合理部分要点是:①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1095°②碳环中的碳原子都在同一平面内键角与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CC键,不能是109°28’,必须压缩到60°适应环的几何形状,这些与正常的四面体键角(109.5°)的偏差,引起了分子的张力,力图恢复正常键角,这种力称做角张力,这样的环叫做"张力环".张力环和其键角与四面体分子相比是不稳定的,为了减小张力,张力环有生成更稳定的开链化合物的倾向。所以环丙烷不稳定。
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当年Bacyer讨论环张力时,是采取平面结构时的键角,即使碳环中的碳原子在同一平面内,三角形内角和是180°,每个角60°,正五边形的夹角是108°,正五边形的夹角(108°)非常接近四面体的夹角。因此,环戊烷基本上没有张力⑵根据现代共价键概念若以sp轨道成键,其夹角要求应是1095°,碳原子之间的轴和轨道的轴无法在同一条线上,环碳之间只得形成一个弯曲的键(香蕉键),使整个分子像拉紧弓一样,有张力。
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⑶根据量子力学计算碳-碳键键角为1055°,HCH键角为114°,碳原子间并不连成直线,CC键是弯曲的。
⒉环丁烷和环戊烷的构象电子衍射研究说明,环丁烷四个碳原子不在同一平面上,形如蝴蝶,两"翼"上下摆动。
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环戊烷的碳原子在同一平面上,所有的氢都成重叠型,扭转张力很大(约58KJmol).因此,避开重叠式构象而采取非平面结构,在能量上有利,非平面结构可以用信封式和半椅式两种作代表。根据实验推断,一取代环戊烷的取代基采取近似平伏的构象的信封式而存在.四个碳原子几乎在同一平面上,而另外一个碳原子伸出平面外,处于平面的上方或下方,它和平面的距离约0.05
m。
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烧热和非平面结构从上面环丙烷、环丁烷、环戊烷的构象分析得知,除环丙烷外,成环碳原子
都不在同一平面上。Vo
Baeyer当年讨论环的张力和环的碳原子数间的关系时,还不知道环状化合物的空间构象,所以推断环张力,都采取平面结构时的键角。键角与正四面体碳原子的键角1095o,相差越大越不稳定,越接近越稳定。若按拜尔张力学说,六元环按平面结构,已不能说明环己烷比环戊稳定的问题。从热化学实验测得:含碳原子数不同的环烷烃中,每个CH2的燃烧热是不同的.三元环:697;四元环:686;五元环:664;六元环:659.所r