有机化学第五章环烷烃

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1、第五章脂环烃(hydrocarbons)：只含有C、H两种元素的化合物——碳氢化合物含有碳碳重键的烃类化合物。烯烃、炔烃等。分子中C原子的结合方式环丙烷环己烷碳原子之间均以C－C单键相连，其余的价键均为H原子所饱和。烷烃(alkanes)：甲烷、乙烷等；环烷烃(cycloalkanes):烃饱和烃：不饱和烃:(unsaturatedhydrocarbons)(saturatedhydrocarbons)烃脂肪烃脂环烃碳骨架的类型开链：环状：乙烷、丁烷环烷烃的通式5.1环烷烃的通式分类构造异构和命

2、名环烷烃的通式：CnH2n环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环烷烃的通式：CnH2n环烷烃的构造异构C4H10：正丁烷异丁烷同分异构体(isomers)：分子式相同，原子的排列方式不同的化合物构造异构体(constitutionalisomers)：分子式相同，分子构造不同的化合物碳骨架异构直链烷烃支链烷烃正戊烷异戊烷新戊烷5.1.1脂环烃的分类1．根据碳原子的饱和程度可分为：饱和脂环烃和不饱和脂环烃。如：环戊烷环戊烯环辛炔2．根据环的大小可分为：大环（12个以上C原子的环）；中环（8-12个C原子的环）

3、；普通环（5-7个C原子的环）；小环（3-4个C原子的环）。3．根据碳环的数目可分为：单环、双环和多环脂肪烃。两个碳环共用一个碳原子的脂肪烃称为螺环烃。如：两个或两个以上的碳环共用两个及两个以上碳原子的脂肪烃称为桥环烃。5.1.2脂环烃的命名1．单环脂环烃单环烃的命名与链烃相类似，只需在相应的化合物类名前加个“环”字即可。例如：环丙烷乙基环戊烷当环上有多个取代基时，尽可能使取代基的位次为小，且使小取代基号数为小。1-甲基-2-乙基环戊烷当环上有不饱和键时要使不饱和键编号最低，并使取代基编号较小。

4、3,5-二甲基环己烯当取代基比较复杂或链长环小时，环部分作为取代基。3-环丙基戊烷2,4-二甲基-3-环戊基戊烷2．螺环烃从小环邻接于螺原子的环碳开始编号方括号内用阿拉伯数字注明每环碳原子数目螺[3.5]壬烷螺[4.5]-1,6-癸二烯3．桥环烃桥环的编号从第一个桥头碳开始二环[3.2.0]庚烷二环[4.2.0]辛烷环烷烃的结构σ键的形成及其特性C:1s22s22px12py12pz0碳原子在基态时的电子构型：sp3杂化轨道(hybridorbitals):基态2p2s1s电子跃迁激发态2p2s

5、1ssp3杂化态杂化1ssp3图2.1sp3杂化轨道形成过程示意图在甲烷分子中，C原子是sp3杂化。s轨道成分：1/4；p轨道成分：3/4。图2.2sp3杂化轨道图2.3sp3杂化的碳原子几何构型：四面体sp3–1sσ键4个C－Hσ键图2.4甲烷的结构图2.5甲烷的球棍模型图2.6甲烷的比例模型环烷烃的结构与稳定性环烷烃随着环的大小不同，其稳定性不尽相同。燃烧热：1mol化合物完全燃烧生成CO2+H2O放出的热量表2.2一些环烷烃的燃烧热分子燃烧热/(kJ·mol-1)-CH2-的平均燃烧热/(

6、kJ·mol-1)环丙烷32091697环丁烷42744686环戊烷53320664环己烷63951659环庚烷74637662环辛烷85310664环壬烷95981665环癸烷106636664环十五烷159885660开链烷烃659名称环大小与开链烷烃燃烧热的差/(kJ·mol-1)38275035651环烷烃的稳定性：环己烷>环戊烷>环丁烷>环丙烷环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。环丙烷的结构：图2.12丙烷及环丙烷分子中碳碳键原子轨道交盖情况在环丙烷分子中，两个相邻的C原子以sp3杂化轨

7、道形成C－Cσ键时，以弯曲的方式交盖，从而未能最大程度的交盖。因此，环丙烷不稳定。环己烷的构象环己烷的碳骨架不是平面结构，C－Ｃ－Ｃ键角为109.5°。通过旋转σ键和键角的改变，可以得到两种构象：椅型船型图2.14环己烷的椅式和船式构象环己烷椅型构象环己烷船型构象图2.15环己烷椅型和船型构象的模型椅型构象和船型构象可以相互转变，但椅型构象比船型构象稳定：椅型构象稳定的原因：所有的键处于交叉式eaeaeaeeaaaeeeeeee在船型构象中，所有的C－H键处于交叉式。在椅型构象中，C1、C3、C

8、5原子在一个平面上；C2、C4、C6原子在另一个平面上。12个C－H键分为两类：6个C－H键处于直立键(a键)，6个C－H键处于平伏键(e键)。aaaaaa环己烷可以由一种椅型构象翻转成另一种椅型构象，原来的a键变为e键，原来的e键变为a键：一种椅型构象经半椅型、纽船型、船型翻转成另一种椅型构象。在能量上：椅型构象<纽船型构象<船型构象<半椅型构象图2.16环己烷的构象翻转2.4.4取代环己烷的构象在一取代的环己烷分子中，取代基可以处在a键上，也可以处在e键上：当取代基处在a键时，它与3,5位的