任務四　環己烷及脂環烴的識用

實例分析

在環烷烴中，目前使用較多的是環己烷，主要用于制備環己醇、環己酮和尼龍6、尼龍66的原料。國內產量達到30萬～45萬噸/年。在涂料工業中廣泛用作溶劑，能溶解樹脂、脂肪、石蠟油類、丁基橡膠等。

一、環己烷

結構簡式，為單環脂環烴。

1.物理性質

有汽油氣味的無色流動性液體，沸點80.8℃，易揮發，不溶于水，可與乙醇、乙醚、丙酮、苯等多種有機溶劑混溶。在甲醇中的溶解度為100份甲醇可溶解57份環己烷（25℃）。易燃燒，蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限1.3％～8.3％（體積分數）。

2.化學性質及用途

環己烷對酸、堿比較穩定，與中等濃度的硝酸或混酸在低溫下不發生反應，與稀硝酸在100℃以上的封管中發生硝化反應，生成硝基環己烷。在鉑或鈀催化下，350℃以上發生脫氫反應生成苯。環己烷與氯化鋁在溫和條件下則異構化為甲基環戊烷。

（1）氧化反應

在不同的條件下環己烷氧化反應所得的主要產物不同。例如，在185～200℃，10～40atm下，用空氣氧化時，得到90％的環己醇。

若用脂肪酸的鈷鹽或錳鹽作催化劑在120～140℃、18～24atm下，用空氣氧化，則得到環己醇和環己酮的混合物。

高溫下用空氣、濃硝酸或二氧化氮直接氧化環己烷可得到己二酸。在鈀、鉬、鉻、錳的氧化物存在下，進行氣相氧化則得到順丁烯二酸。

環己醇、環己酮、己二酸均是重要的化工原料和中間體。

（2）鹵代反應

在日光或紫外光照射下與鹵素作用生成鹵代物。

環己烷是重要的化工原料，主要用于合成尼龍纖維。也是大量使用的工業溶劑，常用于塑料工業中，溶解導線涂層的樹脂，還用作油漆的脫漆劑、精油萃取劑等。工業上以苯為原料，通過催化加氫制取環己烷。

二、脂環烴

脂環烴是指碳鏈為環狀結構而性質同脂肪烴相似的烴類。脂環烴衍生物數目眾多，廣泛存在于自然界，如萜類、甾族和大環內酯等，在生活和生產實際中具有重要作用。

1.脂環烴的分類

①根據脂環烴的不飽和程度分為飽和脂環烴和不飽和脂環烴。

飽和脂環烴又叫環烷烴，分子中沒有不飽和鍵。例如：

不飽和脂環烴分子中含有雙鍵或三鍵的脂環烴，包括環烯烴或環炔烴。例如：

②按照分子中所含碳環的數目分為單環脂環烴和多環脂環烴。

單環脂環烴，分子中只有一個碳環的脂環烴。如上例中的脂環烴均為單環脂環烴。環中含C3～C4的為小環，含C5～C7的為普通環，含C8～C12的為中環，含C12以上的為大環。

多環脂環烴，分子中含有兩個以上碳環的脂環烴，比較復雜，不再敘述。

2.環烷烴的命名

環烷烴的命名與烷烴相似，根據成環碳原子數稱為“某”烷，并在某烷前面冠以“環”字稱為環某烷。例如：

環上帶有支鏈時，一般以環為母體，支鏈為取代基進行命名，例如：

若環上有不飽和鍵時，編號從不飽和碳原子開始，并通過不飽和鍵，例如：

環上取代基比較復雜時，環烴部分作為取代基來命名。例如：

3.環烷烴的性質

（1）物理性質

環烷烴的物理性質與烷烴相似，在常溫下，小環環烷烴是氣體，普通環環烷烴是液體，大環環烷烴呈固態。環烷烴的熔點和沸點變化規律是隨著分子中碳原子數目增加而升高，熔點、沸點和密度都比同碳數開鏈烷烴高。相對密度小于1，比水輕。環烷烴不溶于水，易溶于有機溶劑。

（2）化學性質及用途

環烷烴的化學性質與環的大小有關。小環（三元環、四元環）不穩定，與烯烴的性質相似，容易開環，發生加成反應。五元環以上的環烷烴比較穩定，與烷烴相似，只有在一定條件下，才能發生取代反應和氧化反應。

①取代反應。在高溫或紫外光作用下，環戊烷及其以上的環烷烴與鹵素發生取代反應，生成相應的鹵代環烷烴。例如：

溴代環戊烷是具有樟腦氣味的油狀液體。沸點137℃，不溶于水，可溶于醇、醚等。主要用于合成利尿降壓藥物環戊噻嗪的原料。

②加成反應。小環環烷烴與烯烴相似，與H2、X2、HX發生加成反應。不過，隨著環的增大，它的反應性能就逐漸減弱，五元環、六元環烷烴，即使在相當強烈的條件下也不開環。

a.催化加氫。在催化劑作用下，環丙烷和環丁烷比較容易發生開環加氫反應，生成相應的鏈烷烴。環的大小不同，加氫反應的難易程度也不同。環烷烴加氫反應的活性為環丙烷>環丁烷>環戊烷。

環己烷在一般條件下，不易發生加氫反應。

b.加鹵素。環丙烷及其同系物在室溫下就能與溴加成，而環丁烷必須在加熱的情況下才能與溴反應。

環戊烷和環己烷即使加熱也不能與溴發生加成反應。小環環烷烴與溴發生加成反應后，溴的紅棕色消失，現象變化明顯，可用于鑒別三元環、四元環烷烴。

c.加鹵化氫。環丙烷及其烷基衍生物在常溫下就能與溴化氫發生加成反應，而環丁烷需要加熱后才能反應，生成開鏈一鹵代烷烴。

環丙烷及其烷基衍生物與鹵化氫發生加成反應時，環的斷鍵位置通常發生在含氫較多與含氫較少的成環碳原子之間，并且遵守馬氏規則。例如：

③氧化反應。與開鏈烷烴相似，不論是小環或大環環烷烴，在常溫條件下都不能與一般氧化劑（如高錳酸鉀水溶液）發生氧化反應。因此可用高錳酸鉀水溶液鑒別環烷烴與烯烴、炔烴。

但若環的支鏈上有不飽和鍵時，不飽和鍵被氧化斷裂，而環不破裂。

如果在加熱條件下，用強氧化劑，或在催化劑存在下用空氣作氧化劑，環烷烴能被氧化成各種氧化產物。例如，環己烷的氧化反應。