5.1　脂環烴的定義、命名和異構

前面各章討論的都是開鏈烴，即脂肪烴。本章所要討論的是結構上具有環狀碳骨架，而性質上與脂肪烴相似的烴類，它們總稱為脂環烴。

如果把直鏈烷烴化合物兩端的兩個碳原子連接起來形成環狀結構，就形成了環烷烴（cycloalkane）。因碳骨架成環，故比烷烴少兩個氫原子，其通式與烯烴一樣，也是CnH2 n。環烷烴按照成環原子數目可分為小環（三、四元環，small ring）、普環（五～七元環，common ring）、中環（八～十一元環，medium ring）和大環（十二元以上環，marco ring）脂環烴。最簡單的環烷烴含有三個碳原子，是一個三碳環化合物。

它是丙烯的同分異構體。含有三個以上碳原子的環烷烴，除與碳原子數相同的烯烴互為同分異構體外，還有環狀的同分異構體。例如，含有四個碳原子的環烷烴就有兩種；含五個碳原子的環烷烴有五個構造異構體。

環烷烴的命名與烷烴相似。以碳環作為母體，環上側鏈作為取代基命名。環狀母體的名稱是在同碳直鏈烷烴的名稱之前加一個“環”字。例如，上列三個環烷烴就分別叫做環丙烷、環丁烷和甲基環丙烷。若環上有兩個或更多的取代基，命名時應把取代基的位置標出。環上碳原子編號順序，以取代基所在位置的號碼最小為原則。例如：

脂環烴的環上有雙鍵的叫做環烯烴。有兩個雙鍵和有一個三鍵的則分別叫做環二烯烴和環炔烴。它們的命名也與相應的開鏈烴相似。以不飽和碳環作為母體，側鏈作為取代基。環上碳原子編號順序應是不飽和鍵所在位置號碼最小，對于一個不飽和鍵的環烯（或炔）烴，因不飽和鍵總是在C（1）—C（2）之間，故雙鍵（或三鍵）的位置也可以不標出來。例如：

帶有側鏈的環烯烴命名時，若只有一個不飽和碳上有側鏈，該不飽和碳編號為1；若兩個不飽和碳都有側鏈，或都沒有側鏈，則碳原子編號順序除雙鍵所在位置號碼最小外，還要同時以側鏈位置號碼的加和數較小為原則。例如：

根據分子中碳環的數目，可分為單環、二環或多環脂環烴。在二環化合物中，兩個碳環共用一個碳原子的稱為螺（環）烴（spiro hydrocarbon），如a；兩個碳環共用兩個或兩個以上碳原子的環烴稱為橋（環）烴（bridge hydrocarbon），如b。

螺環化合物中，兩個環共用的碳原子叫做螺原子。命名螺環化合物時，根據組成環的碳原子總數，命名為“某烷”，加上詞頭“螺”。再把連接于螺原子的兩個環的碳原子數目，按由小到大的次序寫在“螺”和“某烷”之間的方括號里，數字用圓點分開。

雙橋環化合物結構上的共同點是，都有兩個“橋頭”碳原子（即兩個環共用的碳原子）和三條連在兩個“橋頭”上的“橋”。命名時根據組成環的碳原子總數命名為“某烷”，加上詞頭“雙環”。再把各“橋”所含碳原子的數目，按由大到小的次序寫在“橋”和“某烷”之間的方括號里，數字用圓點分開。例如：

環上有取代基或不飽和鍵時，需要把它們的位置表示出來。螺環烴的環上碳原子的編號，從連接在螺原子上的一個碳原子開始，先編較小的環，然后經過螺原子再編第二個環。橋環烴的環上碳原子編號則從一個橋頭碳原子開始，先編最長的橋至第二個橋頭；再編余下的較長的橋，回到第一個橋頭；最后編最短的橋。而編號的順序，以取代基位置號碼加和數較小為原則。例如：

由于碳原子連成環，環上C—C單鍵不能自由旋轉。因此，在環烷烴的分子中，只要環上有兩個碳原子各連有不同的原子或基團，就構成不同的順反異構體存在。例如，1，4-二甲基環己烷就有順反異構體。兩個甲基在環平面同一邊的是順式異構體，兩個甲基在環平面兩邊的是反式異構體。在書寫環狀化合物的結構式時，為了表示出環上碳原子的構型，可以把碳環表示為垂直于紙面（見下式Ⅰ、Ⅲ），將朝向前面（即向著讀者）的三個鍵用粗線或楔形線表示，把碳上的基團排布在環的上邊和下邊（若碳上沒有取代基只有氫原子，也可省略不寫）?；蛘甙烟辑h表示為在紙面上（見下式Ⅱ、Ⅳ），把碳上的基團排布在環的前方和后方，用實線表示伸向環平面前方的鍵，虛線表示伸向后方的鍵。因此1，4-二甲基環己烷的順反異構體可分別表示如下：