有机化学教学之三：环烷烃

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1、第三章环烷烃环烷烃指碳原子的单键相互连接成环的碳氢化合物，原指环族化合物。P12将链烃变为环烃，要在分子中增加如C-C单键，同时减少两个氢原子，因此，单环烷烃的通式为CnH2n。分子中每增加一个环，就要增加一个C-C键，减少两个氢原子。如果一个环烷烃的分子式为C10H18=CnH2n-2。这是个几环烷烃？ 3.1环烷烃的异构和命名 3.1.1环烷烃的异构 环烷烃由于环的大小，侧链的长短及位置的不同而产生构造异构体。例如：C5H10                                            

2、                              当分子中，两个甲基可以在环平面的同侧，也可以在环平面的异侧，形成顺反异构：                顺反异构体由于环的存在，不能互变（断键）。其物理性质有差异。 3.1.2环烷烃的命名 1.单环体系 1）根据环中碳原子数目和环某烷。 2）有取代基时，编号应使取代基位次尽可能小。 3）有不同取代基时，编号从小基团开始。 例如：                                  1-甲基-3-异丙基环戊烷 4）若取代基为教长碳链，应将环作为

3、取代基全名。                2-甲基-3-环戊基戊烷 5）顺反异构体命名时，取代基在环平面同侧称顺式，异侧称反式。       顺-1.4-二甲基环己烷       反-1.4-二甲基环己烷 为书写方便，环烷烃常用键线式。 例如：顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷 在顺反异构体书写中，常写出完整的取代基，以区别于键线式，增加立体感。 例如：   反-1，4-二甲基环辛烷   补：环上有两个以上的位置各有一个取代基式，则选订其中位次最低者为对照基因，在其前加r（reference）。其余取代基位次前用顺反来

4、与r-对照。 例如：                r-1，顺-3-反-5-氯环己二甲酸     r-1，反-2，顺-4-三氯戊烷 2.多环体系 1）螺环：  两环共用一个碳原子的环烷烃。  根据碳原子数，称螺某烷，在方括号中标出除共用碳以外两环的碳数。编号从较小环中与共用碳相邻的碳原子开始，从小环经共用碳到大环，并使取代基位数最小。           7-甲基螺[4.5]烷               取代基螺[X.Y]某烷 2）桥环：两环共用两个以上碳原子的环烃。 *以环数为词头，按环上碳总数称某烷。 *找出桥

5、头碳，排出长短桥，编号从桥头开始从大桥到小桥，并使取代基位数最小。 *方括号内由大到小注明各桥的碳数。 取代基-环数[X.Y.Z]母体 例如：               2-甲基二环[2，2，0]己烷 例如：1-甲基-2-乙基-6-氯二环[3.2.1]辛烷　              3.2环烷烃的性质 3.2.1物理性质  环烷烃熔.沸点，密度较相应的开链烷烃高。因环烷烃的环状结构，分子较有序，排列较紧密，分子间作用力较大。而直链烷烃分子自由摇摆，有序度小，分子间作用力较弱，故mp.bp.d.较小。 3.2.2化

6、学性质  环烷烃与直链烃结构相似，所表现出的化学性质也相似，常温下，不与强酸.强碱.强氧化剂.强还原剂起反应，可以起燃烧.热解.卤代等反应。但小环烷烃有一些特殊的性质，即容易开环生成开链化合物。 1.加氢　 环戊烷，环己烷需要在高温.活性催化剂下才开环。 2.加溴　 环戊烷以上的烷烃与溴光照起取代反应，不开环。 3.加卤代氢　 三员环以上不起反应。 开环规则：卤原子加在含氢最少的碳原子上，氢原子加在含氢最多的碳原子上。 4.加水 5.氧化. 小环烷烃对氧化剂相当稳定。　　 若被氧化，角很大，能量升高。 3.3环的张力

7、 3.3.1拜尔张力学说  由上面化学性质可看出，环的稳定性与环的大小有关。小环不稳定，大环较稳定。为了解释这一事实拜尔在1885年提出了张力学说。  要点是：环烷烃中碳原子（饱和，SP3杂化），与其他原子结合时，任何两键角都是109028，。但环丙烷是三角形，其夹角是60，环丁烷是四方形，夹角是900，这样环中的C-与-C键角不能是109028，，必须压缩到600，900以适应环的几何形状。这种由于与正常键角的偏差，引起分子的张力，称角张力。这样的环称张力环。  张力环为减小张力，有生成更稳定的开链化合物的倾向。与

8、正常键角偏差越大，环张力越大，越易起开环反应。书中给出了几种环烷烃键角偏转大小，正值表示键角向内压缩，负值表示键角向外扩张。根据张力学说，环己烷以上因键角向外扩张而存在张力，且环越大，键角扩张越大，环越不稳定，而事实上，它的都是稳定的。  拜尔张力学说对小环的结论是正确的，但无法解释负环以上大环的稳定性，其原因是成环碳原子都处于同平面这个假设是