第五章 脂环烃

第五章 脂环烃

1、写出分子式C5H10的环烷烃的异构体的构造式。（提示：包括五环、四环和三环）

答案：

2、写出顺－1－甲基－4－异丙基环己烷的稳定构象式。

答案：

e (较大的基团放在e键上较稳定！)

3、写出下列各对二甲基环己烷的可能的椅式构象，并比较各异构体的稳定性，说明原因。

（1）顺－1，2－，反－1，2－（2）顺－1，3－，反－1，3－

（3）顺－1，4－，反－1，4－

答案：

规律（a）环己烷多元取代物较稳定的构象是e－取代基最多的构象。

（b）环上有不同取代基时，大的取代基在e键的构象较稳定。

（1）

aCH3HHCH3

顺 （e,a）

bCH3HCH3H cCH3CH3HH

反 ( e,e) 反 ( a,a)

稳定性 b > a > c

（2） a b

顺（e，e） 顺（a，a） c

反（e，a） 稳定性 a>c > b

（3） a b

反（e，e） 反（a，a） c

顺（e，a） 稳定性 a>c > b

4、写出下列化合物的构造式（用键线式表示）：

（1）1，3，5，7－四甲基环辛四烯（2）二环［3.1.1］庚烷

（3）螺［5.5］十一烷（4）methylcyclopropan

（5）cis－1，2－dimethylcyclohex

答案：

（1）（2）（3） （4）（5）CH3HHH3C

5、命名下列化合物：

（1） （2）CH3HHCH(CH3)2

（3） （4）

(5)

(6)

(7) (8) ClCl

答案：

（1）1－甲基－3－乙基环戊烷

（2）反—1—甲基—3—异丙基环己烷

（3）2，6－二甲基二环［2.2.2］辛烷

第五章 脂环烃(cycloalkane)

内容提要

本章学习脂环烃的结构、命名、性质，其中环烷烃的顺反异构、对映异构、构象分析是本章的难点；掌握这类化合物的化学性质及其制备方法；同时与前面所学的脂肪烃作比较，从反应机理上理解它们化学性质的异同点。

5.1 脂环烃的分类、命名和异构

环烷烃是指碳干为环状而性质和开链烃相似的烃类化合物。单环烷烃的通式为CnH2n，双环烷烃的通式为CnH2n-2。

5.1.1 脂环烃的分类

脂环烃按其成环特点可分为三类：单环烃、螺环烃及桥环烃(见表3.1)。

表3.1 脂环烃的类型

类 型 结构特征 实 例

单环烃 只含有一个碳环 环己烷

螺环烃 两个碳环共用一个碳原子

螺[3,3]庚烷

桥环烃 两个碳环共用两个以上碳原子 双环[2.2.0]己烷

化合物中环数目的确定是根据将环状化合物变为开链化合物需要断开的键的数目而确定。需要断开几个C—C键就是几环。例如金刚烷(见右图)，C10H16是三环。桥环化合物中，碳环共用的两个碳原子叫桥头碳原子。双环化合物可以看成是三条连在两个桥头上的桥所构成的。

5.1.2 脂环烃的命名

5.1.2.1 单环化合物的命名

根据饱和脂环烃环中碳原子的数目叫环某烷。当环上有取代基时，在母体环烃名称的前面加上取代基的名称和位置。环上碳原子的编号，应使表示取代基位置的数字尽可能小。取代基的顺序与烷烃命名相同。含有C=C双键的脂环烃叫环某烯，编号从双键碳原子开始，并考虑取代基位置。

5.1.2.2 桥环化合物的命名

饱和桥环化合物命名时，首先根据环的数目确定双环或者三环等，叫“几环”，然后把与桥头碳原子相连的各桥所含碳原子的数目按由大到小的顺序写在方括号里(每个数目之间用点隔开)，放在“几环”的后面；再根据组成所有环的碳原子金刚烷总数命名为“某烷”，放在方括号的后面。从桥头碳原子开始，由大环到小环，依次编号。对于相同大小的环，以取代基位置较小为佳。将取代基的位置及名称写在最前面。若环上含有双键，叫“某烯”，从桥头碳原子开始，由大环到小环依次编号，对于相同大小的环，以双键位置较小为宜，并标出双键位置。

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第五章 脂环烃

1. 命名下列化合物：

（1）

CHCH3CH3CH3 （2）

CH=CH2CH3

1－甲基－3－异丙基－1－环己烯 1－甲基－4－乙烯基－1，3－环己二烯

（3） CH2CH3CH3CH3 （4）

CH3CH3CH3

1，2－二甲基－4－乙基环戊烷 3，7，7－三甲基双环[4.1.0] 庚烷

（5）

（6）

CH3

1，3，5－环庚三烯 5－甲基双环[2.2.2] -2-辛烯

（7）

螺[2.5]-4-辛烯

2．写出下列化合物的结构式。

（1）

1，1－二甲基还庚烷 （2） 1，5－二甲基环戊烯

CH3CH3

CH3CH3

（3） 1－环己烯基环己烯 （4） 3－甲基－1，4－环己二烯

CH3

（5）

双环[4.4.0]癸烷 （6） 6.双环[3.2.1]辛烷

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（7） 7.螺[4.5]－6－癸烯

3． 写出分子式为C5H10的环烷烃的所有构造异构体和顺反异构体的结构式，并命名之。

CH3 CH3CH3

环戊烷 甲基环丁烷 1，1－二甲基环丙烷

CH3CH3 CH3CH3 C2H5

顺－1，2－二甲基环丙烷 反－1，2－二甲基环丙烷 乙基环丙烷

4．下列化合物是否有顺反异构体？若有，写出它们的立体结构式。

解：（1），（2），（3）化合物无顺反异构体。

（4）有顺反异构：

CH3CH3CH3CH3

（5）有顺反异构：

C=CC=CClC=CHHCH3HHCH3ClClHC=CHCH3HHCH3Cl

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第五章 脂环烃

一.目的要求

了解环烷烃通式、分类、命名和异构、环烷烃的物理性质。理解环的结构和稳定性，掌握环烷烃的化学性质。

二.本章内容小结

1. 脂环烃的定义

由碳原子连接成环，性质与脂肪烃相似的烃类化合物总成为脂环烃。按照成环特点，一般可将脂环烃分为单环脂环烃和多环脂环烃。

2. 脂环烃的命名

单环脂环烃命名与脂肪烃类似，只是在相应的脂肪烃前加一“环”字。如：

环戊烷， 甲基环丁烷

桥环化合物的命名一般采用固定格式：双环[某烃(a≥b≥c)。

先找桥头碳（两环共用的碳原子），从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥头碳沿着次大环继续编号。分子中含有双键或取代基时，用阿拉伯数字表示其位次。如：

7, 7-二甲基二环[2, 2, 1]庚烷

螺环化合物命名的固定格式为：螺[]某烃(a≤b)。命名时先找螺原子，编号从与螺原子相连的碳开始，沿小环编到大环。如：

螺[]壬烷

3.环烷烃的结构与稳定性 环烷烃的成环碳原子均为sp3型杂化。除环丙烷的成环碳原子在同一个平面上以外，其它环烷烃成环碳原子均不在同一个平面上。在环丙烷分子中由于成环碳原子间成键时sp3型杂化轨道不能沿键轴方向重叠，而是以弯曲方向部分重叠成键，导致环丙烷张力较大，分子能量较高，很不稳定，容易发生开环反应。所以在环烷烃中三元环最不稳定，四元环比三元环稍稳定一点，五元环较稳定，六元环及六元以上的环都较稳定。注意桥头碳原子不稳定。

4. 环己烷以及取代环己烷的稳定构象

环己烷在空间上可以形成多种构象，其中椅式和船式构象为两种极限构象，前者比后者更加稳定。一般说来，取代环己烷的取代基处于椅式构象的平伏键时较为稳定。因此多取代环己烷的最稳定的构象为平伏键取代基最多的构象。如果环上有不同取代基，较大的取代基在平伏键上的构象最稳定。

5. 环烷烃的化学性质

环丙烷和环丁烷的化学性质和烯烃相似，能开环进行加成反应。并且与氢卤酸加成符合马氏规则。但小环环烷烃对氧化剂稳定，不与高锰酸钾或臭氧作用。