1、第五章第五章 脂脂 环环 烃烃b.按环的多少分按环的多少分a.按碳原子饱和程度分按碳原子饱和程度分c.单环烷烃按碳原子数分单环烷烃按碳原子数分1.脂环烃的分类脂环烃的分类5.1 脂环烃的定义和命名脂环烃的定义和命名(1)1)环烷烃环烷烃以碳环作为母体以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名环上侧链作为取代基命名;环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前 加一加一“环环”字字.(C)C)取代基较多时取代基较多时,命名时应把取代基的位置标出命名时应把取代基的位置标出.(D)D)环上碳原子编号环上碳原子编号,以取代基所在位置的号码最以取代基所在位置的号码最 小为原则
2、小为原则.2.命名命名(与烷烃相似与烷烃相似):CH3CH3123451,2-二甲基环戊烷二甲基环戊烷1,1,4-三甲基环己烷三甲基环己烷*小取代基为小取代基为1位位.1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷 由于碳原子连接成环由于碳原子连接成环,环上环上C-C单键不能自由旋转单键不能自由旋转.只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团,就有构型不同的顺反异构体就有构型不同的顺反异构体.顺顺-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷环烷烃的顺反异构环烷烃的顺反异构:反反-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 -脂环烃的环上有双键脂环烃的环上有双键(或叁键或叁键).命
3、名与开链烃相似命名与开链烃相似:以不饱和碳环为母体以不饱和碳环为母体,侧链为取代基侧链为取代基.碳环上的编号顺序碳环上的编号顺序:应是不饱和键所在的位置号码最小应是不饱和键所在的位置号码最小.对于只有一个不饱和键的环烯对于只有一个不饱和键的环烯(或炔或炔)烃烃,双键或叁键位置双键或叁键位置可不标可不标.环辛炔环辛炔(2)环烯环烯(炔炔)烃烃环戊烯环戊烯1,3-环己二烯环己二烯(A)若只有一个不饱和碳上有侧链若只有一个不饱和碳上有侧链,该不饱和碳编号为该不饱和碳编号为1;(B)若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链若两个不饱和碳都有侧链或都没有侧链,则碳原子编则碳原子编号顺序除双键所在位置号码最小外
4、号顺序除双键所在位置号码最小外,还要同时以侧链位还要同时以侧链位置号码满足最低系列原则置号码满足最低系列原则.3-甲基甲基-1-环己烯环己烯带有侧链的环烯烃命名带有侧链的环烯烃命名:1-甲基甲基-1-环己烯环己烯CH3123456CH3123456 CH3 CH31265-甲基甲基-1,3-环戊二烯环戊二烯CH3125345341,6-二甲基二甲基-1-环己烯环己烯(3)双环化合物双环化合物-分子中含有两个碳环分子中含有两个碳环.螺原子螺原子双环化合物：分子中含有两个碳环的化合物。双环化合物：分子中含有两个碳环的化合物。螺环化合物螺环化合物：其中两个碳环共用一个碳原子。其中两个碳环共用一个碳原
5、子。桥环化合物：桥环化合物：共用两个或以上碳原子共用两个或以上碳原子.(1)取代反应取代反应 CH3Cl2Br2300光ClBrCH3HClHBr5.2 脂环烃的性质脂环烃的性质1.环烷烃的反应环烷烃的反应+Cl2Cl+HCl(2)氧化反应氧化反应 CH2=CH2KMnO4紫色退去不退色在常温下，环烷烃与一般氧化剂都不起反应在常温下，环烷烃与一般氧化剂都不起反应 HNO3COOHCOOH不褪色不褪色褪色褪色褪色褪色K KM Mn nO O4溶溶液液不不褪褪色色褪褪色色CHCH3CHCH2CHCH3CHCH2=CHCH=CHCH3BrBr2/CCl/CCl4思考题思考题:如何鉴别丙烷、环丙烷、丙
6、烯？如何鉴别丙烷、环丙烷、丙烯？(3)加成反应加成反应 加氢加氢+H2NiCH3CH2CH2CH3200 C。+H2Ni80 C。CH3CH2CH3+H2PtCH3(CH2)3CH3300 C。不易开环 加卤素加卤素 Br2/CCl4CH2-CH2-CH2BrBrCH3CH3CH3Br2/CCl4C-CH-CH2BrCH3BrCH3CH3Br2/CCl4CH2-CH2-CH2-CH2BrBrBr2/CCl4溴褪色可用于鉴别环烷烃不起加成，而是取代反应加成反应加成反应 加卤化氢加卤化氢+HBrCH3CH2CH2BrH2O易开环+HBr不反应不反应+HBr不易开环+B Br rH H?C CH H
7、3 3C CC CH H2 2C CH H3 3BrBrC CH H3 3思考题思考题:环的破裂发生在含环的破裂发生在含H最多最多和和最少最少的两个碳的两个碳原子之间，且原子之间，且符合马氏符合马氏规律规律.2.环烯烃的反应环烯烃的反应CH3H2/NiCH3HBrCH3BrCOOHCH3OKMnO4Br2CH3BrBr1.O32.Zn,HCH3OCHO环烯烃的性质与环烯烃的性质与开链烯烃类似，开链烯烃类似，易加成、氧化等易加成、氧化等 环烯烃的双键易被氧化剂环烯烃的双键易被氧化剂(KMnO4,O3等等)氧化而断氧化而断裂成开链的氧化产物裂成开链的氧化产物:环烯烃的氧化反应环烯烃的氧化反应KMn
8、O4CH3CHCH2COOHCH2CH2COOHO3CH2CH2CHOCH2CH2CHOZn,H2O+BrBrH HH HBrBrH HBrBr+3.环状二烯烃的反应环状二烯烃的反应 1,2 加成加成 和和 1,4 加成加成双烯体亲双烯体1234567HCOOCH3丙烯酸甲酯双环2,2,1-5-庚烯-2-羧酸甲酯+COOCH3Diels-Alder双烯合成双烯合成5.3 环烷烃的环张力和稳定性环烷烃的环张力和稳定性6 60 0。1 10 09 9.5 5。2 24 4。4 44 4 随随着着环环的的扩扩大大，张张力力1 10 05 5.5 5。C CC CC CC CC CC C1 10 09
9、 9.5 5。丙丙 烷烷环环丙丙烷烷由此可见：由此可见：（1）键的重叠程度小，稳定性下降键的重叠程度小，稳定性下降。（2）电子云分布在两核连线的外侧，增加了试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。剂进攻的可能性，故具有不饱和烯烃的性质。环丙烷的结构环丙烷的结构椅式椅式环己烷的结构和构象环己烷的结构和构象船式船式环己烷的结构和构象环己烷的结构和构象1.两种极限构象两种极限构象椅式和船式椅式和船式椅式构象稳定的原因：椅式构象稳定的原因：纽曼投影式纽曼投影式透视式透视式船式构象不稳定的原因：船式构象不稳定的原因：透视式透视式纽曼投影式纽曼投影式2.环己烷椅型构象
10、中碳原子的空间分布环己烷椅型构象中碳原子的空间分布AA线为构象的线为构象的对称轴对称轴3.平伏键（平伏键（e键）与直立键（键）与直立键（a键）键）在椅式构象中在椅式构象中C-H键分为两类。第一类六个键分为两类。第一类六个C-H键与分子的键与分子的对称轴平行，叫做直立键或对称轴平行，叫做直立键或a键键（其中三（其中三个向环平面上方伸展，另外三个相换环平面下方伸个向环平面上方伸展，另外三个相换环平面下方伸展）；第二类六个展）；第二类六个C-H键键与直立键形成接近与直立键形成接近109.5的的夹角，平伏着向环外伸展，叫做平伏键或夹角，平伏着向环外伸展，叫做平伏键或e键。键。如下图：如下图：椅型构象中
11、的两种椅型构象中的两种 C-H 键键 a键键(直立键直立键)e键键(平伏键平伏键)与对称轴与对称轴成成 109.5 在室温时，环己烷的椅式构象可通过在室温时，环己烷的椅式构象可通过C-C键的转动（而不经键的转动（而不经过碳碳键的断裂），由一种椅式构象变为另一种椅式构象，在过碳碳键的断裂），由一种椅式构象变为另一种椅式构象，在互相转变中，原来的互相转变中，原来的a键变成了键变成了e键，而原来的键，而原来的e键变成了键变成了a键。键。当六个碳原子上连的都是氢时，两种构象是同当六个碳原子上连的都是氢时，两种构象是同一构象；连有不同基团时，则构象不同。一构象；连有不同基团时，则构象不同。通过通过C-C
12、键的不断扭动键的不断扭动,一种椅型翻转为另一种椅型一种椅型翻转为另一种椅型 为为 a键键 为为e键键椅型构象的翻转椅型构象的翻转两种椅型构象是两种椅型构象是等同的分子等同的分子.4.取代环己烷的构象取代环己烷的构象1）一元取代环己烷的构象）一元取代环己烷的构象 一元取代环己烷中，取代基可占据一元取代环己烷中，取代基可占据a键，键，也可占据也可占据e键，但占据键，但占据e键的构象更稳定。键的构象更稳定。例如：例如：原因：原因：a键取代基结构中的非键原子间斥键取代基结构中的非键原子间斥力比力比e键取代基的大（因非键原子间的距离小于键取代基的大（因非键原子间的距离小于正常原子键的距离所致）。从下图中
13、原子在空正常原子键的距离所致）。从下图中原子在空间的距离数据可清楚看出。取代基越大间的距离数据可清楚看出。取代基越大e键型构键型构象为主的趋势越明显。象为主的趋势越明显。同一平面同一平面上的比较上的比较甲基甲基环己烷椅型构象的翻环己烷椅型构象的翻转转两种椅型构象是两种两种椅型构象是两种不同结构不同结构的分子的分子.甲基连在甲基连在a键上的构象具有较高的能量键上的构象具有较高的能量,比较不稳定比较不稳定 若有多个取代基若有多个取代基,往往是往往是 e 键键取代基最多取代基最多的构的构象最稳定象最稳定.若环上有不同取代基若环上有不同取代基,则则体积体积大的取代基连在大的取代基连在 e键键上的构象最
14、稳定上的构象最稳定.取代基在取代基在e键上的构象较稳定键上的构象较稳定.同一平面上的比较同一平面上的比较.在同侧为在同侧为顺顺,a,e在异侧为在异侧为反反.a,a;e,e.2）二元取代环己烷的构象二元取代环己烷的构象（1）1，2-二取代二取代（2）1，3-二取代二取代（3）1，4-二取代二取代 ClClClClClCl稳定ClClClClClCl能量相同CH3CH(CH3)2H3C稳定CH(CH3)2CH3CH(CH3)2HHHH稳定不 1环己烷有两种极限构象（椅式和船式），椅式环己烷有两种极限构象（椅式和船式），椅式 为优势构象。为优势构象。2一元取代基主要以一元取代基主要以e键和环相连。键和环相连。3多元取代环己烷最稳定的构象是多元取代环己烷最稳定的构象是e键上取代基键上取代基 最多的构象。最多的构象。4环上有不同取代基时，体积大的取代基在环上有不同取代基时，体积大的取代基在e键键 上构象稳定。上构象稳定。其他二元、三元等取代环己烷的稳定构象，其他二元、三元等取代环己烷的稳定构象，可用上述同样方法得知。可用上述同样方法得知。小结：小结：
