概念介绍

创立

乙烷构象分析

环己烷构象分析

概念介绍

构象分析，物理有机化学的一个重要概念。最简单的构象分析建立在乙烷分子上。最重要的构象分析则是建立在环己烷上的构象分析。

创立

由英国化学家Derek Barton首先系统地提出。

Barton在对胆固醇构象研究过程中形成了六元碳环的船式构象和椅式构象的思想。

乙烷构象分析

碳碳单键的旋转并不是自由的，受周围原子大小的影响。产生了有能量高低区分的不同的空间取向方式，称为构象异构体（rotamer）。能量最小的构象就是分子容易保持的构象。

乙烷的两个构象如下图所示。立体效应的解释是：左边的重叠式因为氢原子相互离得近，所以原子间相互排斥导致能量比较高；右边的交叉式则相反，所以能量最低，是最稳定的构象。

两个构象异构体相差3.0 kcal/mol的能量。

环己烷构象分析

环己烷的构象分析实际上是乙烷构象分析在复杂分子体系延伸和推广的结果。Barton提出了著名的环己烷椅式构象和船式构象的思想。

环己烷有两种基本构象， 一个是比较稳定的椅式构象， 一个是较不稳定的船式。由下图的纽曼投影可以很清楚地看到船式构象的拥挤，不难理解为什么椅式构象是最稳定的构象。

与乙烷不同，环己烷是环状分子。环的存在限制了构象的自由旋转，于是椅式构象环上的氢原子很明显地分成了两组。一组是与环平面垂直的竖直键（上图红色氢原子），即a键（axial）， 一组是与环平面平行的平伏键（上图蓝色色氢原子），即e键（equitorial）。这在从纽曼投影式上很容易看出来。由于竖直键上的氢原子离较大的亚甲基，即CH2较近，它们受到的空间拥挤比平伏键氢原子要大，所以它们所含的能量也较高。