脂環(huán)烴(環(huán)炔烴,單環(huán)脂烴,結(jié)構(gòu),性質(zhì),命名,分類)

從不己烷的椅型構(gòu)象和船型構(gòu)象可以清楚地看出，椅型環(huán)己烷中所有相鄰兩個(gè)碳原子的碳?xì)滏I都處于正丁烷的鄰位交叉式，非鍵合的C-1和C-3上的氫原子相距0.25nm，屬于正常的原子間距。而船型環(huán)己烷的構(gòu)象中，有兩對(duì)碳原子（C-2與C-3；C-5與C-6）的鍵相互處于重疊式；同時(shí)又由于船頭及船尾（C-1與C-4）的兩個(gè)碳?xì)滏I是向內(nèi)伸展的，相距較近，約0.183nm，比正常的非鍵合原子的間距小，故斥力較大，能量較高。實(shí)驗(yàn)證明，船型比椅型的能量高29.7kJ·mol-1左右。在常溫下，環(huán)己烷是兩種構(gòu)象混合物，其中主要以椅型環(huán)己烷相聚在，船型只約占0.1%.

(紐曼投影式）　　�。ㄍ敢暿剑�　　（透視式）　　�。�紐曼投影式）

　　　　　　椅型　　　　　　　　　　　�。ù�型）

　　在椅型環(huán)己烷中,六個(gè)碳原子在空間分布于兩個(gè)平面上，C-1、C-3、C-5在同一平面上，C-2、C-4、C-6在另一平面上。這樣，環(huán)己烷中的十二個(gè)碳?xì)滏I可以分為兩種類型，其中六個(gè)是垂直于平面而與對(duì)稱軸平行的，叫直立鍵或a鍵，三個(gè)向上，三個(gè)向下，交替排列。另六個(gè)大致與環(huán)平面平行，實(shí)際與對(duì)稱軸成±19.5°角,叫平伏鍵或e鍵(如圖12-3).

在室溫下,環(huán)己烷的一種椅型構(gòu)象,可以通過(guò)C-C鍵的扭動(dòng)很快地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N椅型構(gòu)象.這時(shí)原來(lái)的a鍵就變成了e鍵,原來(lái)的e鍵變成了a,但對(duì)應(yīng)平面上下關(guān)系不變(圖12-4)。

圖12-4　兩種椅型構(gòu)象的轉(zhuǎn)變

　　對(duì)環(huán)己烷來(lái)說(shuō)，這兩種構(gòu)象可以相互轉(zhuǎn)變，但環(huán)上有取代基時(shí)情況不同。

　　一元取代的環(huán)己烷，其取代基可以a鍵，也可以連在e鍵上，形成兩種不同的構(gòu)象。一般以e鍵取代的構(gòu)象能量較低，比較穩(wěn)定。這是因?yàn)閑鍵上的取代基與環(huán)上同側(cè)的兩個(gè)a鍵上的氫原子距離較遠(yuǎn)，斥力較小，較為穩(wěn)定。例如，甲基環(huán)烷在室溫時(shí)，當(dāng)取代基在a鍵上時(shí)，則與環(huán)上同側(cè)的兩個(gè)a鍵上氫的距離較近，斥力較大，故不穩(wěn)定。甲基環(huán)烷在室溫時(shí)，當(dāng)取代基在a鍵 上時(shí)，則與環(huán)上同側(cè)的兩個(gè)a鍵上的氫的距離較近，斥力較大，故不穩(wěn)定。甲基以e鍵連結(jié)的分子約占95%，而以a鍵連結(jié)的分子僅占5%，且存在如下的動(dòng)態(tài)平衡：

95%5%

　　當(dāng)取代基越大時(shí)，這種以e鍵取代的構(gòu)為主的趨勢(shì)越大。

　　二元取代的環(huán)己烷可以有1-2-，1-3-和1.4-三種位置異構(gòu)體,在每一種構(gòu)體中,又有順式與反式異構(gòu)體。以1,2-二甲基環(huán)己烷為例，順式異構(gòu)體中兩個(gè)甲基位于環(huán)平面的同側(cè)，其相應(yīng)的構(gòu)象式為：

這兩個(gè)構(gòu)象式實(shí)際上是相同的，都是一個(gè)甲基連于e鍵，另一個(gè)甲基連于a鍵，能量相同，穩(wěn)定性相同。

　　反式異構(gòu)體中，兩個(gè)甲基位于環(huán)的異側(cè)，兩個(gè)甲基可以都連在兩個(gè)e鍵上（ee型），或都連于兩個(gè)a鍵上（aa型）。顯然ee型比較穩(wěn)定。所以，反式1，2-二甲基環(huán)己烷主要以ee型的構(gòu)象存在。

當(dāng)兩個(gè)取代基不相同時(shí)，如順-1-甲基-4-叔丁基在e鍵，甲基在a鍵的構(gòu)象為優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。

所以環(huán)己烷和取代環(huán)己烷的構(gòu)象穩(wěn)定性有如下規(guī)律：

　�、僖涡蜆�(gòu)象比船型構(gòu)象穩(wěn)定。

　�、诃h(huán)己烷的一元取代物中，以e鍵取代物穩(wěn)定；多元取代物中，以e-取代多的構(gòu)象較穩(wěn)定。

　�、郗h(huán)上有不同的取代基時(shí)，大的取代基結(jié)合在e鍵上的構(gòu)象最穩(wěn)定。

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