第六章 脂环烃
Cycloalkanes
第六章 脂环烃脂环族化合物：分子中含碳，性质与开链化合物相似的一类化合物。
脂环烃：只有 C,H两种元素组成的脂环化合物。
6.1脂环烃的分类
1、按碳环数分：单环脂环烃；二环脂环烃和多环脂环烃等
C H 3
十氢化萘 降冰片烷 螺 [2,4]庚烷立方烷 棱烷 蓝烷 金刚烷
2、按成环碳原子数分：三元环、四元环、五元环脂环烃等
3、按环中键的类型分：环烷烃、环烯烃、环炔烃等小环,3-4；普通环 5-7；中环 8-11；大环,≥12
6.2 脂环烃的命名
C H 2 C H 3
C H 3
C H 3
C H ( C H 3 ) 2
C H 3
3、不饱和脂环烃中，把 1,2位留给不饱和键；
C H
3
C H ( C H
3
)
2
C H
3
C H
3
1,3-二甲基环戊烷 1-甲基 -3-异丙基环己烷
3-甲基环戊烯 1-甲基 -3-异丙基环己烯 5-甲基环辛炔
2、取代基位置和最小，在此基础上，让小基团位置最小；
1、以环为主链；
一、单环脂环烃二、多环脂环烃
1.二环桥环化合物,从桥头碳原子开始，各桥碳原子数由大到小放在方括号内，括号放在“二环”与“某烷”之间
CH
3
C H
3
C H
3
C H
3CH
3
1
2
3
4
5
6
7
7,7-二甲基二环 [2.2.1]庚烷3,7,7-三甲基二环 [4.1.0]庚烷
2.二环螺环化合物,以“螺”为词头编号由较小环中与螺原子相邻的碳原子开始，沿小环经螺原子到大环。
C H
3
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
8
螺 [2.4]庚烷 螺 [5.5]十一烷 5-甲基螺 [3.4]辛烷
6.3环烷烃的结构与稳定性：
1.扭转张力,相邻近的对子对之间的排斥力；
如乙烷分子构象中以交叉式构象能量最低，最稳定。
因为扭转张力最小。
2.立体张力,原子或原子团 (基团 )之间的范德华排斥力；
如丁烷分子构象中以对位交叉式构象能量最低，最稳定，因为扭转张力和立体张力最小。
3.角张力,sp3杂化轨道弯曲成键，重叠程度较小，分子中键角小于正常的键角 109 028‘,分子中存在着一种试图使键角恢复正常键角的力。
6.4 脂环烃的性质：
一、物理性质：
无色、有一定气味的物质，沸点、熔点和相对密度比同碳原子数的直链烷烃高。
1.加氢：
Ni
C H
3
C H
2
C H
3
Ni
C H
3
C H
2
C H
2
C H
3
+ H 2
+ H 2
80 o C
200 o C
二、化学性质,环烷烃 小环似烯、大环似烷环烯烃的化学性质和普通烯烃相同
2.加卤素,C H 2 B r C H 2 C H 2 B r
C H
2
B r C H
2
C H
2
C H
2
B r
Br
+ Br 2
+ Br 2
+ Br
2
3.加卤化氢：
C H 3
CH 3 C H
3
CH 3 C H
C H 3
C H 3
Br
C
C H 3
+ HBr
氢原子最多和最少的两个碳原子之间断开，符合马氏规则
6.5 环己烷及其的构象一、环己烷的椅式构象和船式构象：
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
( Ⅰ )
( Ⅱ )
在 (Ⅰ )和 (Ⅱ )中,C2,C3,C5,C6都在一个平面内，但在 (Ⅰ )
中,C1和 C4在平面的同一侧，这种构象叫船式构象；而在 (Ⅱ )
中,C1和 C4在平面的上下两侧，这种构象叫椅式构象二、椅式环己烷的分子中的 a键和 e键：
从环己烷分子的椅式构象模型中可以看出,C1,C 3和 C5处在同一个平面内,C2,C 4和 C 6处在另外一个平面。
1
2
3
4
5
6
a 键
e 键每个碳上与氢原子相连的两个键都是一个垂直于平面，这个键叫 直立键,以 a表示；另一个键则大致与平面平行，叫做平伏键,以 e表示。六个 a键六个 e键；
画法,3左 3右,3上 3下。
三、单取代环己烷的构象：
C H
3
C H
3
0,2 5 n m
6.6 脂环化合物的立体异构
H
C H
3
H
H
3
C
C H
3
C H
3
H
H
CH
3
CH
3
H
H
CH
3
H
H
C H
3
1．顺反异构,取代基在同一侧，称为顺式；取代基在不同侧，称为反式 。例如：
顺 -1,4-二甲基环己烷 反 -1,4-二甲基环己烷
C H
3
C H
3
C H
3
CH
3
C H
3
C H
3
反十氢化萘 (沸点 185℃ ) 顺十氢化萘 (沸点 194℃ )
C H
3
H
H
H
3
C
C H
3
H
C H
3
H H
C H
3
C H
3
H
顺式反式
*
*
*
*
*
*
H H
C O O HC O O H
H
C O O HH
C O O H
H
H
C O O H
C O O H
顺式反式*** * **
6.7 脂环烃的主要来源一、芳香族化合物催化氢化二、分子内关环三、其他方法
6.8 环戊二烯一、工业来源和制法二、化学性质
1,D-A反应
2、催化加氢
3,α-氢原子的活泼性
6.8 萜类和甾族化合物一、萜类化合物异戊二烯单位 碳原子数单萜 2 10
倍半萜 3 15
二萜 4 20
三萜 6 30
四萜 8 40
C H
2
O H C H O
O H O
O H O
α- 蒎烯 莰醇 ( 冰片 ) 莰酮 ( 樟脑 )
C H 2 O H
维生素 A，二萜橙花醇 香叶醛 (α-柠檬醛 ) 薄荷醇 薄荷酮二、甾族化合物
R
C H
3
C H
3
C H
3
C H
3
OH
A B
C D1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14 15
16
17
A B
C D
胆固醇
O
OH
H
H H
H
O
OH
H H
H
雄甾酮雌甾酮
Cycloalkanes
第六章 脂环烃脂环族化合物：分子中含碳，性质与开链化合物相似的一类化合物。
脂环烃：只有 C,H两种元素组成的脂环化合物。
6.1脂环烃的分类
1、按碳环数分：单环脂环烃；二环脂环烃和多环脂环烃等
C H 3
十氢化萘 降冰片烷 螺 [2,4]庚烷立方烷 棱烷 蓝烷 金刚烷
2、按成环碳原子数分：三元环、四元环、五元环脂环烃等
3、按环中键的类型分：环烷烃、环烯烃、环炔烃等小环,3-4；普通环 5-7；中环 8-11；大环,≥12
6.2 脂环烃的命名
C H 2 C H 3
C H 3
C H 3
C H ( C H 3 ) 2
C H 3
3、不饱和脂环烃中，把 1,2位留给不饱和键；
C H
3
C H ( C H
3
)
2
C H
3
C H
3
1,3-二甲基环戊烷 1-甲基 -3-异丙基环己烷
3-甲基环戊烯 1-甲基 -3-异丙基环己烯 5-甲基环辛炔
2、取代基位置和最小，在此基础上，让小基团位置最小；
1、以环为主链；
一、单环脂环烃二、多环脂环烃
1.二环桥环化合物,从桥头碳原子开始，各桥碳原子数由大到小放在方括号内，括号放在“二环”与“某烷”之间
CH
3
C H
3
C H
3
C H
3CH
3
1
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3
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5
6
7
7,7-二甲基二环 [2.2.1]庚烷3,7,7-三甲基二环 [4.1.0]庚烷
2.二环螺环化合物,以“螺”为词头编号由较小环中与螺原子相邻的碳原子开始，沿小环经螺原子到大环。
C H
3
1
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1
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螺 [2.4]庚烷 螺 [5.5]十一烷 5-甲基螺 [3.4]辛烷
6.3环烷烃的结构与稳定性：
1.扭转张力,相邻近的对子对之间的排斥力；
如乙烷分子构象中以交叉式构象能量最低，最稳定。
因为扭转张力最小。
2.立体张力,原子或原子团 (基团 )之间的范德华排斥力；
如丁烷分子构象中以对位交叉式构象能量最低，最稳定，因为扭转张力和立体张力最小。
3.角张力,sp3杂化轨道弯曲成键，重叠程度较小，分子中键角小于正常的键角 109 028‘,分子中存在着一种试图使键角恢复正常键角的力。
6.4 脂环烃的性质：
一、物理性质：
无色、有一定气味的物质，沸点、熔点和相对密度比同碳原子数的直链烷烃高。
1.加氢：
Ni
C H
3
C H
2
C H
3
Ni
C H
3
C H
2
C H
2
C H
3
+ H 2
+ H 2
80 o C
200 o C
二、化学性质,环烷烃 小环似烯、大环似烷环烯烃的化学性质和普通烯烃相同
2.加卤素,C H 2 B r C H 2 C H 2 B r
C H
2
B r C H
2
C H
2
C H
2
B r
Br
+ Br 2
+ Br 2
+ Br
2
3.加卤化氢：
C H 3
CH 3 C H
3
CH 3 C H
C H 3
C H 3
Br
C
C H 3
+ HBr
氢原子最多和最少的两个碳原子之间断开，符合马氏规则
6.5 环己烷及其的构象一、环己烷的椅式构象和船式构象：
1
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( Ⅰ )
( Ⅱ )
在 (Ⅰ )和 (Ⅱ )中,C2,C3,C5,C6都在一个平面内，但在 (Ⅰ )
中,C1和 C4在平面的同一侧，这种构象叫船式构象；而在 (Ⅱ )
中,C1和 C4在平面的上下两侧，这种构象叫椅式构象二、椅式环己烷的分子中的 a键和 e键：
从环己烷分子的椅式构象模型中可以看出,C1,C 3和 C5处在同一个平面内,C2,C 4和 C 6处在另外一个平面。
1
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3
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a 键
e 键每个碳上与氢原子相连的两个键都是一个垂直于平面，这个键叫 直立键,以 a表示；另一个键则大致与平面平行，叫做平伏键,以 e表示。六个 a键六个 e键；
画法,3左 3右,3上 3下。
三、单取代环己烷的构象：
C H
3
C H
3
0,2 5 n m
6.6 脂环化合物的立体异构
H
C H
3
H
H
3
C
C H
3
C H
3
H
H
CH
3
CH
3
H
H
CH
3
H
H
C H
3
1．顺反异构,取代基在同一侧，称为顺式；取代基在不同侧，称为反式 。例如：
顺 -1,4-二甲基环己烷 反 -1,4-二甲基环己烷
C H
3
C H
3
C H
3
CH
3
C H
3
C H
3
反十氢化萘 (沸点 185℃ ) 顺十氢化萘 (沸点 194℃ )
C H
3
H
H
H
3
C
C H
3
H
C H
3
H H
C H
3
C H
3
H
顺式反式
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*
*
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H H
C O O HC O O H
H
C O O HH
C O O H
H
H
C O O H
C O O H
顺式反式*** * **
6.7 脂环烃的主要来源一、芳香族化合物催化氢化二、分子内关环三、其他方法
6.8 环戊二烯一、工业来源和制法二、化学性质
1,D-A反应
2、催化加氢
3,α-氢原子的活泼性
6.8 萜类和甾族化合物一、萜类化合物异戊二烯单位 碳原子数单萜 2 10
倍半萜 3 15
二萜 4 20
三萜 6 30
四萜 8 40
C H
2
O H C H O
O H O
O H O
α- 蒎烯 莰醇 ( 冰片 ) 莰酮 ( 樟脑 )
C H 2 O H
维生素 A，二萜橙花醇 香叶醛 (α-柠檬醛 ) 薄荷醇 薄荷酮二、甾族化合物
R
C H
3
C H
3
C H
3
C H
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OH
A B
C D1
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A B
C D
胆固醇
O
OH
H
H H
H
O
OH
H H
H
雄甾酮雌甾酮
