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第三章立体化学16开
第三章立体化学
第一节对称性原理
一、基本概念
1.对称图象
在经过不改变图象中任何两点间距离的操作后能复原的图象称为对称图象。
能使图象复原的操作称为对称操作,换言之对称操作的结果是产生与原图象不可区分的图象。
对于分子而言对称操作的结果是使若干原子移动到同类的原子原来占据的位置,产生与原结构不可区分的结构。
对称操作据以进行的几何元素称为对称元素。
2.重合操作
重合操作是使一个图象与另一个等价图象在不改变图象中任何两点间距离的动作后能重合的操作。
例如,平移、旋转、反映和反演(或称为倒反)都是重合操作。
两个图象的重合是指它们每个相当点的重合,而等价图象是指这样的两个图象:
一个图象中的每一点可在另一个图象中找到一个相当点,而且其中任何两点间的距离等于另一个图象中两个相当点间的距离,因此两个等价图象既可以是两个可以相互叠合的相同图象也可以是互为镜象的图象,由此可以进一步把重合操作分成两大类:
第一类重合操作是使两个相同图象叠合的操作,例如平移和旋转;第二类重合操作是使两个互为镜象的图象重合的操作,例如反映、反演和旋转反映。
根据定义对称操作属于重合操作的范畴,而从性质来说对称操作就是重合操作。
在有限图象的对称元素集合中,只能有对称中心、对称面、对称轴(又称为旋转轴)和象转轴(又称为映轴)等四种,这些对称元素及其对称操作列于表3-1,其中对称轴属于第一类对称元素而对称中心、对称面和象转轴则属于第二类对称元素。
二、对称元素和对称操作
表3-1对称元素及其对称操作
对称元素
对称操作
恒等元素E
恒等操作(不动操作)
对称中心(反演中心)i
通过中心的反演
对称面σ
对平面的反映
对称轴Cn
绕轴的一次或多次转动
象转轴(映轴)Sn
继转动之后,在垂直于该转轴的平面上的反映
1.恒等元素E和恒等操作E
恒等操作是指对分子不进行任何操作或者产生恒等(完全相同)结构的操作,相应的对称元素称为恒等元素。
注意:
恒等操作的结果是所有原子的都占据其原来的位置。
2.反演中心i和反演操作i
反演中心用i表示。
它是一个几何点,如果从分子中任何一个原子出发向这一点作直线,然后再作等距离的延长线能找到同类的另一个原子,那么这一几何点就是一个反演中心。
反演中心是一个对称元素,相应的对称操作称为反演用i表示,操作的结果是使分子中的每一个原子移动到与它和反演中心等距离的另一端。
具有反演中心的分子示例如下,从图可知i2=E,因此反演操作实际上只限于i1,通常用符号i表示。
一个分子(或图形)可能有一个且只可能有一个反演中心,换言反演中心(或对称中心)是唯一的。
完成反演时,只有对称中心上的一个原子不动(假如对称中心上有一个原子的话),其余的每个原子必须都有一个和它匹配的原子通过中心与之交换。
因此如果一个分子中有两种或两种以上的原子是奇数那么就可以断言它不会有对称中心。
3.对称面σ和反映操作σ
对称面用符号σ表示,相应的对称操作用符号σ表示使分子(或图形)通过对一个平面的反映操作产生一个不可区分的结构(或图形)此平面就是分子的一个对称面。
如果使一个分子对同一平面连续反映两次(记作σ2),那么操作的结果是使所有原子回到原来的位置,从而σ2=E。
当n>2时操作(记作σn)等价于n=1或n=2因此实际上反映操作限于σ1通常表示为σ。
一个分子可能具有不止一个对称面。
例如甲醛分子就有两个对称面:
一个是分子平面,另一个是通过碳原子和氧原子并垂直于分子平面的平面。
如果一个分子既有对称轴又有对称面,那么把垂直于主轴的对称面表示为σh(水平对称面),而通过(包含)主轴的平面表示为σv(垂直对称面)或σd。
如果分子有垂直于主轴的C2轴,那么通过主轴的平面分为两类:
σv和σd,后者不仅通过主轴而且平分两个C2轴的夹角。
具体示例见下图。
4.旋转轴Cn和旋转Cnk
n重旋转轴用符号Cn表示,这里n等于360º除以为产生不可区分的结构(或图形)所必须旋转的最小度数(称为旋转基角,用α表示),n表示旋转轴的轴次,其对称操作用符号
表示,这里k是使分子(或图形)旋转360/n度的转动次数(即连续操作的次数)。
例如旋转一次用符号
(简记为Cn),依此类推。
由于相应k>n的操作等同于k≤n时的操作,因此一个Cn轴产生n个不同的对称操作,
。
当n为偶数时一定有相应的Cn/2。
例如有C4轴一定有一个C2轴。
当分子(或图形)含有多个对称轴时,把n最大的轴称为主轴而其它轴则称为副轴。
以水分子为例,假设用深色来区分两个氢原子,绕通过氧原子的直线使分子逆时针旋转180º,那么该操作的结果是两个氢原子交换位置。
既然两个氢原子的区分是人为的,假想的,操作的结果是与原水分子不可区分的,由于n=360/180=2,因此这一直线是水分子的一个对称轴—C2轴。
其它具有对称轴的分子见图例。
由于可绕分子轴旋转任意角度,因此线形分子具有C∞轴。
5.象转轴Sn和象旋转Snk
n重象转轴用符号Sn表示,n表示象转轴的轴次,相应的对称操作用符号
表示,象旋转(或非真旋转)操作的结果是使分子(或图形)绕一条直线以360/n度连续旋转k次,继而对垂直于该直线的一个平面进行反映。
这一直线称为象转轴(映轴或非真轴或交替对称轴)。
如果一个分子有Cn轴和垂直于这个真轴的对称面,那么这个分子显然有Sn,但必须注意:
非真旋转是绕轴旋转和对镜面反映的联合操作,非真旋转的结果与这两个部分操作进行的次序无关,象转轴的存在并不必需相应的Cn和σ的存在。
当n是偶数时一定隐含着一个Cn/2轴,当n是奇数时一定隐含着一个Cn轴和伴生一个对称中心。
当n是偶数时一个象转轴产生n个对称操作(Snk)k=1…n,当n是奇数时一个象转轴产生2n个操作(
)k=1…2n。
因为S1的操作是绕旋转360º继而反映,然而旋转360º使任何分子(或图形)都回到原来的结构(或图形)因此一个S1轴等价于一个对称面(S1≡σ)。
类似地一个S2轴等价于反演中心(S2≡iS21≡i)。
如果k是偶数,由于σk≡E所以Snk≡Cnk。
如果n是偶数则Snn≡E;如果n是奇数Snn≡σh,Sn2n≡E。
一个对称图象若同时具有两种或多种对称元素的对称性,则称为具有这些对称元素组合的对称性。
可以证明在映轴中有下列关系:
因此只有S4m(n=4m,m=1,2…)是独立的,其它的映轴都可以归结为别的对称元素或它们的组合,但是如果把旋转轴和映轴作为两类基本对称元素,那么对称中心和对称面就是映轴的两个特例。
三、对称元素的组合定理
两个对称元素的组合必定产生第三个对称元素。
1.对称面之间的组合
两个对称面的交线为旋转轴,其基转角α是两个对称面夹角θ的两倍。
推论:
基转角为α的旋转轴操作可分解成夹角为α/2的两个对称面的连续操作。
2.旋转轴与对称面之间的组合
当有一个对称面穿过旋转轴Cn时必有n个对称面穿过该旋转轴。
3.旋转轴与对称中心之间的组合
如果在偶数次旋转轴上有对称中心,那么必有一个对称面与该旋转轴垂直并相交于对称中心。
推论:
在有对称中心时,对称图象的偶次旋转轴数目等于对称面的数目。
4.旋转轴之间的组合
两个旋转轴的组合产生第三个旋转轴—Euler定理。
第二节静态立体化学
一、立体异构体的分类
有机化合物普遍存在同分异构现象。
所谓同分异构体是指分子式相同而结构和性质不同的化合物。
同分异构体可以分为构造异构体和立体异构体。
构造相同但原子在空间的排列不同的化合物称为立体异构体。
同分异构体的具体分类如下:
通过绕单键的旋转而产生的立体异构称为构象异构。
通常构象异构体之间存在着快速的平衡转化,一般不能予以分离,因此从构象的角度来说存在构象异构的有机化合物并不是真正意义上的纯净物。
在构象平衡中一般最稳定的构象异构体占优势。
绕单键的旋转是不能改变分子构型的,只有通过共价键的断裂和重构才可能改变分子的构型。
除非特别指明,立体异构体一般是指构型异构体。
二、手性和手性判剧
1.手性和手性分子
图象与其镜像不能重合的性质称为手(征)性。
与其镜像不能重合的分子称为手性分子而能与其镜像重合的分子则称为非手性分子。
2.对称性与手性的关系—手性判据
根据对称性原理,具有映轴Sn(n=1,2…,S1=σ,S2=i)的分子能与其镜象重合因而这类分子是非手性分子,而不具有映轴Sn的分子则是手性分子。
由于只具有高次映轴(如S4和S6)的有机分子很少,故一般可采用下述最简判据:
既没有对称面又没有对称中心的分子具有手性是手性分子。
三、对映异构体与非对映异构体
1.对映异构与非对映异构的定义
互为镜像的一对立体异构体互称为对映体。
不是镜像关系的立体异构体互称为非对映体。
2.旋光性与比旋光度
a.旋光性与右旋体和左旋体
手性分子具有能使偏振光的振动平面发生转动的光学性质称为旋光性。
具有旋光性的物质称为光学活性物质。
能使偏振光的振动平面发生顺时针旋转的一种对映体称作右旋体,而使偏振光的振动平面发生逆时针旋转另一种对映体则称作左旋体。
右旋体与左旋体分别用符号(+)与(-)作为词头标注在物质名称的前面。
b.比旋光度
对映体的旋光性用比旋光度量度,它与所用的溶剂和测定时的温度及偏振光的波长等因素有关。
单位光程和对映体每单位浓度(对溶液)或单位密度(对纯液体)的旋光度称为比旋光度,可表示如下:
(Biot定律)
其中α为旋光度,l为光程(即旋光管的长度)单位dm,c为溶液浓度或液体密度,[α]λt为比旋光度,习惯缩写为度(°)。
c.对映异构体与非对映异构体的性质差异
除旋光性外对映体具有相同的物理性质,如沸点、熔点、溶解性。
除对手性试剂、溶剂和催化剂反应速度不同外对映体具有相同的化学性质,而非对映体具有不同的物理性质和化学性质。
有机化学家常常利用这些性质的差异经过化学反应把对映体的混合物转变为非对映体进行分离,然后再生相应的对映体。
这是对外消旋体(对映异构体的等量混合物称为外消旋体)进行化学拆分(将外消旋体分离成两个纯的对映体的过程称为拆分)的依据。
3.构型与构型标记
a.定义
1874年,荷兰化学家Van’tHoff和法国化学家LeBel提出碳的四面体学说(即与碳相结合的四个基团(原子或原子团)分别占据四面体的四个顶点)并将分子的手性归结于连有四个不同基团(叫作配体)的四面体碳—手性碳的存在。
手性碳是一种手性中心可用在碳原子的右上方加一个星号“*”进行标识。
烯烃和炔烃的不饱和碳原子不是手性中心,但双键碳原子却是一种立体中心。
通常把手性碳原子和双键碳原子统称为分子的立体中心,而构型则是指分子的立体中心周围配体的空间排列。
b.Cahn-Ingold-Prelog次序规则
规则1
如果基团直接与立体中心相连的原子(第一个原子)不同,基团的先后次序取决于直接相连原子的原子序数,原子序数较大的原子较优先。
规则2
如果两个基团的第一个原子相同,它们的相对次序不能由规则1确定,可用类似的方法比较基团中的第二个原子,如有必要可再逐步依次比较直至有差别为止。
规则3
双键和叁键作为双重和三重单键处理,即在双键和叁键中两个原子都可看成是双重的和三重的。
例如,
规则4
如果两个基团是同一元素的同位素,则质量数较高的较优先。
例如,D>H。
规则5
孤电子对(n)有最低优先次序。
例如,H>n。
根据CIP规则可将常见基团排序如下:
I>Br>Cl>SH>F>OH>NH2>Ph>HCC>t-Bu>H2C=CH>i-Pr>n-Pr>Et>CH3>D>H>n
c.手性碳的构型标记法
手性碳的构型—R/S标记法
方法如下:
第一步,确定手性碳所连四个基团的优先次序
按CIP顺序规则确定手性碳所连四个基团的优先次序。
第二步,选定观察方向
选定观察方向,使次序最低的基团远离观察者。
第三步,确定其余三个基团的排列方向
按次序降低的顺序确定其余三个基团的排列方向。
第四步,作出判断
若顺时针排列手性碳的构型标记为R,若逆时针排列则手性碳的构型标记为S。
若分子含有多个手性碳,根据这个方法可以确定每一个手性碳原子的构型。
此外对于碳水化合物和氨基酸常采用Fischer的D/L标记法(参见糖类)。
只要知道手性碳的构型就可以写出化合物正确的构型式。
化合物的完整名称应由构型符号和构造式名称组成。
Δ*交换手性碳上任何两个基团将改变该手性碳的构型标记,由此有如下推论:
奇数次交换任何两个基团将改变该手性碳的构型标记,而偶数次交换任何两个基团则保持该手性碳的构型标记不变。
Δ*对Fischer投影式而言,旋转90°将改变该手性碳的构型标记,由此有如下推论:
奇数次旋转90°将改变该手性碳的构型标记,而偶数次旋转90°则保持该手性碳的构型标记不变。
在构型式中当优先级最低的基团处于远离观察者的位置时可直接根据其它三个基团优先次序降低的方向确定手性碳的构型,而在构型式中当优先级最低的基团处于指向观察者的位置时可先通过基团交换使优先级最低的基团处于远离观察者的位置从而确定基团交换后手性碳的构型然后再根据交换基团改变原手性碳构型的原则确定原手性碳的构型。
注意:
旋光方向(或符号)是由实验测定的,它与构型标记符号R与S之间不存在简单的关系。
例如,D-乳酸(构型为R)是左旋的而其乙酯(构型还是R)却是右旋的。
d.双键构型标记方法
三种类型的碳—碳双键Cab=Cab、Cab=Cac和Cab=Ccd存在顺反异构。
①E/Z构型标记法
目前广泛使用的命名双键构型的方法是E/Z命名法。
如果在每一个双键碳上都有两个不同的基团时,该烯烃存在顺反异构。
标记双键构型方法如下:
第一步,确定双键碳原子各自所连两个配体的优先次序
第二步,比较该双键中两个碳原子上两个优先基团的位置
第三步,作出判断:
若它们位于双键碳-碳键轴的同一边,该双键的构型标记为Z,若它们位于双键碳-碳键轴的两边则该双键的构型标记为E。
对于碳氮双键可采用相同的方法标记其构型,由于氮原子所连配体只有一个因而只需比较该双键中碳原子上优先基团和氮原子所连基团的位置:
若它们位于双键碳-氮键轴的同一边,该双键的构型标记为Z,若它们位于双键碳-碳键轴的两边则该双键的构型标记为E。
②顺反构型标记法
如果双键碳原子上两个相同的基团在碳—碳双键的同一边称为顺式,在两边则称为反式。
这种命名法只适用于Cab=Cab和Cab=Cac两种类型的双键。
③命名实例
4.对映异构和非对映异构
a.含有一个手性碳的化合物存在一对对映异构体,典型的例子是甘油醛和乳酸。
D-甘油醛是右旋,D-乳酸是左旋的。
b.含有两个相同手性碳的化合物存在一对对映异构体和一个内消旋体,典型的例子是酒石酸。
D-酒石酸是左旋的,L-酒石酸是右旋的。
c.含有两个不同手性碳的化合物存在两对对映异构体,典型的例子是四碳醛糖,有一对(D-和L-)赤藓糖和一对(D-和L-)苏阿糖对映异构体。
D-赤藓糖是左旋的,L-苏阿糖是右旋的。
对于含有两个手性碳的化合物,如果其Fischer投影式中两个相同的基团在同一边那么构型标记为赤藓型(或赤藓式或赤式),如果其Fischer投影式中两个相同的基团在两边那么构型标记为苏阿型(或苏阿式或苏式)。
d.含有n个手性碳的化合物最多存在2n个立体异构体。
e.环状化合物的顺反异构
①环丙烷衍生物的顺反异构
对1,2-二取代环丙烷两个取代基相同时有三种异构体:
一个顺式的内消旋体和一对反式的对映体;当两个取代基不同时存在四种可能的立体异构体:
一对顺式的对映体和一对反式的对映体。
以1,2—二取代环丙烷有两个相同取代基的情形表示如下:
(A)和(A)′图表示环平面与参考面(纸面、黑板面)垂直,对着观察者的键用粗线表示,其它键用普通实线表示,取代基位于参考面中并向上下方伸展;(B)和(B)′表示环平面处于参考面(纸面、黑板面)中,指向观察者的键用楔形线表示,远离观察者的键用虚线表示。
②其它环状化合物的顺反异构
当讨论单环化合物的顺反异构体时,可假定环是平面的(详见环状化合物的构象和构象分析)。
四、构型式的书写转换
方法及其步骤如下:
先标记手性碳的构型然后画出所要求的构型式的骨架最后按手性碳的构型填上手性碳所连的基团。
第三节构象分析
一、构象分析概论
1.定义
分子由于绕单键的旋转而产生的原子在空间的不同排列称为分子的构象。
2.构象分析的基本理论
分子由于非键相互作用以及由于键长和键角偏离最佳值而产生的去稳定化使分子具有张力。
与根据分子全部键能简单加和计算出来的稳定性相比,分子的稳定性较低,这种降低的稳定性称为张力能。
分子的总张力Etot可以分解成如下四个方面的贡献之和:
E(r),键长张力—偏离正常键长而产生的张力。
,kr是伸长力常数,r是键长,r0是正常键长。
通常在定性讨论时不考虑键长张力。
E(θ),角张力—偏离正常键角而产生的张力。
,
是弯曲力常数,
是键角与其正常键角的偏离值。
E(φ),扭转张力—键的重叠产生的张力。
它是扭转角φ的余旋函数,
,V0是旋转能垒,n是旋转一周相同构象出现的次数,φ是扭转角。
Enb(d),非键张力,包括范德华力和偶极相互作用等。
当两个非键基团间的距离小于其范德华半径之和时存在斥力,当两个非键基团间的距离大于其范德华半径之和时存在吸引力。
有机化学中常见元素的原子共价半径和VanderWaals半径列于表3-2。
上述张力还有另外名称:
Baeyer张力,偏离正常键角而产生的张力;Pitzer张力,围绕单键的旋转而偏离稳定交叉式构象产生的张力;Prelog张力,分子内大基团引起的范德华排斥力。
原子可以看作是有一定体积的球体,当在分子或过渡态中由于特定的成键而不能满足其空间要求时引起体系的能量升高,这种称为张力的能量升高是由于邻近原子间的范德华力或同类电荷的排斥力或键角张力。
根据上述定义,虽然任何分子或多或少存在着张力,但为了方便研究通常规定烷烃的交叉构象和环己烷的椅式构象无张力。
张力能也可以表示成化合物与无张力类似物的生成焓之差。
由于分子内氢键是一种稳定效应,当存在分子内氢键时该构象是优势构象。
一般而言,分子的优势构象是分子采取总能量最低的最稳定构象。
如果在反应的活化步骤出现张力能增加则导致反应速度降低这种效应称为空间位阻(sterichindrance),反之如果在反应的活化步骤出现张力能降低则导致反应速度升高这种效应称为空间加速(stericacceleration)。
一般而言空间加速比较少见,其中一个典型的例子是在SN1反应中产生碳正离子的步骤。
表3-2常见元素的原子共价半径和VanderWaals半径(nm)†
元素
共价半径(杂化状态)
VanderWaals半径
C
0.077(SP3)0.0665(SP2)0.0605(SP,≡C-)
0.15
H
0.03
0.12
O
0.074(SP3,-O-)0.062(SP2,O=)
0.14
N
0.074(SP3)0.062(SP2,–N=)0.055(SP,≡N)
0.15
S
0.104(-S-)
0.185
P
0.11(SP3)
0.19
X
F0.064Cl0.1Br0.114I0.133
F0.135
Cl0.18
Br0.195
I0.215
†键长等于两个原子的共价半径之和。
二、链状化合物的构象和构象分析
1.简单的烷烃
a.乙烷的构象和构象分析
乙烷的两个甲基沿碳碳键旋转时,其氢原子相互空间取向有无数种,但是如下两种是典型的取向:
交叉式和重叠式在交叉式中碳上的基团—氢原子彼此远离,能量最低,而在重迭式中两个甲基的氢原子彼此重迭,存在成键电子对之间的相互排斥力,其能量比交叉式高12.5kJ/mol(≈3kcal/mol)。
这种由于键的重叠产生的张力称为扭转张力E(φ)。
对于乙烷而言,扭转张力与扭转角φ的关系可用下式表示:
E(φ)=0.5Vo(1+cos3φ),式中Vo是旋转能垒,Vo=12.5kJ/mol。
b.丙烷的构象和构象分析
丙烷含有两个碳—碳单键由于这两个单键是相同的,构象对每一个碳碳单键而言是相同的,因此与乙烷相似,有无数构象和两个极端构象:
能量最低的交叉式构象和能量最高的重叠式构象,能垒高度为14.2kJ/mol(3.4kcal/mol)。
c.丁烷的构象和构象分析
正丁烷有两个不同的碳碳单键,构象比乙烷和丙烷要复杂。
绕C1—C2(或C3—C4)单键旋转360º产生的构象与乙烷和丙烷相似,出现三个交叉式和三个重叠式构象。
对于绕C2—C3单键的旋转,正丁烷可以看成是1,2—二甲基乙烷,当沿着C2—C3单键旋转360º时出现三个交叉构象和三个重叠构象。
交叉构象分为对位交叉构象和邻位交叉构象。
重迭构象分为部分重迭构象和全重叠构象。
在对位交叉构象中,所有原子彼此呈交叉式,两个大基团—甲基最大程度的远离,最稳定。
在两个邻位交叉构象(互为构象对映体)中,两个甲基比较接近它们之间存在范德华斥力其相互作用使邻位交叉构象的能量比对位交叉构象高3.8kJ/mol(0.9kcal/mol)。
在三个重叠构象中两个部分重叠构象互为镜像,它们各有两个甲基—氢重叠和一个氢—氢重叠,而丙烷的重叠构象中含有一个甲基—氢重叠和两个氢—氢重叠,因此丁烷的部分重叠构象的能量应稍高于丙烷的能垒(14.2kJ/mol,3.4kcal/mol),比对位交叉式构象高16kJ/mol(3.8kcal/mol)。
在全重叠构象中,两个大基团—甲基处于重叠状态,距离最近,存在大的范德华斥力全重叠构象的能量比对位交叉式构象的能量高18.9kJ/mol(4.5kcal/mol)。
类似于正丁烷的1,2-二取代乙烷的化合物,当取代基较大时,这两个取代基取对位交叉型的构象,对于1,2—多取代乙烷的化合物,一般也是两个最大的取代基取对位交叉型的构象。
但是当两个基团能形成氢键时则取邻位交叉构象。
d.醛和酮的构象和构象分析
含不饱和官能团的化合物其一取代衍生物的取代基在大多数情况下都取与不饱和官能团重叠的构象,当取代基G是羟基或氨基等能与羰基氧形成氢键的基团时主要以构象A的形式存在:
]
当α-碳原子上有两个取代基时,对于醛,除异丁醛外构象B为优势构象对于酮当R′是小的基团时其优势构象也是B,当R′是大基团时其优势构象是A。
e.酰卤的构象和构象分析
常见的酰卤是酰氯和酰溴在其官能团中无论是氯还是溴体积都比羰基氧大因此碳上的取代基在优势构象中都倾向于不与卤原子重叠。
f.酯的构象和构象分析
三、环状化合物的构象和构象分析
1.小环化合物的构象和构象分析
a.环丁烷的构象和构象分析
环丁烷有两种非平面的折叠构象,就环丁烷本身而言,这两种构象能量相同能快速翻转,产生所谓的流变结构。
当考虑四员环的顺反异构现象可以把四员环看成是平面的。
对1,2—二取代环丁烷两个取代基相同时有三种异构体:
一个顺式的内消旋体和一对反式的对映体;当两个取代基不同时存在四种可能的立体异构体:
一对顺式的对映体和一对反式的对映体。
但对1,3—二取代环丁烷,没有对映异构现象,只有两个顺反异构体:
一个顺式的内消旋体和一个反式的内消旋体。
b.环戊烷构象和构象分析
环戊烷有两个非平面的构象—信封式和半椅式。
在信封式构象中,四个相邻碳原子位于同一平面而另一个碳原子处于这一平面之外;在半椅式构象中,三个相邻碳原子位于同一平面而另外两个碳原子分别处于这一平面的两边。
环戊烷的构象是轮换地交替于五个碳原子之间,就环戊烷本身而言,这两种构象的能量几乎相同,很容易通过摇摆式的扭动导致这两种构象的快速转化。
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