正丁烷構象

一個已知構型的分子，僅由於單鍵的旋轉而引起分子中的原子或基團在空間的特定排列形式稱為構象。正丁烷沿C₂和C₃之間的σ鍵鍵軸旋轉有四種典型構象。沿C₂-C₃鍵軸旋轉的轉動能壘為22.6 kJ·mol^-1

基本介紹

• 中文名：正丁烷構象
• 外文名：Conformation of n-butane
• 學科：有機化學
• 細分方向：立體化學

構象的定義

在有機化合物分子中，由C—C單鍵旋轉而產生的原子或基團在空間排列的無數特定的形象稱為構象。指一個分子中，不改變共價鍵結構，僅單鍵周圍的原子放置所產生的空間排布。不同的構象之間可以相互轉變,在各種構象形式中,勢能最低、最穩定的構象是優勢對象。一種構象改變為另一種構象時，不要求共價鍵的斷裂和重新形成。構象改變不會改變分子的光學活性。

正丁烷的極限構象及符號說明

單鍵旋轉時，相鄰碳上的其它鍵會交叉成一定的角度（Φ），Φ稱為兩面角。

• 兩面角為0°時的構象為重疊式構象（極限構象）。
• 兩面角為60°時的構象為交叉式構象（極限構象）。
• 兩面角在0～60^。之間的構象稱為扭曲式構象。

+：順時針轉動S：順（旋轉角〈±90^。） P：重疊

-：逆時針轉動 a：反（旋轉角〉±90^。） C：錯

正丁烷的構象勢能關係圖

概念理解

以單鍵的旋轉角度為橫坐標，以各種構象的勢能為縱坐標。如果將單鍵旋轉360度，就可以畫出一條構象的勢能曲線。由勢能曲線與坐標共同組成的圖稱為構象的勢能關係圖。

穩定構象：位於勢能曲線谷底的構象。

扭轉張力：非穩定構象具有恢復成穩定構象的力量。

轉動能壘：分子由一個穩定的交叉式構象轉為一個不穩定的重疊式構象所必須的最低能量。

正丁烷構象勢能關係圖

• 2，4，6 ：不穩定構象，
• 1，3，5，7：穩定構象。
• 1，7 ：優勢構象（能量最低的穩定構象稱為優勢構象）
• 4：全重疊
• 2，6：部分重疊
• 3，5：鄰位交叉
• 1，7：對位交叉
• 沿C2-C3鍵軸旋轉的轉動能壘為22.6 kJ·mol^-1

正丁烷的構象分布和能量計算

構象分布

在達到平衡狀態時，各種構象在整個構象中所占的比例稱為構象分布。正丁烷構象分布如圖所示：

能量計算

C-H， C-H 重疊， 4 kJ×mol^-1

C-CH3， C-CH3鄰交叉，3.8 kJ×mol^-1

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

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

正丁烷構象

正丁烷沿C₂和C₃之間的σ鍵鍵軸旋轉有四種典型構象。