清华大学有机化学李艳梅老师课件第三章

Eclipsed conformation 重叠式（能量较高）
原因之一：基团之间的相互距离最远。 原因之二：超共轭效应
参考：学生报告
☆绝密
2002.5.22前
克莱登大学申请博士 学位试题
（有机化学卷）
克莱登大学申请博士学位试题（有机化学卷） 2002年5月22日
试题一、试解释乙烷构象中重叠式的能量为何大于交叉式。
重叠型构象中，两个Ｃ原子上的Ｈ原子相距较近， 产生排斥力，而出现空间阻碍效应(Steric effect)。 而在交叉型构象中，两个Ｃ原子上Ｈ原子的相距较 远，不会出现空间阻碍效应的排斥力，能量较低， 比较稳定。
对“试题一”的讨论：
在国内外现行的有机化学教科书中，对乙烷分 子的构象问题大多是按上述方式（空间阻碍效应） 解释的.
Nature杂志2001年5月的一篇报道指出： 文献：V. Pophristic, L. Goodman, Nature 411, 565-568 (31 May 2001)
Pauli电子交换作用
空
Pauli不相容原理
间 阻
碍
决定乙烷构 象的因素
静电作用
效 应
电荷间的库仑力
超共轭作用
轨道电子从一个已占据轨道转移到邻近的 空轨道而产生的电荷离域作用
3.2.1 Chemical formula 分子立体结构的表示法
perspective structure 透视式
HH H
CH3CH3
eg CH 3CH 3
H H HH H
H
H
特点：重点H表示某H 个局部
CH 3CH 2CH 2CHCH 3
CCHH33CH3
H
H
H
H
H HHH
H H HH
H
H
H H HH
同分异构体：两个或两个以上分子式相同而结构不同 的物质互称同分异构体。
本章重点：
饱和烃 通式：CnH2n+2
Content
3.1 Structure 3.2 Conformation 3.3 Physical properties and spectrum
data 3.4 Chemical properties 3.5 Preparation (Learn on your own) 3.6 Sources and usages (Learn on your
指出纸面
指向纸内
OSaftwenhoursseedretoprreespernestaetniotna local structure
（锯架式）
Wedge representation （伞型式，楔型式）
Newman projection Newman投影式
CH3CH3
H H H H HH
H
HH H
乙烷分子中，C—C键长154pm，C—H键长110.7pm，C—C—H键角为 109.3º。根据计算，两个重叠型的氢核之间的距离为229pm，而氢原子的范 德华（von der Waals）半径为 120pm，两个氢核之间距离小于两个氢原子范 德华半径之和，因此有排斥力，这种排斥力是不直接相连的原子间的作用力， 因此称为非键连的相互作用，分子处于这种构象，从能量上考虑是最不稳定 的。反之，在乙烷的交叉型构象中，两个碳原子上的氢离得最远，根据计算， 两个氢核之间的距离约为250pm，分子处于这种构象是最稳定的。……只要 偏离交叉型的构象，就有扭转张力，这种张力来源于范德华排斥力。
（《基础有机化学》）
“对重叠式和交叉式能量不同的原因还没有统一意 见，一种意见认为：……” —— 《有机化学》
“乙烷的转动能垒的产生尚未能很好地解释。如果仅 由范德华力（原子间的排斥力）所引起，该能垒显然 太高……两个碳原子上的氢的大小并不足以引起观测 得到的拥挤。” ——R. T. Morrison, R. N. Boyd, Organic Chemistry (Prentice-Hall, 1992, 6th ed.)
同系物具有相似的化学性质，其物理性质一般随分 子量的改变而规律性变化。 系差： CH2为同系列的系差
构造式：代表分子中原子的种类、数目和排列次序的 式子。
结构式：除了代表分子中原子的Βιβλιοθήκη Baidu类、数目和排列次 序的之外，还包括了空间及原子、电子、构 型、构象等信息的式子。
同分异构：分子式相同而结构不同的现象。
own)
3.1 Structure
C: 1s22s22p2
sp3 hybridization
C
C
C
H ~107nm
~154nm
~109.5o ~107pm
H
H
C
H H
3.2 Conformation
3.2.1 Chemical formula 3.2.2 Conformation of ethane 3.2.3 Conformation of butane 3.2.4 Conformation of the other alkanes
What is “confirmation”
Rotation around the carbon-carbon single bond lead to changes of the atom relative locations. A
s“cpoencfiaolrimzeadtiroenla”tiv由e l于oc单at键ion的is旋c转all形ed成a分子（离 子……）中各个原子的相对位 置不同，这种特定的排列形式 称为“构象”。由单键旋转而 产生的异构体称为“构象异构 体”或“旋转异构体”。
HH
Newman projection
将乙烷模型置于纸面上，使C—C键与纸面垂直， 从C—C键上方往下看，用一个点表示前面的碳原子， 与这一个点相连的线表示碳原子上的键，用周围表 示后面的碳原子，从周围的、向外伸出的线表示后 一个碳原子上的键。
H HH HH
H
HH H H HH
Staggered conformation 交叉式（能量较低）
清华大学有机化学李艳梅老师课件第三章
几个名词和术语 （Terminology ）
碳氢化合物：只含碳和氢两种元素的化合物。 烷烃：碳氢化合物，通常指饱和的碳氢化合物。简称“烃” 饱和烃：分子中碳原子以单键相互连接成链，其余的价完全
与氢原子连接，分子中氢的含量已达到最高限度。 同系列：组成上相差CH2或其整数倍的一系列化合物。 同系物：同系列中各个化合物互称同系物。