复旦大学：《有机化学A》课程教学课件（PPT课件讲稿）第三章 立体化学（1）

第三章立体化学(1) 主要内容 构象和构象异构体,构象式的表示方式 烷烃的构象,几种极限构象式 环烷烃的构象 环己烷及取代环己烷的构象,环己烷的两种 极限构象式

第三章 立体化学（1） 主要内容 ➢ 构象和构象异构体，构象式的表示方式 ➢ 烷烃的构象，几种极限构象式 ➢ 环烷烃的构象 ➢ 环己烷及取代环己烷的构象，环己烷的两种 极限构象式

>有机化合物异构体类型 原子或基团排列顺序不同 H 构造异构体(碳架异构体、 官能团异构体等) 有机 构象异构体 异构体 构象异构体 (可互相转化) 立体异构体 构型异构体 C 原子或基团排列顺序相同,但 空间排列或取向不同 CH 3 CH 构型异构体 (不能相互转化)

➢ 有机化合物异构体类型 有机 异构体 构造异构体（碳架异构体、 官能团异构体等） 立体异构体 构象异构体 构型异构体 原子或基团排列顺序相同，但 空间排列或取向不同 原子或基团排列顺序不同 H H H H H H H H H H H H 构象异构体 （可互相转化） 构型异构体 （不能相互转化） H H3C H CH3 H H3C H CH3

第一部分构象和构象异构体 C-c单键是可以旋转的 单键的旋转使分子中原子或基团在空间产生不同的排列, 这些特定的排列称为构象( comformation) 不同的构象之间为构象异构关系(一类立体异构现象) 乙烷的两种构象

第一部分 构象和构象异构体 ➢ C—C单键是可以旋转的 ➢ 单键的旋转使分子中原子或基团在空间产生不同的排列， 这些特定的排列称为构象(comformation) ➢ 不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象） 乙烷的两种构象

描述立体结构的三种方式 例:乙烷CH3CH H=C2 H H H 伞形式 锯架式 Newman投影式

⚫ 描述立体结构的三种方式 C H H C H H H H 1 2 H H H H H H 1 2 1 2 H H H H H H 1 伞形式 锯架式 Newman投影式 例：乙烷 CH3CH3

1.乙烷的构象 小于两个H的 H-23AH von der waals半 径(1.2A)之和, 有排斥力 H 60 60 Hc旋转 Hc1旋转 H H H 交叉式构象 扭曲式构象 重叠式构象 staggered skewed eclipsed conformer conformer conformer (无数个) 最稳定 最不稳定 原子间距离最 键电子云排斥, von der 远,内能较低 两种极限构象式 waals排斥力,内能较高

最不稳定 键电子云排斥， von der waals排斥力，内能较高 1.乙烷的构象 交叉式构象 扭曲式构象 重叠式构象 staggered conformer skewed conformer eclipsed conformer 最稳定 原子间距离最 远，内能较低 （无数个） C H H C H H H 小于两个H 的 2.3 Å H von der waals 半 径（1.2Å）之和， 有排斥力 60 o C1旋转 <60 o C1旋转 1 2 H H H H H H 1 1 2 H H H H H H 1 1 2 H H HH H H 1 两种极限构象式

●乙烷构象转换与势能关系图 H旋转600 旋转60°H H 旋转中须克服能垒—扭转张力 电子云排斥 E5 相邻两H间的 von der waals排 斥力 12.1 般情况下(T>-2509C ■國■■ H 单个乙烷分子:绝大部分时间 在稳定构象式上。 一群乙烷分子:某一时刻,绝 0 60 120 大多数分子在稳定的构象式上。 degrees of rotation

0 60 120 potential energy (KJ/mol) degrees of rotation 12.1 1 H H H H H H 1 H H H H H H 1 H H H H …… ⚫ 乙烷构象转换与势能关系图 旋转60 o 1 2 H H H H H H 1 1 2 H H HH H H 1 1 2 H H H H H H 1 旋转60 o 旋转中须克服能垒——扭转张力 • 电子云排斥 • 相邻两H间的von der waals排 斥力 一般情况下( T>-250oC): ➢单个乙烷分子：绝大部分时间 在稳定构象式上。 ➢一群乙烷分子：某一时刻，绝 大多数分子在稳定的构象式上

12 3 4 2.丁烷的构象 H3C一CH2CH2CH3 CH 3 Hc2旋转60° H3 H H CH H3C 3 交叉式(anti) 部分重叠式 (反交叉式) 最稳定(甲基相距最远) 较不稳定 CH CH3 H60° 60° CH3 H H H H 邻位交叉式 全重叠式 邻位交叉式 (gauche (gauche) 较稳定 最不稳定(甲基相距最近)

CH3 H H H CH3 H C2旋转 1 2 3 4 60 o CH3 H H H H3C H CH3 H H H H H3C 60 o CH3 H H CH3 H H 60 o 60 o CH3 H H CH3 H H …… 2.丁烷的构象 交叉式（anti） （反交叉式） 部分重叠式 邻位交叉式 （gauche） 全重叠式 邻位交叉式 （gauche） 最稳定(甲基相距最远) 较不稳定 较稳定 最不稳定（甲基相距最近） H3C CH2 1 2 CH2 CH3 3 4

●丁烷构象转换与势能关系图 H l 22.6 14.6 1.6 14 3.8 3.8 nnaaaenannnn 3 ”“:2 CH3 CH 0 60120180240300360 degrees of rotation

0 60 120 degrees of rotation 180 240 300 360 14.6 3.8 22.6 14.6 3.8 potential energy (KJ/mol) CH3 H H H CH3 H CH3 H H H CH3 H CH3 H H H H H3C CH3 H H CH3 H H CH3 H H CH3 H H CH3 H H H H3C H CH3 H H H CH3 H ⚫ 丁烷构象转换与势能关系图

3.其它烷烃的构象 规律:大基团总是 占据反式对位交叉 例:画出化合物 2 r的所有交叉式和重叠式构象 Br H2c 60 60° Brc2转 H 最稳定 Br Br 60° HaC 60 60° H3C H 最不稳定

CH3 H Br Br H H3C 60 H CH3 o Br Br H H3C 60 o 2 3 60 o H Br CH3 Br H H3C C2转 Br H CH3 Br H H3C 60 o Br H3C H Br H H3C 60 o H3C Br H Br H H3C 60 o …… 3.其它烷烃的构象 例：画出化合物 的所有交叉式和重叠式构象 Br H CH3 Br H3C H 2 3 规律: 大基团总是 占据反式对位交叉 最稳定 最不稳定

4.环丙烷的结构 平面型 104° HH H& C1-C2 H HC, H H HH Newman投影式 角张力( angle strain): 所有C-H键均为 环的角度与sp3轨道夹 重叠式构象,有 角差别引起的张力 扭转张力

4.环丙烷的结构 角张力（angle strain）： 环的角度与sp3轨道夹 角差别引起的张力 C C C H H H H H H 104 o H H H H H H H H H H H H 1 2 3 1 2 3 C1-C2 Newman投影式 所有C-H 键均为 重叠式构象，有 扭转张力 平面型