案例3 二取代环己烷的构象分析

环己烷的两种构象环己烷是一种有机化合物，由6个碳原子和12个氢原子构成。

它是一种六元环烷烃，分子式为C6H12。

由于环状结构的特殊性质，环己烷存在两种不同的构象：椅式构象和船式构象。

我们来讨论椅式构象。

在椅式构象中，环己烷的六个碳原子形成了一个六角形的环，其中三个碳原子处于较高位置，另外三个碳原子则处于较低位置。

这种构象使得环己烷分子呈现出椅子的形状，因此得名椅式构象。

在椅式构象中，三个碳原子的键角为109.5度，符合理想的sp3杂化碳原子的键角。

同时，每个碳原子上都有一个氢原子与之相连，使得环己烷分子的化学性质稳定。

在椅式构象中，碳原子上的氢原子可以分为两类：轴向氢和赤道氢。

轴向氢位于立体构象中心，与环状结构垂直排列；赤道氢则位于碳原子所在的环状结构的平面上。

这种排列方式使得环己烷分子呈现出较稳定的构象。

接下来，我们来讨论船式构象。

在船式构象中，环己烷的六个碳原子形成了一个略微扭曲的六角形的环，其中两个碳原子处于较高位置，另外四个碳原子则处于较低位置。

这种构象使得环己烷分子呈现出船的形状，因此得名船式构象。

在船式构象中，同样有三个碳原子的键角为109.5度，符合理想的sp3杂化碳原子的键角。

船式构象与椅式构象相比，略微扭曲了环状结构，使得环己烷分子的形状略有变化。

在船式构象中，碳原子上的氢原子同样可以分为轴向氢和赤道氢，但其排列方式与椅式构象有所不同。

总结起来，环己烷存在两种不同的构象：椅式构象和船式构象。

椅式构象是环己烷最稳定的构象，其中碳原子和氢原子的排列使得分子更加稳定。

船式构象则略微扭曲了环状结构，使得环己烷分子的形状有所变化。

这两种构象在空间结构上存在差异，因而影响了环己烷的化学性质和反应活性。

值得注意的是，在实际的环己烷样品中，椅式构象和船式构象并存，而且两者之间可以相互转化。

这种构象变化是由于环己烷分子内部碳原子和氢原子的振动引起的。

在适当的条件下，环己烷分子可以通过热能的作用转变为另一种构象，从而使得椅式构象和船式构象相互转化。

代取代基环己烷顺反代取代基环己烷顺反：解读分子构象中的空间异构性【导言】在化学中，分子不仅通过原子间的键合关系进行连接，还存在着各种空间构象。

而代取代基环己烷顺反（syn and anti conformation of substituted cyclohexanes）作为一种常见的分子构象，具有重要的理论和实际意义。

本文将就代取代基环己烷顺反的结构特征、影响因素以及其在有机化学中的应用等方面进行详细探讨。

【正文】1. 代取代基环己烷顺反的概念代取代基环己烷顺反是指环己烷分子中两个取代基（通常是氢原子的替代物）在特定的空间构象中呈现相对位置的不同。

其中，顺构象指两个取代基位于同一环平面内，且相对位置相对靠近，而反构象则表示两个取代基处于相对位置较远的构象中。

2. 结构特征及样式在顺构象中，两个取代基之间的键角通常为非180度。

其中，键角较小的构象称为鄰顺（近顺），而键角较大的构象称为远顺（遠顺）。

相比之下，反构象中两个取代基的键角则接近180度，具有较大的空间隔离。

3. 影响因素代取代基环己烷顺反构象的形成与多种因素相关。

其中，最主要的影响因素为相邻取代基间的手性和电荷效应，以及两个取代基的大小和取代基间的键长等。

还有溶剂效应、空间位阻和分子内作用力等因素对顺反构象的形成产生一定的影响。

4. 应用领域代取代基环己烷顺反在有机化学中具有广泛的应用。

通过对代取代基环己烷顺反构象的研究，可以帮助我们更好地理解分子空间构象与性质之间的关系，为合成新化合物提供理论依据。

利用合成手段调控代取代基环己烷顺反构象，可以探索新型材料的性能，如具有光学活性的分子和手性催化剂等。

在药物研究领域，代取代基环己烷顺反构象也是设计和优化药物分子结构的重要策略之一。

【结语】通过对代取代基环己烷顺反的讨论，我们深入了解了这一分子构象中的空间异构性。

代取代基环己烷顺反是一个概念简单、应用广泛的重要构象类型，对于理解和应用分子空间构象具有重要意义。

环己烷构象本文由南通润丰石油化工整理椅型环己烷分子。

红色为直键氢原子，蓝色为平键氢原子。

历史背景很早就有人提出环己烷可能不是平面型结构。

1890年，德国人赫尔曼·萨克森（Hermann Sachse）提出通过折纸来构建环己烷“对称”和“非对称”结构（即现椅型和船型结构）的方法，从他的文章可以感受出，他已经知晓这些构象有两种不同的氢原子（即现直键氢和平键氢）以及两种椅型结构可能会相互转化，甚至还意识到两种椅型结构的分布可能受环上某些取代基的影响。

不过他的文章没有获得化学家的足够重视，一方面是文章的数学成分太多，难以理解，另一方面则是他的文章没有发表到主要的期刊上。

1893年仅31岁的萨克森去世，他的研究也就此结束。

直到1918年恩斯特·摩尔（Ernst Mohr）用新问世的X射线晶体学技术测定金刚石结构时，才发现所得结构中的基础结构单元正是萨克森预测过的椅型结构，才使环己烷构象研究重新进入焦点之中。

椅型构象sp3杂化的碳原子是四价的，键间角度为109.5°，所以环己烷不是平面的键角120°的正六边形结构，而是采取多种三维的构象。

椅型构象描述的是普通状态环己烷最稳定的构象，25度时99.99%的环己烷分子都是这种构象。

德里克·巴顿和奥德·哈塞尔因对环己烷和其他分子构象的研究而获得诺贝尔化学奖。

能量最低的椅型构象中，12个氢原子中有6个处于竖直方向（红色）——这些碳-氢键互相平行，呈轴向排列，分列环上下，称为直键。

另6个氢处于近似水平方向（蓝色）——这些碳-氢键大致平伏，分别稍向下和向上翘起，称为平键。

对于同一碳原子来说，若与它相连的直键氢是向上的，则平键氢稍向下，反之亦然。

观察可知，对于连有向上直键、稍向下平键的碳原子，与其相邻的两个碳原子必然连有向下直键和稍向上平键。

而且环中相对碳原子所连平键和直键的方向也必然是分别相反的（如H1和H4）。

环己烷的构象
环己烷是一种六元环有机化合物，化学式为C6H12，它由六个碳原子和十二个氢原子构成，其中每个碳原子都与两个相邻的碳原子和两
个氢原子共形成四个共价键。

环己烷的最稳定的构象为椅形结构，在该结构中，六个碳原子组
成一个六角形，并且在这个六角形的上方和下方各有三个碳原子，这
些碳原子呈现出交错排列的形式。

椅形结构的环己烷分子如同一个椅子，因此称之为“椅状构象”，这种构象下的环己烷稳定性最高，且
相对地容易被取代反应，因此被广泛应用于有机合成中。

另一种环己烷构象是船形结构，其中碳原子按照类似船底的形状
排列。

这种构象相对于椅形结构来说不太稳定，因为其中两个碳原子
太近，容易引起反式构型相互作用的影响。

此外，环己烷还可能形成
扭曲构象，在这种构象下，环己烷分子呈现出扭曲的形状。

环己烷的构象对于它的性质和应用具有重要影响。

例如，在某些
有机化学反应中，需要采用椅形构象才能有效进行反应。

此外，环己
烷还可以作为溶剂、润滑剂、燃料等应用于许多领域。

总之，环己烷所具有的不同构象对它的性质和应用有着重要影响，了解环己烷的构象，有助于研究其在有机合成和其他领域中的应用。

环烷烃的构象和拜尔张力学说环烷烃的构象1．环己烷的构象早在1890年，沙赫斯（Sachse，H．）通过研究以为，依照正四面体的模型，六个碳原子的环能够不在同一平面上，同时还维持着正四面体的正常角度，但由于表达得不清楚，图又画得不行，因此没有引发那时化学家们的注意。

莫尔（Mohr，E.，1918）从头研究了那个问题，正式提出了非平面无张力环的学说，并画出模型。

他以为碳原子能够维持正常的键角，环己烷的六个碳原子不在同一平面上，能够形成两种折叠着的环系，如图2-19所示。

图2-19（i）的两个叫作椅型，它是一个超级对称的分子，借助于模型能够看得很清楚。

第一，在那个模型中的碳原子是处在一上一下的位置。

第二，那个模型是僵硬的，只要一个键角改变，其它键角也同时改变。

第三，还能够看到，环中相邻两个碳原子的构象都是邻交叉型的，如用纽曼式表示，成为以下的形式：最后，还能够看出，椅型的环己烷的氢原子能够分为两组：一组是六个C——H键与分子的对称轴大致是垂直的，都伸出环外，这叫作平键（或称平伏键）或e键（e是equatorial的字首，赤道的意思），三个e键略往上伸，三个e键略向下伸；另六个氢的键都是与轴平行的，这叫作直键（或称直立键）或a键（a是axial的字首，轴的意思），三个伸在环的下面，三个伸在环的上面。

图2-19（i）中带点的白球都在环的上面，不带点的白球都在环的下面。

这种关系在斯陶特模型图2-20中能够表示得更清楚一些：在图2-20中，a键的氢原子都用带黑点的球表示，e键的氢原子用白球表示。

由于成环的碳链是封锁的，因此沿着碳碳键不管如何旋转，在环上面的不可能转到环的下面来，老是维持着原先各个氢原子的空间关系。

这种构象，既无角张力，也无扭转张力，代表一个最稳固的形式，是优势构象。

另一种维持正常键角的环己烷模型如图2-19（ii）的两个，叫作船型，可用纽曼式表示如下：第一可看到，2、3和5、6两对碳原子的构象是重叠型的，这种构象虽无角张力，但有扭转张力，相当于能量高的构象。

第五章-脂环烃-答案第五章脂环烃⼀.⽬的要求了解环烷烃通式、分类、命名和异构、环烷烃的物理性质。

理解环的结构和稳定性，掌握环烷烃的化学性质。

⼆.本章内容⼩结1. 脂环烃的定义由碳原⼦连接成环，性质与脂肪烃相似的烃类化合物总成为脂环烃。

按照成环特点，⼀般可将脂环烃分为单环脂环烃和多环脂环烃。

2. 脂环烃的命名单环脂环烃命名与脂肪烃类似，只是在相应的脂肪烃前加⼀“环”字。

如：环戊烷，甲基环丁烷桥环化合物的命名⼀般采⽤固定格式：双环[a.b.c]某烃(a≥b≥c)。

先找桥头碳（两环共⽤的碳原⼦），从桥头碳开始编号。

沿⼤环编到另⼀个桥头碳，再从该桥头碳沿着次⼤环继续编号。

分⼦中含有双键或取代基时，⽤阿拉伯数字表⽰其位次。

如：7, 7-⼆甲基⼆环[2, 2, 1]庚烷螺环化合物命名的固定格式为：螺[a.b]某烃(a≤b)。

命名时先找螺原⼦，编号从与螺原⼦相连的碳开始，沿⼩环编到⼤环。

如：螺[4.4]壬烷3.环烷烃的结构与稳定性环烷烃的成环碳原⼦均为sp3型杂化。

除环丙烷的成环碳原⼦在同⼀个平⾯上以外，其它环烷烃成环碳原⼦均不在同⼀个平⾯上。

在环丙烷分⼦中由于成环碳原⼦间成键时sp3型杂化轨道不能沿键轴⽅向重叠，⽽是以弯曲⽅向部分重叠成键，导致环丙烷张⼒较⼤，分⼦能量较⾼，很不稳定，容易发⽣开环反应。

所以在环烷烃中三元环最不稳定，四元环⽐三元环稍稳定⼀点，五元环较稳定，六元环及六元以上的环都较稳定。

注意桥头碳原⼦不稳定。

4. 环⼰烷以及取代环⼰烷的稳定构象环⼰烷在空间上可以形成多种构象，其中椅式和船式构象为两种极限构象，前者⽐后者更加稳定。

⼀般说来，取代环⼰烷的取代基处于椅式构象的平伏键时较为稳定。

因此多取代环⼰烷的最稳定的构象为平伏键取代基最多的构象。

如果环上有不同取代基，较⼤的取代基在平伏键上的构象最稳定。

5. 环烷烃的化学性质环丙烷和环丁烷的化学性质和烯烃相似，能开环进⾏加成反应。

并且与氢卤酸加成符合马⽒规则。

环己烷构象变化-回复环己烷是一种六个碳原子构成的环烷烃化合物，化学式为C6H12。

它是常见的有机溶剂，广泛应用于化学反应和实验室中。

环己烷具有非常特殊的结构，它可以发生构象变化，即分子内部的碳原子可以在不打破碳碳键的情况下重新排列。

在这篇文章中，我们将详细介绍环己烷的构象变化以及相关的化学原理。

首先，我们来了解一下环己烷的基本结构。

它由一个六个碳原子组成的环状结构构成，每个碳原子都通过单键连接。

每个碳原子上还有两个氢原子。

这种结构可以用下图表示：HH - C - HH - C - HH - C - HH - C - HH这种构象被称为“椅形构象”，因为它的形状类似于一把椅子。

在椅形构象中，有三个碳原子在环的上部分，另外三个碳原子在环的下部分。

这种构象是环己烷最稳定的构象，因为它减少了碳原子之间的静电排斥力。

然而，由于碳原子之间的旋转自由度，环己烷分子可以在不打破碳碳键的情况下发生构象变化。

这种构象变化会导致原子之间的相对位置发生变化，从而改变分子的性质和反应活性。

环己烷的构象变化可以通过以下几个步骤来描述：1. 旋转单键：在椅形构象中，碳原子之间的单键可以自由旋转。

这种旋转可以使一个碳原子从环的上部分转到下部分，或者从下部分转到上部分。

这种旋转带来了新的构象，被称为“扭曲椅形构象”。

2. 荣登舞台：在扭曲椅形构象中，两个相邻的碳原子移动到中间位置，形成一个平面。

这种构象常被描述为“舞台构象”，因为它类似于一个人站在一个舞台上。

3. 转位构象：在舞台构象中，一个碳原子可以通过两种方式移动到另一个碳原子原来的位置。

这种构象被称为“转位构象”。

环己烷的构象变化在化学反应中起着重要的作用。

不同构象下的环己烷分子具有不同的空间结构和分子间相互作用。

这种变化可以影响分子的稳定性、反应速率以及其他化学性质。

因此，研究环己烷的构象变化对于理解其化学行为至关重要。

总结起来，环己烷是一种具有特殊结构和构象变化能力的有机化合物。

立体化学中二取代环己烷的光学异构问题
二取代环己烷的光学异构是指同一物质中同种原子或分子结构存在不同的构型和结构，而这些构型和结构可以互相旋转，并且具有不同的光学性质。

二取代环己烷的光学异构是由于它们具有不对称的结构而产生的，这种不对称结构会使分子中的电子分布发生变化，从而导致可以互相旋转的构型和结构出现。

二取代环己烷的光学异构可以通过改变取代基的位置来控制，可以用不同的取代基来改变分子的构型和结构，从而控制其光学性质。

2.3.3.3 取代环己烷的构象CH 3HCH 3Hr.t.5 ％95 ％单取代环己烷的构象原因1: Van de waals 范氏力AtomHCH 2CH 3NPOR/pm 120200200150190140Atom S F Cl Br I R/pm185135180195215CH 3HCH 3H250pmr.t.1,3－二直立键相互作用6116原因2:扭转张力162HH CH5a 键162CHH35CH 3HCH 3He 键6161结论与推论：1、一取代时，取代基趋向于处于e键2、若有多个取代基，在满足顺反构型关系的前提下，则越多取代基处于e键时越稳定。

3、若环上有不同取代基，在满足顺反构型关系的前提下，则大基团处于e键时较稳定。

二取代环己烷的构象（相同取代基）a键、e键的顺反关系a 键e 键1,1 Cis-1,2trans-1,2 trans-1,3cis-1,3 cis-1,4 trans-1,4☐二取代环己烷的构象（不同取代基）◆Conformation with all groups on e bond is most preferred;在满足空间构型的前提下，令尽可能多的取代基处于e键。

◆If the above condition can not be met, the larger group willbe on the e bond.在满足空间构型的前提下，优先满足大基团处于e键。

-F, -CN < -Cl, -Br, -I < -OCH3< -OH < -COOH < -NH2< -CH3< -CH2CH3< -CH(CH3)2< -C6H5< -C(CH3)3注：1、OH，NH2易受溶剂的影响，尤其是形成氢键时。

2、此顺序应用于1,2取代时可能有误差。

练习：画出以下结构的最稳定构象t-Bu 3t-Bu3t-BuCH3t-BuCH3t-Bu3t-Bu 3。

案例3 二取代环己烷的构象分析
燃烧热的测定发现，1,2-二甲基环己烷的反式异构体比顺式异构体稳定，而1,3-二甲基环己烷的顺式异构体比反式异构体稳定。

问题：
利用构象分析解释上述现象。

案例分析：
顺-1，2-二甲基环己烷：有ea和ae两个椅式构象，两者能量相等，在平衡体系中各占50%。

两个椅式的相互转变如下图所示：
反-1，2-二甲基环己烷：有ee和aa两个椅式构象，在平衡体系中ee构象占绝对优势。

两种椅式的相互转变和能量差别如下图所示：
对于1,2-二甲基环己烷，由于反式异构体ee 构象比顺式异构体构象势能更低，所以，反-1,2-二甲基环己烷比其顺式异构体稳定。

顺-1,3-二甲基环己烷的两个椅式构象中，ee 构象占绝对优势。

而反-1,3-二甲基环己烷的两个椅式构象能量相等，均为ae 型构象。

故顺-1,3-二甲基环己烷比其反式异构体稳定。

CH 3H 3C
CH 3
CH 3(ee)(aa)
顺-1-3- 二甲基环己烷
CH 3H 3C CH 3
CH 3
(ea)(ae)
反-1-3- 二甲基环己烷
类似地分析可知，反-1,4-二甲基环己烷比其顺式异构体稳定。

两环取代的碳氢化合物指的是分子中有两个环状结构取代基的化合物。

这些取代基可以是相同的或不同的。

举例来说，苯并环己烷就是一个两环取代的碳氢化合物。

它由一个苯环和一个环己烷环组成，其中两个环上的氢原子被取代为其他基团。

非取代的碳氢化合物则是指分子中没有任何取代基的化合物，所有碳原子上都连接着氢原子。

例如，甲烷（CH4）就是一个典型的非取代的碳氢化合物。

总结起来，两环取代的碳氢化合物具有两个环状结构取代基，而非取代的碳氢化合物则没有任何取代基，只有碳原子与氢原子相连。

环己烷空间结构
1. 环己烷的构象★★★ 主要分为椅式构象和船式构象(如下图)，椅式构象更稳定。

【注】一般只考察椅式构象
2. 椅式构象的画法★★★
→相间的两根键相互平行(画 z 字形) →六个碳原子交替分布在两个平面上
→每个碳均有一根 c-h 键在垂直方向，上平面的向上画，下平面的向下画→其它 c-h 键分别向左(左边的三个)或向右(右边的三个)，且上下交替【注】要掌握透视式和纽曼式的相互转化
3. 取代环己烷的构象★★★★
在一取代的环己烷，取代基可以处在 a 键上，也可以处在 e 键上:
当取代基处在 a 键时，它与 3, 5 位的 h 原子存在着非键张力，使得构象不稳定而翻转。

(1)取代基处在 e 键上稳定。

(2)多取代构象中以 e 键取代较多的构象较稳定。

(3)取代基越大，它处于 e 键的构象越稳定:
【注】取代环己烷一般考察环己烷稳定构象的写法。

书写时，大组应先写在横联上，其他小组按构象和相对位置摆放。

补充考点:
环烷烃的稳定性:环己烷 > 环戊烷 > 环丁烷 > 环丙烷★★☆。