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3.9 : 环烷烃的构象

阿道夫·冯·拜尔 (Adolf von Baeyer) 尝试通过角应变的概念来解释小环烷烃环和大环烷烃环的不稳定性,即因键角偏离 sp3 杂化碳的理想四面体值 109.5° 而引起的应变。 然而,虽然环丙烷和环丁烷的高压缩键角确实导致了应变,但环戊烷的应变比预期更大,而环己烷几乎没有应变。因此,拜尔基于所有环烷烃都是平面的假设的理论是错误的,实际上,大多数环烷烃都采用非平面结构。

环丙烷是三碳环烷烃,由于其平面结构被高度压缩,因此具有最高的角应变,与理想值偏离49.5°。 此外,由于六个 C-H 键之间的重叠相互作用,环丙烷还具有扭转应变。 因此,环丙烷的总环应变为 116 kJ/mol。

与平面的环丙烷不同,环丁烷具有更稳定的折叠非平面构象。 与假设的平面环丁烷相比,折叠导致角应变略有升高,但大大减轻了由十个重叠氢引起的扭转应变。 环丁烷的总应变为 110 kJ/mol。环戊烷还采用称为包络构象的非平面构象。 与假设的环戊烷平面形式相比,包络构象的键角略有减小,这略微增加了角应变。 然而,它显着减轻了十个重叠 C-H 键的扭转应变。 因此,环戊烷中的总应变为 27 kJ/mol。

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CycloalkanesAngle StrainCyclopropaneCyclobutaneCyclopentaneCyclohexaneNon planar StructureRing StrainTorsional StrainConformations

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