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有张力,张力可分为角张力和扭张力两种形式。 (1)角张力:由于碳原子采取SP杂化方式,当碳与其他原子连结时,任何两个键之 间夹角都为四面体角(109.5”),键角与109.5相差越大越不稳定。环丙烷是三角形,夹角 是60。环中每个碳上的两C-C键,不能是109°28',必须压缩到60°,这样与正常的四 面体键角(109.5°)有了一定的偏差,引起了分子的张力,力图恢复正常键角,这种张力 称做角张力,这样的环叫做"张力环”,有张力的环是不稳定的,为了减小张力,有张力的 环有生成更稳定的开毓化合物的倾向,所以可以进行加成反应。在环丁烷分子中,电子云的 重叠不能沿者即轨道轴对称重叠,只能偏离键轴一定的角度以弯曲键侧面重叠,形成弯曲 键(香焦键),其键角为105.5°,因键角要从109.5°压缩到105.5°,故环丁烷也有一定 的张力(角张力),所以环丁烷不稳定。 (2)扭张力:除了角张力以外,环丙烷分子中还存在者另一种张力(扭张力)。由于环 中三个碳位于同一平面,相邻的C-H键互相处于重叠式构象,有旋转成交叉式的趋向,这样 分子中也存在张力,这种张力称为扭转张力。环丙烷的总张力能为11KJ/ol。 从热化学实验测得:含碳原子数不同的环烷烃中,每个C-的燃烧热是不同的。三元 环:697:四元环:6S6:五元环:664:六元环:659(kJ/mol),它的大小反映出分子内能 的高低。根据燃烧热数据可看出,从环丙烷到环己烷,每个CH的燃烧热量逐渐降低,说明 环愈小内能愈大,愈不稳定,六元环以上的中环和大环,每个的燃烧热差不多等于 661KJ/ol,说明大环是稳定的,即无张力。近年来制备了很多大环化合物,它们都是稳定 的。经X一射线分析,分子是皱折形,碳原子不在同一平面内,碳原子之间的键角接近正常 键角109,5°。 5.4环烷烃的结构 从环烷烃的化学性质可以看出,环丙烷最不稳定,环丁烷次之,环戊烷比较稳定,环己 烷以上的大环都稳定,这反映了环的稳定性与环的结构有着密切的联系。 5.4.1环丙烷的结构 现代物理方法测定,环丙烷分子中:键角C-C-C=105.5°:H-C-H=114°。所 以环丙烷分子中碳原子之间的s即'杂化轨道是以弯曲键(香蕉键)的形式相互交盖的如下图 所示: 6
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