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  • 1 # CampNou之魂

    這涉及到烷烴(包括環烷烴)的構象,我分別給您介紹

    角張力

    一般情況下,在環烷烴中,環丙烷,環丁烷不穩定,開環的張力能很大。但是,環己烷的張力能幾乎為0,更加穩定。出現這種情況的原因就是角張力,我們先來看一張圖

    上圖中我們發現,對於環烷烴來說,每個碳原子應該是sp3雜化,這種雜化電子雲高中我們就知道是109.5º。但是,圖中的環丙烷電子雲成鍵的夾角趨近於60º。並且,這樣的成鍵方式跟普通的sp3雜化軌道不一樣,它並不是良好的“頭碰頭”重疊,有一點彎曲,通常稱為彎曲鍵。這種方式交蓋電子雲較差,如下圖

    正常的sp3雜化角度是109.5º,成鍵後是60º,兩者相差約49.5º,這個相差的角度就是角張力,彎曲鍵的成建不如一般的sp3,所以,能量也高。

    扭轉張力

    我用最基本的乙烷來介紹扭轉張力。對於烷烴來說,分子中的原子可以透過單鍵的旋轉而使各原子在空間相對位置不同,我們也把這種現象稱之為構象。

    對於乙烷來說,有極端兩種構象,一種是重疊式構象,如下圖

    一種是交叉式構象,如下圖

    這兩種構象是乙烷的兩種極端情況,它們的兩個碳原子上的氫原子因為距離不同,而導致能量也不同。通常重疊式上兩個碳原子上,氫原子離得近,能量高,不穩定;交叉式上兩個碳原子上氫原子離得遠,能量低,穩定。這兩種構象的能量圖如下

    從上圖中看出,乙烷分子的其它構象的能量介於重疊式和交叉式之間。分子在一般情況下,總趨向於能量最穩定的形式存在,換句話說就是,不穩定的重疊式會透過鍵的扭轉向穩定的交叉式轉變,我們把這種力稱為扭轉張力。

    透過以上介紹,我們可以知道,烷烴或者環烷烴的穩定性,基本上都可以歸結為具有角張力或者扭轉張力。

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