课烷烃环烷烃的构象

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1、碳原子轨道的sp3杂化σ键的形成及其特性每个sp3杂化轨道含1/4s成分和3/4p成分sp3杂化轨道形状碳原子的sp3杂化轨道键角为109.5°原子轨道沿键轴相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称的轨道称为σ轨道。σ轨道构成的共价键称为σ键。σ键的特性:成键原子可沿键轴自由旋转;键能较大，可极化性较小。例如：甲烷分子中有四个C－Hσ键。相类似，乙烷分子中有六个C－Hσ键和一个C－Cσ键。甲烷乙烷σ键的形成及其特性烷烃的结构SpaceFillingModel比例模型BallandStickModel球棒模型C:sp3杂化，成键立体异

2、构体：由原子或基团在空间的排列（或连接）方式不同所产生的异构体（包括构型异构体和构象异构体）立体异构体、构型异构体与构象异构体分子结构包括：构造，构型，构象构型异构体不可转换理论上可分离构象异构体可通过单键旋转转换一般无法分离描述立体结构的几种方式伞形式锯架式Newman投影式立体异构体：由原子或基团在空间的排列（或连接）方式不同所产生的异构体（包括构型异构体和构象异构体）立体异构体、构型异构体与构象异构体分子结构包括：构造，构型，构象构型异构体不可转换理论上可分离构象异构体可通过单键旋转转换一般无法分离键电子云排斥，vond

3、erwaals排斥力，内能较高（最不稳定）乙烷的构象交叉式构象扭曲式构象重叠式构象原子间距离最远内能较低（最稳定）（有无数个）小于两个H的vonderwaals半径（1.2Å）之和，有排斥力……乙烷构象转换与势能关系图旋转中须克服能垒——扭转张力电子云排斥相邻两H间的vonderwaals排斥力一般情况下(T>-250oC):单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。丁烷的构象对位交叉式（交叠式）部分重叠式（反错式）邻位交叉式（顺错式）全重叠式（顺叠式）甲基间距离最远(最稳

4、定)较不稳定较稳定甲基间距离最近（最不稳定）邻位交叉式（顺错式）丁烷构象转换与势能关系图立体异构体：由原子或基团在空间的排列（或连接）方式不同所产生的异构体（包括构型异构体和构象异构体）立体异构体、构型异构体与构象异构体分子结构包括：构造，构型，构象构型异构体不可转换理论上可分离构象异构体可通过单键旋转转换一般无法分离环烷烃的性质每个CH2的燃烧(KJ/mol)每个CH2的燃烧热(KJ/mol)小环C3C4环丙烷697.1环丁烷686.1中环C8C11环辛烷663.8环壬烷664.6环癸烷663.6普通环C5C7环戊烷66

5、4.0环己烷658.6环庚烷662.4大环C12环十四烷658.6环十五烷659.0对比：开链烷烃每个CH2的燃烧热：658.6KJ/mol环烷烃的燃烧热数据环的大小与稳定性稳定性小环普通环中环>>环烷烃的结构及构象环丙烷的结构角张力（anglestrain）：环的角度与sp3轨道夹角差别引起的张力Newman投影式所有C-H键均为重叠式构象，有扭转张力平面型环丁烷的构象若为平面型分子稳定构象角张力扭转张力角张力稍增加,扭转张力明显减小90o重叠式构象扭曲式构象88o环己烷分子中无张力；而七到十二个碳原子组成的环烷烃，环内氢

6、原子间的扭转张力使它们的稳定性略有下降。当环进一步增大时,稳定性与环己烷相似。如环二十二烷就是无张力环：环二十二烷环己烷的结构及构象如果环己烷的6个碳原子在同一平面上:将有角张力将有扭转张力偏离109.5oC-H重叠环己烷是不是平面型分子？环己烷碳架是折叠的椅式构象(chairform)船式构象(boatform)C2,C3,C5,C6共平面两者互为构象异构体椅式构象H~H之间距离均大于H的VanderWaal’s半径之和（2.40Å）2.50Å2.49Å2.49Å交叉式船式构象2.27Å2.27Å1.84Å有几组H~H之间距

7、离均小于H的VanderWaal’s半径之和（2.40Å），有排斥力（非键张力）重叠式（有扭转张力）旗杆键HHHHHHHHHHHH123456C3-C2C5-C6HHHHHHHH165423环己烷的其它构象式半椅式(halfchairform)扭船式(twistboatform)椅式船式椅式半椅式构象5个碳在同一平面上有角张力（C－C键角接近120o）平面碳上的C-H键为重叠式构象（有较大的扭转张力）扭船式构象>1.84Å扭曲式构象各种环己烷构象的势能图环己烷椅式构象的画法相间的两根键相互平行（画Z字形）六个碳原子交替分布在两

8、个平面上每个碳均有一根C-H键在垂直方向，上平面的向上画，下平面的向下画其它C-H键分别向左（左边的三个）或向右（右边的三个），且上下交替两种类型C-H键a键(axialbond)竖键,直键,直立键e键(equatorialbond)横键,平键,平伏键椅式构象中C-H键的顺反