第6章 脂环烃.doc

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第6章脂环烃

一、脂环烃的分类命名和异构现象

（一）分类

饱和脂环烃，环烷烃如：（）
1．
不饱和脂环烃环烯烃如：（）
环炔烃
环的大小：小环（３～４元）；普通环（５～７元）；中环（8～12元）和
２．大环（12元以上）。
环的多少：单环；多环（桥环，螺环）

（二）命名

1.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“次序规则”小的优先列出。
例如：

2.环烯烃的命名

（1）称为环某烯。
（2）以双键的位次和取代基的位置最小为原则。
例如：

3．多环烃的命名

（1）桥环烃（二环、三环等）

分之中含有两个或多个碳环的多环化合物中，其中两个环共用两个或多个碳原子的化合物称为桥环化合物。

编号原则：从桥的一端开始，沿最长桥编至桥的另一端，再沿次长桥至始桥头，最短的桥最后编号。
命名：根据成环碳原子总数目称为环某烷，在环字后面的方括号中标出除桥头碳原子外的桥碳原子数（大的数目排前，小的排后），（如左图）。其它同环烷烃的命名。
例如：上化合物名为7，7-二甲基二环[2，2，1]庚烷

（2）螺环烃

两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃。
编号原则：从较小环中与螺原子相邻的一个碳原子开始，途经小环到螺原子，再沿大环至所有环碳原子。
命名：根据成环碳原子的总数称为环某烷，在方括号中标出各碳环中除螺碳原子以外的碳原子数目（小的数目排，大的排后），其它同烷烃的命名。

（三）异构现象

脂环烃的异构有构造异构和顺反异构。如C5H10的环烃的异构有：

二、脂环烃的性质

（一）普通环的性质

普通脂环烃具有开链烃的通性。
环烷烃主要是起自由基取代反应，难被氧化。

环烯烃具有烯烃的通性

（二）小环烷烃的特性反应

1．加成反应

（1）加氢

（2）加卤素

（3）加HX,H2SO4

2．氧化反应

环丙烷对氧化剂稳定，不被高猛酸钾、臭氧等氧化剂氧化。例如：

故可用高猛酸钾溶液来区别烯烃与环丙烷衍生物。

环烃性质小结：
小环烷烃（3，4元环）易加成，难氧化，似烷似烯。
普通环以上难加成，难氧化，似烷。
环烯烃、共轭二烯烃，各自具有其相应烯烃的通性。

三、脂环烃的结构

从环烷烃的化学性质可以看出，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，这反映了环的稳定性与环的结构有着密切的联系。

（一）环丙烷的结构与张力学说

1．环丙烷的结构

理论上：1°饱和烃，C为sp3杂化,键角为109.5°自相
2°三碳环，成环碳原子应共平面，内角为60°矛盾

故三元环的结构特殊。
现代物理方法测定，环丙烷分子中：键角C-C-C=105.5°;H-C-H=114°。
所以环丙烷分子中碳原子之间的sp3杂化轨道是以弯曲键（香蕉键）相互交盖的。

由图可见，环丙烷分子中存在着较大的张力（角张力和扭转张力），是一个有张力环，所以易开环，发生加成反应。

环丙烷的结构图
2．张力学说

在环丙烷分子中，电子云的重叠不能沿着sp3轨道轴对称重叠，只能偏离键轴一定的角度以弯曲键侧面重叠，形成弯曲键（香蕉键），其键角为105.5°，因键角要从109.5°压缩到105.5°，故环有一定的张力（角张力）。
另外环丙烷分子中还存在着另一种张力——扭转张力（由于环中三个碳位于同一平面，相邻的C-H键互相处于重叠式构象，有旋转成交叉式的趋向，这样的张力称为扭转张力）。环丙烷的总张力能为114KJ/mol。

（二）环丁烷和环戊烷的构象

1．环丁烷的构象

与环丙烷相似，环丁烷分子中存在着张力，但比环丙烷的小，因在环丁烷分子中四个碳原子不在同一平面上，见右图：
根据结晶学和光谱学的证明，环丁烷是以
折叠状构象存在的，这种非平面型结构可以减
少C-H的重叠，使扭转张力减小。环丁烷分子
中C-C-C键角为111.5°，角张力也比环丙烷
的小，所以环丁烷比环丙烷要稳定些。总张力能环丁烷的构象
为108KJ/mol。
2．环戊烷的构象

环戊烷分子中，C-C-C夹角为108°，接近sp3杂化轨道间夹角109.5°，环张力甚微，是比较稳定的环。但若环为平面结构，则其C-H键都相互重叠，会有较大的扭转张力，所以，环戊烷是以折叠式构象存在的，为非平面结
构，见右图，其中有四个碳原子在同一平面，另
外一个碳原子在这个平面之外，成信封式构象。
这种构象的张力很小，总张力能25KJ/mol，
扭转张力在2.5KJ/mol以下，因此，环戊烷的化环戊烷的构象
学性质稳定。

（三）环己烷的构象

在环