5.1　脂环烃的定义、命名和异构

前面各章讨论的都是开链烃，即脂肪烃。本章所要讨论的是结构上具有环状碳骨架，而性质上与脂肪烃相似的烃类，它们总称为脂环烃。

如果把直链烷烃化合物两端的两个碳原子连接起来形成环状结构，就形成了环烷烃（cycloalkane）。因碳骨架成环，故比烷烃少两个氢原子，其通式与烯烃一样，也是CnH2 n。环烷烃按照成环原子数目可分为小环（三、四元环，small ring）、普环（五～七元环，common ring）、中环（八～十一元环，medium ring）和大环（十二元以上环，marco ring）脂环烃。最简单的环烷烃含有三个碳原子，是一个三碳环化合物。

它是丙烯的同分异构体。含有三个以上碳原子的环烷烃，除与碳原子数相同的烯烃互为同分异构体外，还有环状的同分异构体。例如，含有四个碳原子的环烷烃就有两种；含五个碳原子的环烷烃有五个构造异构体。

环烷烃的命名与烷烃相似。以碳环作为母体，环上侧链作为取代基命名。环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称之前加一个“环”字。例如，上列三个环烷烃就分别叫做环丙烷、环丁烷和甲基环丙烷。若环上有两个或更多的取代基，命名时应把取代基的位置标出。环上碳原子编号顺序，以取代基所在位置的号码最小为原则。例如：

脂环烃的环上有双键的叫做环烯烃。有两个双键和有一个三键的则分别叫做环二烯烃和环炔烃。它们的命名也与相应的开链烃相似。以不饱和碳环作为母体，侧链作为取代基。环上碳原子编号顺序应是不饱和键所在位置号码最小，对于一个不饱和键的环烯（或炔）烃，因不饱和键总是在C（1）—C（2）之间，故双键（或三键）的位置也可以不标出来。例如：

带有侧链的环烯烃命名时，若只有一个不饱和碳上有侧链，该不饱和碳编号为1；若两个不饱和碳都有侧链，或都没有侧链，则碳原子编号顺序除双键所在位置号码最小外，还要同时以侧链位置号码的加和数较小为原则。例如：

根据分子中碳环的数目，可分为单环、二环或多环脂环烃。在二环化合物中，两个碳环共用一个碳原子的称为螺（环）烃（spiro hydrocarbon），如a；两个碳环共用两个或两个以上碳原子的环烃称为桥（环）烃（bridge hydrocarbon），如b。

螺环化合物中，两个环共用的碳原子叫做螺原子。命名螺环化合物时，根据组成环的碳原子总数，命名为“某烷”，加上词头“螺”。再把连接于螺原子的两个环的碳原子数目，按由小到大的次序写在“螺”和“某烷”之间的方括号里，数字用圆点分开。

双桥环化合物结构上的共同点是，都有两个“桥头”碳原子（即两个环共用的碳原子）和三条连在两个“桥头”上的“桥”。命名时根据组成环的碳原子总数命名为“某烷”，加上词头“双环”。再把各“桥”所含碳原子的数目，按由大到小的次序写在“桥”和“某烷”之间的方括号里，数字用圆点分开。例如：

环上有取代基或不饱和键时，需要把它们的位置表示出来。螺环烃的环上碳原子的编号，从连接在螺原子上的一个碳原子开始，先编较小的环，然后经过螺原子再编第二个环。桥环烃的环上碳原子编号则从一个桥头碳原子开始，先编最长的桥至第二个桥头；再编余下的较长的桥，回到第一个桥头；最后编最短的桥。而编号的顺序，以取代基位置号码加和数较小为原则。例如：

由于碳原子连成环，环上C—C单键不能自由旋转。因此，在环烷烃的分子中，只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团，就构成不同的顺反异构体存在。例如，1，4-二甲基环己烷就有顺反异构体。两个甲基在环平面同一边的是顺式异构体，两个甲基在环平面两边的是反式异构体。在书写环状化合物的结构式时，为了表示出环上碳原子的构型，可以把碳环表示为垂直于纸面（见下式Ⅰ、Ⅲ），将朝向前面（即向着读者）的三个键用粗线或楔形线表示，把碳上的基团排布在环的上边和下边（若碳上没有取代基只有氢原子，也可省略不写）。或者把碳环表示为在纸面上（见下式Ⅱ、Ⅳ），把碳上的基团排布在环的前方和后方，用实线表示伸向环平面前方的键，虚线表示伸向后方的键。因此1，4-二甲基环己烷的顺反异构体可分别表示如下：