1、具有环状碳骨架，且性质与脂肪烃（开链烃）具有环状碳骨架，且性质与脂肪烃（开链烃）相似。（只有相似。（只有C、H两种元素）。两种元素）。一、定义、分类和命名一、定义、分类和命名分类分类根据碳环中是否含根据碳环中是否含有不饱和键分为有不饱和键分为饱和脂环烃（饱和脂环烃（环烷烃环烷烃）通式：通式：CnH2n，与烯烃为，与烯烃为 构造异构体。构造异构体。不饱和脂环烃不饱和脂环烃环烯烃环烯烃环炔烃环炔烃单环脂环烃单环脂环烃双环双环脂环烃脂环烃 螺环螺环:（两环共用（两环共用 一个碳原子）一个碳原子）桥环桥环:（共用两个（共用两个 或多个碳或多个碳 原子）原子）根据碳环的根据碳环的数目分为数目分为多环脂环
2、烃多环脂环烃十氢化萘（萘烷）十氢化萘（萘烷）1,4-甲撑十氢萘甲撑十氢萘 CH2单环脂环烃：单环脂环烃：1）以碳环为母体，侧链为取代）以碳环为母体，侧链为取代 基。根据构成环碳原子数称基。根据构成环碳原子数称 为为环环“某某”烷。烷。例：例：2）当取代基）当取代基2个，给环编号，个，给环编号，使取代基位次尽使取代基位次尽 可能小。并使简单取代基位次最小（即次序规可能小。并使简单取代基位次最小（即次序规 则中优先基团则中优先基团后编号后编号）。）。A.环烷烃：命名与烷烃相似。环烷烃：命名与烷烃相似。CH3甲基环戊烷甲基环戊烷1，1-二甲基二甲基-4-叔戊基环己烷叔戊基环己烷1-甲基甲基-1-乙基
3、环丙烷乙基环丙烷1-甲基甲基-3-乙基环戊烷乙基环戊烷3）若要指出取代基之间的空间结构，则取代）若要指出取代基之间的空间结构，则取代基在环基在环同侧的为顺式同侧的为顺式，取代基在环，取代基在环异侧的为异侧的为反式结构反式结构。顺顺-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷反反-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷CH3CH3HHCH3CH3B.B.环烯烃、环炔烃：环烯烃、环炔烃：把把1，2位次留给双键或位次留给双键或三键三键，同时使，同时使取代基的位次尽可能小取代基的位次尽可能小。5-甲基环辛炔甲基环辛炔2,3-二甲基环戊烯二甲基环戊烯5-氯氯-1,3-环戊二烯环戊二烯CH3CH312345CH31234
4、5Cl12345桥环的编号：桥环的编号：从桥头碳，沿从桥头碳，沿最长桥最长桥到另一桥头，到另一桥头，再沿再沿次长桥次长桥回到开始的桥头，最短的桥最后编号。回到开始的桥头，最短的桥最后编号。若有取代基应使取代基的位次尽可能小。若有取代基应使取代基的位次尽可能小。据成环碳数称为据成环碳数称为双环某烷双环某烷，在，在“双环双环”与与“某某烷烷”之间用之间用方括号标明不包括桥头碳在内的、各方括号标明不包括桥头碳在内的、各个桥上所含碳数个桥上所含碳数。大的数字在前，小的在后，数。大的数字在前，小的在后，数字间用字间用“”隔开。隔开。取代基双环取代基双环 某烷（烯，炔）某烷（烯，炔）构成环的碳原子数构成环
5、的碳原子数由大由大小小命名原则：命名原则：1-甲基甲基-2-乙基双环乙基双环3.2.1辛烷辛烷双环双环4.3.0-7-壬烯壬烯5，6-二甲基双环二甲基双环2.2.2-2-辛烯辛烯C2H5CH3CH3CH3例例环丁基环丁烷环丁基环丁烷环烷基：从环烷烃分子中去掉一个氢原子环烷基：从环烷烃分子中去掉一个氢原子 后剩下的基团。后剩下的基团。CH3C2H5H2-环丙基丁烷环丙基丁烷二、二、环烷烃的稳定性：环烷烃的稳定性：三、四元环不稳定三、四元环不稳定，易开环，易开环，易加成。易加成。五元、六元环较稳定，五元、六元环较稳定，易取代。易取代。原因是：三、四元环分子中存在着张力，而五元环原因是：三、四元环分
6、子中存在着张力，而五元环以上化合物分子中没有张力或张力很小。张力是怎以上化合物分子中没有张力或张力很小。张力是怎样产生的？样产生的？1、拜尔（、拜尔（Baeyer）的）的平面张力学说平面张力学说1885年提出，解释了年提出，解释了三、四元环较活泼、三、四元环较活泼、不稳定的原因。不稳定的原因。Baeyer假定：假定：环中所有碳处于一个平面上成环中所有碳处于一个平面上成正多边形正多边形。然后计算。然后计算不同碳数的环烷烃环中不同碳数的环烷烃环中C-C-C键角与碳键角与碳正四面体所要求正四面体所要求的键角的键角109.5的偏离程度。的偏离程度。角张力：角张力：由于键角由于键角“偏离偏离”正常四面体
7、键角正常四面体键角 (109.5)，使每个键产生的恢复正常键角的力。使每个键产生的恢复正常键角的力。偏离程度越大，角张力越大，环的稳定性越小。偏离程度越大，角张力越大，环的稳定性越小。环烷烃环烷烃C-C-C键角若偏离键角若偏离109.5，构成碳环时，构成碳环时C-C键键必须向内压缩或向外扩张。这就使每个键都有产生回必须向内压缩或向外扩张。这就使每个键都有产生回到到正常键角正常键角的力。的力。内角内角偏离偏离环丙烷环丙烷6049.5环丁烷环丁烷9019.5环戊烷环戊烷1081.5环己烷环己烷120-10.5:稳定性增大稳定性增大 稳定性减小稳定性减小 拜尔把组成环的碳原子都看成在同一平面上的观点
8、拜尔把组成环的碳原子都看成在同一平面上的观点是不符合实际的。实际上是不符合实际的。实际上只有环丙烷的三个碳共平面只有环丙烷的三个碳共平面。原因：原因：拜尔的理论假设错误拜尔的理论假设错误2、环烷烃的构象、环烷烃的构象 C3 C5环烷烃环烷烃偏离程度逐渐减小，稳定性偏离程度逐渐减小，稳定性逐渐增大，逐渐增大，与实际符合。与实际符合。但此学说无法解释但此学说无法解释 C6的环烷烃。环己烷的环烷烃。环己烷内角是内角是120,存在角张力，应不存在角张力，应不稳定，但事实稳定，但事实上非常稳定，比环戊烷还稳定。上非常稳定，比环戊烷还稳定。弯曲键（香蕉键）弯曲键（香蕉键），C-C-C键角键角 105.5
9、存在角张力存在角张力；C-H键呈全重叠式，键呈全重叠式，存在扭转张力。存在扭转张力。所以不稳定。所以不稳定。三元环三元环 （平面型）（平面型）现代结构理论认为：现代结构理论认为：烷烃、环烷烃中烷烃、环烷烃中C：sp3在烷烃中在烷烃中C-C原子间是沿原子间是沿sp3头对头重叠，但头对头重叠，但环烷烃环烷烃中，由于中，由于受几何形状的限制受几何形状的限制，成环的，成环的C-C 原子间重叠的的原子间重叠的的情况较复杂情况较复杂。四元环四元环（蝴蝶式）（蝴蝶式）非平面型非平面型,其中三个其中三个C在同一平面上。在同一平面上。C-H键不再全重叠键不再全重叠,扭转张力减小扭转张力减小。角张力较角张力较小小
10、,所以所以比环丙烷稳定比环丙烷稳定.v非平面型，其中四个非平面型，其中四个C在同一平面上。在同一平面上。其内角约为其内角约为108108,角张力很小角张力很小,扭转张力也扭转张力也 较小较小,较稳定较稳定.1、椅式构象和船式构象、椅式构象和船式构象六元环：六元环：六个六个C都保持正常的都保持正常的109.5键角。键角。两种典型构象：两种典型构象：椅式构象（主）和船式构象。椅式构象（主）和船式构象。椅椅式：六个式：六个C在两个平面上在两个平面上，平行。平行。无张力环，故无张力环，故六元环六元环稳定。稳定。以透视式、纽曼投影式表示。以透视式、纽曼投影式表示。椅式：似椅子；船式：似船椅式：似椅子；船
11、式：似船a,键角键角109.5(无角张力无角张力)b,相邻碳原子的相邻碳原子的C-H和和C-C呈呈邻位交叉式邻位交叉式(无扭转张力无扭转张力)c,相邻相邻C上的氢间距大上的氢间距大 于半径之和于半径之和 (无立体张力无立体张力)a,键角键角109.5(无角张力无角张力)b,C3、C4，C1、C6两两 对原子呈对原子呈重叠式重叠式(有有 扭转张力扭转张力)c,船头尾两个船头尾两个C-H键上键上 的的H间距间距0.183 (存在立体张力存在立体张力)故椅故椅式构象稳定式构象稳定123456直立键直立键(a键键)(与对称轴平行与对称轴平行)平伏键平伏键(e键键)(与与a键成键成109.5)2、椅、椅
12、式构象中的式构象中的平伏键平伏键(e键键)和直立键和直立键(a键键)椅椅式中：六个式中：六个C在两个平面上在两个平面上，平行。平行。两平面的垂线两平面的垂线对称轴。对称轴。a、e键的画法：键的画法：123456a键：键：1,3,5碳的向下画，碳的向下画，2,4,6的向上画；的向上画；e键：与碳骨架成对位交叉。键：与碳骨架成对位交叉。邻位交叉式无扭转张力也不存在立体张力邻位交叉式无扭转张力也不存在立体张力(因为相因为相邻邻C C上的氢间距较大上的氢间距较大).).在分子同一侧的三个竖键上的在分子同一侧的三个竖键上的H H尽管距离近尽管距离近,也有合适的间距也有合适的间距 0.25nm(0.25n
13、m(0.24nm)0.24nm)，不存在拥挤不存在拥挤,若有一个若有一个较大的原子或基团取代氢较大的原子或基团取代氢,在在分子中同一侧的三个分子中同一侧的三个a a键就会引起拥挤键就会引起拥挤.船式船式 椅式椅式（e键与碳骨架成对位交叉）键与碳骨架成对位交叉）纽曼投影式：纽曼投影式：1）一元取代环己烷）一元取代环己烷:取代基在取代基在a键上键上取代基在取代基在e键上键上 稳定稳定e键与碳骨架成对位交叉键与碳骨架成对位交叉R153246RR例例:可见可见:取代基处于取代基处于e键上的构象稳定。键上的构象稳定。取代基体积越大，占据取代基体积越大，占据e键的比例越大。键的比例越大。甲基甲基环己烷：环
14、己烷：e型型 95%叔丁基叔丁基环己烷：环己烷：e型型 99.9%原则原则:1)1)取代基取代基尽可能多尽可能多地处于地处于e e键上；键上；2)2)有大小两取代基时有大小两取代基时,体积大的占据体积大的占据e e键。键。多元取代环己烷的多元取代环己烷的稳定构象：稳定构象：2）二元取代环己烷）二元取代环己烷1,4-二甲基环己烷：两个甲基有两种排布：二甲基环己烷：两个甲基有两种排布：CH3CH3CH3CH3哪一个稳定？哪一个稳定？A.两两取代基相同时：取代基相同时：反反-1,4-二甲基环己烷的稳定构象是：二甲基环己烷的稳定构象是：CH3CH3CH3CH3ee型型aa型型顺顺-1,4-二甲基环己烷
15、的稳定构象是：二甲基环己烷的稳定构象是：CH3CH3CH3CH3ea型型B.两两取代基不同时取代基不同时,大的大的取代基在取代基在e键上稳定。键上稳定。例：例：顺顺-1-甲基甲基-4-叔丁基环己烷叔丁基环己烷反式（反式（ee型）型）顺式（顺式（ea型）型）1,4位上两个甲基处于位上两个甲基处于e键键，故反，故反-1,4 二甲基环己烷稳定。二甲基环己烷稳定。CH3CH3CH3CH3C(CH3)3CH3C(CH3)3CH3顺顺-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷 顺顺-1-甲基甲基-4-异丙基环己烷异丙基环己烷顺顺-1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷反反-1-甲基甲基-3-叔丁基环己烷叔丁基环己
16、烷例例:写出下列稳定构象写出下列稳定构象CH3CH3CH3(CH3)2CHCH3C2H5CH3(CH3)3C1、物理性质：、物理性质：m.p.、b.p.、d都比同碳数都比同碳数 的直链烃高。的直链烃高。2、环烷烃化学性质：、环烷烃化学性质：Cl+Cl2+HCl光照光照+Br2+HBrBr（小环环烷烃不稳定，易开环）（小环环烷烃不稳定，易开环）A.加氢：加氢：加氢越来越难加氢越来越难（2）加成（）加成（三、四元环的特殊反应三、四元环的特殊反应）+H2CH3-CH2-CH3+H2CH3-CH2-CH2-CH3+H2CH3-CH2-CH2-CH2-CH3开环难度增加开环难度增加B.加卤素：加卤素：使
17、使Br2/CCl4棕红色褪去，用以棕红色褪去，用以鉴定环丙烷及环丁烷。鉴定环丙烷及环丁烷。Br2+Br-CH2-CH2-CH2-BrBr2+Br-CH2-CH2-CH2-CH2-BrC.加卤化氢：加卤化氢：+CH3CH2CH2BrHBrCH3+CH3CHCH2CH3BrHBr 带有取代基的环烷烃加成带有取代基的环烷烃加成HX或或Br2时，环时，环的断裂是在的断裂是在取代基最多与最少的两个环碳原子取代基最多与最少的两个环碳原子之间之间,且且H加到含加到含H多的碳上。多的碳上。遵从马氏规则遵从马氏规则。D.与浓与浓H2SO4加成加成:CH3+CH3-CH-CH2-CH3OHH2SO4CH3-CH-
18、CH2-CH3OSO3HH2OCH3CH3CH3+HBrCH2-CH-C-CH3BrCH3CH3H 室温下室温下,环烷烃即使较活泼的环丙烷环烷烃即使较活泼的环丙烷,也也不能被不能被KMnO4溶液等氧化剂溶液等氧化剂氧化氧化。如何鉴别：如何鉴别：CH3-CH=CH2CH3-CH2-CH3Br2/H2O褪色褪色KMnO4褪色合成尼龙合成尼龙-66的单体的单体60%HNO390-1201.5MPaCH2-CH2-COOHCH2-CH2-COOHl三、四元环易三、四元环易发生发生加成加成，类似烯烃，比较，类似烯烃，比较活泼，不稳定。活泼，不稳定。五元、六元环易五元、六元环易发生发生取取代代，类似烷烃，
19、不活泼，较稳定。，类似烷烃，不活泼，较稳定。总之：总之：+O2(air)环烷酸钴环烷酸钴1401801-1.25MPa+OHO五、环烯烃和环二烯烃的反应五、环烯烃和环二烯烃的反应1、环烯烃的反应、环烯烃的反应 （与烯烃类似）（与烯烃类似）+Br2BrBrCH3-C-CH2CH2CH2CH2C-HOOO3ZnCH3(1)(2)H3O+2、环二烯烃的反应、环二烯烃的反应 孤立的环二烯烃与环烯烃的反应类似。共轭的环二孤立的环二烯烃与环烯烃的反应类似。共轭的环二烯烃与直链共轭二烯烃的反应类似。烯烃与直链共轭二烯烃的反应类似。+BrBr+BrBrBr2CNCN+六、重要的化合物六、重要的化合物环戊二烯环
20、戊二烯1、亚甲基上的、亚甲基上的H活泼？存在那些电子效应？活泼？存在那些电子效应？2、重要反应：与活泼金属（、重要反应：与活泼金属（K、Na）双烯合成双烯合成+Na_+总结总结一、命名一、命名 单环脂环烃、桥环脂环烃单环脂环烃、桥环脂环烃CH3CH3HHCH3CH312345C2H5CH3二、以透视式、纽曼投影式表示二、以透视式、纽曼投影式表示:椅式构象椅式构象和船式构象和船式构象原则原则:1)1)取代基取代基尽可能多尽可能多地处于地处于e e键上键上2)2)有大小两取代基时有大小两取代基时,大体积的占据大体积的占据e e键键（2）加成（）加成（三、四元环三、四元环）A.加氢：加氢：B.加卤素：加卤素：Br2/CCl4棕红色褪去：棕红色褪去：鉴定环丙烷及环丁烷鉴定环丙烷及环丁烷C.加卤化氢：加卤化氢：断裂是在断裂是在取代基最多与最少的两个环取代基最多与最少的两个环碳原子之间碳原子之间,遵从马氏规则遵从马氏规则.2、环二烯烃的反应、环二烯烃的反应+CNCN+CHCHCCOOOCCOOO作业：p109 1（4）；2（1）（3）（7）；4；9.
