椅型构象

有机化学术语

在环已烷中，六个碳原子不在同一个平面内,碳碳键之间的夹角为109.5°，没有环张力，因此环很稳定。环已烷由于环的翻转可以形成多种构象，其中，椅型和船型这两种典型的构象最为重要。船型构象能量高，不能稳定存在，而椅型构象能稳定存在。

简介

六元环是自然界中发现最多的环系，这是因为六元环以十分稳定的构象形式存在。在这个构象中，基本上不存在任何角张力和扭转张力。图1以两种不同的方式表示了环己烷的这一稳定构象。

从中间的式子容易看出C2、C3、C5和C6构成了一个平面，类似一张椅子面。C1朝下，类似椅子腿，C4朝上类似椅子靠背。因此该构象被形象地称为椅型构象（chair conformation）。

环己烷的椅型构象中，所有C—C—C键角均为111°，与sp3杂化轨道夹角109.5°十分接近，基本上没有角张力。用Newman投影式表示这一构象，可以清楚地观察到椅型构象中任意两个相邻碳原子的构象全部为交叉式。因此也不存在扭转张力。

球棍模型

仔细观察环己烷椅型构象的球棍模型，可以观察到另外两个相互平行的平面，即C1、C3和C5组成的下平面以及C2、C4和C6组成的上平面，如图2所示。

以这两个平面为基准，可以看到下平面碳原子上向下的键垂直于该平面向下，而上平面碳原子上向上的键垂

直于该平面向上，因此称之为直立键，也称为a键（axial bonds）。其余的键则平伏伸向环的两侧，因此称之为平伏键，也称为e键（equatorial bonds）。

为了清晰准确地表达环己烷椅型构象中a、e键的关系，画椅型构象时，不能将椅子面画成水平面（如图3中左图所示），而应将奇数碳或偶数碳构成的平面作为水平面（如图3中右图所示）。

稳定形式

除D3d对称性的椅型构象（1）外环己烷还有半椅型/信封型（2）、扭船型（3、5，D2对称性）和船型（4）等构象，但只有这之中扭船型可以和椅型一样分离出来（因它为能量低点）。船型结构无角张力，但有两个轴向1，4-氢间的空间张力（即所谓旗杆氢作用），而且因两根碳-碳键处于重叠构象，所以也有扭转张力，不如椅型构象稳定。船型结构可以折成其他构象以减少张力，如比它更加稳定的扭船型。

船型和半椅型构象分别是扭船型间和扭船-船型间的过渡态，无法分离出来。相对船型，扭船型、船型和半椅型的能量分别为23、28、45 kJ/mol。环翻转实际上就是经过两个半椅型、两个扭船型和一船型构象，从一椅型翻到另一椅型的过程。椅型和扭船型间的能差可通过对正逆转化反应的活化能求差而间接求得。室温下只有很少（＜0.1%）的环己烷是以扭船型存在的，但在800℃时该比例可以增至30%。可借此对正反应进行研究，同样将1073K的环己烷迅速冷却到40K，用红外光谱研究，就可以得到相应的逆反应数据。

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