第二章 烷烃和环烷烃（ 3）
主要内容
环烷烃类型及命名
三元和四元环化合物的活性
环丙烷和环丁烷的构象
环己烷的构象（椅式、船式、半椅式和扭船式构象）
及其相对稳定性,a键和 e键一．环烷烃 (cycloalkane)
环烷烃的类型
(单 )环烷烃通式,CnH2n
桥环烃（稠环） 桥环烃 螺环烃
（与烯烃通式相同）
以环为母体，名称用,环,（英文用,cyclo”）开头。
环外基团作为环上的取代基
普通环烷烃的 命名
C H 3
环 丙烷 环 己烷 甲基 环 丙烷
cyclopropane cyclohexane methyl-
cyclopropane1
2
3
1
2
3
4
1,3-二甲基 环己烷 1-甲基 -4-异丙基 环己烷
1,3-dimethyl-
cyclohexane
1-isopropyl-4-
methylcyclohexane
取代基位置数字取最小
C H
3
H
C H
3
H
C H
3
HC H
3
H C H
3
H
C H
3
H
H
3
C C H
3
H
3
C C H
3
H H
H
3
C C H
3
C H
3
H
3
C
顺反异构用
,顺,或,反,
注明基团相对位置。 英文用
,cis”和,trans”
表示。
顺 -1,3-二甲基环戊烷
(cis-1,3-dimethylcyclopentane)
反 -1,3-二甲基环戊烷 （两者为对映异构体）
(trans-1,3-dimethylcyclopentane)
顺反异构体镜面
环可作为取代基
（称 环?基 ）
相同环连结时，可用词头,联,开头。
1
2
3
1 '
2 '
3 '
环丙基 环己烷 3-甲基 -4-环丁基 庚烷联 环丙烷
cylcopropylcyclohexane
34
4-cyclobutyl-3-methylheptane
bicyclopropane
桥环烃（ Bridged hydrocarbon）的命名桥 头 碳,几个环共用的碳原子，
环的数目,断裂二根 C— C键可成链状烷烃为二环；断裂三根 C— C
键可成链状烷烃为三环桥头碳原子数,不包括桥头 C，由多到少列出环的编号方法,从桥头开始，先长链后短链
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
桥头碳原子十氢萘二环 [4,4,0]癸烷
bicyclo[4,4,0]decane
桥头间的碳原子数
(用 "."隔开 )
环的数目 组成桥环的碳原子总数
8-甲基 二环 [4,3,0]壬烷用 ","隔开
bicyclo[2,2,1]heptane
8-methylbicyclo[4,3,0]nonane
三环 [2,2,1,02,6]庚烷
tricyclo[2,2,1,02,6]heptane
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
二环 [2,2,1]庚烷 2,7,7-三甲基 二环 [2,2,1]庚烷
2,7,7-trimethylbicyclo
[2,2,1]heptane
1
2
345
6
7
1
2
345
6
7
螺环烃（ spiro hydrocarbon）的命名
编号从小环开始
取代基数目取最小螺 [4,5]癸烷
spiro[4,5]decane
4-甲基 螺 [2,4]庚烷
4-methylspiro[2,4]heptane
除螺 C外的碳原子数
(用 "."隔开 )
组成桥环的碳原子总数
1
2
3
4
5
6
7
8
91 0
1
2
3
4
5
6
7
环烷烃的其它命名方法,
O
Decahydro-
naphthalene
十氢 萘 萘
naphthalene
莰 烷 2-莰 酮（樟脑）
camphane camphor
立方烷 金刚烷
cubane adamantane
按形象命名
按衍生物命名二,环烷烃的性质每个 CH2的燃烧
(KJ/mol)
每个 CH2的燃烧热
(KJ/mol)
小环
C3
C4
环丙烷 697.1
环丁烷 686.1 中环
C8
C11
环辛烷 663.8
环壬烷 664.6
环癸烷 663.6普通环
C5
C7
环戊烷 664.0
环己烷 658.6
环庚烷 662.4
大环
C12
环十四烷 658.6
环十五烷 659.0
对比,开链烷烃每个 CH2的燃烧热,658.6 KJ/mol
环烷烃的燃烧热数据
环的大小与稳定性稳定性小环普通环 中环> >
环的大小与化学性质五元以上环烷烃 链状烷烃性质相似
H 2 / P t
催 化 加 氢不 反 应
C l 2 / h v C l
H I
不 反 应自 由 基 取 代 反 应小环环烷烃 活泼，易开环
! ! !
H
2
/ P t,5 0
o
C
o r N i,8 0
o
C
C H
2
C H
3
H
2
/ P t,5 0
o
C
o r N i,8 0
o
C
C H
3
C H C H
2
C H
3
C H
3
H
2
/ P t,1 2 0
o
C
o r N i,2 0 0
o
C
C H
3
C H
2
C H
2
C H
3
C H
3
C H
2
C H
3
2
13
2
3
1
小环化合物的特殊性质 —— 易开环加成 ）
小环 化合物 的催化加氢
（打开一根 C-C 键）
主要产物支链多较稳定
小环化合物与卤素的反应
B r 2 / r,t,
C H 2 C H 2 C H 2
B r B r
C l 2 / F e C l 3
C H 2 C H 2 C H 2
C l C l
不 反 应 （ 难 开 环 ）
B r 2 / r,t,
（离子型）
加成反应自由基 取代反应注意区分：
C l 2 / h v
C l
小环化合物与 HI 或 H2O/ H2SO4的反应
C H
2
C H
2
C H
2
H I
C H
2
C H
2
C H
2
H O H
H I
C H
3
H I
C H
2
C H
2
C H
2
C H
2
H I
IH
H
2
S O
4
H
2
O
C H
2
C H C H
2
H I
C H
3
2
13
13 2
反应选择性与碳正离子稳定性有关三,环烷烃的结构及构象
1,环丙烷的结构角张力（ angle strain）：
环的角度与 sp3轨道夹角差别引起的张力
C
C C
H
H
H H
H
H
1 0 4
o
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
1
2
3
1
2
3
C 1 - C 2
Newman投影式所有 C-H 键均为重叠式构象,有扭转张力平面型
2,环丁烷的构象
若为平面型分子
稳定构象
角张力
扭转张力角张力稍增加,扭转张力明显减小
H
H
H
HH
H
H
H
1 2
34
C 1 - C 2
C 4 - C 3
H
H
H
HH
H
1
23
4
H
H
90o 重叠式构象扭曲式构象
88o
H
H
H
HH
H
H
H
1
2
3
4
H
H
H
H
H 2 C
1
2
3
H 2 C
4
C 1 - C 2
2,环己烷的结构及构象如果环己烷的 6 个碳原子在同一平面上,
将有角张力
将有扭转张力
1 2 0 o
偏离 109.5o
H
H
H
H
H
H
H
H
H H
H H
C-H 重叠
环己烷不是平面型分子
环己烷碳架是折叠的
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
1
2
3
4
5 6
1
2
3
4
5 6
椅式构象 (chair form) 船式构象 (boat form)
C2,C3,C5,C6 共平面两者互为构象异构体
椅式构象
H H
H
H H
H
H
HH
H
H
H
1
2
3
4
5
6
C 4 - C 3 C 6 - C 1
H
H
H
H
H
H
H
H
6
1
2
5
4
3
H~H之间距离均大于 H的 Van der
Waal’s半径之和
（ 2.40?）
H H
H
H H
H
H
HH
H
H
H
2.50?
2.49?
2.49?
交叉式
环己烷椅式构象的画法
相间的两根键相互平行 （画 Z 字形）
六个碳原子交替分布在两个平面上
每个碳均有一根 C-H键在垂直方向,上平面的向上画，下平面的向下画
其它 C-H键分别向左（左边的三个）或向右（右边的三个），且上下交替
H H
H
H H
H
H
HH
H
H
H
两种类型 C-H键
a键 (axial bond)
竖键,直键,直立键
e键 (equatorial bond)
横键,平键,平伏键
H H
H
H H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
椅式构象中 C-H键的顺反关系
相邻碳上的 a键和 e键为顺式
两个相邻的 a键（或 e键）为反式
a键和 e键的相互转换 翻转后,原来的 a键转变为 e键,而 e键转变为 a键
H H
H
H H
H
H
HH
H
H
H
H H
H
H H
H
H
HH
H
H
H
1
2
3
4
5
6
HH
H
HH
H
H
H H
H
H
H
1
2
3
4
5
6
翻 转
船式构象
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
1
2
3
4
5 6
C 3 - C 2
C 5 - C 6 H
H
H
HH
H
H
H
1 6
5
4
2
3
2.27?
2.27?
1.84?
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
有几组 H~H之间距离均 小于 H的 Van
der Waal’s半径之和（ 2.40?）
重叠式
（有扭转张力）
旗杆键
环己烷的其它构象式
… …
半椅式
(half chair form)
扭船式
(twist boat form)椅式船式 椅式
半椅式构象
5个碳在同一平面上
有角张力（ C－ C键角接近 120o）
平面碳上的 C-H键为重叠式构象（有较大的扭转张力）
扭船式构象
H
H
H
H HH
H
H
H
H
H
H
>1.84?
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
扭曲式构象
各种环己烷构象的势能图
4 6
2 3,5
5,4
k
J
/
m
o
l
势能扭 转 过 程本次课小结和要求
掌握几种类型环烷烃 （普通环烷烃、桥环烃和螺环烃） 的命名方法。
了解三元和四元环化合物的活性，掌握相应的特殊化学性质。
掌握环丙烷和环丁烷的结构特点（有角张力）和构象。
熟悉并学会画环己烷的构象 （椅式、船式、半椅式和扭船式）,了解各构象的相对稳定性，掌握椅式的 a键和 e键 及相邻键的顺反关系。