1
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院第三章环烷烃基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
*不饱和度,Ω= 四价原子数 +1+
三价原子数 – 一价原子数
2
单环烷烃的通式,C
n
H
2n
环烷烃的分类：
1,单环烷烃：小环,普通环（正常环），中环,大环
C数,3-4 5-7 8-11 >12
2,多环烷烃：螺环烃,稠环烃,桥环烃基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
§ 3.1 环烷烃的异构和命名
1.环烷烃的异构异构现象构造异构：碳链异构、官能团异构、
位置异构、互变异构立体异构构型异构：顺反异构、对映异构构象异构：
构型（configuration)：在具有一定构造的分子中，原子在空间的排列方式。
环烷烃的顺反异构：假定环中碳原子在一个平面上，以环平面为参考平面，两取代基在同一边的叫顺式（cis-)，
否则叫反式（trans-)。
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
CH
3
HH
H
3
C
CH
3
H
H
H
3
C
CH
3
H
H
H
3
C
CH
3
H
H
H
3
C
CH
3
H H
H
3
C
CH
3
H
H
H
3
C CH
3
H
HH
3
C
例如:
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
2.环烷烃的命名：
（1）单环烷烃,a.根据环中碳原子的数目叫,环某烷,；
b.环上取代基的位次和编号写在母体环烃名字前面,“编号,原则与烷烃相同；
c.若有两个取代基，则在最前面标明,顺、反,；
d.若取代基碳链较长，则环作为取代基。
2-甲基-3-环丙基庚烷
1,1-二甲基-3-异丙基环戊烷1-甲基-3-环己基环戊烷
CH
3
H
H
H
3
C
Cl
H
（1R,2R,4R)-1,2-二甲基-4-氯环戊烷例如:
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
（2）多环烷烃
①
螺环烃,a.根据成环的碳总数，叫螺[ ]某烷
b.两环除开共用C外的C数，由小到大，放于[ ]内，
并用下角原点隔开
c.编号：从小环 —共用C —大环（并尽可能使取代基为此小）
5-甲基螺[2.4]庚烷
Cl
5-氯螺[2.5]辛烷
1
2
3
4
5
6
7
例如:
2
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
② 桥环烃（包括稠环烃）：两个或两个以上碳环共用两个以上的碳原子。
a.判断环数及总碳数，称几环[ ]某烷
*环数：将桥环烃变为开链化合物需要断开的C-C键的最小数
b.将桥上碳原子数（不包括桥头碳）由多到少顺序列在[ ]内，并用下角原点隔开（有几个桥就有几个数字）。
c.编号：从第一个桥头碳开始，从最长的桥编到第二个桥头碳，再沿次长的桥回到第一个桥头碳，即按桥渐短的次序将其余的桥依次编号。（若有取代基，则尽量使其位次较小）
二环[4.2.0]辛烷 2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
例如:
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
1,2,4-三甲基二环[4.3.0]壬烷三环[2.2.1.0
2,6
]庚烷
1
2
3
4
5
6
7
练习：
CH
3
CH
3
H
3
C
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
§ 3.2 环烷烃的物理性质和化学反应
1.物理性质,态：气C
3
-C
4
，液C
5
，m.p,d,s.
2.化学性质：
共性,同烷烃相似，光照或加热下发生自由基取代反应。（难氧化）
特性,小环的开环加成
（1）加氢,+H
2
Ni
40
0
C,常压
CH
3
CH
2
CH
3
+H
2
Ni
100
0
C,常压
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
Pt
+H
2
300
0
C,常压
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
（2）加溴
+Br
2
室温
BrCH
2
CH
2
CH
2
Br
+Br
2
光照
Br
+Br
2
光照或300
0
C
Br
（3）加溴化氢
+HBr CH
3
CH
2
CH
2
Br
+HBr 不反应
+HBr
不反应基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院结论：
（1）环丙烷活性最大，不稳定，易发生开环加成（ H
2、
X
2、
HX）；
（2）其他环烷烃性质与开链烷烃相似，发生 X
2
的自由基取代反应；
（3）环丙烷衍生物开环位置：取代最多的C与取代最少的C之间； 加成位置：符合马氏规则。
马氏规则,H加成到含 H较多的 C上,X加成到含 H较少的 C上。
(CH
3
)
2
CCHCH
2
Br
CH
3
Br
Br
2
+HBr (CH
3
)
2
CCHCH
3
CH
3
Br
例如:
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
§ 3.3 环烷烃的来源和用途( 自学 )
§ 3.4 环的张力
1.环丙烷及环丁烷的结构
2.拜尔张力学说( A.von Baeyer,stain theory)
3.环烷烃的燃烧热
4.张力能环产生张力的因素
Enb 非键性相互作用：非键合的两原子或原子团距离小于其范氏半径之和（强烈排斥）
Ee 键长变化：两成键原子间距离偏离正常键长；
Eθ 键角变化：键角偏离平衡值
E? 扭转角变化
3
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
§ 3.5 环己烷的构象极限构象：船式 椅式（优势构象）99%以上讨论,为什么船式构象不稳定？
椅式构象特点：
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4 5
6
(1) 六个C分居两个平行平面（两平面相距50pm)
(2) 每个C上有两个C-H键，其一为a键（直立） ——垂直于平面；另一为e键（平伏） ——平行于平面。即
12个C-H键分为两组，一组为a键，一组为e键。
(3) 两种椅式构象间可相互翻转
(4) 相邻两组a键伸展方向相反，一个向上，一个向下，
e键也如此。
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
§ 3.6 取代环己烷的构象分析
1,一取代环己烷甲基环己烷分子中甲基处于e键稳定还是处于a键稳定？
*请画出叔丁基环己烷的优势构象。
2,多取代环己烷
（1）环己烷多元取代物的最稳定的构象是e-取代最多的构象
（2）环上有不同取代基是，大的取代基在e-键的构象最稳定基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院练习,写出下列化合物的最稳定构象
C(CH
3
)
3
CH
3
H
H
H
H
C
2
H
5
CH(CH
3
)
2
H
3
C
H
CH
3
H
H
H
3
C
H
CH
3
CH
3
H
C(CH
3
)
3
H
H
H
OMe
OMe
H
H
H
H
OH
HO
H
H
H
Cl
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院第三章环烷烃基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
*不饱和度,Ω= 四价原子数 +1+
三价原子数 – 一价原子数
2
单环烷烃的通式,C
n
H
2n
环烷烃的分类：
1,单环烷烃：小环,普通环（正常环），中环,大环
C数,3-4 5-7 8-11 >12
2,多环烷烃：螺环烃,稠环烃,桥环烃基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
§ 3.1 环烷烃的异构和命名
1.环烷烃的异构异构现象构造异构：碳链异构、官能团异构、
位置异构、互变异构立体异构构型异构：顺反异构、对映异构构象异构：
构型（configuration)：在具有一定构造的分子中，原子在空间的排列方式。
环烷烃的顺反异构：假定环中碳原子在一个平面上，以环平面为参考平面，两取代基在同一边的叫顺式（cis-)，
否则叫反式（trans-)。
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
CH
3
HH
H
3
C
CH
3
H
H
H
3
C
CH
3
H
H
H
3
C
CH
3
H
H
H
3
C
CH
3
H H
H
3
C
CH
3
H
H
H
3
C CH
3
H
HH
3
C
例如:
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
2.环烷烃的命名：
（1）单环烷烃,a.根据环中碳原子的数目叫,环某烷,；
b.环上取代基的位次和编号写在母体环烃名字前面,“编号,原则与烷烃相同；
c.若有两个取代基，则在最前面标明,顺、反,；
d.若取代基碳链较长，则环作为取代基。
2-甲基-3-环丙基庚烷
1,1-二甲基-3-异丙基环戊烷1-甲基-3-环己基环戊烷
CH
3
H
H
H
3
C
Cl
H
（1R,2R,4R)-1,2-二甲基-4-氯环戊烷例如:
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
（2）多环烷烃
①
螺环烃,a.根据成环的碳总数，叫螺[ ]某烷
b.两环除开共用C外的C数，由小到大，放于[ ]内，
并用下角原点隔开
c.编号：从小环 —共用C —大环（并尽可能使取代基为此小）
5-甲基螺[2.4]庚烷
Cl
5-氯螺[2.5]辛烷
1
2
3
4
5
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例如:
2
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
② 桥环烃（包括稠环烃）：两个或两个以上碳环共用两个以上的碳原子。
a.判断环数及总碳数，称几环[ ]某烷
*环数：将桥环烃变为开链化合物需要断开的C-C键的最小数
b.将桥上碳原子数（不包括桥头碳）由多到少顺序列在[ ]内，并用下角原点隔开（有几个桥就有几个数字）。
c.编号：从第一个桥头碳开始，从最长的桥编到第二个桥头碳，再沿次长的桥回到第一个桥头碳，即按桥渐短的次序将其余的桥依次编号。（若有取代基，则尽量使其位次较小）
二环[4.2.0]辛烷 2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷
1
2
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1
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例如:
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
1,2,4-三甲基二环[4.3.0]壬烷三环[2.2.1.0
2,6
]庚烷
1
2
3
4
5
6
7
练习：
CH
3
CH
3
H
3
C
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
§ 3.2 环烷烃的物理性质和化学反应
1.物理性质,态：气C
3
-C
4
，液C
5
，m.p,d,s.
2.化学性质：
共性,同烷烃相似，光照或加热下发生自由基取代反应。（难氧化）
特性,小环的开环加成
（1）加氢,+H
2
Ni
40
0
C,常压
CH
3
CH
2
CH
3
+H
2
Ni
100
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C,常压
CH
3
CH
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CH
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CH
3
Pt
+H
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300
0
C,常压
CH
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CH
2
CH
2
CH
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CH
3
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（2）加溴
+Br
2
室温
BrCH
2
CH
2
CH
2
Br
+Br
2
光照
Br
+Br
2
光照或300
0
C
Br
（3）加溴化氢
+HBr CH
3
CH
2
CH
2
Br
+HBr 不反应
+HBr
不反应基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院结论：
（1）环丙烷活性最大，不稳定，易发生开环加成（ H
2、
X
2、
HX）；
（2）其他环烷烃性质与开链烷烃相似，发生 X
2
的自由基取代反应；
（3）环丙烷衍生物开环位置：取代最多的C与取代最少的C之间； 加成位置：符合马氏规则。
马氏规则,H加成到含 H较多的 C上,X加成到含 H较少的 C上。
(CH
3
)
2
CCHCH
2
Br
CH
3
Br
Br
2
+HBr (CH
3
)
2
CCHCH
3
CH
3
Br
例如:
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
§ 3.3 环烷烃的来源和用途( 自学 )
§ 3.4 环的张力
1.环丙烷及环丁烷的结构
2.拜尔张力学说( A.von Baeyer,stain theory)
3.环烷烃的燃烧热
4.张力能环产生张力的因素
Enb 非键性相互作用：非键合的两原子或原子团距离小于其范氏半径之和（强烈排斥）
Ee 键长变化：两成键原子间距离偏离正常键长；
Eθ 键角变化：键角偏离平衡值
E? 扭转角变化
3
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
§ 3.5 环己烷的构象极限构象：船式 椅式（优势构象）99%以上讨论,为什么船式构象不稳定？
椅式构象特点：
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4 5
6
(1) 六个C分居两个平行平面（两平面相距50pm)
(2) 每个C上有两个C-H键，其一为a键（直立） ——垂直于平面；另一为e键（平伏） ——平行于平面。即
12个C-H键分为两组，一组为a键，一组为e键。
(3) 两种椅式构象间可相互翻转
(4) 相邻两组a键伸展方向相反，一个向上，一个向下，
e键也如此。
基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院
§ 3.6 取代环己烷的构象分析
1,一取代环己烷甲基环己烷分子中甲基处于e键稳定还是处于a键稳定？
*请画出叔丁基环己烷的优势构象。
2,多取代环己烷
（1）环己烷多元取代物的最稳定的构象是e-取代最多的构象
（2）环上有不同取代基是，大的取代基在e-键的构象最稳定基础有机化学南京大学基础学科教育学院南京大学化学化工学院练习,写出下列化合物的最稳定构象
C(CH
3
)
3
CH
3
H
H
H
H
C
2
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CH(CH
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2
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C(CH
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OMe
OMe
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