整理一下4到8元碳环以及碳水化合物中氧杂环的典型构象(包括几何示意,构象名称,以及对称群)。一方面能帮助理解环状分子如何通过构象变化缓解环张力稳定结构;另一方面,构象效应通过影响分子空间排列、过渡态稳定性及立体电子效应,也决定了反应发生的方向。

打开网易新闻 查看精彩图片

4 碳环:采取皱褶构象(puckered conformation,D2d) ,俗称 鞍形 / 蝶形。四元环若为平面,环张力极大,因此通过 “折叠” 成非平面构象缓解张力。

5元碳环有两种构象:

①信封式(envelope,Cs):4 个原子共平面,第 5 个原子像信封的封口一样突出平面。

②扭曲式(twist,C2):又称半椅式(half-chair),5 个原子均不共平面,2 个原子分别位于假想平面的两侧,进一步缓解张力

6元环己烷环有多种可能构象:

chair(椅式,D3d):最稳定的构象,有直立键(a键)和 平伏键(e键)之分。

boat(船式,C2v):较不稳定,存在 “船底” 碳原子的重叠张力。

twist(扭曲船式,D2*):又称 “skew boat/stretched form”,是为了缓解船式而采取的变形。

half-chair(半椅式,C2):过渡态构象,5 个原子共平面,第 6 个原子突出平面。

7元环庚烷类似于环己烷,图中有两种描述构像:分别描述为 analogous to chair(类椅式,Cs)”和 analogous to boat(类船式,Cs)。

实际还有扭船型(twist-boat)和扭椅型(twist-chair),前者跨环张力比较明显,所以一般认为稳定构象为扭椅式;

后面的大概就不分析了,大家了解就好。其实目前来讲,三元环和六元环是构象研究最成熟的体系,无论是实验方面还是理论方面;四元环和五元环虽然有定量研究但深度不行,而中环和大环基本上都是依赖计算模拟,实验验证有待技术突破。