環烷烴

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簡介

各種有機化合物，例如環烷烴，根據其結構具有不同的特徵。人體脂肪存在於人類和一些食物中，以及頭髮產品中，都含有這些烴類。因此，這些有機化合物可以在日常生活的方方面面找到。許多天然存在或在實驗室合成的有機化合物包含具有獨特化學特性的碳 (C) 原子環；這些化合物被稱為環烷烴。環烷烴僅具有碳氫 (C-H) 鍵，也具有碳碳 (C-C) 單鍵，但 C 原子排列成環狀。環丙烷是最小的環烷烴。

什麼是環烷烴？

一些有機複合物是環烷烴。它們可以根據其結構而有所不同。現實世界中的所有事物都是由烴類構成的。由於它們的飽和性質，它們的結構類似於由這些烴類組成的環。它們由形成環狀結構的氫 (H) 和碳 (C) 鍵組成，並且所有種類都穩定。最穩定的環烷烴是最小的環烷烴。

C_n H_2n 是確定環烷烴型別的通用公式。在這個公式中，“n”表示化學分子中原子數。它們包括環戊烷 (C₅ H₁₀)、環丁烷 (C₄ H₈)、環己烷 (C₆ H₁₂)、環庚烷 (C₇ H₁₄)、環辛烷 (C₈ H₁₆) 等。這些環烷烴中 C 原子的數量各不相同。

烴類的分類

根據其結構中的碳骨架，烴類可分為兩大類。

無環/開鏈烴

由可能分支也可能不分支的碳化合物的直鏈組成。沒有環狀結構。

開鏈烴有兩種型別 -

• 直鏈烴

  直鏈烴進一步分為兩種型別 -

  • 飽和烴：飽和烴是具有碳碳 (C-C) 單鍵的化合物。這些也稱為烷烴。

  • 不飽和烴：不飽和烴是具有碳碳雙鍵或三鍵的碳化合物（烷烴）（炔烴）。

• 支鏈烴

閉鏈/環狀烴

閉鏈烴是具有環狀碳骨架的烴類。

這些烴類進一步分類如下 -

• 芳香烴

• 脂環烴

有機化合物和環烷烴

以前認為有機化合物是從自然界和生物體中獲得的，並且不能在實驗室中製備。當維勒在實驗室中用無機物質氰酸銨製備尿素時，這種描述被推翻了。最終，有機化合物被定義為其結構中含有碳 (C) 元素的化合物。有機化學是研究有機化合物（碳 (C) 化合物）的一個科學分支。

環烷烴的命名法

環己烷中只有一個環，其命名方法是在烷烴的原始名稱前新增字首“環”。它表示環烷烴中碳原子的數量。

例如，環丙烷以一個具有三個 C 原子和六個 H 原子的碳 (C) 環命名。

環中 C 原子的數量	字首	名稱	IUPAC 名稱
4	環	丁烷	環丁烷
6	環	己烷	環己烷

在列出的複合物中，只有碳和氫存在。

當任何取代基透過取代任何一個氫原子連線到碳 (C) 環上時，根據官能團的優先順序序列新增字尾和字首。也不說明基團的位置。

環中 C 原子的數量	取代基	字首	字尾	IUPAC 名稱
6	-OH	-	醇	環己醇
6	-Cl	氯	-	氯環己烷

當存在多個取代基透過取代 2 個 H 原子時，則優先順序最高的基團獲得最低編號。當存在多個優先順序基團時，使用字母順序。例如，如果存在 2 個基團，“乙基”和“甲基”，則“乙基”基團具有最低編號。

環烷烴的性質

• 它們具有較高的熔點和沸點。

• 它們排列更緊密。

• 它們具有許多倫敦或色散力。

• C 原子在其環狀結構中彼此靠近。

• 它們反應性極強。

• 它們存在明顯的角張力。

• 前 4 類在室溫下呈氣態。

• 它們不溶於水。

• 燃燒時它們的分子會被破壞。

常見用途

• 它們用作藥物開發中的有機溶劑。

• 這些用於生產頭髮產品以及食品行業。

• 在醫學領域，環烷烴環丙烷用作麻醉劑。

• 衍生自環丁烷的卡鉑用於治療癌症。

• 它們也用於石油和天然氣行業。

• 它們的類別用於在香水行業中進行著色和作為香料。

• 一些飽和烴作為類固醇存在於植物和動物組織中。

結論

各種有機化合物（例如環烷烴）的結構根據其結構進行區分。最小的環烷烴是最穩定的環烷烴，即環丙烷。確定環烷烴型別的通用公式為 C_n H_2n。它們具有不同的 C 原子數。它們應用於各個領域，例如石油和天然氣行業、製藥、化妝品以及食品行業。一些飽和烴也作為類固醇存在於植物和動物組織中。它們往往具有較高的熔點和較高的沸點。它們排列更緊密，並且反應性極強。根據其結構中的碳 (C) 骨架，烴類可分為無環/開鏈烴和閉鏈/環狀烴。

常見問題

1. 環己烷（環烷烴）的構象異構體是什麼？

除了 6 個 C 原子外，它們還包含 12 個 H 原子。它們的構象異構體包括椅式構象、船式構象和半椅式構象。每種形狀都不同。

2. 以下哪種環烷烴最穩定？

最穩定的環烷烴是最小的環烷烴。環丙烷是最穩定的環烷烴。它具有三角形結構，結構式為 (CH₃ CH₂ CH₃)。

3. 環烷烴環張力的定義是什麼？

環張力是在分子中的鍵形成異常角度時產生的不穩定性，其中 109.5° 是 sp³ 雜化碳 (C) 的理想鍵角。它會影響較小環烷烴的結構，增加它們的勢能。環張力等於扭轉張力加上空間張力加上角張力。

4. 哪個紐曼投影是最穩定的？

在室溫下，分子的交叉式和重疊式構象通常會相互轉化，但每種構象及其相應的紐曼投影並不都同樣穩定：交叉式構象比重疊式構象更穩定（具有較低的能級）。

5. 軸向和赤道位置之間到底有什麼區別？

椅式構象中的每個 C 原子都具有軸向和赤道位置。軸向取代基沿著垂直軸位於環的上方和下方，而赤道取代基位於環的赤道周圍的平面上。在環翻轉期間，軸向和赤道位置會相互轉換。