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。
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●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：
●农用保水剂教学方法与手段
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。
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。 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：双环屏式电脑[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，再从该桥头碳沿着次大环继续编号，最短的桥上的碳原子最后编号。分子中含有双键或取代基时，只是尽可能使其位次最小，并用阿拉伯数字表示。以二环、三环等做词头，据成环碳原子的总数称为某烃，在环字后面的【】中注明各桥中所含的碳原子数，大数在前，小数在后，数字之间用下角“.”隔开。例如：
(2) 螺环烃的命名
固定格式：螺[a.b]某烃(a≤b)
先螺原子，编号从与螺原子相连的碳开始，沿小环编到大环。根据所有环上碳原子的总数称为螺[a.b]某烃，在螺字后面的【】中注明两个碳环（除螺原子外）各自所有的碳原子数数目，小数在前，大数在后，数字之间用下角“.”隔开。例：
(3) 稠环烃的命名
同桥环烃的命名。
多环化合物的命名也遵循上述规则，即先视作双环把主环和主桥编号（如下例：最大的环为8元环，为主环，C1和C5为主桥的桥头碳），然后编第二号桥、第三号桥等等（下例的C3和C7为第二桥的桥头碳）并注明其桥头碳（如下例的前三个数3.3.1是主桥的原子数，后一个13,7是第二桥的原子数，其右上角3,7是桥头碳编号。
近年来合成了很多新型结构的多环化合物，引起了有机化学家很大兴趣。为了简便，合成的这些化合物也规定了简称，如：立方烷、篮烷、棱晶烷、金刚烷弹性垫片。
第二节 环烷烃的结构和稳定性
环的稳定性与环的大小有关。三碳环最不稳定，四碳环比三碳环稍稳定一点，五碳环较稳定，六碳环及六碳以上的环都较稳定，如何解释这一事实？
2.1张力学说
1885年A.Von Baeyer 提出了张力学说。其合理部分要点是：①当碳与其他原子连结时，任何两个键之间夹角都为四面体角(109.5°)②碳环中的碳原子都在同一平面内，键角与109.5°相差越大，越不稳定。
环丙烷是三角形，夹角是60°。环中每个碳上的两C-C 键，不能是109.5°，必须压缩到60°适应环的几何形状，这些与正常的四面体键角（109.5°）的偏差，引起了分子的张力，力图恢复正常键角，这种力称做角张力，这样的环叫做＂张力环＂。张力环和其键角与四面体分子相比是不稳定的，为了减小张力，张力环有生成更稳定的开链化合物的倾向。所以环丙烷不稳定。
环丙烷的结构现代物理方法测得，环丙烷分子中三个碳原子共平面。显然，环丙烷中没有
正常的C－C键，而是形成“弯曲键”：
由于环丙烷分子中的C－C键不是沿轨道对称轴实现头对头的最大重叠，而重叠较少，张力较大，具有较高的能量。根据结构与性能的关系，环丙烷的化学性质应该活泼，容易开环加成。
环丁烷分子中的碳采取sp3杂化，轨道夹角109.5°。
若四个碳形成正四边形，内角应为钢丝绳卷筒90°。角度偏差：109.5°－90°＝19.5°＜109.5°－60°＝49.5°。环丁烷中的C－C键也是“弯曲键”，但弯曲程度较小。∴环丁烷较环丙烷稳定，但仍有相当大的张力，属不稳定环，比较容易开环加成。
电子衍射研究说明，环丁烷分子中四个碳原子不共平面，而呈“蝴蝶型”结构，这样可使部分张力得以缓解。
环戊烷分子中的碳采取sp3杂化，轨道夹角109.5°。正五边形内角为108°，角度偏差：109.5°－108沼气储气罐°＝1.5°
可见，环戊烷分子中几乎没有什么角张力，故五元环比较稳定，不易开环，环戊烷的性质与开链烷烃相似。
事实上，环戊烷分子中的五个碳原子亦不共平面，而是以“信封式”构象存在，使五元环的环张力可进一步得到缓解。
2.2燃烧热
所谓燃烧热就是指一摩尔分子燃烧时放出的热量，它的大小反映出分子内能的高低。
环烷烃的环张力越大，表明分子的能量越高，稳定性越差，越容易开环加成。可用环烷烃每个CH2单位的燃烧热来表明环张力的大小。一些环烷烃的燃烧热如下所示：
以上的数据说明：环越小，每个CH2的燃烧热越大，环张力越大。
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