结论：三、四元环为张力环(strained rings) ，五元环为 无张力环，六元环及其更大的环也是张力环。
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
(二) 现代理论解释
环烷烃分子中的碳原子采取sp3杂化；除了环丙烷 以外，其它环烷烃的碳原子都不在同一平面上。
第二节 环烷烃(三、化学性质)
CH 3CH 2CH 2Br CH 3CH 2CH 2Br
+ HI
+ HI
CH3
CH
H2C
C CH3 + HBr
CH3
CH 3CH 2CH 2CH 2I CH 3CH 2CH 2CH 2I
CH3 CH3
CH2CH C CH3
H
Br
环丙烷的烷基取代物与HX开环加成, 环的开裂总是在含最 多H和最少H的碳原子间进行, 氢加到含氢多的碳原子上。
第二章 烷烃和环烷烃
二、环烷烃的结构与稳定性
(一) 张力学说
第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
1885年, Baeyer 假定, 环烷烃具有平面正多边形的结构：
Bond
angle
60°
90°
108°
120°
128.6
135°
环上C－C之间的键角偏离正常键角109°28′, 就会产生 角张力(angle strain), 偏差角越大张力越大, 分子越不稳定。
e
e
a
a
ae
ea a
e e
a→e
动画模拟：椅式环己烷的翻环作用
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
(二) 加成反应：
第二节 环烷烃(三、化学性质)
1. 催化加氢
CH2 H2C CH2
+ H2
Ni 80℃
CH3—CH2—CH3
H2 C—CH2 H2 C—CH2 + H2
Ni 200℃
CH3—CH2—CH2—CH3
+ H2 Ni/300℃ CH3—CH2—CH2—CH2— CH3
催化加氢易到难：环丙烷>环丁烷>环戊烷。≥6环烷烃更难。
几乎垂直于对称轴的C－H键,叫平伏键(e键)
邓健 制作 张静夏 审校
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
翻环作用：通过碳碳单键的转动,环己烷 一种椅式构象可以转变成另一种椅式构象。
转环前后，a键变e键，e键变a键。
a
a
a
a
e e
ea ae
a
e e
45.2kJ/mol 106 /s
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boat form
H H
5 H 3
上页
H H1H
6
HH
2
H下页 首页 13第二章 烷烃和环烷烃第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
(二) 构象异构的能量分析
船式(模型)
空间张力
H 重叠式的H
183pm
H
H
H H4
H 1 H HH
5
HH
6
HH
2 3
HH
1 6
H4
5
HH
3
2
H
H
HH
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第二章 烷烃和环烷烃
2. 加卤素
第二节 环烷烃(三、化学性质)
CH2 H2C CH2
+
Br2
室温
CCl4
CH2—CH2—CH2
Br
Br
+ Br2
Br
Br
邓健 制作 张静夏 审校
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第二章 烷烃和环烷烃
3. 加卤化氢
+ HBr + HBr
20℃
HH
透视式
Newman 投影式
重叠式 (扭转张力)
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
椅式(模型)
H
H
5
6
3 4
1,3-二竖键的相互作用力
H
1
1
6
5
2
4
交叉式
交叉式的 H
H H
2 3
椅式构象 99.9%
船式构象 0.1%
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第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
大环烷烃的结构
环庚烷 C7H14
环辛烷 C8H16
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
由于几何形状上的限制，环丙烷分子虽是平面结构，但成 键的电子云并不沿轴向重叠, 而是形成一种弯曲键。 键 角 与 轨 道的正常夹角有偏差, 造成重叠程度小, 键能下降,产生角张力。
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
(三) 椅式构象中的直立键和平伏键
axis
equator
5
3 4
1 6
2
5
3 4
1 6
2
C1C3C5的键竖直向上 C2C4C6的键垂直向下
C1C3C5的键下翘 C2C4C6的键上翘
与对称轴平行的C－H键, 叫直立键(a键)，
第二章 烷烃和环烷烃
三、环烷烃的性质
第二节 环烷烃(三、化学性质)
脂环烃的物理性质和化学性质与相应的脂肪烃 相似。环烷烃性质似烷烃。
但小环的环烷烃不稳定, 容易发生开环加成反应。
(一) 自由基取代反应：
300℃
+ Br2 ——>
Br + H—Br
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第二章 烷烃和环烷烃
环丁烷
环戊烷
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
环己烷（椅式构象）
分子中碳碳之间的键角能够保持或尽可能接 近109°28′。因此除了三、四元环为张力环以外 ，环戊烷及其以上的环烷烃都是稳定的。
邓健 制作 张静夏 审校
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第二章 烷烃和环烷烃
椅式
半椅式
扭船式
椅式
半椅式
船式
动画模拟： 船式构象与椅式构象的相互转化
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
棒 球 模 型4
5 6
1 3
2
5 4
3
6 1
2
chair form
H
5
透 视 式
H H
4
H
3
H
H
H
6H 1 H
HH
2
H
H4 H
H
香蕉键
环丙烷分子中 轨道部分重叠
开链或较大脂环化合物 中轨道可达到最大重叠
邓健 制作 张静夏 审校
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(二、结构与稳定性)
脂环烃的稳定性顺序(由小到大)：
三元环 < 四元环 < 五元环～六元环及以上的脂环烃
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
四、环己烷的构象异构
(一) 两种典型构象 —— 船式和椅式
船式构象
椅式构象
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第二章 烷烃和环烷烃
第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象)
环己烷的椅式构象和船式构象可以 通过分子中C—C 键的扭转互相转化。