构象与构型
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构象与构型
目录
概念 联系与区别 表示方式及表示方式的转换 转换的应用 环己烷及其衍生物的立体化学问题 其他多脂环化合物的构象
构型和构象的概念
构型(configuration)是指具有一定构造的 分子中原子或基团的固有空间排列,其构型的 改变必须依靠共价键的断裂和生成。
构象(conformation)是描述分子结构特征 最为丰富的概念。广义的构象是指分子中原 子或基团在三维空间的取向和定位,狭义的构 象是指具有相同构造和构型分子中原子或基 团在空间的取向和定位。
COOH
CH3
H
NH2
CH3
各种构型表示方式之间的转换
环己烷
碳原子以sp3杂化，六个碳原子不在同一平面
内，碳碳键间夹角109.5°，很稳定．有椅式和
船式两种极限构象.
0.18 nm
4
1
56
3
2
（1）环已烷的构象
①椅式构象
1
6
2
4
Newman投影式
0.250nm
②船式构象 0.18 nm
4
1
56
3
2
C H3
6
C H3
1
H
a、e 键
顺式：
5 CH3 6 4H3
C H3
1
H
2
a、a 键
4
5
C H3
3
2
H
6
C H3
1
H
e、e 键
结 论: 顺式 构象比反式构象稳定
当有两个不同的取代基时，大取代基处于e键者稳定
综上所述,取代环已烷的稳定构象是: ①一元取代的稳定构象是e型>a型.
②二元取代物稳定构象是,e,e型>e,a型>a,a 型.
H
或其奇数倍，得对
映异构体。
CH3
旋转180°
Cl
Cl
C2H5
旋转90°
C2H5 H
CH3
ⅱ、Fischer 投影
H
式不能离开纸面进 C2H5
CH3
行翻转。
Cl
ⅲ、一个基团固定，另外三个顺（逆）时针调换位置，不
会改变其构型。
COOH
COOH
COOH
NH2
H2N
H = H3C
NH2 = H
CH3 = H
③多元取代物取代基在e键上越多的构象越 稳定.
④两个有两个不同取代基时,大的在e键的构 象稳定
不饱和化合物的构象
围绕烯的sp2-sp3键的重叠式构象占优势是一
个普遍现象，如1-丁烯：
H3C
CH2 H
H
CH2 H3C
H
CH2
H
H
H
CH2 H
H
H HA
H CH3 B
HC
CH3 D
构象A和B为重叠式，C和D为交叉式。稳定 的旋转异构体是重叠式构象A和B。构象B（氢 重叠式）比A（甲基重叠式）更稳定一些。焓 差大约为0.15千卡/摩尔。
纽曼式
楔型式
乙烷的构象 1.球棒模型
乙烷的交叉式构象
2.球棒模型
乙烷的重叠式构象 重叠式、交叉式构象比较
(2)透视式表示乙烷的构象
(3)纽曼投影式
重叠式构象
交叉式构象
重叠式构象
交叉式构象
构型的表示法 Fischer 投影式
COOH
H
OH
CH3
立体结构
COOH
H C OH
CH3
投影式
COOH H C OH
配位的氮和二或三配位的硫所代替的结果。在 顺式-2-甲基-5-叔-丁基-1，3-二氧六环中，它 的优势构象是叔丁基为直立式，甲基为平伏式：
3
O
4
5
O
C(CH3)3
O
2
16
H3C
O
CH3
优势构象 C(CH3)3
当杂环中存在一个极性取代基时，取代基与 环中杂原子的相互作用可以变得很重要。
它的优势构象是 羟基为直立式的构 象。只有羟基为直 立式时，它才有可 能与环中氧原子形 成氢键，这个氢键 应当是使这个构象 变稳定的一种力。
（1）构象异构体
Cl
CH3
H CH3
Cl H
H
CH3
Cl
H
Cl
CH3
(1)
（2）构造异构体
Cl
Br
Br H
Br H
Cl
H
Cl
H
Br
Cl
(2)
Cl
Cl
Cl
HH
Cl
Br
H Br
H
Br
Br
(3)
（3）构型异构体
Br
Cl
H
Cl Cl
H
Cl
H Br
H
Br
Br
(4)
（4）构象异构体
构型和构象区别和联系
联系：构象和构型都是表示分子中原子 或原子团在空间的排列。
在1，3-丁二烯的构象中，两个双键是共 平面的，以便使电子离域时作有效的轨道重 叠。1，3-丁烯的两种共平面构象称为S-反式S-顺式。S-反式构象是1，3-丁二烯的最稳定 的构象。
H
H H
H
H
H s-反式
H
H H
H H
s-顺式 H
CH2 H
CH2 H
歪斜式
杂环构象
环己烷中的一个亚甲基被二配位的氧、三
3
2
4
H
3
5
H
H
2
16
H
HH
HH
Newman投影式
0 .1 8 3 n m
③椅式与船式构象的稳定性
椅式中相邻碳原子的键都处于交叉式位置，船 式中相信邻碳原子的键处于全重叠式的位置。氢 原子间有斥力（位阻），且两船头氢键（旗杆 键）距离较近，斥力较大，故椅式较稳定
椅式
99.9%
船式 - 29.7 KJ/mol
1
H
a键甲基环己烷占5%，e键甲环己烷占95%
CH3 a
e CH3
5%
95%
结 论:
取代基在e键上构象稳定;取代基越大,e键构
象越稳定,越多.
例如:叔丁基环己烷e键构象占99.9%
(b)二元取代环已烷
(1) 1,2-二取代环己烷(如1,2-二甲基环己烷)
顺式： 反式：
C H3
5
6
1
H
4
3
C H3
2
H
a、e 键
C H3
5
6
1
H
4Байду номын сангаас
3
H
2
C H3
a、a 键
4
5 CH3 6 CH3
3
2H 1
H
a、e 键
4
5H
6
C H3
3
2 CH3 1
H
e、e 键
结论:反式构象(处于e键取代基多)比顺式稳定
(2) 1,3-二取代环己烷(1,3-二甲基环己烷)
反式：
5 H6
4
3
C H3
C H3
1
H
2
a、e 键
4
5
H
CH3
锲形式
COOH H OH
CH3
Fischer投影式
1、投影方法： 划上一个十字线， 交点代表手性碳， 竖键向后， 横键向前。
2.对映异构体的Fischer 投影
COOH
HO
H
CH3
COOH
H
OH
CH3
COOH
OH
H
CH3
Fischer投影式特点
ⅰ、投影式在纸平
面上旋转180°时构 型不变；旋转90°
0.1%
a键 e键
六个a键和e 键分别三上 三下；同一 碳原子若a键 向上，e键必 然向下
56
1
4
3
2
a、e 键可以相互转化
（2）取代环已烷的构象
（a）一元取代环己烷 取代基在e 键是稳定构象
非键张力大
H 5 H6
4
3
C H3
1
H
2
C H3
5
3
1
4
2
6
H
H4
5
H
2
3
6
C H3
1
H
4
2
3 5
6 CH3
区别：1.构象异构体之间可以通过单键 的旋转或扭曲而相互转变，而构型异构 体之间在化学键不发生断裂的情况下是 不能互相转变的。
2.一般情况下，不能把构象异构 体分离开来，而可通过适当方法对构型 异构体进行分离（顺式与反式）或拆分
（R-型与S-型）。
构象的各种表示方式
模型
锯架式
纽曼式
楔型式
模型
锯架式
目录
概念 联系与区别 表示方式及表示方式的转换 转换的应用 环己烷及其衍生物的立体化学问题 其他多脂环化合物的构象
构型和构象的概念
构型(configuration)是指具有一定构造的 分子中原子或基团的固有空间排列,其构型的 改变必须依靠共价键的断裂和生成。
构象(conformation)是描述分子结构特征 最为丰富的概念。广义的构象是指分子中原 子或基团在三维空间的取向和定位,狭义的构 象是指具有相同构造和构型分子中原子或基 团在空间的取向和定位。
COOH
CH3
H
NH2
CH3
各种构型表示方式之间的转换
环己烷
碳原子以sp3杂化，六个碳原子不在同一平面
内，碳碳键间夹角109.5°，很稳定．有椅式和
船式两种极限构象.
0.18 nm
4
1
56
3
2
（1）环已烷的构象
①椅式构象
1
6
2
4
Newman投影式
0.250nm
②船式构象 0.18 nm
4
1
56
3
2
C H3
6
C H3
1
H
a、e 键
顺式：
5 CH3 6 4H3
C H3
1
H
2
a、a 键
4
5
C H3
3
2
H
6
C H3
1
H
e、e 键
结 论: 顺式 构象比反式构象稳定
当有两个不同的取代基时，大取代基处于e键者稳定
综上所述,取代环已烷的稳定构象是: ①一元取代的稳定构象是e型>a型.
②二元取代物稳定构象是,e,e型>e,a型>a,a 型.
H
或其奇数倍，得对
映异构体。
CH3
旋转180°
Cl
Cl
C2H5
旋转90°
C2H5 H
CH3
ⅱ、Fischer 投影
H
式不能离开纸面进 C2H5
CH3
行翻转。
Cl
ⅲ、一个基团固定，另外三个顺（逆）时针调换位置，不
会改变其构型。
COOH
COOH
COOH
NH2
H2N
H = H3C
NH2 = H
CH3 = H
③多元取代物取代基在e键上越多的构象越 稳定.
④两个有两个不同取代基时,大的在e键的构 象稳定
不饱和化合物的构象
围绕烯的sp2-sp3键的重叠式构象占优势是一
个普遍现象，如1-丁烯：
H3C
CH2 H
H
CH2 H3C
H
CH2
H
H
H
CH2 H
H
H HA
H CH3 B
HC
CH3 D
构象A和B为重叠式，C和D为交叉式。稳定 的旋转异构体是重叠式构象A和B。构象B（氢 重叠式）比A（甲基重叠式）更稳定一些。焓 差大约为0.15千卡/摩尔。
纽曼式
楔型式
乙烷的构象 1.球棒模型
乙烷的交叉式构象
2.球棒模型
乙烷的重叠式构象 重叠式、交叉式构象比较
(2)透视式表示乙烷的构象
(3)纽曼投影式
重叠式构象
交叉式构象
重叠式构象
交叉式构象
构型的表示法 Fischer 投影式
COOH
H
OH
CH3
立体结构
COOH
H C OH
CH3
投影式
COOH H C OH
配位的氮和二或三配位的硫所代替的结果。在 顺式-2-甲基-5-叔-丁基-1，3-二氧六环中，它 的优势构象是叔丁基为直立式，甲基为平伏式：
3
O
4
5
O
C(CH3)3
O
2
16
H3C
O
CH3
优势构象 C(CH3)3
当杂环中存在一个极性取代基时，取代基与 环中杂原子的相互作用可以变得很重要。
它的优势构象是 羟基为直立式的构 象。只有羟基为直 立式时，它才有可 能与环中氧原子形 成氢键，这个氢键 应当是使这个构象 变稳定的一种力。
（1）构象异构体
Cl
CH3
H CH3
Cl H
H
CH3
Cl
H
Cl
CH3
(1)
（2）构造异构体
Cl
Br
Br H
Br H
Cl
H
Cl
H
Br
Cl
(2)
Cl
Cl
Cl
HH
Cl
Br
H Br
H
Br
Br
(3)
（3）构型异构体
Br
Cl
H
Cl Cl
H
Cl
H Br
H
Br
Br
(4)
（4）构象异构体
构型和构象区别和联系
联系：构象和构型都是表示分子中原子 或原子团在空间的排列。
在1，3-丁二烯的构象中，两个双键是共 平面的，以便使电子离域时作有效的轨道重 叠。1，3-丁烯的两种共平面构象称为S-反式S-顺式。S-反式构象是1，3-丁二烯的最稳定 的构象。
H
H H
H
H
H s-反式
H
H H
H H
s-顺式 H
CH2 H
CH2 H
歪斜式
杂环构象
环己烷中的一个亚甲基被二配位的氧、三
3
2
4
H
3
5
H
H
2
16
H
HH
HH
Newman投影式
0 .1 8 3 n m
③椅式与船式构象的稳定性
椅式中相邻碳原子的键都处于交叉式位置，船 式中相信邻碳原子的键处于全重叠式的位置。氢 原子间有斥力（位阻），且两船头氢键（旗杆 键）距离较近，斥力较大，故椅式较稳定
椅式
99.9%
船式 - 29.7 KJ/mol
1
H
a键甲基环己烷占5%，e键甲环己烷占95%
CH3 a
e CH3
5%
95%
结 论:
取代基在e键上构象稳定;取代基越大,e键构
象越稳定,越多.
例如:叔丁基环己烷e键构象占99.9%
(b)二元取代环已烷
(1) 1,2-二取代环己烷(如1,2-二甲基环己烷)
顺式： 反式：
C H3
5
6
1
H
4
3
C H3
2
H
a、e 键
C H3
5
6
1
H
4Байду номын сангаас
3
H
2
C H3
a、a 键
4
5 CH3 6 CH3
3
2H 1
H
a、e 键
4
5H
6
C H3
3
2 CH3 1
H
e、e 键
结论:反式构象(处于e键取代基多)比顺式稳定
(2) 1,3-二取代环己烷(1,3-二甲基环己烷)
反式：
5 H6
4
3
C H3
C H3
1
H
2
a、e 键
4
5
H
CH3
锲形式
COOH H OH
CH3
Fischer投影式
1、投影方法： 划上一个十字线， 交点代表手性碳， 竖键向后， 横键向前。
2.对映异构体的Fischer 投影
COOH
HO
H
CH3
COOH
H
OH
CH3
COOH
OH
H
CH3
Fischer投影式特点
ⅰ、投影式在纸平
面上旋转180°时构 型不变；旋转90°
0.1%
a键 e键
六个a键和e 键分别三上 三下；同一 碳原子若a键 向上，e键必 然向下
56
1
4
3
2
a、e 键可以相互转化
（2）取代环已烷的构象
（a）一元取代环己烷 取代基在e 键是稳定构象
非键张力大
H 5 H6
4
3
C H3
1
H
2
C H3
5
3
1
4
2
6
H
H4
5
H
2
3
6
C H3
1
H
4
2
3 5
6 CH3
区别：1.构象异构体之间可以通过单键 的旋转或扭曲而相互转变，而构型异构 体之间在化学键不发生断裂的情况下是 不能互相转变的。
2.一般情况下，不能把构象异构 体分离开来，而可通过适当方法对构型 异构体进行分离（顺式与反式）或拆分
（R-型与S-型）。
构象的各种表示方式
模型
锯架式
纽曼式
楔型式
模型
锯架式