三烯烃和环烷烃
本章主要内容1.环烷烃、环烯烃的命名.2.环烷烃的化学性质.
例2: 顺-4-叔丁基环己醇的两种构象
• 叔丁基在 e 键上的构象比在 a 键上的另一种构象 要稳定的多.
分子式为C4H6的甲、乙、丙三个化合物高 温催化加氢都得到正己烷。甲与浓KMnO4作用 生成CH3CH2COOH;乙生成 CH2COOH ;丙生成
CH2COOH COOH COOH
.请推测甲、乙、丙三个化合物的结构.
5.2 脂环烃的性质 (一) 物理性质 • 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. (二) 化学性质 • 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.
5.2.1 环烷烃的反应 (1) 取代反应--在光或热的引发下发生卤代反应， （自由基反应）. Cl
每个 CH2高38.5 kJ/mol.这个差值就是环丙烷分子中 每个 CH2的张力能. 总张力能 --环丙烷的总张力能38.53=115.5 kJ/mol
张力能 --环丙烷的 Hc/n 为697.1 kJ/mol,比烷烃的
环丙烷的总张力能38.5 3 = 115.5 kJ/mol
环丁烷的总张力能27.6 4 = 110.4 kJ/mol 环戊烷的总张力能5.4 5 = 27.0 kJ/mol 环己烷的总张力能为 0 环庚烷的总张力能3.7 7 = 25.9 kJ/mol
环辛烷的总张力能5.0 8 = 40.0 kJ/mol
...................
•环烷烃的张力能越大,能量越高,分子越不稳定.
∴环丙烷,环丁烷不稳定,容易开环;环己烷和以 上的大环化合物的张力能很小或等于零,它们都 是稳定的化合物.
环烷烃的命名
环烷烃的命名环烷烃的命名环烷烃，属于有机化合物，因为仅由氢(H)和碳(C)元素组成，故又属于烃类。
又因为其仅由单键连接，构成如环状，故得名。
环烷烃的化学通式为 CH，n为碳原子n2(n+1-g)数，g为环的数量。
只有单环的环烷烃的命名与其同碳原子数的链状烯烃相似，如:环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷等，超过20个碳的一般被称为“环石蜡”。
按环的大小，环烷烃可被分为小、中、大三类。
环丙烷、环丁烷视作小的。
常见的环戊烷、环己烷、环庚烷以及环辛烷至环十三烷是中等大小的，更大的则被视为大的环烷烃。
首先确定其为环烷烃，并观察其有几个碳原子，则命名为环几烃。
此后再加上卤素、甲基等取代基进行命名。
多环环烷烃的命名法:除非有俗名，否则多环环烷烃如桥环烷烃、螺环烷烃的命名较为复杂。
名字包括表示环数量的前缀(如“二环”)、各环内碳原子总数的后缀以及表示各端点之间碳原子数的数字前缀，表示于中括号内。
多个环公用的碳原子，即桥头碳不计入内。
例一:二环[3.2.0]庚烷该环烷烃总碳数为七，由一个五元环及一个四元环，共两个环组成，故词尾为“庚烷”，词头为“二环”。
两个被共用的碳原子间有三个连接路线:一为五元环的部分，共三个碳(两个桥头碳不计入内，下同);二为四元环的部分，共二个碳;三为两环之间共用的边线，该物质由两桥头碳直接连结，中间没有碳。
由此得出中括号内的数字(以降序表示数字之间用点分隔)。
故上图的环烷烃为二环[3.2.0]庚烷，而数字的个数总比环数多一个(在此有两个环及三个数字)。
“[3.2.0]二环庚烷”亦可，但环上有取代基时“二环[3.2.0]庚烷”有保留前面的位置的好处，方便加上“2,3-二氯”或“3,3-二甲基”等含数字的前缀，以符合IUPAC命名常规。
例二:二环[2.2. 1]庚烷(俗名降冰片烷)上图环烷烃总碳数为七，全为单键，词尾为庚烷;两共用碳间一个碳原子连接着，故词尾之前的数字前缀为[2.2.1](共用碳不计入内);该环烷烃由两个环组成，故前缀为“二环”，最后得出“二环[2.2.1]庚烷”。
第四章 环烃
比如: 烷基-CH3，羟基-OH，烷氧基-OCH3, 氨基-NH2等，由于C，
O，N的电负性大于H，O的电负性大于C，所以都是给电子的； 如果A的电负性小于B，那么它就是吸电子的。 比如：硝基-NO2，羧基-COOH，醛基-CHO，都是吸电子的。
电负性：F>O>Cl>N>S>C>H
试判断下列化合物发生亲电取代，试剂进入苯环的位置。
e键：平伏键(横键) (equatorial bonds)
• a键转变成e键，e键转变成a键；
• 环上原子或基团的空间关系保持,即键的取向不变。
2) 船式构象
H H
6
183pm
5 4
H H
3
H H
1
H
H
H
6 5 3 1
H H H H HH
• 存在： 非键连作用； 扭转张力；
4
H H
H
2
2
H
H
稳定性：椅式构象环己烷 > 船式构象环己烷 室温下，平衡有利于椅式构象（优势构象）。 2. 取代环己烷的构象 1) 一取代环己烷的构象
六. 苯环上取代基的定位效应 1. 单取代苯的定位效应
苯环上已有基团对第二个取代基进入位置产生制约作用
1) 邻对位定位基 （使第二个取代基主要进入它的邻对位）
致活的邻对位定位基(除X外).X为致钝的邻对位定位基. 2) 间位定位基（使第二个取代基主要进入它的间位）
致钝的间位定位基。
若基团以：-AB 表示 如果A的电负性大于B，那么它就是给电子的。
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 排列方式不同,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。
环烃知识点总结
环烃知识点总结一、基本概念环烃是碳原子通过共价键连接形成的碳环结构的有机化合物。
环烃分为脂环烷烃和萜环烷烃两大类。
脂环烷烃是由碳原子形成的单纯环状结构，如环丙烷、环戊烷等。
而萜环烷烃是由两个或多个碳环连接而成的环烃，如萜环庚烷、萜环癸烷等。
环烯烃是一类含有一个或多个碳—碳双键的环烃，环烯烃的通式为CnH2n，其中n为整数。
环烯烃分为单环烯烃和多环烯烃两种，单环烯烃是指一条环烯烃分子中只有一个碳—碳双键，如环丙烯、环戊烯等；多环烯烃是指一条环烯烃分子中含有两个或多个碳—碳双键，如萜环庚烯、萜环癸烯等。
环炔烃是一类含有一个或多个碳—碳三键的环烃，环炔烃的通式为CnH2n-2，其中n为整数。
环炔烃分为单环炔烃和多环炔烃两种，单环炔烃是指一条环炔烃分子中只有一个碳—碳三键，如环丙炔、环戊炔等；多环炔烃是指一条环炔烃分子中含有两个或多个碳—碳三键，如萜环庚炔、萜环癸炔等。
芳香烃是一类具有芳香性质的环烃，其分子中含有苯环结构。
芳香烃通常是稳定的化合物，具有特殊的化学性质和应用价值。
芳香烃有很多重要的代表物质，如苯、甲苯、二甲苯、苯酚等。
二、结构特点环烃的分子中含有碳—碳键构成的环状结构，这种环状结构使得环烃具有一些独特的结构特点。
首先，环烃分子中的碳原子呈现出sp3、sp2和sp杂化的特点。
在脂环烷烃中，碳原子呈现出sp3杂化的特点，其四个σ键的轨道构成外层的四个σ键，没有π键；在萜环烷烃、环烯烃和环炔烃中，碳原子呈现出sp2杂化的特点，其三个σ键的轨道构成外层的三个σ键，剩余的一个p轨道构成一个碳—碳双键或碳—碳三键；而在芳香烃中，碳原子呈现出sp2杂化和未杂化的p轨道的混成，其三个σ键的轨道构成外层的三个σ键，剩余的两个p轨道构成两个碳—碳双键。
其次，环烃分子中的碳原子排列有着一定的角度以及构型上的要求。
在脂环烷烃中，碳原子呈现出正四面体的构型，其中碳—碳键角为109.5°，这样可以使得碳原子之间的相互作用最小化，分子结构最稳定；在萜环烷烃中，由于两个碳环之间存在着共用碳原子，因此其构型更趋向平面结构，碳—碳键角为120°；在环烯烃和环炔烃中，由于碳—碳双键或碳—碳三键的存在，使得碳原子之间的角度有所变化，但总体上趋向于平面结构；在芳香烃中，由于苯环的存在，使得分子结构呈现出平面结构，其构型稳定性很高。
有机化学：第五章 环烷烃
? CH3 C CH3 CHC3H3
CH3 H3C CHC3H3
e, a构象
e, a构象
33
1，3-二取代环己烷的构象
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3 CH3
e, a构象
CH3 CH3
H3C
CH3
a, a构象
e, e构象，优势
34
小结：
1°环己烷有两种极限构象（椅式和船式），椅式为优势构象。 2°一元取代基主要以e键和环相连。 3°多元取代环己烷最稳定的构象是e键上取代基最多的构象。 4°环上有不同取代基时，大的取代基在e键上构象最稳定。
1885年，Baeyer提出了张力学说（strain theory）:
a. 形成环的C原子都在同一平面上，并排成正多 边形； b. 在不同环中C-C键之间的夹角小于或大于正四 面体所要求的角度：109°28′； c. 环中C-C键键角的变形会产生张力，键角变形 的程度越大，张力越大，环的稳定性低，反应活 性越大。
+
Cl2
+
Cl2
+
Cl2
+
Br2
+
Cl2
hv hv 300 oC hv hv
Cl Cl
Cl Br
Cl
10
氧化反应
KMnO4
O + CO2H
O3
( Z)
Zn/H2O
OHC
CHO
11
中小环的加成反应
加氢反应
+
H2
+
H2
+
H2
Ni 80 oC
Ni 100 oC
Pt 300 oC
第四章 环 烃
CH2
强调：在室温时用 强调：在室温时用Br2-H2O或Br2-CCl4溶 或 不能将环丙烷及其衍生物与烯烃、 液不能将环丙烷及其衍生物与烯烃、炔烃 等区分开来。 等区分开来。
环丙烷对氧化剂较稳定，它不与KMnO4水溶液 环丙烷对氧化剂较稳定，它不与 或臭氧作用，故可用KMnO4溶液来区别环丙烷及其 溶液来区别环丙烷及其 或臭氧作用，故可用 衍生物和烯烃、炔烃等化合物 等化合物。 衍生物和烯烃、炔烃等化合物。
H3C CH3
顺-1，4-二甲基环己烷 ， 二甲基环己烷
反-1，4-二甲基环己烷 ， 二甲基环己烷
2. 螺环烃 脂环烃分子中两个碳环共有一个碳原子 脂环烃分子中两个碳环共有一个碳原子。
单螺环的命名:根据成环碳原子的总数称为螺某烷，在螺字后面的方括号 螺原子不计算在内） 将小 中，用阿拉伯数字标出两个碳环碳原子数目（螺原子不计算在内），将小 的数字排在前面， 隔开， 的数字排在前面，数字之间用下角圆点隔开，编号是从较小环中与螺原子相
第四章 环 烃
环烃是由碳 环烃是由碳和氢两种元素组成的环状化合物。根据它 是由 两种元素组成的环状化合物。 环状化合物 们的结构 性质，又可分为脂环烃 芳香烃。 结构或 脂环烃和 们的结构或性质，又可分为脂环烃和芳香烃。
§ 4~1 脂环烃
一、脂环烃的分类
碳原子的 饱和程度 饱和脂环烃 不饱和脂环烃 环炔烃 环烷烃 环烯烃
4.稠环烃 稠环烃
三、环烷的结构
说明： 说明：环烯烃 、环炔烃分子中的碳碳双键和碳碳 三键的电子结构与烯、炔烃相同， 三键的电子结构与烯、炔烃相同，故具有一般不 饱和键的通性。 饱和键的通性。
环烷烃的结构： 环烷中的碳原子为sp3杂化 环烷烃的结构： 环烷中的碳原子为 杂化。 杂化。
有机化学环烷烃
总 张力能
n(Hc/n-659) 114 108 25 0 21 40 54 50 44 12 13 0 15 16
24
从上表数据可以看出: C3～C4 员 环：不稳定 C5、C7～C11员环：较稳定（稳定性相近） ≥C12 员 环：很稳定 C6 员 环：最稳定
拜耳的张力学说对六员以上的环失 去了预见性,原因是它的基本假定:成环 碳原子都在同一个平面上(除三员环外) 是错误的。
椅型
船型
31
环己烷椅型构象
环己烷船型构象
32
所有的键处于交叉式 椅式构象稳定的原因：
H H H H
5
H H
3
6
H
2
H
1
H H
H
4
H
H H
H
6 5
H
CH2 CH2
4
1
H
2 3
H
H H
在船式构象中，所有的C－H键处于重叠式。
H HH
4 5 6
H H H
1
H H
6 5
CH2 CH2
4
1
2 3
H H
H H 3 H
1
环 烷 烃
第一节：环烷烃的分类、命名及同分异构 第二节：环烷烃的化学性质 第三节：环烷烃的结构 第四节：环己烷的构象 第五节：取代环己烷的构象 第六节：十氢化萘的构象
2
第一节 分类、命名与同分异构
一、分类：
单环烃
3-4 员 5-7 员 8-11员 小环 普通环 中环 大环
饱和脂环烃
12 员
多环烃
(1).单螺环的命名
1、靠近螺C开始编号（不含螺C）， 2、先小环后大环，方括号内先小后大 3、 环除螺原子外的环碳原子个数，数字间用
化妆品化学：环烷烃的性质
Br
➢ 1,3－二溴丙烷和1,4－二溴丁烷都是微黄色液体，是重要的有机合成原料。
➢ 小环烷烃与溴发生加成反应，溴的棕红色消失，用于鉴别三、四元环烷烃。
02 环烷烃的化学性质
一、环烷烃的化学性质
（3）加卤化氢：环丙烷和环丁烷都能与卤化氢发生加成反应，生成开链一 卤代烷烃。
+ H Br
CH3CH2CH2Br （1-溴丙 烷）
与卤素的加成在常温下就可进行，环丁烷则需要加热才能进行。如环丙烷与溴在
室温下发生加成反应生成1，3－二溴丙烷；环丁烷与溴在加热条件下发生加成反
应生成1，4－二溴丁烷。
+ Br
Br 室温 CH2CH2CH2 Br Br
（1,3－二溴丙烷）
+ Br
加热
Br
CH2CH2CH2CH2 （1,4－二溴丁烷）
Br
环烷烃的性质
1
目
2
录
01 环烷烃的物理性质
一、环烷烃的物理性质
1、物态
常温下，C3～C4环烷烃是气体； C5～C11环烷烃是液体；高级环烷烃是固体。
2、熔点和沸点
环烷烃的熔点和沸点变化规律是随分子中碳原子数目的增加而升高。同碳数目的 环烷烃的熔点和沸点高于开链烷烃。
3、相对密度
环烷烃的相对密度都小于1，比水轻，但比相应的开链烷烃的相对密度大。
（4）
（5） CH3 CH3
光照
CH3 + HCl
光照
+ Br2 + Cl2
02 环烷烃的化学性质
一、环烷烃的化学性质
3、氧化反应
➢ 与开链烷烃相似，环烷烃包括环丙烷和环丁烷这样的小环烷烃，在常温下都不 能与一般的氧化剂（如高锰酸钾的水溶液）发生氧化反应。如果环上的支链含有 不饱和键时，则不饱和键被氧化断裂，而环不发生破裂。
有机化学 第3环烷烃
环烷烃
• 环烷烃是环状的烷烃。环烷烃分子中碳原子相互以单键联结成闭合碳 环，其余的价全部与氢原子连接。 • 要将链状烷烃变为环状，需将链端两个碳原子上的氢原子去掉，因此 单环烷烃的通式为CnH2n。 • 多环烷烃中每成一个环，氢原子将减少两个，所以双环烷烃的通式为 CnH2n-2。 • 可想而知，环烷烃和烷烃的大多数性质相似。 • 许多有机化合物具有环状结构。
桥环化合物编号时，从一个桥头开始，循最长的桥编到另一个桥头， 然后再循次长桥编回起始桥头，最后从紧挨着起始桥头的碳原子循最 短桥完成全部编号（桥头原子不重复编号）。 两个桥头原子中的任意一个都可以作为编号起点。如果一个桥头有 取代基时，有取代基的编“1”号。两个桥头都有取代基时，取代基小 的编“1”号。 桥链上同时有不饱和键和取代基时，先按最长、次长、最短桥顺序 考虑，再考虑使不饱和键给予最小编号，最后考虑将取代基尽可能给 予最小编号。 4 CH CH
五、环烷烃的结构与稳定性
环的稳定性 与环的大小 有关
环丙烷最不 稳定，环丁 烷次之，环 戊烷比较稳 定，环己烷 以上的大环 都稳定
环稳 定性
环大小
（Aldolf von Baeyer）
1885年拜尔
张力 学说
张力学说假定成环碳原子处于同一平面，并形成等边多 边形:
109.5° 49.5° 60° 109.5° 19.5° 90° 108° 1.5° 109.5°
CH3
2 3 4 1 5 6
7
CH3
6 4 8 1 5 3 2
CH3
Br
5-甲基-1-溴螺[3, 4]辛烷2,6-二甲基螺[4.5]癸烷
我们将桥环和螺环双环烷烃的名称写成公式：
l
m
大学有机化学第四章 环烃
目前有关苯的结构还没有更好的表达方式, 一般沿用的有： 或
物理性质 (physical property) 多数是无色有芳香味的液体，易挥发，蒸汽有毒（也 有的芳香烃很臭！）。相对密度小于1，不溶于水，能溶 于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂。 化学性质 (chemical property) 芳香烃具有其特征性质——芳香性（易取代，难加 成，难氧化）。 1．取代反应 （1）卤代
3. 二元取代物的定位效应 1）原有取代基定位效应一致，第三个取代基进入它们 共同确定的位置。
CH3 (>99%)
COOH
COOH Br
NO2
(100%)
SO3H
(80%)
(20%)
2）两个取代基定位效应相矛盾，由基团致活能力顺序 判断第三个基团取代的位置。
①.两个基团不同类，定位效应受邻对位取代基控制。
HONO2 + HOSO2OH
[H2O+-NO2] + SO4H - H2 O NO2
H
- H+
+ NO2 π络合物 H+ + SO4H
NO2 σ络合物
NO2
NO2
H2SO4
3．磺化
2 H2SO4
O
SO3
S
O
δ
+ H3O+ + HSO4
H
+
δ
H+
SO3H
O
SO3
苯环上取代基的定位规律（定位效应或称取向效应）
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）