3.10
环己烷若呈假想的平面构型,将同时存在角张力和扭转张力。
尽管角张力源于120˚的键角,但扭转张力则由C-H键的重叠构象引起。
由于这两种张力的去稳定作用,环己烷的平面构型并不存在。相反,环己烷采取非平面的椅式构象和船式构象。
椅式构象是最稳定的构象形式,其中两个碳原子分别向环平面的两侧弯曲,一个在平面上方,一个在平面下方。
椅式构象没有角张力,因为键角非常接近109.5°。
此外,由于从“椅座”键方向观察时,所有键均呈完全交错排列,因此在椅式构象中也不存在扭转张力。
环己烷的船式构象虽然没有角张力,但由于“船”两端向上折叠的两个亚甲基基团的重叠键之间存在扭转张力。
由于空间位置接近,两个旗杆氢原子会经历一种空间位阻应变,也称为旗杆相互作用。
扭转张力和空间位阻的共同作用使得船式构象的能量高于椅式构象。
船式构象通过弯曲为扭船式构象而部分缓解其张力,使得旗杆氢原子彼此远离,从而使弯曲后的构象更加稳定。
因此, 扭曲船式构象的能量低于对称船式构象。
由于椅式构象与船式构象之间的能量壁垒较低,这些构象会多次相互转换。
一种椅式构象的环通过若干个较高能量的构象转变为另一种椅式构象。在能量最高且不稳定的半椅式构象中,分子的“脚踏”部分与“座面”部分共平面。
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