環烷的構型

[TinyNotes]

名詞解釋

• Angle strain：又稱做Baeyer strain，主要是因為角度不符合理想鍵角所產生的壓力
• torsional strain：因為非處於staggered form而產生的擠壓力，以eclipsed form的壓力最大
• ring strain：上述兩種strain合在一起，即稱做ring strain，可以用來評估分子最穩定的狀態

Baeyer的假設

• 認為環烷類皆為平面分子planar

• 因為angle strain，最安定的是cyclopentane，因為她的角度與理想鍵角最近

• 然而實際測量的結果，發現最安定的是cyclohexane，而且以上的多碳環能量就差不多

• 為什麼會有這種狀況→因為環烷分子並非planar所導致的結果

Cyclopropane

• 為平面分子
• 因為氫彼此呈現eclipsed form，加上angle strain極大(109.5→60)，導致分子較不穩定

Cyclobutane

• 若為平面分子，angle strain較小，然而彼此仍呈現eclipsed狀態
• 因分子稍微可以扭轉，形成一個“envelope”的形式，為最穩定的狀態。稱做“puckered conformation”或是“envelope conformation”

Cyclopentane

• 有兩種常見的conformation形式，彼此能量差不多
• envelope：四個碳同平面，一個碳分子則above the plane
• half chair：三個碳同平面，一個碳分子above，一個碳分子below

Cyclohexane

• 最穩定的形態為chair conformation，彼此呈“staggered”，最安定
• boat形式：相對於chair較不安定，有較多的eclipsed出現，於是常會出現扭曲形成“twist boat”，讓整個結構相對更安定
• 能量大小：half chair→boat→twist boat→chair

Cyclohexane的ring flip現象

• 碳上的氫可分成兩種：equotorial與axial兩種
• 如果產生ring flip的話，原本是equotorial的官能基會變成axial，反之亦然
• 至於要判斷哪種較常出現的話，則要比較官能基互相的影響。以equotorial最為安定，因為與之交互作用的官能基較少

Polycyclic ring system

• 定義：兩個以上的原子共用於多於1個環的狀況

• 命名：看主要聯接的碳上，各聯結了多少碳原子，並且在命名時，按照數字大小排列呈[x,y,z]

• 例子：如果有一個10碳的環烷，在1號碳與7號碳聯上一個bond，這樣要如 何命名？

• 解：1C和7C可以分成三段，一段有5個c，另一邊3個c，還有彼此聯結的0個碳，因此命名為 bicycle[5,3,0]decane