环烷
无数的有机化合物已知的序列碳原子,而不是连接在一个链,形成一个环。饱和烃,包含一个被称为环烷环。与C的一般公式nH2n(n是一个整数大于2),他们有两个氢原子少于一个吗烷烃与相同数量的碳原子。环丙烷(C3H6)是最小的环烷,而环己烷(C6H12)是研究最多的,最好的理解,也是最重要的。通常代表环烷环为多边形,每个角落都对应于一个碳的理解原子这是附加的必要的氢原子的数量使其债券总数达到4。
在命名环烷环烷基基团是表示明确,按字母顺序列出,戒指是编号,给最低位次首次出现取代基。如果两个不同的方向产生等效的位次,方向选择出较低数量的取代基出现第一名。
的三个碳原子环丙烷定义一个等边三角形的角落,一个几何图形,需要60°C-C-C角。这个60°角远小于正常的四面体键角(称为109.5°,带来相当大的压力角应变)环丙烷。环丙烷的扭转应变进一步动摇的结果有三个重叠碳氢键上面的平面环和三个以下。
环丙烷是唯一环烷平面。环丁烷(C4H8)和高环烷采用非平面的构象以减少债券的黯然失色相邻原子。角应变在环丙烷环丁烷小于,而环戊烷和更高的角应变环烷几乎是免费的。除了环丙烷,所有环烷经历快速的内部运动涉及空间的互变现象”皱”构象。
许多最重要的原则构象分析开发了通过检查环己烷。三个环己烷的构象,被指定为椅子上,船,倾斜(或扭曲),本质上是自由的角变形。这三个椅子是最稳定的,主要是因为它有一个交错安排所有的债券。船和扭曲构象缺乏完美的惊人的债券和受扭变形不稳定。船式构象进一步稳定的相互拥挤在碳原子和四个氢原子。船的形状使其两个“旗杆”氢原子在1.80埃,距离远小于2.20埃的排斥力氢原子之间的关系变得重要。在室温下,每999人中就有1000环己烷分子存在于椅子形式(另一个是倾斜)。
有两种取向的椅式构象碳氢键的环己烷。六个债券是平行的垂直轴通过环的中心,被称为轴向(a)债券。这六个轴向债券的方向交替上下从一个碳环周围的未来;因此,轴向氢在碳一,三,五躺在一边的环和碳二,四,六。剩下的六个债券被称为赤道(e)因为他们躺在一个区域对应的近似的“赤道”分子。nonbonded原子之间最短的距离是那些包括轴向氢分子的在同一边。
快速的过程chair-chair互变现象(称为ring-flipping)互换的六轴向赤道和六个氢原子在环己烷。连续Chair-chair互变现象所带来的是一个复杂的过程在分子构象的变化。它不同于简单的分子运动,如旋转和翻滚,因为它只是一个构象变化,它不需要任何债券被打破。
在替换Chair-chair互变现象尤为重要衍生品环己烷。任何取代基时更稳定占有赤道环上而非轴向网站,自赤道比轴向取代基不太拥挤。在甲基环己烷的椅式构象大型甲基赤道是最稳定的,因此最密集的所有可能的构象。在任何瞬间,几乎所有的甲基环己烷分子在给定样品椅子构象存在,和大约95%的甲基的赤道方向。
高度支叔丁组(CH3)3C - (叔丁)比甲基,更多的空间要求和超过99.99%的叔-butylcyclohexane分子采用椅子的构象(CH3)3C -组是赤道。
构象分析的六元环,尤其是大稳定椅子上的取代基构象与赤道,不仅是重要的领域的碳氢化合物也至关重要的性质的理解重要的生物分子,尤其是类固醇和碳水化合物。奇怪的激战挪威和德里克。巴顿英格兰的分享了诺贝尔奖化学奖于1969年在这一领域的重大发现。激战的研究处理结构,而巴顿表明构象影响化学反应的影响。
环烷的最稳定结构和化合物基础上都是由大量的实验技术,包括x射线衍射和电子衍射分析和红外,核磁共振,微波光谱。已经加入了这些实验技术进步等计算方法分子力学,即总应变各种构象的能量计算和比较(另请参阅化学成键:分子结构的计算方法)。总能量最低的结构是最稳定的,对应于债券距离的最佳组合,键角和构象。这种计算的一个好处是,不稳定的构象,很难通过实验研究,可以检查。分子力学计算的质量就是这样,声称许多碳氢化合物的结构特点可以比他们可以测量的计算更准确。
与7 - 12个碳环的构象被特殊的分子力学的研究目标。与环己烷,哪一个构象(椅子)比任何其他更稳定,与7 -环烷碳通常居住着几个类似能量的构象。戒指有超过12个碳足够灵活的采取构象,本质上是无应变。
多环碳氢化合物是包含多个环的碳氢化合物。他们被归类为二环、三环、四环的等等,根据正式的债券断开连接的数量需要产生一个非周期的碳链。例子包括反式十氢化萘和adamantane-both少量存在石油——立方烷,复合合成的目的研究菌株对化学反应的影响。
