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第六章第六章第六章第六章脂脂脂脂环烃环烃环烃环烃 u定义与分类定义与分类u脂环烃的命名脂环烃的命名 u环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性 u环己烷的构象环己烷的构象 u脂环化合物的立体异构脂环化合物的立体异构u脂环烃的性质脂环烃的性质 主要内容一一 、定义与分类定义与分类 脂环烃脂环烃由碳原子相互连接成环，性质与开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。链烃相似的环状碳氢化合物。根据环上碳原子的饱和程度不同，可将脂环烃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。分为环烷烃、环烯烃、环炔烃等。环烷烃可看作是开链烷烃首尾碳原子去掉一个氢环烷烃可看作是开链烷烃首尾碳原子去掉一个氢原子后互相连接起来的环状烃原子后互相连接起来的环状烃 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2环烷烃的通式环烷烃的通式CnH2n与单烯烃一样。与单烯烃一样。环烃按碳环的大小可分为：环烃按碳环的大小可分为：小环：小环：3-4 C的环；的环；普通环：普通环：5-7 C的环；的环；中环：中环：8-12C的环；的环；大环：大环：12以上以上C环；环；根据根据脂环烃分子中所含的碳环数目不脂环烃分子中所含的碳环数目不 同，分为单环、二环和多环脂环烃。同，分为单环、二环和多环脂环烃。二、脂环烃的异构和命名单环脂环烃单环脂环烃 二环脂环烃二环脂环烃 (甲甲)桥环烃桥环烃 (乙乙)螺环烃螺环烃 分子式为C5H10有碳架异构、顺反异构、旋光异构环戊烷 甲基环丁烷 1,1-二甲基环丙烷乙基环丙烷 顺-1,2-二甲基环丙烷 反-1,2-二甲基 环丙烷脂环烃的命名原则脂环烃的命名原则与相应的脂肪烃基本相同，只是在名称与相应的脂肪烃基本相同，只是在名称前加一环字前加一环字按取代基位置数字尽可能小的原则，将按取代基位置数字尽可能小的原则，将环编号环编号连有不同取代基时，根据次序规则，较连有不同取代基时，根据次序规则，较优基因给予较大编号优基因给予较大编号同时有取代基及不饱和键时，不饱和键同时有取代基及不饱和键时，不饱和键以最小的号数表示以最小的号数表示单环脂环烃单环脂环烃 二环脂环烃二环脂环烃 分子中含有两个碳环的是双环化合物。两环共用一个碳原子双环化合物的叫做螺环化合物；两环共用两个或更多个碳原子的叫做桥环化合物。三、三、环烷烃的结构与稳定性环烷烃的结构与稳定性环的大小与环张力、环的稳定性环丙烷的结构环丁烷的结构环戊烷的结构 实验事实：环的稳定性：三元环四元环五元、六元环环的稳定性：三元环四元环五元、六元环 why?结构所致！环张力所致！环张力所致！环烷烃的环张力越大，表明分子的能量越高，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。稳定性越差，越容易开环加成。可用环烷烃每个可用环烷烃每个CH2单位的燃烧热来表明环单位的燃烧热来表明环张力的大小。张力的大小。以上的数据说明：环越小，每个CH2的燃烧热越大，环张力越大。一些环烷烃的燃烧热如下所示一些环烷烃的燃烧热如下所示：环丙烷的结构环丙烷的结构物理方法测得，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CC键，而是形成“弯曲键”：由于环丙烷分子中的CC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。环丙烷的结构环丙烷的结构环丁烷的结构：环丁烷的结构：C：sp3杂化，轨道夹角109.5若四个碳形成正四边形，内角应为90角张力：109.59019.5 109.56049.5环丁烷的CC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。不稳定环，比较容易开环加成。环丁烷中四个碳原子不共平面，这样可使部分张力得以缓解。环戊烷的结构：环戊烷的结构：C：sp3杂化，轨道夹角109.5 正五边形内角为108 角张力：109.51081.5可见，环戊烷分子中几乎没有什么角张力，故五元可见，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环比较稳定，不易开环，环戊烷的性质与开链烷烃相似。相似。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。环丁烷环丁烷 键角键角111.5，四个，四个不在同一平面上。稳定性比不在同一平面上。稳定性比环丙烷强。环丙烷强。环戊烷环戊烷键角接近键角接近109.5，五个，五个不在同一平面上。稳定不在同一平面上。稳定性比环丁烷强。性比环丁烷强。环己烷环己烷 键角可维持在键角可维持在109.5，六个六个不在同一平面上。不在同一平面上。稳定性强。稳定性强。四、环己烷的构象椅式构象和船式构象椅式构象的特点椅式构象和船式构象椅式构象和船式构象 环己烷分子中的六个碳不共平面，且六元环是无张力环，键角为109.5。环己烷有两种构象两种构象通过C-C单键的旋转，可相互转变；室温下，环己烷主要在椅型构象存在(99.9%以上)。为什么椅型构象稳定?船式与椅式翻转，环己烷二种椅式构象互换船式与椅式翻转，环己烷二种椅式构象互换椅型构象：椅型构象：所有两个相邻的碳原子的碳氢键都处于交叉式位置；所有环上氢原子间距离都相距较远，无非键张力。船型构象：船型构象：C2-C3及C5-C6间的碳氢键处于重叠式位置；船头和船尾上的两个碳氢键向内伸展，相距较近，比较拥挤，存在非键张力。重点掌握椅型构象。环己烷的椅式构象环己烷的椅式构象椅式构象的特点椅式构象的特点六个碳原子分布在相互平行的两个平面上(上三，下三)：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：由一种椅型构象可翻转为另一种椅象。同时，a、e 键互换：环上有取代基时，e键取代比a键取代更稳定。例：五、五、脂环化合物的立体异构脂环化合物的立体异构顺反异构顺反异构对映异构对映异构(1)顺反异构顺反异构例例1：1,4-二甲基环己烷的顺反异构二甲基环己烷的顺反异构 构型式：构象式：(2)对映异构对映异构 例1：1,2-环丙烷二甲酸的对映异构 六、六、脂环烃的性质脂环烃的性质 1.取代反应取代反应 2.氧化反应氧化反应 3.加成反应加成反应 a 加氢加氢 b 加卤素加卤素 c 加卤化氢加卤化氢 4.环烯烃的反应环烯烃的反应1，取代反应取代反应 五元、六元环易发生取代反应。2，氧化反应，氧化反应 室温下，环烷烃不能使KMnO4褪色，据此可区别CC和CC。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：3，加成反应，加成反应 a 加氢加氢 b加卤素加卤素 c 加卤化氢加卤化氢 4 环烯烃的反应环烯烃的反应 环烯烃的性质与开链烯烃类似，易加成、氧化等。本章重点：本章重点：环的大小与其稳定性（三元、四元环不稳定，易开环加成；五元、六元环稳定，不易开环加成）；环丙烷的结构、弯曲键的不稳定性；环己烷的构象：a.通过CC键的自由旋转形成椅椅式式构构象象，消除张力;b.椅式构象中的a键键、e键键，a、e键的相相互转换互转换，e键取代稳定。键取代稳定。