《有机化学》课程授课教案（讲义）第五章 脂环烃

第8周，第5讲次课程名称：《有机化学B》摘要第五章脂环烃5.1脂环烃的定义和命名5.2环烷烃的工业来源授课题目（章、节）5.3环烷烃的物理性质5.4环烷烃的化学性质5.5环烷烃的结构本讲目的要求及重点难点：【目的要求】1.掌握脂环烃的命名；2.了解环烷烃的工业来源；3．掌握环烷烃的结构和化学性质（环烷烃的加成和取代、氧化反应）；4.．了解环烷烃的大小与稳定性的关系；5．理解环已烷的构象分析。【重点】脂环烃的命名，环烷烃的结构和化学性质，环烷烃的大小与稳定性的关系。【难点】环已烷的构象，环烷烃的结构和稳定性。内容【本讲课程的引入】前面各章讨论的都是开链烃，即脂肪烃。本章所要讨论的是结构上具有环状碳骨架，而性质上与脂肪烃相似的烃类，它们总称脂环烃。【本讲课程的内容】第五章脂环烃5.1脂环烃的定义和命名定义：有环状碳骨架，性质与脂肪族烃相似。1.环烷烃的命名：①以环为母体，环上侧链作为取代基。②编号以取代基的编号最小为原则。2.环烯烃的命名：1

1 课程名称：《有机化学 B》 第 8 周，第 5 讲次 摘 要 授课题目（章、节） 第五章 脂环烃 5.1 脂环烃的定义和命名 5.2 环烷烃的工业来源 5.3 环烷烃的物理性质 5.4 环烷烃的化学性质 5.5 环烷烃的结构 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】 1． 掌握脂环烃的命名； 2． 了解环烷烃的工业来源； 3． 掌握环烷烃的结构和化学性质（环烷烃的加成和取代、氧化反应）； 4． 了解环烷烃的大小与稳定性的关系； 5． 理解环已烷的构象分析。 【重 点】脂环烃的命名，环烷烃的结构和化学性质，环烷烃的大小与稳定性的关系。 【难 点】环已烷的构象，环烷烃的结构和稳定性。 内 容 【本讲课程的引入】前面各章讨论的都是开链烃，即脂肪烃。本章所要讨论的是结构上具 有环状碳骨架，而性质上与脂肪烃相似的烃类，它们总称脂环烃。 【本讲课程的内容】 第五章 脂环烃 5.1 脂环烃的定义和命名 定义：有环状碳骨架，性质与脂肪族烃相似。 ⒈ 环烷烃的命名： ① 以环为母体，环上侧链作为取代基。 ② 编号以取代基的编号最小为原则。 ⒉ 环烯烃的命名：

①以不饱和环为母体，侧链作为为取代基。②编号顺序应使不饱和键位号最小。③若不饱和环有侧链时，则该碳编号为1号。④若都有，或都没有，则除使双键位号最小外，还同时应使侧链位置号码加和数最小为原则。3.螺环化合物的定义与命名：双环化合物定义：含有两个碳环。螺环化合物定义：共用一个碳原子的双环化合物共用碳原子称为螺原子命名原则：①由碳原子总数称为“某烷”，并加词头“螺”②把两个环的碳原子数（不包括螺原子）按由小到大顺序写在方括号内，数字用圆点分开。③有取代基时，编号从小环开始编号，经过螺原子再编次长环，使取代基位号最小。④有不饱和双键时，应使双键位号最小。例如：CH3CH1.5一二甲基螺[2，41庚烷4.桥环化合物的命名：定义：双环共用两个或多个碳原子。共用碳原子称为桥头碳原子。命名原则：2

2 ① 以不饱和环为母体，侧链作为为取代基。 ② 编号顺序应使不饱和键位号最小。 ③ 若不饱和环有侧链时，则该碳编号为1号。 ④ 若都有，或都没有，则除使双键位号最小外，还同时应使侧链位置号码加和数最小 为原则。 ⒊ 螺环化合物的定义与命名： 双环化合物定义：含有两个碳环。 螺环化合物定义：共用一个碳原子的双环化合物；共用碳原子称为螺原子 命名原则： ① 由碳原子总数称为“某烷”，并加词头“螺”； ② 把两个环的碳原子数（不包括螺原子）按由小 到大顺序写在方括号内，数字用圆 点分开。 ③有取代基时，编号从小环开始编号，经过 螺原子再编次长环，使取代基位号最小。 ④有不饱和双键时，应使双键位号最小。 例如： CH3 CH3 7 6 5 4 3 2 1 1,5—二甲基螺[2，4]庚烷 ⒋ 桥环化合物的命名： 定义：双环共用两个或多个碳原子。共用碳原子称为桥头碳原子。 命名原则：

①从桥头碳原子开始，先编大环至第二个桥头碳原子，再编余下的较长的桥，回到第个桥头，最后再编小环。②环的大小顺序是由大到小例如：CH332—甲基双环[2.2.1]庚烷5.23环烷烃的工业来源1石油分馏2石油催化裂解环烷烃的物理性质5.33环烷烃的熔沸点和密度都比同碳原子数的烷烃高一些。例如：沸点（℃）熔点（℃）相对密度（d420）丙烷-42.2-187.10.5824环丙烷-32.7-127.60.689环烷烃的化学性质5.45.4.1取代反应.CIhy+ Cl2+ HCICH3CH3-CIhyHCICl2++5.4.2开环反应一加成反应3

3 ① 从桥头碳原子开始，先编大环至第二个桥头碳原子，再编余下的较长的桥，回到第 一个桥头，最后再编小环。 ② 环的大小顺序是由大到小 例如: CH3 7 6 5 4 3 2 1 2—甲基双环[2.2.1]庚烷 5.2 环烷烃的工业来源 1 石油分馏 2 石油催化裂解 5.3 环烷烃的物理性质 环烷烃的熔沸点和密度都比同碳原子数的烷烃高一些。 例如： 沸点（℃） 熔点（℃） 相对密度（d4 20） 丙烷 -42.2 -187.1 0.5824 环丙烷 -32.7 -127.6 0.689 5.4 环烷烃的化学性质 5.4.1 取代反应 + Cl2 hv + HCl Cl + Cl2 hv + HCl CH3 CH3 Cl 5.4.2 开环反应—加成反应

(1）催化加氢例如：NiCH,CH,CHH280℃NiCH3CH2CH2CH3H2+200℃NiCH3CH2CH2CH2CH3H2300℃NiCH;CH2CH2CH2CH2CHH2>300℃(2）加卤素或卤化氢CCI4+ Br2BrCH2CH2CH2BrH,0+HBr0CH3CH2CH2BiCH3+HBr-→CH3CHCH2CH3Br注意：环的破裂发生在含氢最多和含氢最少的两个碳原子之间。环丁烷常温下不反应。(3)氧化反应一般条件下不与氧化剂反应，但在加热时与强氧化剂作用。例如：CH,CH2COOHHNO,CH2CH2COOH5.5环烷烃的结构5.5.1环丙烷的结构如图：4

4 ⑴ 催化加氢 例如： + H2 Ni 80 C CH3CH2CH3 + H2 Ni 200 C CH3CH2CH2CH3 + H2 Ni 300 C CH3CH2CH2CH2CH3 + H2 Ni >300 C CH3CH2CH2CH2CH2CH3 ⑵ 加卤素或卤化氢 + Br2 CCl4 BrCH2CH2CH2Br + HBr CH3CH2CH2Br H2O + HBr CH3 CH3CHCH2CH3 Br 注意：环的破裂发生在含氢最多和含氢最少的两个碳原子之间。 环丁烷常温下不反应。 ⑶ 氧化反应 一般条件下不与氧化剂反应，但在加热时与强氧化剂作用。 例如： HNO3 CH2CH2COOH CH2CH2COOH 5.5 环烷烃的结构 5.5.1 环丙烷的结构 如图:

CH2CH2CH2环丙烷中的碳原子采用sp3杂化但轨道的键角不是109.5°环丙烷分子的键：104°碳原子形成的C一Cα键，不能沿轨道的对称轴实现最大的交盖。交盖较好交盖较差环张力：①角张力：键角偏离正常键。②扭转张力：相邻两个碳上的C一H键是重叠式。△H/n：每增加一个CH2的燃烧热值。总张力=3[（697.1KJ/mol）△H/n—658.6]=115.5KJ/mol因此环丙烷易开环。5.5.2环丁烷的结构环丁烷的构象：

5 CH2 CH2 CH2 环丙烷中的碳原子采用 sp3 杂化但轨道的键角不是 109.5°。 环丙烷分子的键： 碳原子形成的 C—Cσ键，不能沿轨道的对称轴实现最大的交盖。 交盖较好 交盖较差 环张力： ①角张力：键角偏离正常键。 ②扭转张力：相邻两个碳上的 C—H 键是重叠式。 △Hc/n：每增加一个 CH2 的燃烧热值。 总张力=3[（697.1KJ/mol）△Hc/n—658.6]=115.5KJ/mol 因此环丙烷易开环。 5.5.2 环丁烷的结构 环丁烷的构象： 104°

每个碳原子仍然采用sp杂化，键角也偏离正常键角。角偏离程度比环丙烷弱，且环丁烷是非平面结构。环丁烷分子中的键：5.5.3环戊烷的结构环戊烷的构象：CCC夹角基本呈108接近109.5，且没有什么角张力，且是非平面结构，扭转张力很小，因此环戊烷比较稳定。总张力能=27.0KJ/mol5.5.4环已烷的结构船式构象椅式构象键角基本保持在109.5°，也是非平面结构。较大取代基占据e键，比较稳定。椅式构象没有角张力，也没有扭转张力，非常稳定，体现了链烷烃的性质。6

6 H H H H H H H H 每个碳原子仍然采用 sp3 杂化，键角也偏离正常键角。角偏离程度比环丙烷弱，且环 丁烷是非平面结构。 环丁烷分子中的键： 5.5.3 环戊烷的结构 环戊烷的构象： C—C—C 夹角基本呈 108 接近 109.5，且没有什么角张力，且是非平面结构，扭转张 力很小，因此环戊烷比较稳定。 总张力能=27.0KJ/mol 5.5.4 环己烷的结构 C1 C4 椅式构象 船式构象 键角基本保持在 109.5°，也是非平面结构。 较大取代基占据 e 键，比较稳定。椅式构象没有角张力，也没有扭转张力，非常 稳定，体现了链烷烃的性质

【本讲课程的小结】本部分主要介绍了脂环烃的制备、分类、命名和结构特点，以及它们的物理化学性质。通过本部分的学习，应重点掌握脂环烃的命名，掌握环烷烃的结构和化学性质（环烷烃的加成和取代、氧化反应）；了解环烷烃的大小与稳定性的关系；理解环已烷的构象分析，了解环状化合物的顺反异构。【本讲课程的作业】P109一1111、6、8题7

7 【本讲课程的小结】本部分主要介绍了脂环烃的制备、分类、命名和结构特点，以及它们 的物理化学性质。通过本部分的学习，应重点掌握脂环烃的命名，掌握环烷烃的结构和化 学性质（环烷烃的加成和取代、氧化反应）；了解环烷烃的大小与稳定性的关系；理解环已 烷的构象分析，了解环状化合物的顺反异构。 【本讲课程的作业】P109－111 1、6、8 题