具有與相應的脂鏈烴相似性質的環烴,分子中含有閉合的碳環,但不含苯環。
結構 脂環烴的結構式常用多邊形表示,多邊形的每個頂點代表一個碳原子和扣除取代基後使碳原子保持4價所需的氫原子。脂環烴也可含有兩個以上的碳環,它們可用多種方式連接:分子中兩個環可以共用一個碳原子,這種體系稱為螺環(見螺環化合物);環上兩個碳原子之間可以用碳橋連接,形成雙環或多環體系,稱為橋環;幾個環也可以互相連接形成籠狀結構。一些脂環烴的結構見圖。
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命名 單環烴的命名是用環字表示環烴,用丙、丁、戊等表示環內碳原子的數目,烷、烯、炔等表示環內隻有單鍵或有雙鍵、三鍵,取代基的表示方法與鏈烴相同。雙環烴是根據環內碳原子的總數稱為雙環[ ]某烷(或烯),在方括號內用阿拉伯數字表示連接橋頭碳原子的每個碳橋上碳原子的數目,先寫大環的碳原子數。如兩個橋頭碳原子直接相連,則橋上碳原子數為0,阿拉伯數字之間用圓點分開。螺環的命名與雙環化合物相似,根據環上碳原子的總數稱為螺[ ]某烷(或烯),在方括號內用阿拉伯數字表示除共用碳原子外,兩個環上碳原子的數目,先寫小環的碳原子數。更復雜的化合物常用習慣名。
分類 可按環內是否含雙鍵或三鍵分為環烷、環烯、環炔。
環烷 單環環烷的通式為CnH2n,同系列第一個成員為環丙烷。環丙烷分子中,3個碳原子組成一平面,6個氫原子分別在環平面的上方和下方,2個C─C鍵間的角度為60°,比正常的鍵角109°28′小得多,因此有較大的張力。環丁烷分子中的四元環是扭曲的,這樣可使兩個相鄰碳原子上的氫不完全重疊。四元環也有張力,但比三元環小。環戊烷分子中5個碳原子也不在同一平面上。環己烷有椅式和船式兩種構象,椅式比船式穩定,在室溫下差不多完全為椅式構象。
三元環、四元環稱為小環,五元環至七元環稱為正常環,八元環至十一元環稱為中級環,十二元環以上稱為大環。小環和中級環都有因偏離正常正四面體的角度而引起的角張力,正常環的角張力很小,大環沒有角張力。
在室溫和常壓下,環丙烷和環丁烷為氣體,環戊烷至環十一烷為液體,環十二烷以上為固體。環烷的熔點、沸點和相對密度都比含同數碳原子的直鏈烷高。一些環烷的物理常數見表。
一些環烷的物理常數名稱 | 熔點(℃) | 沸點(℃) |
---|---|---|
環丙烷 | –127.6 | –32.7 |
環丁烷 | –50 | 12 |
環戊烷 | –93.9 | 49.2 |
環己烷 | –6.5 | 80.7 |
環庚烷 | –12 | 118.5 |
環辛烷 | –14.3 | 148~149(749mmHg) |
環十一烷 | –21.7 | 221 |
環十二烷 | 60.7 | 239 |
環戊烷、環己烷及其烷基取代物存在於某些石油中。環己烷是重要的化工原料。
環烯和環炔 環丙烯環的張力很大,在低溫(液氮)下穩定,在室溫下自動聚合,但從植物中提取出來的蘋婆酸:
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炔烴分子中C—C≡C—C結構單元在一條直線上,因此隻有較大的環才能容納炔鍵,環辛炔是已合成的最小的環炔烴。