[科普中国]-正丁烷构象

一个已知构型的分子，仅由于单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。正丁烷沿C2和C3之间的σ键键轴旋转有四种典型构象。沿C2-C3键轴旋转的转动能垒为22.6 kJ·mol-1

构象的定义在有机化合物分子中，由C—C单键旋转而产生的原子或基团在空间排列的无数特定的形象称为构象。指一个分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子放置所产生的空间排布。不同的构象之间可以相互转变,在各种构象形式中,势能最低、最稳定的构象是优势对象。一种构象改变为另一种构象时，不要求共价键的断裂和重新形成。构象改变不会改变分子的光学活性1。

正丁烷的极限构象及符号说明单键旋转时，相邻碳上的其它键会交叉成一定的角度（Φ），Φ称为两面角2。

两面角为0°时的构象为重叠式构象（极限构象）。

两面角为60°时的构象为交叉式构象（极限构象）。

两面角在0～60。之间的构象称为扭曲式构象。

+：顺时针转动 S：顺（旋转角〈±90。） P：重叠

-：逆时针转动 a：反（旋转角〉±90。） C：错

正丁烷的构象势能关系图概念理解以单键的旋转角度为横坐标，以各种构象的势能为纵坐标。如果将单键旋转360度，就可以画出一条构象的势能曲线。由势能曲线与坐标共同组成的图称为构象的势能关系图。

稳定构象：位于势能曲线谷底的构象。

扭转张力：非稳定构象具有恢复成稳定构象的力量。

转动能垒：分子由一个稳定的交叉式构象转为一个不稳定的重叠式构象所必须的最低能量。

正丁烷构象势能关系图

2，4，6 ：不稳定构象，

1，3，5，7：稳定构象。

1，7 ：优势构象（能量最低的稳定构象称为优势构象）

4：全重叠

2，6：部分重叠

3，5：邻位交叉

1，7：对位交叉

沿C2-C3键轴旋转的转动能垒为22.6 kJ·mol-1

正丁烷的构象分布和能量计算构象分布在达到平衡状态时，各种构象在整个构象中所占的比例称为构象分布。正丁烷构象分布如图所示：

能量计算C-H， C-H 重叠， 4 kJ×mol-1

C-CH3， C-CH3邻交叉，3.8 kJ×mol-1

C-CH3， C-CH3重叠，22.6 - 8 = 14.6 kJ×mol-1

C-CH3， C-H 重叠，(14.6-4)/2 = 5.3 kJ×mol-1

正丁烷构象正丁烷沿C2和C3之间的σ键键轴旋转有四种典型构象2。

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学