第五章脂环烃

第五章脂环烃 性质与脂肪烃相似的环烃，叫做脂环烃。按照碳原子的饱和程度又可分为环烷烃、环烯

饱和脂环烃－环烷烃 按官能团不饱和脂环烃－环烯烃、环炔烃小环(C3、C4) 普通环(C5－C7) 按环大小中环（C8－C12）大环（>C12）

单环:如 按环数二环:如 ,又叫二环[4.4.0]癸烷多环:二环以上,如金刚烷. 螺环:共有1个碳,如按环大小稠环:共有两个碳,如十氢萘. 桥环:共有两个以上碳原子,如

烃、环炔烃等，例如：

可分别简化为： 从以上结构可知：环烷烃的通式与开链烯烃相同，即CnH2n，环单烯烃则具有与单炔烃相同的通式CnH2n-2。

此外还存在许多其它形式的环状化合物，如：

一、命名及异构 1、命名（1）环烃的命名与相应的脂肪烃相似，只是在名称前加一“环”字。环上连有两个或两个以上取代基时，①按照表示取代基位置的数字尽可能小的原则，将环编号；②取代基不同时，则根据次序规则，较优基团给以较大的编号；③当环上有取代基及不饱和键时，不饱和键以最小的号数表示。

⑵某些情况下，如简单的环上连有较长的碳链时，也可将环当作取代基，如：

(3)螺环烃的命名 ①从小环中与共有碳原子相连的碳原子开始编号，经过共有碳原子，在由较大环回到共有碳原子。 ②尽可能使取代基处在最小的位次 ③母体名称前冠以“螺”，后接[],方括内注明环中除共有碳原子以外的碳原子数，由小到大，之间用圆点隔开。

⑷桥环的命名 ①从桥头碳开始编号，经过最大环到达另一桥头，在经次大环回到第一个桥头，最短的桥最后编号。 ②母体名称前冠以“环数”，后接[],方括中表明环内除桥头碳原子外的碳原子数目，从大到小排列，之间用圆点分开。

2. 构造异构 环烃的异构有多种形式，如碳架异构、官能团异构、立体异构等。课堂练习：试写出符合分子式C6H10的化合物。

二、环烷烃的结构 因环烯烃、环炔烃接触较少，所以下面就以环烷烃为例讲述其的结构。 1. 张力学说和环丙烷的结构 Baeyer张力学说（1885年）

SP3碳原子键角应为109.28’, 任何与此正常键角的偏差，都会引起分子的张力，这种张力具有力图恢复正常键角的趋势。我们把这种张力叫角张力。 Baeyer张力学说建立在错误假设（认为环烷烃都是平面结构）的基础上，只对小环适用。

先看一看环丙烷的结构： 环丙烷中的碳也是sp3杂化的，正常的sp3杂化轨道之间的夹角应为109.50，然而环丙烷分子中三个碳原子必然要在一个平面上，这样C-C-C键角就应该是600。因此在环丙烷分子内存在着张力，所以环丙烷的稳定性比烷烃要差得多，化学性质比较活泼。这种张力是由于键角的偏差引起的，所以叫做角张力，角张力是影响环烃稳定性的几种张力因素之一。

2. 环丁烷、环戊烷的结构 环丁烷、环戊烷的情况与环丙烷相似，分子中也存在着张力，但因三元以上的环，成环的原子可以不在一个平面内，所以比环丙烷稳定。

3. 燃烧热和非平面结构 环丙烷：平面结构其它环烷烃：非平面结构燃烧热：此处用每个CH2单元的平均燃烧热，与开链烷烃每个CH2单元平均燃烧热的差值×n来表示分子的张力能。环己烷（六元环）最稳定，其次是环戊烷（五元环）；大环都是稳定的；小环中的环丙烷最不稳定，其次是环丁烷。

4. 环己烷的构象 环己烷分子中的六个碳原子可以有如下两种保持正常C-C-C键角的空间排布方式，即船式与椅式：环己烷的椅式构象最稳定

动画演示：

Reasons： 1. 角张力为0； 2. 采取邻位交叉式构象，扭转张力最小； 3. 1，3-二a键相互作用小。因为H原子范德华半径小，所以范德华张力为0

环己烷衍生物优势构象的判定： （1）环己烷一取代物以取代基处于e-键上的最稳定（2）含相同取代基的环己烷多元取代物最稳定的构象是e-取代基最多的构象－Hassel规则（3）环上又不同取代基时，大的取代基在e-键上的最稳定－Baton规则

5. 脂环化合物的顺反异构 补充：环己烷及其衍生物的构象（生物系）

船式和椅式是环己烷的两种构象。

①在船式构象中，C1及C4上的两个氢原子 相距极近，相互之间的斥力较大，而在椅式构象中则不存在这种情况。②考察椅式环己烷中每一个C-C键上基团的构象，可知它们都呈邻位交叉式；而在船式构象中，C2-C3及C5-C6上连接的基团为全重叠式。因而船式不如椅式稳定，所以环己烷及其衍生物在一般情况下，都以椅式存在。

上图显示的是构象的转变，实际在室温下，两种椅式构象在不断地相互翻转，翻转以后C1，C3和C5形成的平面转至C2，C4与C6形成的平面之下，因此a键变为e键，而e键则变为a键。上图显示的是构象的转变，实际在室温下，两种椅式构象在不断地相互翻转，翻转以后C1，C3和C5形成的平面转至C2，C4与C6形成的平面之下，因此a键变为e键，而e键则变为a键。

对于多元取代的环己烷，一般说来最稳定的构象应是e键取代基最多的构象，尤其是较大的取代基应以e键与环相连为最稳定。 当环己烷上有两个或两个以上取代基时，根据取代基在环面的同侧或反侧，则可以产生几何异构体，如1，2-二甲基环己烷．即有顺式与反式两个异构体。如下：

稳定性

四、脂环烃的性质 1. 与开链烃相似的反应（1）环烷烃的卤代（2）环烯烃的加成（3）环烯烃的氧化

2. 小环烷烃特有的反应 （1）加氢开环

（2）加卤素、加卤化氢开环 环丁烷在常温下不发生类似反应！环丙烷衍生物与卤化氢的加成，符合Markovnikov Rule. 区别：环丙烷对氧化剂（如高锰酸钾）稳定，而烯烃易被氧化

五、脂环烃的制法 1. 分子内偶联反应（分子内Wurtz反应）

2. Diels-Alder Reaction 内型(endo)

3. 卡宾合成法 4. 芳烃还原

5. 脂环烃之间的转化(催化重整)

六、金刚烷 金刚烷是由四个椅式六元环形成的一个立体笼形结构的烃，分子中只比环己烷多四十碳和四个氢，分子式为C10H16 金刚烷由于它的结构与金刚石相似，因此而得名，但它并不是由金刚石制得的，金刚烷存在于某些地区的石油中。

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