《構(gòu)象異構(gòu)現(xiàn)象》PPT課件

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1、一、鏈烷烴的構(gòu)象異構(gòu)現(xiàn)象1.基本概念分子的構(gòu)象：在常溫下，分子中的原子或基團(tuán)繞著單鍵（σ鍵）旋轉(zhuǎn)，在空間產(chǎn)生了一系列不同的排列，這一系列排列稱為分子的構(gòu)象。每一種排列稱為構(gòu)象異構(gòu)體。異象體：同一構(gòu)型，不同的構(gòu)象異構(gòu)體又稱為異象體，通常稱為不同的構(gòu)象。如乙烷的重疊式和交叉式構(gòu)象式?！?-2構(gòu)象異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)象異構(gòu)產(chǎn)生的原因：由于以σ鍵連接的兩個(gè)原子可以相對的自由旋轉(zhuǎn)，從而使分子中的原子或基團(tuán)在空間有不同的排布方式。穩(wěn)定構(gòu)象：在一系列構(gòu)象中能量最低（最穩(wěn)定、存在時(shí)間最長或出現(xiàn)幾率最大）的構(gòu)象稱為穩(wěn)定構(gòu)象，又稱為優(yōu)勢構(gòu)象。如乙烷的交叉式構(gòu)象；環(huán)己烷的椅式構(gòu)象。構(gòu)象分析：2

2、.乙烷的構(gòu)象乙烷分子繞C—Cσ鍵旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生無數(shù)個(gè)構(gòu)象異構(gòu)體，其中有兩個(gè)典型構(gòu)象異構(gòu)體，稱為極限構(gòu)象異構(gòu)體——重疊式（順疊式）構(gòu)象、交叉式（反疊式）構(gòu)象。重疊式構(gòu)象交叉式構(gòu)象構(gòu)象異構(gòu)體的表示：三維結(jié)構(gòu)；鋸架結(jié)構(gòu)和紐曼投影式構(gòu)象的表示方法：鋸架式、立體透視式(三維結(jié)構(gòu))和紐曼（Newman）投影式，其中扭曼投影式最重要。扭曼投影式：把乙烷分子模型的C—C鍵的一端對著觀察者，另一端遠(yuǎn)離觀察者，進(jìn)行投影操作，兩碳原子重合。前碳用表示，后碳用表示。用前碳和后碳上的兩個(gè)C—H鍵分別與C—C鍵確定的兩平面的二面角“θ”旋轉(zhuǎn)的角度表示構(gòu)象。有重疊式構(gòu)象和交叉式構(gòu)象。由此可見，交

3、叉式構(gòu)象的能量較低，故為穩(wěn)定構(gòu)象。乙烷分子不同構(gòu)象的能量曲線如下圖所示：分子處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從交叉式構(gòu)象轉(zhuǎn)到另一交叉式構(gòu)象僅需要克服12.6kJ·mol-1能壘，因此各種構(gòu)象處于動(dòng)態(tài)平衡。重疊式構(gòu)象不穩(wěn)定的原因是兩個(gè)碳上的C—H鍵處于重疊位置，相距最近，兩個(gè)C—H的兩個(gè)σ電子對互相排斥，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)張力最大，分子的熱力學(xué)能最高。在交叉式構(gòu)象中，兩C—H鍵距離最遠(yuǎn)，扭轉(zhuǎn)張力最小，分子熱力學(xué)能最低，是最穩(wěn)定構(gòu)象。溫度降低，穩(wěn)定構(gòu)象數(shù)量增加。3.丁烷的構(gòu)象：丁烷的結(jié)構(gòu)比乙烷復(fù)雜，先討論繞C2—C3σ鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的構(gòu)象。丁烷有四種極限構(gòu)象，其熱力學(xué)能及動(dòng)態(tài)平衡中各異構(gòu)體含量如

4、下：丁烷繞C2—C3σ鍵旋轉(zhuǎn)的典型構(gòu)象有四種：全重疊式部分交叉式部分重疊式對位交叉式熱力學(xué)能/kJ·mol-118.83.715.90室溫下含量/%≈018≈072丁烷有四種極限構(gòu)象，其熱力學(xué)能及動(dòng)態(tài)平衡中各異構(gòu)體含量如下：丁烷分子不同構(gòu)象的能量曲線如下圖所示：全重疊式＞部分重疊式＞鄰位交叉式＞反交叉式結(jié)論：反交叉式是丁烷的優(yōu)勢構(gòu)象（又稱：最穩(wěn)定構(gòu)象）由此可見：丁烷四種典型構(gòu)象能量的高低順序是：在對位反交叉式構(gòu)象中，扭轉(zhuǎn)張力最小，兩個(gè)大基團(tuán)（CH3）相距最遠(yuǎn)，非鍵張力（范德華排斥力）最小，能量最低，是優(yōu)勢構(gòu)象；其次是部分交叉構(gòu)象，能量較低；再次是部分重疊構(gòu)象，能

5、量較高；能量最高的是全重疊式構(gòu)象，其σ鍵電子對扭轉(zhuǎn)張力最大，兩個(gè)大基團(tuán)相距最近，非鍵張力也最大，是最不穩(wěn)定構(gòu)象。這些構(gòu)象能量差18.8kJ.mol-1，室溫下仍可以繞C2-C3σ鍵自由轉(zhuǎn)動(dòng)，相互轉(zhuǎn)化，呈動(dòng)態(tài)平衡。反交叉式構(gòu)象穩(wěn)定的原因(即構(gòu)象分析）：丁烷分子也可以繞C1—C2和C3—C4σ鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生類似的構(gòu)象。相鄰的兩碳上的C—H鍵都處于反位交叉式，碳鏈呈鋸齒狀排列：4.正構(gòu)烷烴的構(gòu)象高碳數(shù)鏈烷烴的優(yōu)勢構(gòu)象：相鄰的碳原子的構(gòu)象都是反位交叉式，碳鏈呈鋸齒狀排列。5.分子構(gòu)象的作用構(gòu)象影響分子間作用力等，因而影響化合物的性質(zhì)（如熔點(diǎn)）和反應(yīng)機(jī)理。注意：這里討論是鏈烷

6、烴的構(gòu)象，在分析其他類化合物構(gòu)象時(shí)，在相鄰碳原子上連有可形成氫鍵的基團(tuán)時(shí)，會改變構(gòu)象。例：CH2Cl—CH2OH的穩(wěn)定構(gòu)象是鄰位交叉式。因?yàn)闅滏I的能量遠(yuǎn)大于穩(wěn)定構(gòu)象的能量。二、環(huán)烷烴的構(gòu)象1.環(huán)丙烷的構(gòu)象環(huán)丙烷是三個(gè)碳原子的環(huán)，只能是平面構(gòu)象，即它的構(gòu)型。盡管只有一種構(gòu)象，但這個(gè)環(huán)極不穩(wěn)定，主要因?yàn)椋?1)所有C-H鍵都是重疊構(gòu)象，扭轉(zhuǎn)張力大。(2)C原子是不等性雜化或彎曲鍵，有“角張力”存在。2.環(huán)丁烷的構(gòu)象環(huán)丁烷有兩種極限構(gòu)象：平面式構(gòu)象：像環(huán)丙烷一樣，不穩(wěn)定，因?yàn)榕まD(zhuǎn)張力和“角張力”存在。蝶式構(gòu)象：能緩解扭轉(zhuǎn)張力和角張力，呈蝶式構(gòu)象。通過平面式構(gòu)象，由一種

7、蝶式翻轉(zhuǎn)成為另一種蝶式構(gòu)象，處于動(dòng)態(tài)平衡。蝶式是優(yōu)勢構(gòu)象。3.環(huán)戊烷的構(gòu)象環(huán)戊烷的構(gòu)象主要是信封型和半椅型構(gòu)象。兩者處于平衡。因?yàn)槠矫鏄?gòu)象能量較大，一般認(rèn)為環(huán)戊烷采取這種構(gòu)象可能性很少。E相對=kJ/mol信封式E=0半椅型E=04.環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷的構(gòu)象經(jīng)過近百年的努力才建立起來。Baeyer1885年提出張力學(xué)說，認(rèn)為環(huán)狀化合物是平面構(gòu)型Sachse(薩克森)1889年質(zhì)疑張力學(xué)說只適合小環(huán)，提出環(huán)己烷有船型、椅型兩種構(gòu)象。(1)椅型和船型構(gòu)象環(huán)己烷保持碳原子的109.5°鍵角，提出了椅型和船型構(gòu)象。船式構(gòu)象紐曼投影式船型構(gòu)象：C1、C2、C4、C5在一個(gè)

8、平面上，C3和C6在平面