第四章第四章 环环 烃烃本章提要本章提要4.1 脂环烃：分类命名和异构（B）环烷的结构（B）环己烷及其衍生物的构象（A）脂环烃的性质（B）4.2 芳香烃；芳香烃的分类（B）苯的结构（B）芳烃的异构现象及命名（B）单环芳烃的化学性质（A）亲电取代反应的历程（A）苯环的亲电取代定位效应（B）定位规律与电子效应（B）4.3 稠环芳烃：结构特点（B）萘（B）蒽和菲（B）本章重点本章重点 一、环己烷的椅式及船式构象，a键及e键及其稳定性二、苯的结构及苯环上的取代反应 三、苯环上亲电取代反应历程本章难点本章难点 一、环己烷及取代环己烷的稳定构象的规律 二、苯环上亲电取代反应历程及定位规律一一.环烷烃的分类、命名和异构环烷烃的分类、命名和异构二二.环烷烃的物理性质和化学反应环烷烃的物理性质和化学反应三三.环烷烃的稳定性环烷烃的稳定性四四.环烷烃的构象环烷烃的构象五五.环烷烃的合成环烷烃的合成第一节 环烷烃主 要 内 容概述：概述：单环环烷烃通式：CnH2n ,与烯烃互为异构体环烷烃的性质与烷烃相似一.环烷烃的分类、命名和异构 (Classification,Nomenclature,Isomerism of Cycloalkanes)在环烷烃分子中碳原子以单键互相连接成闭合的碳环，剩余的价完全与氢原子相连。
环烃环烃脂环烃脂环烃芳烃芳烃环烷烃环烷烃环烯烃环烯烃环炔烃环炔烃单环烷烃单环烷烃桥环烷烃桥环烷烃螺环烷烃螺环烷烃集合环烷烃集合环烷烃单环芳烃单环芳烃多环芳烃多环芳烃非苯芳烃非苯芳烃多苯代脂烃多苯代脂烃联苯联苯稠环芳烃稠环芳烃1.环烃的分类单环体系小环：34个碳原子普通环：57个碳原子中环：811个碳原子大环：12个以上碳原子多环体系螺环：两个环公用一个碳原子，公用的碳叫螺碳桥环：两个环公用两个或两个以上碳原子螺碳桥头碳桥头碳2.异构异构构造异构:顺反异构：例：例：C5H10的环烷烃异构的环烷烃异构构造式相同，分子中原子在空间的排列方式不同由于环的存在，使C-C键不能旋转而引起的3.命名1)单环环烷烃 确定母体：环某烷（由环中总碳数确定）确定母体：环某烷（由环中总碳数确定）甲基环己烷甲基环己烷 1-甲基甲基-2-乙基环戊烷乙基环戊烷 编号：若环上有取代基，编号尽可能小若有不同取编号：若环上有取代基，编号尽可能小若有不同取代基，要用较小的数字，表示较小取代基的位置代基，要用较小的数字，表示较小取代基的位置1-甲基甲基-4-异丙基环己烷异丙基环己烷 书写同烷烃顺反异构体：顺式（cis）：相同基团在平面的同侧。
反式（trans）：相同基团在平面的两侧反反-1,3-二甲基环戊烷二甲基环戊烷顺顺-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷反反-1-乙基乙基-3-异丙基环戊烷异丙基环戊烷 确定母体：螺某烷（由螺环中总碳数确定）编号：先编小环后编大环从小环中和螺碳相 邻的碳开始编号，使取代基位次最小12375612345678螺2.4庚烷41,6-二甲基螺3.4辛烷2)2)多环烃多环烃螺环烃螺环烃:位次位次取代基位置取代基位置用用阿阿拉拉伯伯数数字字，数数字字间间用用逗逗号号隔隔开开（半半字字线线）取代基名称取代基名称相相同同的的取取代代基基合合并并起起来来，用用一一、二二、三三 表表示示螺螺a.b某烷某烷除除螺螺碳碳外外每每个个环环中中的的碳碳原原子子数数a 为为小小环环中中的的，b 为为大大环环中中的的螺数螺数 +带数字的方括号带数字的方括号 +母体烃的名称母体烃的名称 写法：编号：先编大桥后编小桥，从桥头碳开始编，使 取代基位次最小环数的确定：把桥环烃变为链烃，打开几次，就 是几元环确定母体：几环某烷（由桥环中总碳数确定）12345677,7-二氯二环二氯二环4.1.0庚烷庚烷桥环烃：桥环烃：位次位次取代基位置取代基位置用用阿阿拉拉伯伯数数字字，数数字字间间用用逗逗号号隔隔开开（半半字字线线）取代基名称取代基名称相相同同的的取取代代基基合合并并起起来来，用用一一、二二、三三 表表示示几环几环a.b.c某烷某烷除除桥桥头头碳碳外外每每个个桥桥中中的的碳碳原原子子数数。
由由大大桥桥到到小小桥桥写法：写法：1234567891,9-二甲基二甲基-3-乙基二环乙基二环4.2.1壬烷壬烷12345672,7,7-三甲基二环三甲基二环2.2.1庚烷庚烷 二.环烷烃的物理性质和化学反应 (Physical Properties,Chemical Reactions of Cycloalkanes)1.物理性质（自学）物理性质（自学）2.化学反应化学反应1).取代反应取代反应机理：自由基机理机理：自由基机理取代反应一般在五、六元环上易发生取代反应一般在五、六元环上易发生加加 H2由上面反应条件可以看出，小环发生加成反应活性大2)加成反应加成反应小环易发生加成反应小环易发生加成反应不发生加成反应不发生加成反应 加加 X2 加加 HX（主）（主）不对称环丙烷加不对称环丙烷加 HX 的规律：的规律：开环位置：在含氢最多与含氢最少的两个碳之间开环位置：在含氢最多与含氢最少的两个碳之间氢加在含氢较多的碳原子上氢加在含氢较多的碳原子上3)氧化反应氧化反应 环丙烷与烯烃既类似又有区别，它有抗氧化能力，不使KMnO4水溶液褪色环丙烷环丙烷不饱和烃不饱和烃可用此区别可用此区别三.环烷烃的稳定性(Stability of Cycloalkanes)为什么三元环不稳定易发生加成？为什么五元环、六元环较稳定不易发生开环加成，而易发生取代？1.拜尔（Baeyer）张力学说要点 形成环的碳原子都在同一平面上，并排成正多边形。
形成环的碳原子都在同一平面上，并排成正多边形正常正常C-C键之间夹角为键之间夹角为109.28，环中，环中C-C键之间夹角为了键之间夹角为了保持保持109.28，环中的键角要扩张或压缩，从而产生张力环中的键角要扩张或压缩，从而产生张力键角变形程度越大，张力越大键角变形程度越大，张力越大张力使环的稳定性降低，张力越大，环的反应性越大张力使环的稳定性降低，张力越大，环的反应性越大例：例：b.环丙烷的键角偏转大于环丁烷，因此环丙烷反应活性大于环丙烷的键角偏转大于环丁烷，因此环丙烷反应活性大于 环丁烷拜尔张力学说的不足之处：拜尔张力学说的不足之处：由拜尔张力学说，比六元环大的环都有偏转角，并且环越由拜尔张力学说，比六元环大的环都有偏转角，并且环越大，偏转角越大，张力越大这一推论不正确这是由于张力大，偏转角越大，张力越大这一推论不正确这是由于张力学说前提不合理，即学说前提不合理，即环中碳原子在同一平面内不合理环中碳原子在同一平面内不合理拜尔张力学主要存在于小环中拜尔张力学主要存在于小环中由上面计算可知：由上面计算可知：a.环戊烷、环己烷偏转角度最小，也最稳定环戊烷、环己烷偏转角度最小，也最稳定单环环烷烃单环环烷烃(CH2)n的燃烧热的燃烧热kJ mol-1(298K)可看出：小环：三元、四元环张力很大。
可看出：小环：三元、四元环张力很大普通环：五、六、七环张力很小普通环：五、六、七环张力很小中环：中环：811环，张力较普通环大环，张力较普通环大大环：大环：n12，几乎无张力几乎无张力2.燃烧热与环烷烃的稳定性燃烧热与环烷烃的稳定性燃烧热燃烧热纯粹的化合物完全燃烧所放出的热纯粹的化合物完全燃烧所放出的热化合物的燃烧热越大，化合物越不稳定化合物的燃烧热越大，化合物越不稳定四.环烷烃的构象(Conformation of Cycloalkanes)1.环己烷的构象环己烷的构象椅式椅式半椅式半椅式船式船式扭船式扭船式1)椅式椅式123456碳碳1、2、4、5在同一平面上，是椅座在同一平面上，是椅座碳碳1、5、6在同一平面上，是椅背在同一平面上，是椅背碳碳2、3、4在同一平面上，是椅腿在同一平面上，是椅腿C3C3：三重对称轴即绕此轴旋转：三重对称轴即绕此轴旋转120或其倍数，得到的构或其倍数，得到的构 型与原来的构型一样型与原来的构型一样椅式椅式C-H键的分类：键的分类：6个直立键：个直立键：3个朝上，个朝上，3个朝下都叫都叫a键平行于键平行于C3轴6个平伏键：个平伏键：3个朝上，个朝上，3个朝下。
个朝下都叫都叫e键，与直立键成键，与直立键成10928/C3 椅式是环己烷的最稳定的构象，在各种构象的平衡混合椅式是环己烷的最稳定的构象，在各种构象的平衡混合 物中，椅式占物中，椅式占99.9%结论：结论：因为在椅式构象中，相邻两个碳原子上因为在椅式构象中，相邻两个碳原子上C-H键都处于交叉式键都处于交叉式张力能为零张力能为零室温下环己烷分子由于热运动，可以从一个椅式经过环的室温下环己烷分子由于热运动，可以从一个椅式经过环的 翻转，成为另一个椅式构象翻转，成为另一个椅式构象123456123456 椅式构象用纽曼投影式表示椅式构象用纽曼投影式表示(从从C3朝朝C4看，看，C1朝朝C6看）2516432)船式船式 123456碳碳1、2、4、5在同一平面上在同一平面上碳碳3、6在平面的同侧在平面的同侧C1和和C2及及C4和和C5上的基团都处于重叠式上的基团都处于重叠式C3和和C6上的两个上的两个C-H离得较近，互相排斥，所以内能高，离得较近，互相排斥，所以内能高，不稳定3)扭船式扭船式 将船式构象扭动，使将船式构象扭动，使3、6两个碳错开，两个碳错开，C3和和C6上的两个上的两个C-H斥力减小，因此扭船式能量低于船式，但比椅式高。
斥力减小，因此扭船式能量低于船式，但比椅式高1234564)半椅式半椅式123456内能最高，内能最高，5个碳原子在一个平面上个碳原子在一个平面上5)环己烷四种典型构象的能量关系图环己烷四种典型构象的能量关系图椅式椅式半椅式半椅式扭船式扭船式船式船式E2.取代环己烷的构象取代环己烷的构象1)一取代环己烷一取代环己烷最稳定构象是取代基在一取代环己烷最稳定构象是取代基在e键上例：例：95%5%97%3%99.9%从实验事实看出：取代基体积越大，从实验事实看出：取代基体积越大，e取代占的比例越大取代占的比例越大2)多取代环己烷的构象多取代环己烷的构象结论：结论：多取代环己烷，多取代环己烷，e取代基最多的构象最稳定取代基最多的构象最稳定多取代环己烷，多取代环己烷，体积较大的取代基为体积较大的取代基为e型的构象型的构象 最稳定例例1：写出顺：写出顺-1,2-二甲基环己烷的最稳定构象二甲基环己烷的最稳定构象ae）（ae）（ee）（aa）稳定稳定例例2：写出反：写出反-1,2-二甲基环己烷的最稳定构象二甲基环己烷的最稳定构象从例从例1和例和例2可看出：可看出：1,2-二取代反式较顺式稳定二取代反式较顺式稳定。
例例3：写出顺：写出顺-1,3-二甲基环己烷的最稳定构象二甲基环己烷的最稳定构象ee例例4：写出反：写出反-1,3-二甲基环己烷的最稳定构象二甲基环己烷的最稳定构象ae从例从例3和例和例4可看出：可看出：1,3-二取代顺式较反式稳定二取代顺式较反式稳定同理可推出：同理可推出：1,4-二取代反式较顺式稳定二取代反式较顺式稳定练习：写出练习：写出最稳定构象最稳定构象写出顺写出顺-1-甲基甲基-4-叔丁基环己烷的最稳定构象叔丁基环己烷的最稳定构象写出写出最稳定构象最稳定构象写出写出 1-甲基甲基-4-叔丁基环己烷的最稳定构象叔丁基环己烷的最稳定构象写出写出最稳定构象最稳定构象五.环烷烃的合成(Synthesis of Cycloalkanes)1.武慈合成武慈合成2.芳香化合物的催化氢化芳香化合物的催化氢化 第二节第二节 芳香烃芳香烃（aromatic hydrocarbon）概述：一.苯的结构由元素分析，分子量测定，苯的分子式为：C6H6性质：.易取代，不易加成.一取代物只有一种.。