有机化学脂环烃

第五章 脂环烃
Alicyclic hydrocarbons
主讲：张晓鹏 化学与环境科学学院

教学内容与要求
1 掌握脂环烃的定义和命名 2 掌握脂环烃的结构和性质 3 掌握环的大小与环张力、稳定性的关系 4 掌握环己烷与取代环己烷的构象分析 5 了解萜类和甾族化合物

第1节 脂环烃的定义和命名
1.定 义
脂环烃:结构上具有环状碳骨架,而性质上与脂肪烃相似的烃
2.分 类

第1节 脂环烃的定义和命名
3.命 名
?单环烷烃的命名
①环烷烃的构造异构
含3个及以上C的环烷烃,与同碳数烯烃互为同分异构体;另外 因环的大小及侧链的长短和位置不同而产生环状同分异构体
环戊烷的环状 同分异构体
环丁烷的环状 同分异构体

第1节 脂环烃的定义和命名
②环烷烃的构型异构
环上C-C单键不能自由旋转.只要环上有两个碳原子各连有不 同的取代基,就有顺反异构体:两个取代基在环平面同侧的是
顺式异构体,两个取代基在环平面异侧的是反式异构体

第1节 脂环烃的定义和命名
③环烷烃的命名
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、数目写在环烷烃的前面
取代基位次按“最低系列”原则列出,基团顺序按“次序规 3 则”,小的优先列出
4 有顺反异构时,顺反异构体的“顺”/“反” 写在全名最前面
顺-1,4-二 甲基环己烷
反-1,4-二 甲基环己烷

第1节 脂环烃的定义和命名
?双环烷烃的命名
①螺环化合物
螺环化合物的定义
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
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”字,再 把连接于螺原子的两个环的碳原子数目,按小到大的次序写在
“螺”和“某烷”之间的方括号中,数字用圆点分开

第1节 脂环烃的定义和命名
环上有取代基时,编号时先从连接在螺碳原子上的一个碳开始 先编小环,然后经过螺原子,再编第二个环,取代基位置以加和
数较小为原则
螺原子 3
2
4 10 5
16
9 8
7
螺[4.5]癸烷
5-甲基螺[3.4]辛烷

第1节 脂环烃的定义和命名
②桥环化合物
桥环化合物的定义
双环化合物中,两环共用两个或多个碳原子的叫桥环化合物
桥环化合物的命名 根据组成环的碳原子总数称为“某烷”,加上词头“双环”.再把 各“桥”所含C数,按由大到小的次序写在“双环”和“某烷”之间
的方括号内,数字用圆点隔开
环上有取代基时,编号从桥头碳开始,先编最长的桥到第二个 桥头碳原子,再编余下较长的桥,回到第一个桥头;最后编最短
的桥.编号顺序以取代基位置加和数较小为原则

第1节 脂环烃的定义和命名
双环[3.2.1]辛烷
?单环烯烃和炔烃的命名
2,7,7-三甲基双环[2.2.1] 庚烷
以不饱和碳环做母体,侧链做取代基,环上原子编号顺序应使 不饱和键位置编号(加和)最小
1-甲基环戊烯 2-甲基-1,3-环己二烯 3,4-二甲基-1-环己烯 1,6-二甲基-1-环己烯

第2节 脂环烃的性质
1.脂环烃的物理性质
环烷烃的熔点和沸点都比相应的烷烃要高一些 相对密度也比相应的烷烃高,但比水轻
2.脂环烃的化学性质
?环烷烃的反应
①取代反应
环烷烃与烷烃一样,在光或热引发下可发生卤代反应

第2节 脂环烃的性质
②开环反应
小环化合物,特别是三碳环化合物,在和试剂作用时,易发生环 破裂而与试剂结合,通常叫做开环反应
A.催化加氢
环烷烃在催化剂存在下与氢作用,可开环而与两个氢原子结合 生成烷烃.环大小不同,催化加氢的难以不同
三碳环、四 碳环较易开 环.随环的增 大,开环反应
较困难

第2节 脂环烃的性质
B.加卤素或卤化氢 三碳环容易与卤素、卤化氢等加成,生成相应的卤代烃
烷基取代的环丙烷加卤化氢时,环的破裂发生在含氢最多和含 氢最少的两碳之间,且卤代氢的加成符合马尔科夫尼科夫规律
四碳及以上碳环在常温下与卤素、卤化氢等不发生加成反应

第2节 脂环烃的性质
③氧化反应 常温下,环烷烃与一般氧化剂(如KMnO4,O3等)不起反应.即使环 丙烷,常温下也不能使高锰酸钾溶液退色.但在加热时与强氧 化剂作用,或在催化剂存在下用空气氧化,可氧化成各种产物
如何鉴别环丙烷与一般烯烃?

第2节 脂环烃的性质
?环烯烃和环二烯烃的反应
①环烯烃的加成反应 环烯烃含双键,具有烯烃的通性,易与卤素、卤化氢等加成

第2节 脂环烃的性质
②环烯烃的氧化反应 环烯烃中的双键很容易被高锰酸钾、臭氧等氧化剂氧化
③共轭环二烯烃的双烯合成反应 共轭环二烯烃能与某些不饱和化合物发生双烯合成反应

第2节 脂环烃的性质
脂环烃的化学性质小结
小环似烯,大环似烷:三、四元环化合物不稳定,尤其是三元环 特别容易开环,易进行加成反应;五、六元环最稳定

第3节 环烷烃的张力和稳定性
环烷烃的燃烧 热也随碳原子 数的增加而增 加,但不如烷烃 有规律.不同分 子的燃烧热不 同,不同分子的 每个CH2的燃 烧热也不同.
大多数环烷烃的ΔHC/n比烷烃的每个CH2的燃烧热高:表明环烷 烃比开链烷烃具有较高的能量.这高出的能量叫张力能

第3节 环烷烃的张力和稳定性
环烷烃张力愈大,能量愈高,分子愈不稳定.环丙烷和环丁烷张力能很大:它 们最不稳定,易开环.环戊烷、环庚烷的张力能不太大:比较稳定.环己烷和 C12以上大环化合物的张力能很小或等于零:它们都是很稳定化合物

第3节 环烷烃的张力和稳定性