第五章 脂环烃 答案
第五章脂环烃
一.目的要求
了解环烷烃通式、分类、命名和异构、环烷烃的物理性质。理解环的结构和稳定性，掌握环烷烃的化学性质。
二.本章内容小结
1. 脂环烃的定义
由碳原子连接成环，性质与脂肪烃相似的烃类化合物总成为脂环烃。按照成环特点，一般可将脂环烃分为单环脂环烃和多环脂环烃。
2. 脂环烃的命名
单环脂环烃命名与脂肪烃类似，只是在相应的脂肪烃前加一“环”字。如：
环戊烷，甲基环丁烷
桥环化合物的命名一般采用固定格式：双环[a.b.c]某烃(a≥b≥c)。
先找桥头碳（两环共用的碳原子），从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥头碳沿着次大环继续编号。分子中含有双键或取代基时，用阿拉伯数字表示其位次。如：
7, 7-二甲基二环[2, 2, 1]庚烷
螺环化合物命名的固定格式为：螺[a.b]某烃(a≤b)。命名时先找螺原子，编号从与螺原子相连的碳开始，沿小环编到大环。如：
螺[4.4]壬烷
3.环烷烃的结构与稳定性
环烷烃的成环碳原子均为sp3型杂化。除环丙烷的成环碳原子在同一个平面上以外，其它环烷烃成环碳原子均不在同一个平面上。在环丙烷分子中由于成环碳原子间成键时sp3型杂化轨道不能沿键轴方向重叠，而是以弯曲方向部分重叠成键，导致环丙烷张力较大，分子能量较高，很不稳定，容易发生开环反应。所以在环烷烃中三元环最不稳定，四元环比三元环稍稳定一点，五元环较稳定，六元环及六元以上的环都较稳定。注意桥头碳原子不稳定。
4. 环己烷以及取代环己烷的稳定构象
环己烷在空间上可以形成多种构象，其中椅式和船式构象为两种极限构象，前者比后者更加稳定。一般说来，取代环己烷的取代基处于椅式构象的平伏键时较为稳定。因此多取代环己烷的最稳定的构象为平伏键取代基最多的构象。如果环上有不同取代基，较大的取代基在平伏键上的构象最稳定。
5. 环烷烃的化学性质
环丙烷和环丁烷的化学性质和烯烃相似，能开环进行加成反应。并且与氢卤酸加成符合马氏规则。但小环环烷烃对氧化剂稳定，不与高锰酸钾或臭氧作用。
HBr CH
3
CH2CH2Br
H, Ni
CH3CH2CH3
2
BrCH2CH2CH2Br
KMnO
X
三.例题解析
【例题1】命名下列化合物
1.
2. 3.
Cl
Cl
1-甲基-2-乙基环己烷双环[2,2,2]辛烷反-1，3-二氯环丁烷
【例题2】完成下列反应
1. + HCl
CH32CH3
Cl
2.
+ Br2
3.
+ Br2
Br
4. + HCl
CH3CH3
Cl
5. +
COOEt
COOEt
COOEt
COOEt
6.
-
KMnO4
【例题3】画出下列各二元取代环己烷的最稳定构象
1. 顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷
2. 反-1-甲基-3-异丙基环己烷
3. 反-1,4-二乙基环己烷
3
)3
H
CH3
H
CH(CH3)2
H
CH3
H C2H5
H
C2H5
4. 顺-1-甲基-2-异丙基环己烷
5. 反-1-叔丁基-4-氯环己烷
6. 顺-1-氯-2-溴环己烷
CH(CH3)2
H
CH3
H
C(CH3)3
Cl
H
Cl
Br
H
【例题4】请用简便的方法区分丙烷和环丙烷
答：使用溴－四氯化碳溶液。因为环丙烷能使溴－四氯化碳溶液褪色。
【例题5】用指定原料合成下列化合物
C
2CH
CH CH
习题A
一.用系统命名法命名下列化合物 1.
2.
Br
3.
4.
二环[3.3.0]辛
烷
7-溴二环[3.3.0]-2-辛烯 1,1-联环丁烷 螺[3.4]辛烷 5.
6.
7.
8.
反-1,2-二甲基环丙烷 二环[4.1.0]庚烷
1,2-二环丙基
丁烷
二环[2.2.1]庚烷
9.
Br
10
C 2H 5
11.
3
3
12.
3
3)2
5-溴螺[3.4]辛
烷
2-乙基二环[4.2.0]辛烷
反-1,2-二甲基环己烷
顺-1-甲基-2-异丙
基环己烷
13.
14.
15.
16. Cl
1,6-二甲基螺[4.5]癸烷
1,7-二甲基螺[4.5]癸烷
2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷
8-氯二环[3.2.1]辛
烷
二.写出下列化合物的结构式 1. 环丙基环丙烷 2. 反-1-甲基-4-叔丁基环己烷 3. 二环［4.2.1］壬烷
3
(CH)3
4. 7-溴双环[2.2.1]庚-2-烯
5. 1,2-二甲基-7-溴双环[2.2.1]庚烷
6. 4-氯螺[2.4]庚烷
Br
H Cl
7. 反-3-甲基环己醇8. 2,3-二甲基-8-溴螺[4.5]癸烷9. 4-甲基环己烯
三.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
四.
1.
A.
B.
C.
2. 下列四个构象式比较稳定的是（ C ） A.
CH 3CH 3(H 3C)3C
B.CH 3
CH 3
C(CH 3)3
C.CH 3
CH 3(H 3C)3C
D.CH 3CH 3
C(CH 3)3
3. 反-1,4-二甲基环己烷的最稳定构象是（ C ）
CH 3H 3C
D. CH 3
H 3C
4. 反-1,4-二氯环己稳定的构象是（ D ）
A.
B. C. Cl
Cl
D.
Cl Cl
5. 下列化合物的构象中最稳定的是（ B ） A.OH
CH(CH 3)2
CH 3
B.
OH
(H 3C)2HC
CH 3C. OH
3)2
CH 3
D. OH
CH(CH 3)2
CH 3
6. 下列四种化合物最容易加氢开环的是（ A ）
A.
B.
C.
D.
五.鉴别题
（1）环己烯
环己烷
24
溶液褪色
无现象
（2）1
－戊烯
1,2－二甲基环丙烷
4+
CO 2
(-)
（3）
1-丁炔
乙基环丙烷
Ag(NH 3)2
+
白色
(-)
（4）丁烷和甲基环丙烷
24
溶液褪色
无现象
（5）1,2－二甲基环丙烷与环戊烷
24
溶液褪色
无现象
（6）环己烯与异丙基环丙烷
4+
(-)
高锰酸钾溶液褪色
六.机理解释
1、螺戊烷在光照条件下与氯气反应是制备氯代螺戊烷的最好方法
。
Cl 2light
Cl
试解释该反应的反应机理。
解
:
2light
Cl
该反应条件下螺戊烷氯化是自由基反应, 形成图示的平面型或近似于平面型的自由基中间体,中心碳原子为sp 2杂化, 未参与杂化的p 轨道只有一个未配对电子,垂直于三个sp 2杂化轨道,并被另一个环丙烷的弯曲键所稳定，活化能低,反应速度快,是制备该化合物有效的方法。· 链引发：
2Cl·Cl 2
链传递：
Cl·
+
·
+
HCl
+Cl 2
·
Cl·+
链终止：
·
Cl 2
·
Cl
Cl·+
2
2、开链的邻二卤代烷在强碱存在下脱卤化氢时，通常得到炔烃。然而当1,2-二溴环己烷脱卤化氢时却只得到1,3-环几二烯，为什么？
答：因为C ≡C 中三键的碳为sp 杂化方式，所以要求三键链的四个碳（C-C ≡C-C ）必须是直线型结构，环己烷分子中，由于张力过大，不可能形成四个碳呈直线连接的
结构。所以：Br
Br
七.合成题
CN
Cl
Cl
1、以四个碳原子及以下烃为原料合成
+
CN
CN
Cl 2
CN
Cl Cl
2、以烯烃为原料合成 Cl
CH 2Cl
Cl
CH 2
Cl ℃
＋
2CH CH 2Cl
Cl 2+CH 3500CH CH 2
Cl
＋CH 2Cl Cl
2
Cl CH 2Cl
3
Br
Br OH
H SO - H 2O
KOH 醇
OH
4、O
CH C-O-OH
O
O
=
OH
5、
+
Cl
Cl
6、以乙炔和丙烯为原料合成CH 2Cl
CH 2
H 2
2CH
2CH 2CH CH
CH
NH CH
CH C
Lindlar
CH
2CH 22Cl ℃＋CH 2
CH CH CH CH 2Cl
Cl +CH 3500CH CH 2
7、以必要的烯烃为原料合成 CN
CH 2
Na Br CH 2CN CN
NBS
CH CH 2+CH
3CH CH 2Br CH 2CH 2
CN
CN
2+CH 2CH CH 2
八.
推断结构
1、某烃A 的分子式为C 5H 10，它与溴水不发生反应,在紫外光照射下与溴作用只得到一种产物B(C 5H 9Br)。将化合物B 与KOH 的醇溶液作用得到C （C 5H 8），将化合物C 经臭氧化并在锌粉存在下水解得到戊二醛，写出化合物A 、B 、C 的构造式及各步反应式。
A.
B.
Br
C.
Br 2hv
Br
Br
KOH/醇
(1)O 32+
+
H
H O
O
2、化合物A,分子式C 7H 12，与KMnO 4反应后得到环己酮；A 用酸处理生成B, B 使溴水褪色并生成C, C 与碱性醇溶液共热生成D ，D 臭氧化后可生成丁二醛
OHCCH 2CH 2CHO 和丙酮醛CH 3COCHO; B 臭氧化给出CHO
O
请写出
化合物A 的结构式，并用反应式说明推断的结构是正确的。 解:A 的结构式为
, 反应式如下:
O
+
O
+
CO
2
+
2
Br
Br
32CHO
CHO
+
CHO
O
32
3、化合物A 分子式为C 4H 8，它能使溴溶液褪色，但不能使高锰酸钾溶液褪色。1molA 与1molHBr 作用生成B ，B 也可以以A 的同分异构体C 与HBr 作用得到。化合物C 分子式也是C 4H 8，能使溴溶液褪色，也能使高锰酸钾（酸性）溶液褪色。试推测化合物A 、B 、C 的构造式，并写出各步反应式。
A.
CH 3
B.CH 2-CH 2-CH-CH 3
C.CH 2= CHCH 2CH 3 或 CH 3CH = CHCH 3
(1)
CH 3
+ Br 2/CCl 4
CH 322
(A)
Br
Br
(2)
+ HBr
CH 3-CH-CH 2-CH 3( B )
CH 3
(A)
Br
(3)(C)HBr
CH 2=CHCH 2CH 3CH 3-CH-CH 2-CH 3
( B )
Br
CH 3-CH-CH 2-CH 3( B )Br
(C)CH 3CH=CHCH 3
HBr
习题B
一.用系统命名法命名下列化合物
1.
2.
CH 3CH 2CH 3
3.
CH 3CH 3
4.
双环[2,2,2]辛烷
1-甲基-2-乙基环戊烷
5,6-二甲基二环[2.2.1]庚-2-烯
7-甲基二环[2.2.1]庚烷 5.
C CH
6.
COOH
7.
8.
Cl
环戊基乙炔
环戊基甲酸
双环[4, 4, 0]葵烷
8-氯双环[3, 2, 1]辛烷
9.
Cl
CH 3
CH 3
10.
Cl Cl
11.
CH 3
12.
1-氯-3，4-二甲基双环[4，4，0]-3-癸烯
7,7－二氯二环[4.1.0]庚烷
2-甲基双环[2,2,2]辛-2-烯
环己基环己烷
二.写出下列化合物的结构式 1. 乙基环戊烷 2. 2-甲基螺[3.4]辛烷 3. 1,2-二环己基乙烷
4. 1,3-二环丙基丁烷 CH 2CH 3
CH 2CH 3
CH 2CH 3
CH 2CH 3
5. 环丙基乙炔
6. 1,3,9-三甲基十氢化萘
7. 顺-3-甲基环己醇
8. 4-环己基-环基烯
CH 2CH 3
CH 2CH 3
H 3
三.完成下列反应式。
CH 3Br
2.
2Cl 2Cl
Cl
Cl
3. +
H Ni 80℃
C H
2
COOH
+
CO 2
5.
KMnO 4H O
O
6.
HBr
Br
CH 3
7.
+
COOCH 3
COOCH 3
COOCH 3CH 3
COOCH 3
8.
HBr
H 3C H 3C
CH 3
+
H 2C H 2
C CH 3
H 3C H 3C
9.
+
COOCH
3
CH 3OOC
33
10.
+
CO 2CH 3
COOCH 3
四.选择题和判断题
1. 环己烯加氢变为环己烷是哪一种反应（B ）
A 吸热反应
B 放热反应
C 热效应很小
D 不可能发生 2.
与
之间的相互关系是（ D ）
A 对映异构体
B 非对映异构体
C 顺反异构体
D 构象异构体
3. 下列脂环烃每摩尔CH 2的燃烧热值最高的是（A ）最低的是（ D
）
A.
B.
C.
D.
4. 下列脂环烃，最容易与溴发生加成反应的是( A
)
A.
B.
C.
D.
五.鉴别与分离
1、用化学方法鉴别下列化合物 （1）2-丁烯、1-丁炔、乙基环丙烷
CH 3CH CHCH
3
C
2H 5
无现象
无现象
白色
高锰酸钾溶液褪色
无现象
（2）苯乙炔 环己烯 环己烷
加溴水使溴水不褪色的为环己烷，余者加Ag(NH 3)2+有白色沉淀为苯乙炔。 （3）1－戊烯 1,2－二甲基环丙烷 加KMnO 4不褪色的为1,2-二甲基环丙烷。
六.机理解释
1、
HCl
Cl
+
+
Cl Cl
2、
H +
加热
CH 3
CH(OH)CH 3
CH 3CH CH 3H +
CH 3CH 3
CH 3CH 2CH 3+
2
3CH 3CH 3CH 3
+
+
H
七.合成题
1、以环己醇为原料合成（已二醛）OHC －(CH 2)4－CHO
CHO
(CH 2)4OHC
2、从1-甲基环己烷出发合成反-2-甲基环己醇
Br H 3C
CH 3
+hv Br
3
3、从环己烷为原料合成已二醛
+Br 2
Br
KOH/EtOH
O 3Zn,H2O
CHO
CHO
4
、从环己烷为原料合成已二酸
+Br 2
Br
COOH
COOH KMnO4
5、从环己烷为原料合成3-
溴环己烯
+Br 2
Br
KOH/EtOH
Br
6、以乙炔为原料合成Br
Br
CH 2Br CH 2Br
Br Br
CH
2Br CH 2Br CH 2Br
CH 2Br +
八.推断结构
1.化合物A （C 7H 12）与Br 2反应生成B （C 7H 12Br 12），B 在KOH 的乙醇溶液中加热生成C （C 7H 10），C 与反应得D （C 11H 12O 3），C 经臭氧化并还原水解得E ，试写出A ，B ，C ，D 和E 的构造式。
H 3C CH 3
CH 3
A
B
Br
Br C
D
2、某烃C 3H 6(A)在低温时与氯作用生成C 3H 6Cl 2(B)，在高温时则生成C 3H 5Cl(C)。使(C)与碘化乙基镁作用得C 5H 10(D)，后者与NBS 作用生成C 5H 9Br(E)。使(E)与氢氧化钾的酒精溶液共热，主要生成C 5H 8(F)，后者又可与丁烯二酸酐发生双烯合成得(G)。试推测由(A)到(G)的结构式。
（A ）CH 3CH CH 2； （C ）CH CH 2CH 2Cl ； （D ）
CH 2CH 3CH CH 2CH 2 （B ）CH CH 3CH 2；（E ）CH CH 2CH 3
CH CH 2Br ； （F ）CH CH 3CH CH CH 2；
（G ）
C O
C O CH 3
O
3、有(A)，(B)，(C)，(D)四种化合物分子式均为C 6H 12，(A)与臭氧氧化水解后得到丙醛和丙酮，（D ）用臭氧氧化水解后只得到一种产物。（B ）和（C ）与臭氧或催化氢化都不反应，（C ）分子中所有的氢原子均为等价，而（B ）分子中含有一个CH 3—CH < 结构单元。问（A ），（B ），（C ），（D ）可能的结构式？
（A ）
；（B ）CH C 2H 5
CH 3；（C ）
CH CH 3CH 3CH 或 C 2H 5CH CH 2 4、化合物A 和B 是组成为C 6H 12 的两个同分异构体，在室温下均能使Br 2-CCl 4 溶液褪色，而不被KMnO 4氧化，其氢化产物也都是3-甲基戊烷；但A 与HI 反应主要得3-甲基-3-碘戊烷，而B 则得3-甲基-2-碘戊烷。试推测A
和B 的构造式。
A
B
习题C
一．
命名下列化合物或结构式
（1） 反-6-甲基环己醇 （2） 8-甲基双环［4.3.0]壬烷 （3） 反-1,2-环己二醇 （4） 2-甲基螺[3.5]壬烷 （5） 5-溴螺[3.4]辛烷
（6） 2,7,7-三甲基双环[2.2.1]庚烷 （7） 5-异丙基螺[2.4]庚烷 （8） 9-甲基螺[4.5]癸-6-烯 （9） 5-甲基-1,3-环戊二烯 （10） 2-甲基双环[2.2.2]辛烷 （11） 2-甲基-3-环丙基庚烷 （12） 1,2,4-三甲基双环[4.4.0]癸烷 （13） 1,4-二甲基螺[2.4]庚烷 （14） 螺[4.5]癸-6-烯 （15） 螺[2.2]戊烷
（16） 3.3.6.6-四甲基双环[3.1.1]庚烷
（17）
Cl
Cl
（18） 1-甲基-3-环丁基戊烷
（19） 反1，4-二甲基环己烷 （20） 环丙基环己烷 （21） 反-1,2-二甲基环丙烷 （22） 3-甲基双环[4.3.0]壬烷
（23） 1-烯丙基-2-丙烯基-1,3-环己二烯 （24） 2,7,7-三氯双环[2.2.1]庚烷
二 写出下列化合物结构式最稳定的构象
1.
CH 3
t-Bu
三．问答题
1.E>B>A>C>D
2.>>
3.4
褪色
（-）
CH 3(CH 2)3C CH
H 3CHC CHCH
CHCH 3
褪色褪
色
AgNO 3的氨溶液
（-）（-
）
O
O O
（-）
四．
完成下列反应式
1．
CH 3
Br
2.
CH 3
3
3.
OH
CH 3
CH 3
4.NH 2
5.
C
H 3C
H 3C
CH 3H C
CH 2COOH
CH 2CH 2COOH
6.H 3C CH
Br CH 2CH 2CH 2CH 2Br
7.CH 2CH 3Br
8.
OH
9.
Br
Br
10.CH 3CH 2CH 3
11.
H 3CH 2C
CH
CH 3
Br
12. 13.H 2CH 3C
Br
CH 2CH 3
14.A.
Br B.O
C.OH
3
D.
CH 3
E.C C
O H
O
CH 3
15.
CH 3
CH 3
. 16.C
H 2CH 2CH 3C Br
3
CH 3
. 17.O
18.CH 3CH 2CH 2CH 2CH 2OH 19.CH
H 3C
Cl CH 2CH 3
20.不会 21.
OH
CH 3
22.CH
H 3C
Br
CH 2CH 3
23.
CH 3(CH 2)5N
3
CH 3
24. H
H H
CH 3
25.
C
H 3C
H 3C
Br
H C CH 3
CH 3
五． 选择题
1.D
2.BD
3.A 4.d 5.A 6.D 7.A 8.A 六．机理题 1.Br 2 hr Br· CH 2Br + 2. CH 2OH H CH 2OH 2 扩环重排 3． OH NH 2 NaNO 2OH N 2+ 2 OH + OH + + O 4. HBr Br H 3C Br H 3HBr H 3C Br H + Br 5 O 3COOCH 3 OCH 3 CH 3OH O CH 3 COOCH 3 OCH 333 3 CH 3O O CH 3COOCH 3 33 3 CH 3O 33 3 H 3C COOCH 3 O 6. 3 3 3 H CH3 CH3 CH3 CH3-H H3C CH 3 -H C H 3 C CH3 H OH CH3 H CH3 H OH2 CH3 CH3 7.CH 3CH2OH OCH3 8．H H H H H2O H H H HO 七．合成题 CH Br2/hv CH Br Mg 无水醚 CH3 MgBr 2 D CH3 40第五章脂环烃 一.目的要求 了解环烷烃通式、分类、命名和异构、环烷烃的物理性质。理解环的结构和稳定性，掌握环烷烃的化学性质。 二.本章内容小结 1.脂环烃的定义 由碳原子连接成环，性质与脂肪烃相似的烃类化合物总成为脂环烃。按照成环特点，一般可将脂环烃分为单环脂环烃和多环脂环烃。 2.脂环烃的命名 单环脂环烃命名与脂肪烃类似，只是在相应的脂肪烃前加一“环”字。如： 环戊烷，甲基环丁烷 桥环化合物的命名一般采用固定格式：双环[a.b.c]某烃(a ≥b ≥c )。 先找桥头碳（两环共用的碳原子），从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥头碳沿着次大环继续编号。分子中含有双键或取代基时，用阿拉伯数字表示其位次。 如： 7,7-二甲基二环[2,2,1]庚烷 螺环化合物命名的固定格式为：螺[a.b]某烃(a ≤b)。命名时先找螺原子，编号从与螺原子 相连的碳开始，沿小环编到大环。如： 螺[4.4]壬烷 3.环烷烃的结构与稳定性 环烷烃的成环碳原子均为sp 3型杂化。除环丙烷的成环碳原子在同一个平面上以外，其它环烷烃成环碳原子均不在同一个平面上。在环丙烷分子中由于成环碳原子间成键时sp 3型杂化轨道不能沿键轴方向重叠，而是以弯曲方向部分重叠成键，导致环丙烷张力较大，分子能量较高，很不稳定，容易发生开环反应。所以在环烷烃中三元环最不稳定，四元环比三元环稍稳定一点，五元环较稳定，六元环及六元以上的环都较稳定。注意桥头碳原子不稳定。 4.环己烷以及取代环己烷的稳定构象 环己烷在空间上可以形成多种构象，其中椅式和船式构象为两种极限构象，前者比后者更加稳定。一般说来，取代环己烷的取代基处于椅式构象的平伏键时较为稳定。因此多取代环己烷的最稳定的构象为平伏键取代基最多的构象。如果环上有不同取代基，较大的取代基在平伏键上的构象最稳定。 5.环烷烃的化学性质 环丙烷和环丁烷的化学性质和烯烃相似，能开环进行加成反应。并且与氢卤酸加成符合马氏规则。但小环环烷烃对氧化剂稳定，不与高锰酸钾或臭氧作用。 第五章 脂环烃习题参考答案 1、写出分子式C 5H 10的环烷烃的异构体的构造式。（提示：包括五环、四环和三环） 解：共五种结构式，其结构如下： 环五烷 甲基环丁烷 1，1-二甲基环丙烷1，2-二甲基环丙烷 乙基环丙烷 2、写出顺-1-甲基-4-异丙基环己烷的稳定构象式。 解： CH 3 CH(CH 3)2 3、写出下列各对二甲基环己烷的可能的椅型构象，并比较各异构体的稳定性，说明原因。 （1） 顺-1，2- 、反-1，2- （2） 顺-1，3- 、反-1，3- （3） 顺-1，4- 、反-1，4- 解：（1）顺-1，2- 二甲基环己烷 CH 3 H H CH 3CH 3 CH 3 H H CH 3在 键 a,e e,a CH 3在 键 反-1，2-二甲基环己烷 CH 3 H H CH 3CH 3 H H H 3C a,a CH 3在 键 e,e CH 3在 键 稳定性大小顺序为： CH 3 H H H 3C e,e CH 3在 键 CH 3在 键 a,e CH 3 H H CH 3CH 3 H H CH 3a,a CH 3在 键 大的基团处在 键的越多越稳定。因为e （2）顺-1，3-二甲基环己烷 CH 3 H H CH 3CH 3在键a,a CH 3 CH 3 H H CH 3在键 e,e e,a 反-1，3-二甲基环己烷a,e H H CH 3 CH 3在键 CH 3 CH 3H H CH 3在键 H 3C 稳定性大小顺序为：大的基团处在 键的越多越稳定。因为e CH 3H H CH 3CH 3在键 a,a CH 3 CH 3 H H CH 3在键 e,e a,e H H CH 3 CH 3在键 H 3C CH 3 （3）顺-1，4-二甲基环己烷e,a 在键 a,e CH 3在键 H H CH 3CH 3 CH 3 H H CH 3 第五章脂环烃（P 113-114 ） 1.分子式C5H10的环烷烃的异构体的构造式：（提示:包括五环、四环和三环）。 2.顺-1-甲基-4-异丙基环己烷的稳定构象式。 解：ae式，其中甲基位于a键，异丙基位于e键。 3 (H3C)2 3.写出下列各对二甲基环己烷的可能的椅型构象，并比较各异构体的稳定性，说明原因。 解： (1) 顺-1,2-二甲基环己烷可能的椅型构象为ae式；反-1,2-二甲基环己烷可能的椅 型构象为aa和ee式二种，稳定性次序为：aa 4.写出下列化合物的构造式（用键线式表示）： （1）1,3,5,7-四甲基环辛四烯（2）二环[3.1.1]庚烷（3）螺[]十一烷（4）methylcyclopropane （5）cis-1,2-dimethylcyclohexane 答案: CH3 CH 3 H3C H3C CH3 3 CH3 5.命名下列化合物： 6.完成下列反应式，带“*”的写出产物构型： （1） 这两个反应属亲电加成反应。 （2） （3） 高温自由基取代反应（4） 亲电加成反应，100%反式形成一对对映体，组成一个外消旋体混合物。 （5） 氧化反应，生成一个内消旋体。 第五章脂环烃 一、教学目的及要求 二、教学重点与难点 三、教学方法 第一节脂环烃的分类命名和异构现象 一、分类 饱和脂环烃； 不饱和脂环烃； 单环脂环烃； 二环和多环烃； 螺环烃(spirocyclic hydrocarbons) 稠环烃(fused bicyclic hydrocarbons) 桥环烃(bridged bicyclic hydrocarbons) 二、命名 １．单环脂环烃的命名 （１）根据分子中成环碳原子数目，称为环某烷。 （２）把取代基的名称写在环烷烃的前面。 （３）取代基位次按“最低系列”原则列出，基团顺序按“次序规则”小的优先列出。例如：H2C H2C CH2CH2 CH2 CH2 环己烷cyclohexane CH2CH2 CH CH H2C CH3 CH CH3 CH3 1 2 3 4 5 1-甲基-2-异丙基环戊烷 1-methyl-2-isopropylcyclopentane CH3 H CH3 H CH3CH3 H H ? 顺-1,4-二甲基环己烷 cis-1,4-dimethylcyclohexane CH3 H H CH3 CH3H H CH3 ? 反-1,4-二甲基环己烷 trans-1,4-dimethylcyclohexane 2．环烯烃的命名 （1）称为环某烯。 （2）以双键的位次和取代基的位置最小为原则。例如： 3．多环烃的命名 （1）螺环(spirocyclic)烃的命名 两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃。 H2C H2C CH2 C CH2 CH2 CH2 CH 2 1 2 3 4 5 6 7 8 螺[3.4]辛烷 spiro [3.4] octane 命名方法： 根据成环碳原子的总数定为“螺某烷”； 在“螺”后的方括号内，按由小到大的顺序表明除螺碳原子以外的成环碳原子数目，数字间用圆点隔开； 编号时从螺原子(4)相邻的第一个碳原子(1)开始，经过共用碳原子(螺原子)而到大环，保证取代基位次代数和最小； 取代基放在最前面； 命名模式：a-基螺[x.y]某烷。 例如：上化合物名为8-二甲基二环[3.2.1]辛烷 H3C 1 2 3 4 5 6 7 89 6-甲基螺[3.5]壬烷 6-methylspiro [3.5] nonane 1 2 3 4 5 6 7 8 1,5-二甲基螺[3.4]辛烷 1,5-dimethylspiro [3.4] octane 第五章脂环烃(cycloalkane) 内容提要 本章学习脂环烃的结构、命名、性质，其中环烷烃的顺反异构、对映异构、构象分析是本章的难点；掌握这类化合物的化学性质及其制备方法；同时与前面所学的脂肪烃作比较，从反应机理上理解它们化学性质的异同点。 5.1 脂环烃的分类、命名和异构 环烷烃是指碳干为环状而性质和开链烃相似的烃类化合物。单环烷烃的通式为C n H2n，双环烷烃的通式为C n H2n-2。 5.1.1 脂环烃的分类 脂环烃按其成环特点可分为三类：单环烃、螺环烃及桥环烃(见表3.1)。 的数目而确定。需要断开几个C—C键就是几环。例如金刚烷(见右图)，C10H16是三环。桥环化合物中，碳环共用的两个碳原子叫桥头碳原子。双 环化合物可以看成是三条连在两个桥头上的桥所构成的。 5.1.2 脂环烃的命名 5.1.2.1 单环化合物的命名 根据饱和脂环烃环中碳原子的数目叫环某烷。当环上有取代基 时，在母体环烃名称的前面加上取代基的名称和位置。环上碳原子的编号，应使表示取代基位置的数字尽可能小。取代基的顺序与烷烃命名相同。含有C=C双键的脂环烃叫环某烯，编号从双键碳原子开始，并考虑取代基位置。 5.1.2.2 桥环化合物的命名 饱和桥环化合物命名时，首先根据环的数目确定双环或者三环等，叫“几环”，然后把与桥头碳原子相连的各桥所含碳原子的数目按由大到小的顺序写在方括号里(每个数目之间用点隔开)，放在“几环”的后面；再根据组成所有环的碳原子 金刚烷 总数命名为“某烷”，放在方括号的后面。从桥头碳原子开始，由大环到小环，依次编号。对于相同大小的环，以取代基位置较小为佳。将取代基的位置及名称写在最前面。若环上含有双键，叫“某烯”，从桥头碳原子开始，由大环到小环依次编号，对于相同大小的环，以双键位置较小为宜，并标出双键位置。 5.1.2.3 螺环化合物的命名 螺环化合物的命名，根据组成环的碳原子总数，命名为某烷，加上词头螺。再把连接于螺原子的两个环的碳原子数目，按由小到大的次序写在螺与某烷之间的方括号里，数字用点分开。螺环烃环上碳原子的编号，从连接在螺原子上的一个碳原子开始，先编较小的环，然后经过螺原子再编第二个环。 5.1.3 脂环烃的顺反异构和命名 脂环烃中，由于碳环的限制，碳碳单键也不能自由旋转。因此，环烷烃既存在取代基位置异构，又存在像烯烃一样的顺反异构(cis-，trans-)。 脂环烃的命名原则如下： 1·根据母体环上碳原子数叫“环某烷”。 2·从取代基优先次序最小者所连碳原子开始编号。 3·对所有取代基编号并命名。 4·根据取代基在空间相对位置，在名称最前面写上“顺—”或“反—”。两个取代基在环的同侧，记为“顺—”，反之记为“反—”。当环上有多个取代基时，选择定位次最低者为对照基团，其位次前加“r”(reference)表示，其余取代基位次前用“顺—”或“反—”表示其与对照基团的立体关系。“顺—”字有时可略去。 [例3.1] 第五章 脂环烃 [问题5-1] 试写出含有五个碳的环烷烃的构造异构体，并命名之。 ① ② Me Me ③ Me Me ④ Me ⑤ 解：① 乙基环丙烷② 顺-1.2-二甲基环丙烷③ 反-1.2二甲基患丙烷④ 甲基环丁烷 ⑤ 环戊烷 [问题5-2] 命名下列化合物。 ① ② CH CH 2 CH 2CH 2 CH C 2H 5CH 3 CH 2 CH 2CH 2 CH 2C CH 2CH 2CH 2 123 45 678 ③ ④ CH 2 CH 2 CH 2 CH 2CH CH 2 CH 1 2345 67 CH 2CH 22 CH 2 CH 2CH CH 12345 6 7 解：①1-甲基-3-乙基-环戊烷 ②螺[3.4]辛烷 ③二环[2，2，1]庚烷 ④二环[3，2，0]庚烷 [问题5-3] 分析表5-1中的数字可得出什么结论？从分子结构上加以解释。 解：因环烷烃的对称性高于同碳链的开链烷烃，分子之间排列程度也就高于相连的开链烷烃。分子间引力增加，所以表现在环烷烃的熔点，沸点和比重都较含同碳数的开链烷烃为高。 [问题5-4] 试用简便化学方法区别C 5H 10的下列异构体：2-戊烯，1，2-二甲基环丙烷，环戊烷。 解： [问题5-5] 1，1-二甲基环丙烷用浓硫酸处理后，再加水供热，写出所能发生的反应。 解 CH 3CH 3 3 C CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 习 题： 1， 写出C 6H 12所代表的脂环烃的各构造机构体（包括六元环、五元环、和四元环）的构造 式。 解：Me Me H H Me Me H H H Et Me Me H H Me Me H H Me H 2， 命名下列化合物： （1） CH 3 CH 3CH 2CHCH 2CHCH 3 （2） CH 2CH 2 CH CH CH 2 （3） CH 2 CH 2 CH 2CH 2CH 2 CH CH CH 2 CH 2 （4 ） （5）HO OH H H （6 ） 2CH 3 2CH 3 (7) H 3C CH 3 (8) Cl 解：（1）2-甲基-3-环丙基戊烷 （2）二环[2，1，0]戊烷 （3）二环[5，2，0]壬烷 （4）二环[4,2,0]-6-辛烷 （5）顺-1，3-环戊二醇 （6）反-1，2-二乙基环戊烷 （7）2，6-二甲基-螺[3，3]庚烷 （8）8-氯-二环[3，2，1]辛烷 3， 把下列构造式改写成构象式： H 2C CH CH 2H 2C CH 2 CH CH 2 H 2C CH CH 2H 2C CH 2 CH CH 2 CH 2 解： 4， 有一饱和烃，其分子式为C 7H 14，并含有一个伯碳原子，写出该化合物可能的构造式。 5．1环烷烃的定义和命名 分子中具有碳环结构的烷烃称为环烷烃，单环烷烃的通式为C n H 2n ，与单烯烃互为同分异构体。 环烷烃可按分子中碳环的数目大致分为单环烷烃和多环烷烃两大类型。 1．单环烷烃 最简单的环烷烃是环丙烷，从含四个碳的环烷烃开始，除具有相应的烯烃同分异构体外，还有碳环异构体，如分子式为C 5H 10的环烷烃具有五种碳环异构体。 为了书写方便，上述结构式可分别简化为： 当环上有两个以上取代基时，还有立体异构。 单环烷烃的命名与烷烃基本相同，只是在“某烷”前加一“环”字，环烷烃若有取代基时，它所在位置的编号仍遵循最低系列原则。只有一个取代基时“1”字可省略。 当简单的环上连有较长的碳链时，可将环当作取代基。如： CH 3 CH 3 CH 3 C 2H 5 CH 3 CH 3CH 2CH 3 CH 3 环丙烷 CH 2CH 2 CH 甲基环丁烷 CH 2CH 2 CH CH 2环戊烷CH 2CH 2 CH 2 CH 2CH 2 乙基3-甲基 CH 3 CH 2CH 2CHCH 2CH 3 环丙基戊烷 1 1,1-二甲基环丙烷 1,2-二甲基环丙烷 CH 3 CH 2 CH CH CH 3CH 2 CH 2 C CH 3CH 3 CH CH 3 CH 3 3 CH 3CH 3 CH 3 C 2H 5 1,4-二甲基环己烷 1-甲基 2-异丙基环戊烷 CH(CH 3)2 1-甲基-2-乙基-5-异丙基环己烷 2．多环烷烃 含有两个或多个碳环的环烷烃属于多环烷烃。多环烷烃又按环的结构、位置分为桥环、螺环等。 （1）桥环 两个或两个以上碳环共用两个以上碳原子的称为桥环烃，两个或两个以上环共用的叔碳原子称为“桥头碳原子”，从一个桥头到另一个桥头的碳链称为“桥”。桥环化合物命名时，从一个桥头开始，沿最长的桥编到另一个桥头，再沿次长的桥编回到起始桥头，最短的桥最后编号。命名时以二环、三环作词头，然后根据母体烃中碳原子总数称为某烷。在词头“环”字后面的方括号中，由多到少写出各桥所含碳原子数(桥头碳原子不计入)，同时各数字间用下角圆点隔开，有取代基时，应使取代基编号较小。例如： 1，2，7-三甲基-双环[2.2.1]庚烷 双环[4.4.0]癸烷 双环[2.2.1]庚烷 （2）螺环 脂环烃分子中两个碳环共用一个碳原子的称为螺环烃，共用的碳原子为螺原子。命名时根据成环的碳原子总数称为螺某烷，编号从小环开始，经过螺原子编至大环，在“螺”字之后的方括号中，注明各螺环所含的碳原子数(螺原子除外)，先小环再大环，数字间用下角圆点隔开。有取代基的要使其编号较小。例如： 5-甲基螺[3.4]辛烷 1，6-二甲基螺[3.5]壬烷 5．2环烷烃的性质 在常温常压下，环丙烷与环丁烷为气体，环戊烷、环己烷为液体。 环烷烃不溶于水，易溶于有机溶剂，比水轻。环烷烃的沸点、熔点、相对密度都比同碳数的烷烃高， 环烷烃的化学性质与烷烃类似，可发生取代和氧化反应，但由于碳环的存在还具有一些与烷烃不同的特性。如三元和四元环烷烃由于分子中存在张力，所以表现在化学性质上比较活泼，它们与烯烃相似，可以发生开环加成反应生成链状化合物。 1．开环反应 环烷烃中环丙烷和环丁烷能与氢气、溴、卤化氢等试剂发生开环反应，而环戊烷和 7 6 5 544 3 3 22 1 1 CH 2C CH 2 CH 3 CH C 2H 5 CH CH CH 3CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3CH CH 2 C CH 2 CH 2CH 2 第五章脂环烃 一. 基本内容 1．定义和分类 脂环烃是碳架为环状的烃分子。根据分子中所含碳环的数目及碳、氢比例的不同，可分为单环脂环烃（环烷烃、环烯烃、环炔烃）和多环脂环烃（螺环脂环烃、稠环脂环烃、桥环脂环烃）。 （1）环烷烃：分子中碳原子以单键互相连接成闭合碳环的脂环烃，单环脂环烷烃的通式为C n H2n，如：环丁烷、环戊烷等。 （2）环烯烃：分子中碳原子之间有以双键互相连接成闭合碳环的脂环烃。如：环戊烯、环戊二烯等。 （3）螺环脂环烃：分子中两个碳环共用一个碳原子的脂环烃。例如： 5-甲基螺[3.4]辛烷 （4）桥环脂环烃：`两个环共用两个或以上碳原子的多环烃。例如： 7，7-二甲基二环[2.2.1]庚烷 （5）稠环脂环烃：两个碳环间共用两个碳原子的脂环烃，是桥环脂环烃的一种。如： 十氢化萘菲烷 2．反应 （1）环烷烃 环烷烃的反应与非环烷烃的性质相似。含三元环和四元环的小环化合物有一些特殊的性质，它们容易开环生成开链化合物。 （ⅰ）加氢：环丙烷在较低的温度和镍催化下加氢开环生成丙烷；环丁烷在较高 温度下也可以加氢开环生成丁烷；环戊烷、环己烷等要用活性高的催化剂在更高温度下才能开环生成烷烃。 （ⅱ）加溴：溴在室温下即能使环丙烷开环，生成1，3 -二溴丙烷，而环丁烷、环戊烷等与溴的反应与烷烃相似，即起取代反应。 （ⅲ）加溴化氢：溴化氢也能使环丙烷开环，产物为1-溴丙烷，取代环丙烷与溴化氢的反应符合马尔科夫尼科夫规则，环的断裂在取代基最多和取代基最少的碳碳键 之间发生；环丁烷、环戊烷等不易与溴化氢反应。 （ⅳ）氧化反应：高锰酸钾溶液不能使环丙烷退色。 （2）环烯烃 环烯烃与烯烃一样主要起加成反应和氧化反应： 3．制备 脂环烃的合成方法可分为两大类，一类是把链状化合物的两端连接成环；另一类是由环状化合物改变其官能团而得。 （1）分子内偶联 α、ω-二卤化合物的武慈型环合法： 此方法合成五元以上的环，产率很低。可用格氏试剂合成四到七元环： （2）狄尔斯-阿德耳反应 狄尔斯-阿德耳反应是顺式加成，加成产物仍保持共轭二烯和亲双烯体原来的构Br Br Na(Zn) THF 33 82% Br2Br Br O H2O/Zn CHO O Br HBr Br 2Br Br2 Br CH3CH2CH3 第五章 脂环烃 *一、 命名下列化合物： 1. CH CH 3 CH 3 CH 3 2. CH=CH 2 CH 3 3. CH 3CH 3 CH 2CH 3 4. CH 3 CH 3 CH 3 5.6 . 3 7. 1，3，5－环庚三烯 5－甲基双环[2.2.2] -2-辛烯 螺[2.5]-4-辛烯 二、 写出下列化合物的结构式。 1． 1，1－二甲基还庚烷 2. 1，5－二甲基环戊烯 CH 3CH 3 CH CH 3 CH 3 5．双环[4.4.0]癸烷 6.双 环[3.2.1]辛烷 7.螺[4.5]－6－癸烯 三、 写出分子式为C 5H 10的环烷烃的所有构造异构体和顺反异构体的结构式，并命名之。 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3CH 3 CH 3 C 2H 5 环戊烷 甲基环丁烷 1，1－二甲基环丙烷 顺－1，2－二甲基环丙烷 反－1，2－二甲基环丙烷 乙基环丙烷 四、下列化合物是否有顺反异构体？若有，写出它们的立体结构式。 CHCH 3 CH 3 CH=C(CH 3)2 CH 3 CH 3 1. 2. 3. 没有没有没有 CH3 CH3CH 3 CH3 4 . Cl CH=CHCH3 C=C C=C H CH3H CH3 H C=C 3 H CH3 5 . 6 . Cl Cl Cl Cl H *五、写出下列化合物最稳定构象的透视式。 CH(CH 3)2 CH(CH 3)2 CH 3 CH(CH 3)2CH 3 CH 2CH 3 C(CH 3)3CH 3 CH 3 (CH 3)3C 5. CH 3 CH 3 C(CH 3)3 *六、完成下列反应式。 CH 3 CH 3CH 2CH 2CH 3BrCH 2CH 2CHCH 3 Br CH 3CH 2CHCH 3 I 1． 第五章脂环烃 一.目的要求 了解环烷烃通式、分类、命名和异构、环烷烃的物理性质。理解环的结构和稳定性，掌握环烷烃的化学性质。 二.本章内容小结 1. 脂环烃的定义 由碳原子连接成环，性质与脂肪烃相似的烃类化合物总成为脂环烃。按照成环特点，一般可将脂环烃分为单环脂环烃和多环脂环烃。 2. 脂环烃的命名 单环脂环烃命名与脂肪烃类似，只是在相应的脂肪烃前加一“环”字。如： CN 环戊烷，CN 甲基环丁烷 桥环化合物的命名一般采用固定格式：双环[a.b.c]某烃(a≥b≥c)。 先找桥头碳（两环共用的碳原子），从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥头碳沿着次大环继续编号。分子中含有双键或取代基时，用阿拉伯数字表示其位次。如： CN 7, 7-二甲基二环[2, 2, 1]庚烷 螺环化合物命名的固定格式为：螺[a.b]某烃(a≤b)。命名时先找螺原子，编号从与螺原 子相连的碳开始，沿小环编到大环。如： CN 螺[4.4]壬烷 3.环烷烃的结构与稳定性 环烷烃的成环碳原子均为sp3型杂化。除环丙烷的成环碳原子在同一个平面上以外，其它环烷烃成环碳原子均不在同一个平面上。在环丙烷分子中由于成环碳原子间成键时sp3型杂化轨道不能沿键轴方向重叠，而是以弯曲方向部分重叠成键，导致环丙烷张力较大，分子能量较高，很不稳定，容易发生开环反应。所以在环烷烃中三元环最不稳定，四元环比三元环稍稳定一点，五元环较稳定，六元环及六元以上的环都较稳定。注意桥头碳原子不稳定。 4. 环己烷以及取代环己烷的稳定构象 环己烷在空间上可以形成多种构象，其中椅式和船式构象为两种极限构象，前者比后者更加稳定。一般说来，取代环己烷的取代基处于椅式构象的平伏键时较为稳定。因此多取代环己烷的最稳定的构象为平伏键取代基最多的构象。如果环上有不同取代基，较大的取代基在平伏键上的构象最稳定。 5. 环烷烃的化学性质 环丙烷和环丁烷的化学性质和烯烃相似，能开环进行加成反应。并且与氢卤酸加成符合马氏规则。但小环环烷烃对氧化剂稳定，不与高锰酸钾或臭氧作用。 CN 三.例题解析 【例题1】命名下列化合物 第五章脂环烃答案 第五章脂环烃 一.目的要求 了解环烷烃通式、分类、命名和异构、环烷烃的物理性质。理解环的结构和稳定性，掌握环烷烃的化学性质。 二.本章内容小结 1. 脂环烃的定义 由碳原子连接成环，性质与脂肪烃相似的烃类化合物总成为脂环烃。按照成环特点，一般可将脂环烃分为单环脂环烃和多环脂环烃。 2. 脂环烃的命名 单环脂环烃命名与脂肪烃类似，只是在相应的脂肪烃前加一“环”字。如： 环戊烷，甲基环丁烷 桥环化合物的命名一般采用固定格式：双环[a.b.c]某烃(a≥b≥c)。 先找桥头碳（两环共用的碳原子），从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥头碳沿着次大环继续编号。分子中含有双键或取代基时，用阿拉伯数字表示其位次。如： 7, 7-二甲基二环[2, 2, 1]庚烷 螺环化合物命名的固定格式为：螺[a.b]某烃(a≤b)。命名时先找螺原子，编号从与螺原子相连的碳开始，沿小环编到大环。如： 螺[4.4]壬烷 3.环烷烃的结构与稳定性 环烷烃的成环碳原子均为sp3型杂化。除环丙烷的成环碳原子在同一个平面上以外，其它环烷烃成环碳原子均不在同一个平面上。在环丙烷分子中由于成环碳原子间成键时sp3型杂化轨道不能沿键轴方向重叠，而是以弯曲方向部分重叠成键，导致环丙烷张力较大，分子能量较高，很不稳定，容易发生开环反应。所以在环烷烃中三元环最不稳定，四元环比三元环稍稳定一点，五元环较稳定，六元环及六元以上的环都较稳定。注意桥头碳原子不稳定。 4. 环己烷以及取代环己烷的稳定构象 环己烷在空间上可以形成多种构象，其中椅式和船式构象为两种极限构象，前者比后者更加稳定。一般说来，取代环己烷的取代基处于椅式构象的平伏键时较为稳定。因此多取代环己烷的最稳定的构象为平伏键取代基最多的构象。如果环上有不同取代基，较大的取代基在平伏键上的构象最稳定。 5. 环烷烃的化学性质 环丙烷和环丁烷的化学性质和烯烃相似，能开环进行加成反应。并且与氢卤酸加成符合马氏规则。但小环环烷烃对氧化剂稳定，不与高锰酸钾或臭氧作用。 HBr CH 3 CH2CH2Br H2, Ni CH3CH2CH3 2 BrCH2CH2CH2Br KMnO X 三.例题解析 【例题1】命名下列化合物 1. 2. 3. Cl Cl 1-甲基-2-乙基环 己烷 双环[2,2,2]辛 烷 反-1，3-二氯环 丁烷 【例题2】完成下列反应 1. + HCl CH3CHCH2CH3 Cl 第五章脂环烃 学习要求 1、掌握脂环烃的命名方法和基本结构。 2、熟练掌握环烷烃和环烯烃的化学性质。 3、熟练掌握环烷烃的顺、反异构现象和环己烷的构象。 §5~1 脂环烃的分类命名和异构现象一、分类 饱和脂环烃，环烷烃如：（） 1、不饱和脂环烃环烯烃如：（） 环炔烃 环的大小：小环（３～４元）；普通环（５～７元）；中环（（８～１２元）和２、大环（十二碳以上）。 环的多少：单环；多环（桥环，螺环） 二、命名 １、环烷烃的命名 通式C n H2n与单烯烃互为同分异构体。 n=3 C3H6 同分异构体数目1个; n=4 C4H8 同分异构体数目2个; n=5 C5H10 同分异构体数目5个; 环烷烃命名： ⑴环上命名似烷烃，在名称前加上“环”字，叫环某烷； ⑵环上有取代基时，一元取代——某基环某烷；二元取代——用“次序规则”决定 基团的排列先后，环上编号以小基团优先，写法时“较优”基团排在后面；多个取代基时，方法类同。 ⑶有顺反异构时，则在命名最前写出“顺”或“反”名称。 ⑷较复杂时，则把碳环看作取代基，叫法“环某基”。例如： 环丙烷环丁烷环戊烷 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 H2 C CH3 环已烷甲基环丙烷 1,3-二甲基环丙烷 1,1-二甲基环丙烷乙基环丙烷 CH3 H H 3C H CH 3 H H 3CH 3 H 顺-1,2-二甲基环丙烷 反-1,2-二甲基环丙烷 OH H OH H OH H H OH 顺-1,2-环已二醇 反-1,2-环已二醇 CH3 CH 2 CH CH 2CH 3 3-环丙基戊烷 ２、环烯烃的命名 （1）称为环某烯。 （2）以双键的位次和取代基的位置最小为原则。 例如： 3、多环烃的命名 （1） 桥环烃（二环、三环等） 分之中含有两个或多个碳环的多环化合物中， 其中两个环共用两个或多个碳原子的化合物称为桥 环化合物。 命名原则：A 、确定母体名称——某烷（根据环上碳原子总数目）。 A 、 注明环数——常用“双环”或“三环”等； B 、 确定桥头碳原子——数出每条桥所含碳原子数（不包括桥头碳原子），按由多到少的次 序写在“双环”和“某烷”之间 的方括号里，数字用圆点分开。 C 、 桥环碳原子编号，从桥头碳——大环——桥头碳原子——中环——小环。 D 、 如有取代基，在符合上述条件下，尽量使取代基编号为最少；如有双键时，也同上， 叫某烯，还注明双键的位次。 例如： 上化合物名为 7，7-二甲基二环[2，2，1]庚烷 （2）螺环烃 两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃。 CH 3 CH 3CH 3环戊烯1-甲基环戊烯3，4-=甲基 环己烯 1，3-环戊烯2-甲基-1，3- 环己二烯桥头碳 2CH 32-甲基-5-异丙基二环[3，1，0]己烷2-乙基-6-氯二环[3，2，1]辛烷 23 第五章 脂环烃 ● 教学基本要求 1、掌握脂环烃的命名法、化学性质、顺反异构现象； 2、了解环的大小与稳定性的关系； 3、初步掌握环已烷的构象。 ● 教学重点 脂环烃的命名法、化学性质、顺反异构现象；环的大小与稳定性的关系；环已烷的构象。 ● 教学难点 脂环烃的化学性质、顺反异构现象；环已烷的构象。 ● 教学时数： ● 教学方法与手段 1、讲授与练习相结合； 2、讲授与教学模型相结合； 3、传统教学方法与与现代教学手段相结合； 4、启发式教学。 ● 教学内容 第一节 脂环烃的分类和命名 脂环烃是指由碳原子相互连接成环，性质与开链烃相似的环状碳氢化合物。 1.1脂环烃的分类 根据环上碳原子的饱和程度不同，可将脂环烃分为环烷烃、环烯烃、环炔烃等。 脂环烃 不饱和脂环烃 环烯烃环二烯烃 环炔烃饱和脂环烃 环烷烃 如如 如 如... ... ... ...... ... ... ... 根据脂环烃分子中所含的碳环数目不同，分为单环脂环烃和多环脂环烃。 1.2脂环烃的命名 1、 单环脂环烃 的命名 【原则】与脂肪烃相似，只是在名称前加一“环”字即可。环上碳原子编号时，要使不饱和键或取代基的位次最小。 CH 2CH 2 CH 2 CH 2CH 2 即 环戊烷 CH 3 甲基环丁烷 CH 3 CH 3 1,2-二甲基环戊烷 CH 3 H 3C CH CH 3 即 1-甲基-4-异丙基环己烷 反-1,4-二甲基环己烷 CH 3 H H CH 3 CH 3H H CH 3 即 CH 3 3-甲基-1-环己烯 CH 3 5-甲基-1,3-环戊二烯 2、多环脂环烃的命名 分子中含有两个碳环的是二环化合物，又称双环化合物。 两环共用一个碳原子的二环化合物叫做螺环化合物； 两环共用两个以上碳原子的化合物叫做桥环化合物。 两环仅共用两个碳原子的化合物叫做稠环化合物。 (1) 桥环烃的命名 固定格式：双环[a.b.c]某烃(a ≥b ≥c) 分子中两个或两个以上碳环共有两个以上碳原子；两环共用的端点碳原子为桥头碳，两桥头碳之间的碳链为桥。 桥环烃的命名，先用切割法（环数=将环状化合物切开成等碳原子数的链状化合物所需切割的次数）或搭桥法（环数=母体环数+桥数）等方法确定环数，然后找桥头碳，从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥 课时授课方案 课程名称：有机化学课次：19 授课时间年月日第周星期第至节班 新课内容：第四章脂环烃 §4-1脂环烃的分类和命名 §4-2环烷烃的构造异构现象 §4-3环烷烃的物理性质 脂环烃的命名习题 新课目的 1.掌握脂环烃的分类和命名、结构特征及通式 要求 2.了解环烷烃的构造异构现象和物理性质； 教学重点：各类脂环烃的命名规则 难点： 课型：讲授 教具名称： 数量： 智能培养培养学生的空间想象能力、理解记忆的能力及联系和综合应用知识的能力，发展内容：学生在科学探索中的兴趣。 总结新课 1. 脂环烃的分类和命名 内容：2. 环烷烃的构造异构现象和物理性质 布置作业：P50-1、2 课后记： 详 案 <Ⅰ>复习提问 1. 烷烃、烯烃、二烯烃以及炔烃这些有机化合物有哪些共同点？ 2.什么是烃？ 3.有机化合物按碳架分为哪几类 <Ⅱ>引课： 我们前面学习过按碳架将有机化合物分类，知道有机化合物中除开链化合物外还有脂环族化合物、芳香族化合物以及杂环化合物。下面我们就开始学习脂环族类化合物中的烃——脂环烃。 <Ⅲ>讲授新课： 第四章脂环烃 脂环烃：分子中含有碳环结构，而性质与脂肪烃相似的一类碳氢化合物。 §4-1脂环烃的分类和命名 一、 分类 1.根据脂环烃中成环碳原子数的多少 三元环 四元环 五元环 2.根据碳环的数目 单环脂环烃 二环脂环烃 多环脂环烃 2. 根据碳环内有无不饱和键 饱和脂环烃 不饱和脂环烃 其中 单环饱和脂环烃——环烷烃 环上含有不饱和键的脂环烃——不饱和脂环烃 含有双键的——环烯烃 含有三键的——环炔烃 回顾有机化合物分类知识及已学习过的几类有机化合物共同点，在比照中引出脂环烃的概念。 留出部分时间给学生思考，并给于适当引导。 （板书课题） 引出脂环烃的概念 （多媒体呈现概念内容） 通过教师讲述引入第一部分内容 （板书小标题） （板书） （多媒体演示） 直观形象的向学生演示脂环烃的各分类情况，并辅以适当说明——向学生讲解各分类的特点及例子。 补充说明学习有机化合物按碳架分类时学习的，用简单的多边形表示脂环烃的方法——多边形顶点代表碳原子，多边形的边代表共价键。 提出特殊分类引出学习重点。 （多媒体演示） 第五章 脂环烃 1. 命名下列化合物： （1） CH CH 3 CH 3 CH 3 （2） CH=CH 2 CH 3 1－甲基－3－异丙基－1－环己烯 1－甲基－4－乙烯基－1，3－环己二烯 （3） CH 2CH 3 CH 3 CH 3 （4） CH 3 CH 3 CH 3 1，2－二甲基－4－乙基环戊烷 3，7，7－三甲基双环[4.1.0] 庚 烷 2．写出下列化合物的结构式。 （1） 1，1－二甲基还庚烷 （2） 1，5－二甲基环戊烯 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 （3） 1－环己烯基环己烯 （4） 3－甲基－1，4－环己二烯 CH 3 （5） 双环[4.4.0]癸烷 （6） 6.双环[3.2.1]辛烷 （7） 7.螺[4.5]－6－癸烯 （6）有顺反异构： 6．完成下列反应式。 （1） CH 3CH3CH2CH2CH3 2CH2CHCH3 CH3CH2CHCH3 （2）CH3 2CH2CH2 CHO （3） 2H5 （4） Br CH3 +Br hv CH3 9．分子式为C 4H 6的三个异构体(A),(B),(C)能发生如下的反应: （1）三个异构体都能与溴反应，对于等摩尔的样品而言，与（B ）和（C ）反应的溴是（A ）的两倍。 （2）者都能与氯化氢反应，而(B) 和(C)在汞盐催化下和氯化氢作用得到的是同一种产物。 （3）（B ）和(C)能迅速的合含硫酸汞的硫酸作用，得到分子式为C 4H 8O 的化合物。 （4）（B ）能和硝酸银氨溶液作用生成白色沉淀。 试推测化合物（A ）,(B),(C)的结构，并写出各步反应式。 解： A: B:CH 3CH 2C CH C:CH 3C CCH 3 + Br 2 Br Br CH 3CH 2C CH +2Br CH 3CH 2C(Br 2)CHBr 2CH 3C CCH 3+ 2Br 2 CH 3C(Br 2)C(Br 2)CH 3 + HCl Cl CH 3CH 2C CH CH 3C CCH 3+2HCl 3CH 2C(Cl 2)CH 3+2CH 3CH 2C(Cl 2)CH 3 CH 3CH 2C CH CH 3C CCH 3+H 2O 424 CH 3CH 2CCH 3 CH 3CH 2C CH +AgNO 3 CH 3CH 2C CAg +H 2O 424CH 3CH 2CH 2CHO 。 第五章 脂环烃 1、是写出下列化合物的结构式： （1）1-氯双环[2,2,2]辛烷 （2）环戊基乙炔 ≡C CH — （3）反-1，3-二氯环丁烷 （4）1-isopropyl-4-methyl-bi-cyclo[3.1.0]hex-2-ene 33 (5) 3-methyl cyclopentene CH 3 (6) bicycle[3,2,1]octane 2、命名下列化合物（后三种包括英文命名）： (1) 3 3 1-氯-3，4-二甲基双环[4，4，0]-3-癸烯 (2)CH 3 H 3C 1，7-二甲基螺[4，5]癸烷 Cl (3) 8-氯双环[3，2，1]辛烷 (4) CH 3CH 3 椅式-顺-1，2-二甲基环已烷 Chair from-cis-1,2-dimethylcyclohexane CH 3 (5) 3-甲基环已烯 3-methylcyclohexene (6) CH 2CH H 2C H 2C CH CH 2CH 2 CH 2 双环{2，2，2}辛烷 bicycle[2,2,2]octane 3、写出下列化合物的最稳定的构象： （1）反-1-乙基-3- 叔丁基环已烷 2CH 3(CH 3)3 （ 2）顺-4-异丙基氯代环已烷 (CH 3)2 （3）1， 1，3-三甲基环已烷 3 3 3 CH 3 Cl (CH 3)3C (4) CH 3 Cl (CH 3)3C — — — 4、完成下列反应： （1）环戊烯+ Br 2/CCl 4 + Br 24 Br Br （2）环戊烯+ Br 2（300℃） + Br 2 Br 300℃ 解：①1-甲基-3-乙基-环戊烷 ② 螺［3.4］辛烷 ③ 二环［2，2，1］庚烷 ④ 二环［3，2，0］庚烷 ［问题5-3］分析表5-1中的数字可得出什么结论？从分子结构上加以解释。 解：因环烷烃的对称性高于同碳链的开链烷烃，分子之间排列程度也就高于相连的开 链烷烃。分子间引力增加，所以表现在环烷烃的熔点，沸点和比重都较含同碳数的开链烷烃 为高。 ［问题5-4］试用简便化学方法区别 C5H10 的下列异构体：2-戊烯，1，2-二甲基环丙烷，环 戊烷。 解： ［问题5-5］ 1 , 1-二甲基环丙烷用浓硫酸处理后，再加水供热，写出所能发生的反应。 CH 3 第五章脂环烃 ［问题5-1］试写出含有五个碳的环烷烃的构造异构体，并命名之。 M ③ Me ④ 解：① 乙基环丙烷② 顺-1.2-二甲基环丙烷③ 反-1.2二甲基患丙烷④ ⑤环戊烷 ［问题5-2］命名下列化合物。 甲基环丁烷 C 2H 5 1 —C H 6 CH 2 7 CH 2 CH 2 5 3CH 2 CH CH 2 4 3 2 CH 2 1 / 、CH — H 2 7 H — H 26 — C 一CH 2—CH 3 习 题 : 1,写出C 6H12 所代表的脂环烃的各构造机构体(包括六元环、五元环、和四元环)的构造 式。 2，命名下列化合物: CHLCH — CH 2—CH 2 3，把下列构造式改写成构象式: 4，有一饱和烃，其分子式为 C7H14 ，并含有一个伯碳原子，写出该化合物可能的构造式。 Me ~Me H H Et (1) CH 3 CH 3CH 2CHCH 2CHCH 3 CH CH 2 (2) CH 2 '—CH 2 H C 3 \17 CH 3 ⑺ 解: (1) 2-甲基-3-环丙基戊烷 (3)二环［5，2，0］壬烷 (5)顺-1，3-环戊二醇 (7) 2，6-二甲基-螺［3，3］庚烷 (4)二环［4,2,0］-6-辛烷 (6)反-1，2-二乙基环戊烷 (8) 8-氯- 二环［ 3， 2，1］辛烷 2 H 第五章脂环烃 2 、 命名下列化合物（后三种包括英文命 名） (1) Cl CH3 1-氯-3，4-二甲基双环［4，4，0］-3-癸 烯 3 、 1，7-二甲基螺［4，5］癸 烷 ⑶ Cl 2 H2 少2 CH2 CH" 8-氯双环［3，2，1］辛 烷 椅式-顺-1，2-二甲基环已烷 Chair from-cis-1,2-dimethylcyclohexa ne 3-甲基环已烯3-methylcyclohexe ne 双环｛2，2，2｝辛烷bicycle［2,2,2］ octane 写出下列化合物的最稳定的构象： （1） 反-1-乙基-3-叔丁基环已烷 (CHM (2) 顺-4-异丙基氯代环已烷 (CH3)2C （3）1，1, 3-三甲基环已 烷 3 4、完成下列反应： (CH3)3 CH3 环戊烯+ Br 2/CCI 4 (1) Br (4) (5) (6) CH3 + HCI CH3 Cl 1-甲基环已烯+HBr (过氧化物) CH3 + HBr 3 过氧化物 环已烯+冷碱KMnO4/H2O 环戊烯+热KMnO4/H2O KMnO4 △ 环戊烯+RCO3H HOOC(CH 2)3COOH O + RCO 3H (8) 1-甲基环戊烯+冷、浓H2SO4 H 3C OSO 3H H 2SO 4 03 Zn/H 2O (10) HCI Cl H 环戊烷+CI 2/高温 (11) Cl (12) (13) HBr CH 3CH 2 (14) H H + C + HBr + HBr CH 2 CH 3 CH 3 =0 HC-CH-CH 2-CH 2-C-H CH 2-CH 2-CH 2 CH 3 CH 2 (9) 3-甲基环戊烯+03，后Zn/H 2O O O 1, 3-环已二烯+HCI (15) 1, 3-环戊二烯+顺丁烯二酸酐 + CH 3 Br CH 3 B r ^X^^CH 3 * CH 3CH 2-CH-CH-CH 3 + CH 3CH 2-—H-CH-CH CH 3Br CH 3CH 2 ---------------- CH 3 + HBr Cl 2 500 C 环丙烷+Br 2/CCl 4 △ + Br 2/CCl 4 3 7、化合物A (C 7H 12)与Br 2反应生成B (C 7H i2Br i2), B 在KOH 的乙醇溶液 中加热生成C (C 7H 10)，C 与反应得D (C 11H 12O 3)，C 经臭氧化并还原水解 得E (和)，试写出A ，B ，C ，D 的构造式。有机化学课后习题答案5第五章脂环烃(第五轮)答案
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