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1概念介紹

構象分析,物理有機化學的一個重要概念。最簡單的構象分析建立在乙烷分子上。最重要的構象分析則是建立在環己烷上的構象分析。

2創立

由英國化學家Derek Barton首先系統地提出。
Barton在對膽固醇構象研究過程中形成了六元碳環的船式構象和椅式構象的思想。

3乙烷構象分析

碳碳單鍵的旋轉並不是自由的,受周圍原子大小的影響。產生了有能量高低區分的不同的空間取向方式,稱為構象異構體(rotamer)。能量最小的構象就是分子容易保持的構象。
乙烷的兩個構象如下圖所示。立體效應的解釋是:左邊的重疊式因為氫原子相互離得近,所以原子間相互排斥導致能量比較高;右邊的交叉式則相反,所以能量最低,是最穩定的構象。
兩個構象異構體相差3.0 kcal/mol的能量。

4環己烷構象分析

環己烷的構象分析實際上是乙烷構象分析在複雜分子體系延伸和推廣的結果。Barton提出了著名的環己烷椅式構象和船式構象的思想。
環己烷有兩種基本構象, 一個是比較穩定的椅式構象, 一個是較不穩定的船式。由下圖的紐曼投影可以很清楚地看到船式構象的擁擠,不難理解為什麼椅式構象是最穩定的構象。
與乙烷不同,環己烷是環狀分子。環的存在限制了構象的自由旋轉,於是椅式構象環上的氫原子很明顯地分成了兩組。一組是與環平面垂直的豎直鍵(上圖紅色氫原子),即a鍵(axial), 一組是與環平面平行的平伏鍵(上圖藍色色氫原子),即e鍵(equitorial)。這在從紐曼投影式上很容易看出來。由於豎直鍵上的氫原子離較大的亞甲基,即CH2較近,它們受到的空間擁擠比平伏鍵氫原子要大,所以它們所含的能量也較高。
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