一、脂環(huán)烴的分類和命名
脂環(huán)烴分為飽和環(huán)烴和不飽和脂環(huán)烴。飽和脂環(huán)烴稱為環(huán)烷烴;不飽脂環(huán)烴又分為環(huán)烯烴和環(huán)炔烴。環(huán)烷烴和環(huán)烯烴較多見,環(huán)炔烴則較少見。依環(huán)數(shù)多少又可把脂環(huán)烴分為單環(huán)脂烴和多環(huán)脂烴。
環(huán)烷烴中只有一個碳環(huán)的稱為單環(huán)烷烴,它的通式為CnH2n,與單烯烴互為同分異構體。單環(huán)烷烴可分為大環(huán)(環(huán)上的碳原子數(shù)≥12)、中環(huán)(8~11個碳)、普通環(huán)(5~7個碳)和小環(huán)(3~4個碳)。到目前為止,已知的大環(huán)有三十碳環(huán),最常見的是五碳環(huán)(環(huán)戊烷)和六碳環(huán)(環(huán)己烷)。
單環(huán)烷烴的命名是根據(jù)組成環(huán)的碳原子數(shù)為環(huán)某烷。例如:
環(huán)上如有取代基時,取代基的位次盡可能采用最小數(shù)標出;若有不同取代基時,則以含碳最少的取代基作為1位。例如:
單環(huán)烯烴的命名,稱為環(huán)某烯。標明雙鍵位置以最小的數(shù)為原則。若有取代基時,取代基的位置數(shù)則以雙鍵為準依次排列。例如:
脂環(huán)烴中具有幾個環(huán)(常見的為雙環(huán))且共用一個、兩個或兩個以上碳原子的叫做多環(huán)脂烴。
二、環(huán)烷烴的結構
環(huán)烷烴中的碳原子也是sp3雜化的,它們的雜化軌道之間的夾角應為109°28′。但環(huán)丙烷的三個碳原子在一個平面上,C-C間的sp3雜化軌道沒有在兩原子核連線的方向上重疊,也就是沒有達到最大程度的重疊,如圖12-1。所以分子內(nèi)存在一種達到最大重疊的傾向,這種傾向就叫做“張力”。因此內(nèi)能較高,環(huán)不穩(wěn)定。環(huán)丁烷的情況與環(huán)丙烷相似,分子中也存在著張力,但比環(huán)丙烷要穩(wěn)定得多。
圖13-1 環(huán)丙烷中sp3雜化軌道重疊示意圖
五個碳以上的環(huán)烷烴環(huán)上的碳的碳原子并不都在同一平面上,C-C鍵角為109°28′左右。例如環(huán)戊烷的組成環(huán)的五個碳中只有四個是處在同一個平面上,另一個碳在平面外。這樣的結構在不斷地翻動著,處于平面外的碳沿著環(huán)迅速地變換。因而環(huán)戊烷是一個有一只角向上的近平面結構。
環(huán)戊烷
環(huán)己烷有四個碳原子在一個平面上,其它兩個碳一個在此平面的上方,另一個在這個平面的下方(椅型);或者兩個都在此平面的上方(船型)。
椅式 船式
環(huán)己烷的六個成環(huán)碳原子不共平面,C-C-C鍵角保持正常鍵角109°28′。通過鍵的扭動可 以得到椅型和船型兩種不同的排列方式。