子开始。 （2）编号由小环→大环。 （3）方括号内的C数由小→大排列。
3.桥环烃 先了解几个概念。 桥—在桥环烃分子中，桥可以是1个共价键，也可以是或长或短的碳链。 桥头碳原子—在桥环烃分子中，联结最多最长的桥 的2个C原子称为桥头C原子。 主桥—两端都与桥头C原子相连的桥。 次桥—至少有一端是连在其它桥上的桥。 命名步骤： ①确定最大的C环作为主环。 ②选定一道能把主环分割为尽可能对称的两部分的最长主桥，以确定两个桥头C原子。 ③编号：从一个桥头C原子出发，沿最长的一道主桥编到另一个桥头C，再沿另一道次长的主桥编下去，…，编完所有的主桥后，才给次桥编号。 请注意：桥数– 1 = 环数
对于给出立体结构式的桥环烃，不容易看出是几环的，为此，将立体结构式处理成无任何两道桥相交或相重叠的构造式，即可确定其环数。
4.稠环烃 可作为芳香烃的氢化物来命名，也可作为桥环烃来命名。 最后要提及,当环烷烃连接的较复杂时,命名命名时应把环作为取代基,如: 环大小的称谓： 3-4元环 5-7元环 8-12元环 12元环小环普通环中环大环
第二节脂环烃的性质 一、物理性质 C3、C4气体 C5 以上液体 更高级的固体 环烷烃的 b.p 、m.p 都比C数相同的烷烃高，比重也比相应的烷烃大。 二、化学性质 在脂环烃中，由于单环烷烃比较简单而且又比较重要，因此本章主要讨论单环烷烃的性质。 1.卤代（象烷烃）
脂环烃的命名
脂环烃的命名 脂环烃可分为单环脂环烃和双环脂环烃等。 单环脂环烃 分为饱和脂环烃（环烷烃）和不饱和脂环烃（环烯烃和环炔烃）。 环烷烃、环烯烃和环炔烃的命名，是在相应的链烃名称前面加上词头“环”字，称为环某烷、环某烯和环某炔。例如： 环己烷 1-甲基-3-乙基环戊烷
环己烯 1，3-环戊二烯 环辛炔 双环脂环烃
它包括螺环和桥环两类。 螺环：双环脂环烃分子中的两个碳环共有一个碳原子时叫做螺环。共有的碳原子叫做螺原子。 螺环的命名，是在相同碳原子总数的开链烃名称前面加上“螺”字，再把与螺原子相连的两环的碳原子数（不计螺原子）按小的在前，大的在后的次序写在方括号中，中间用圆点分开，放在螺字之后，烃名之前来命名。例如： 螺[3.4]辛烷 螺环的编号是从较小环中邻接于螺原子的一个碳原子开始，编完小环再编螺原子和大环。若有取代基和不饱和键，编号时，饶环的方向应使不饱和键及取代基的编号尽可能小。例如： 1-甲基-5-乙基螺[3.5]壬烷
1-甲基螺[3.5]壬-5-烯 桥环：双环脂环烃分子中共有两个碳原子或共有两个以上碳原子的，称为桥环烃。 桥环的命名，是根据环中碳原子总数称为二环某烃。两个桥头碳原子之间所有桥的碳原子数（扣除桥头碳原子），从大到小写在方括号中，中间用圆点分开，放在“二环”之后，烃名之前。例如： 二环[2.2.1]庚烷 编号时，从一个桥头碳原子开始，沿着最长的桥到另一个桥头碳原子，然后再沿着次长的桥回到开始的那个桥头碳原子，最短的桥上的碳原子最后编号。若有不饱和键或取代基，编号时，从最长桥靠近不饱和键或取代基的桥头碳原子开始。例如：
第五章脂环烃
第五章 脂环烃 ● 教学基本要求 1、掌握脂环烃的命名法、化学性质、顺反异构现象； 2、了解环的大小与稳定性的关系； 3、初步掌握环已烷的构象。 ● 教学重点 脂环烃的命名法、化学性质、顺反异构现象；环的大小与稳定性的关系；环已烷的构象。 ● 教学难点 脂环烃的化学性质、顺反异构现象；环已烷的构象。 ● 教学时数： ● 教学方法与手段 1、讲授与练习相结合； 2、讲授与教学模型相结合； 3、传统教学方法与与现代教学手段相结合； 4、启发式教学。 ● 教学内容 第一节 脂环烃的分类和命名 脂环烃是指由碳原子相互连接成环，性质与开链烃相似的环状碳氢化合物。 1.1脂环烃的分类 根据环上碳原子的饱和程度不同，可将脂环烃分为环烷烃、环烯烃、环炔烃等。 脂环烃 不饱和脂环烃 环烯烃环二烯烃 环炔烃饱和脂环烃 环烷烃 如如 如 如... ... ... ...... ... ... ... 根据脂环烃分子中所含的碳环数目不同，分为单环脂环烃和多环脂环烃。
1.2脂环烃的命名 1、 单环脂环烃 的命名 【原则】与脂肪烃相似，只是在名称前加一“环”字即可。环上碳原子编号时，要使不饱和键或取代基的位次最小。 CH 2CH 2 CH 2 CH 2CH 2 即 环戊烷 CH 3 甲基环丁烷 CH 3 CH 3 1,2-二甲基环戊烷 CH 3 H 3C CH CH 3 即 1-甲基-4-异丙基环己烷 反-1,4-二甲基环己烷 CH 3 H H CH 3 CH 3H H CH 3 即 CH 3 3-甲基-1-环己烯 CH 3 5-甲基-1,3-环戊二烯 2、多环脂环烃的命名 分子中含有两个碳环的是二环化合物，又称双环化合物。 两环共用一个碳原子的二环化合物叫做螺环化合物； 两环共用两个以上碳原子的化合物叫做桥环化合物。 两环仅共用两个碳原子的化合物叫做稠环化合物。 (1) 桥环烃的命名 固定格式：双环[a.b.c]某烃(a ≥b ≥c) 分子中两个或两个以上碳环共有两个以上碳原子；两环共用的端点碳原子为桥头碳，两桥头碳之间的碳链为桥。 桥环烃的命名，先用切割法（环数=将环状化合物切开成等碳原子数的链状化合物所需切割的次数）或搭桥法（环数=母体环数+桥数）等方法确定环数，然后找桥头碳，从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥
有机化学第四章脂环烃教案
课时授课方案 课程名称：有机化学课次：19 授课时间年月日第周星期第至节班 新课内容：第四章脂环烃 §4-1脂环烃的分类和命名 §4-2环烷烃的构造异构现象 §4-3环烷烃的物理性质 脂环烃的命名习题 新课目的 1.掌握脂环烃的分类和命名、结构特征及通式 要求 2.了解环烷烃的构造异构现象和物理性质； 教学重点：各类脂环烃的命名规则 难点： 课型：讲授 教具名称： 数量： 智能培养培养学生的空间想象能力、理解记忆的能力及联系和综合应用知识的能力，发展内容：学生在科学探索中的兴趣。 总结新课 1. 脂环烃的分类和命名 内容：2. 环烷烃的构造异构现象和物理性质 布置作业：P50-1、2 课后记：
详 案 <Ⅰ>复习提问 1. 烷烃、烯烃、二烯烃以及炔烃这些有机化合物有哪些共同点？ 2.什么是烃？ 3.有机化合物按碳架分为哪几类 <Ⅱ>引课： 我们前面学习过按碳架将有机化合物分类，知道有机化合物中除开链化合物外还有脂环族化合物、芳香族化合物以及杂环化合物。下面我们就开始学习脂环族类化合物中的烃——脂环烃。 <Ⅲ>讲授新课： 第四章脂环烃 脂环烃：分子中含有碳环结构，而性质与脂肪烃相似的一类碳氢化合物。 §4-1脂环烃的分类和命名 一、 分类 1.根据脂环烃中成环碳原子数的多少 三元环 四元环 五元环 2.根据碳环的数目 单环脂环烃 二环脂环烃 多环脂环烃 2. 根据碳环内有无不饱和键 饱和脂环烃 不饱和脂环烃 其中 单环饱和脂环烃——环烷烃 环上含有不饱和键的脂环烃——不饱和脂环烃 含有双键的——环烯烃 含有三键的——环炔烃 回顾有机化合物分类知识及已学习过的几类有机化合物共同点，在比照中引出脂环烃的概念。 留出部分时间给学生思考，并给于适当引导。 （板书课题） 引出脂环烃的概念 （多媒体呈现概念内容） 通过教师讲述引入第一部分内容 （板书小标题） （板书） （多媒体演示） 直观形象的向学生演示脂环烃的各分类情况，并辅以适当说明——向学生讲解各分类的特点及例子。 补充说明学习有机化合物按碳架分类时学习的，用简单的多边形表示脂环烃的方法——多边形顶点代表碳原子，多边形的边代表共价键。 提出特殊分类引出学习重点。 （多媒体演示）
脂环烃精选题及其解
脂环烃精选题及其解 1．用系统命名法命名下列化合物： 解 （1）反-1-甲基-4-异丙基环己烷 （2）反-1，2-二甲基环丙烷 （3）r-1，反-2，顺-3-三甲基环己烷 （4）6-甲基螺[3.4]辛烷 （5）2，7，7-三甲基-二环[2.2.1]庚烷 （6）二环[2.2.0]己烷 2．下列化合物有可能存在吗？ 解 （1）不存在。反式环己烯的张力过大，只有当成环原子数扩大到八或以上时才能形成稳定的反式环烯烃。化合物（3）便能形成稳定的环烯烃。 （2）不存在。三键要求四个碳原子保持直线型，这样的单元是不能只用两个碳去连接成环的；但可以用四个或以上的碳原子去连接成稳定的环炔烃。如：（7）。 （4）不存在。sp 2杂化碳原子要求和它相连的三个原子具有同处一个平面的结构，分子中桥碳原子至少有一个而又不甚多的情况下，这样的桥头碳原子不可能是sp 2杂化态的。 （5）是稳定的。因为烯碳原子能容易地使用sp 2杂化态成键。 （6）是稳定的。因为螺碳原子可用sp 3杂化态成键。 3．回答下列问题： （1）顺-1，2-二甲基环己烷和反-1，2-二甲基环己烷的燃烧热分别为5226.4和5220.1 kJ ·mol -1。试回答哪一个化合物更稳定？并说明理由。 （2）在烷烃和环己烷或更大的环烷烃中，每个亚甲基单位的燃烧热约为658 kJ ·mol -1。对于环丙烷和环丁烷来说，这个值分别为697.1 kJ ·mol -1和686.2 kJ ·mol -1。解释这些值的差别。 （3）多于6个碳原子的环烷烃难于用分子内成环反应来合成，然而它们却是稳定的。另一方面，环丙烷类是用这种方法合成的，然而它们却是最不稳定的环烷烃。这些事实是否矛盾？说明理由。 （4）利用分子内的取代反应以合成六个碳原子以上的环是在极稀的浓度下才有效，为什么？ H H H H (1). (2). (5). (6). (7). (3). (4).
第五章脂环烃汇总
解：①1-甲基-3-乙基-环戊烷 ② 螺［3.4］辛烷 ③ 二环［2，2，1］庚烷 ④ 二环［3，2，0］庚烷 ［问题5-3］分析表5-1中的数字可得出什么结论？从分子结构上加以解释。 解：因环烷烃的对称性高于同碳链的开链烷烃，分子之间排列程度也就高于相连的开 链烷烃。分子间引力增加，所以表现在环烷烃的熔点，沸点和比重都较含同碳数的开链烷烃 为高。 ［问题5-4］试用简便化学方法区别 C5H10 的下列异构体：2-戊烯，1，2-二甲基环丙烷，环 戊烷。 解： ［问题5-5］ 1 , 1-二甲基环丙烷用浓硫酸处理后，再加水供热，写出所能发生的反应。 CH 3 第五章脂环烃 ［问题5-1］试写出含有五个碳的环烷烃的构造异构体，并命名之。 M ③ Me ④ 解：① 乙基环丙烷② 顺-1.2-二甲基环丙烷③ 反-1.2二甲基患丙烷④ ⑤环戊烷 ［问题5-2］命名下列化合物。 甲基环丁烷 C 2H 5 1 —C H 6 CH 2 7 CH 2 CH 2 5 3CH 2 CH CH 2 4 3 2 CH 2 1 / 、CH — H 2 7 H — H 26 — C 一CH 2—CH 3
习 题 : 1,写出C 6H12 所代表的脂环烃的各构造机构体(包括六元环、五元环、和四元环)的构造 式。 2，命名下列化合物: CHLCH — CH 2—CH 2 3，把下列构造式改写成构象式: 4，有一饱和烃，其分子式为 C7H14 ，并含有一个伯碳原子，写出该化合物可能的构造式。 Me ~Me H H Et (1) CH 3 CH 3CH 2CHCH 2CHCH 3 CH CH 2 (2) CH 2 '—CH 2 H C 3 \17 CH 3 ⑺ 解: (1) 2-甲基-3-环丙基戊烷 (3)二环［5，2，0］壬烷 (5)顺-1，3-环戊二醇 (7) 2，6-二甲基-螺［3，3］庚烷 (4)二环［4,2,0］-6-辛烷 (6)反-1，2-二乙基环戊烷 (8) 8-氯- 二环［ 3， 2，1］辛烷 2 H
脂环烃的定义和命名
脂环烃的定义和命名 本章所要讨论的是结构上具有环状碳骨架，而性质上与脂肪烃相似的烃类，它们总称为脂环烃。 饱和的脂环烃叫做环烷烃。因碳骨架成环，故比烷烃少两个氢原子，其通式与烯 烃一样，也是C n H 2n 。最简单的环烷烃含有三个碳原子，是一个三碳环化合物。 它是丙烯的同分异构体。含有三个以上碳原子的环烷烃，除与碳原子数相同的烯烃互为同分异构体外，还有环状的同分异构体。例如，含有四个碳原子的环烷烃就有两种。 由于碳原子连成环，环上Ｃ—Ｃ单键不能自由旋转。因此，在环烷烃的分子中，只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基因，就有构型不同的顺反异构体存在。例如，1,4-二甲基环己烷就有顺反异构体。 两个甲基在环平面同一边的是顺式异构体，两个甲基分布在环平面两边的是反式异构体。在书写环状化合物的结构式时，为了表示出环上碳原子的构型，可以把碳环表示为垂直于纸面〔见上式（I）、（III）〕，将朝向前面（即向着读者）的三个键用粗线或楔形线表示。把碳上的基团排布在环的上边和下边（若碳上没有取代基只有氢原子。也可省略不写）。或者把碳环表示为在纸面上［见下式（II）、
（IV）］，把碳上的基团排布在环的前方和后方，用实线表示伸向环平面前方的键，虚线表示伸向后方的键。 脂环烃的环上有双键的叫做环烯烃。有两个双键和有一个叁键的则分别叫做环二烯烃和环炔烃。它们的命名也与相应的开链烃相似。以不饱和碳环作为母体，侧链作为取代基。环上碳原子编号顺序应是不饱和键所在位置号码最小。对于只有一个不饱和键的环烯（或炔）烃，因不饱和键总是在Ｃ（１）一Ｃ（２）之间，故双键（或叁键）的位置也可以不标出来。例如： 带有侧链的环烯烃命名时，若只有一个不饱和碳上有侧链，该不饱和碳编号为１；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较小为原则。例如： 分子中含有两个碳环的是双环化合物。其中两个环共用一个碳原子的叫做螺环化合物；共用两个或更多个碳原子的叫做桥环化合物。例如： 螺环化合物中，两个环共用的碳原子叫做螺原子。命名螺环化合物时，根据组成环的碳原子总数，命名为“某烷”，加上词头“螺”。再把连接于螺原子的两个环的碳原子数目，按由小到大的次序写在“螺”和“某烷”之间的方括号里，数字用圆点分开。
第三章 脂环烃
第五章 脂环烃 具有环状结构的碳氢化合物称为环烃，环烃又可分为脂环烃和芳香烃。开链烃两端连接成环的化合物与链烃性质相似，称为脂环烃。 一、分类和命名 按照分子中所含环的多少分为单环和多环脂环烃。 根据脂环烃的不饱和程度又分为环烷烃和环烯烃（环炔烃）。 在多环烃中，根据环的连接方式不同，又可分为螺环烃和桥环烃。 单环脂环烃的命名：环烷烃的命名与烷烃相似，根据成环碳原子数称为“某”烷，并在某烷前面冠以“环”字，叫环某烷。例如： 环丙烷 环丁烷 环上带有支链时，一般以环为母体，支链为取代基进行命名，如： 二甲基环丙烷 1-甲基-4-异丙基环已烷 若环上有不饱和键时，编号从不饱和碳原子开始，并通过不饱和键编号，如： 5-甲基-1，3-环戊二烯 3-甲基环已烯 环上取代基比较复杂时，环烃部分也可以作为取代基来命名。如： 2-甲基-3-环戊基戊烷 螺环烃的命名： 在多环烃中，两个环以共用一个碳原子的方式相互连接，称为螺环烃。其命名原则为：根据螺环中碳原子总数称为螺某烃。在螺字后面用一方括号，在方括号内用阿拉伯数字标明每个环上除螺原子以外的碳原子数，小环数字排在前面，大环数字排在后面，数字之间用园点隔开。如： 螺[4，4]壬烷 螺[4，5]-1，6-癸二烯 桥环烃的命名： 在多环烃中，两个环共用两个或两个以上碳原子时，称为桥环烃。命名时以二环（双环）为词头，后面用方括号，按照桥碳原由多到少的顺序标明各桥碳原子数，写在方括号内（桥头碳原子除外），各数字之间用园点隔开，再根据桥环中碳原子总数称为某烷。如： 双环[3，2，1]辛烷 双环[4，4，0]癸烷 CH 3 CH 3CH 3CH 3CH 3CH 2CH CH
第五章脂环烃作业答案
第五章脂环烃 2 、 命名下列化合物（后三种包括英文命 名） (1) Cl CH3 1-氯-3，4-二甲基双环［4，4，0］-3-癸 烯 3 、 1，7-二甲基螺［4，5］癸 烷 ⑶ Cl 2 H2 少2 CH2 CH" 8-氯双环［3，2，1］辛 烷 椅式-顺-1，2-二甲基环已烷 Chair from-cis-1,2-dimethylcyclohexa ne 3-甲基环已烯3-methylcyclohexe ne 双环｛2，2，2｝辛烷bicycle［2,2,2］ octane 写出下列化合物的最稳定的构象： （1） 反-1-乙基-3-叔丁基环已烷 (CHM (2) 顺-4-异丙基氯代环已烷 (CH3)2C （3）1，1, 3-三甲基环已 烷
3 4、完成下列反应： (CH3)3 CH3 环戊烯+ Br 2/CCI 4 (1) Br (4) (5) (6) CH3 + HCI CH3 Cl 1-甲基环已烯+HBr (过氧化物) CH3 + HBr 3 过氧化物 环已烯+冷碱KMnO4/H2O 环戊烯+热KMnO4/H2O KMnO4 △ 环戊烯+RCO3H HOOC(CH 2)3COOH O + RCO 3H (8) 1-甲基环戊烯+冷、浓H2SO4
H 3C OSO 3H H 2SO 4 03 Zn/H 2O (10) HCI Cl H 环戊烷+CI 2/高温 (11) Cl (12) (13) HBr CH 3CH 2 (14) H H + C + HBr + HBr CH 2 CH 3 CH 3 =0 HC-CH-CH 2-CH 2-C-H CH 2-CH 2-CH 2 CH 3 CH 2 (9) 3-甲基环戊烯+03，后Zn/H 2O O O 1, 3-环已二烯+HCI (15) 1, 3-环戊二烯+顺丁烯二酸酐 + CH 3 Br CH 3 B r ^X^^CH 3 * CH 3CH 2-CH-CH-CH 3 + CH 3CH 2-—H-CH-CH CH 3Br CH 3CH 2 ---------------- CH 3 + HBr Cl 2 500 C 环丙烷+Br 2/CCl 4 △ + Br 2/CCl 4 3 7、化合物A (C 7H 12)与Br 2反应生成B (C 7H i2Br i2), B 在KOH 的乙醇溶液 中加热生成C (C 7H 10)，C 与反应得D (C 11H 12O 3)，C 经臭氧化并还原水解 得E (和)，试写出A ，B ，C ，D 的构造式。