[科普中國]-小環(huán)化合物

環(huán)丙烷的環(huán)上碳碳鍵有較多的p軌道成分，混合系數(shù)為4到5，即sp4到sp5，同時其C-H鍵則含有比sp3雜化軌道較多的s成分，成為近似于sp2雜化軌道。這樣，兩個碳原子便能盡量地靠近，使電子云有最大的交蓋。

構象分析所謂構象分析，就是從化合物的基態(tài)、過渡態(tài)和激發(fā)態(tài)的構象，去分析該化合物的物理和化學性質(zhì)。換句話說，一種分子的物理和化學性質(zhì)與其占優(yōu)勢的構象有關。構象分析在實用方面，至少在如下兩個方面比較重要。

①可以直接確定分子的某些性質(zhì)，包括物理性質(zhì)、光譜行為和化學反應中的位阻效應。

②在有機化學反應中，由于構象的選擇和反應過渡態(tài)的幾何形狀之間的相互影響，從而產(chǎn)生分子的性質(zhì)差異。這句話雖然在科學性上嚴格，但比較難懂。實際上就是指構象對化合物反應活性的影響，也就是指構象的穩(wěn)定性與化合物化學活性的關系。如以我們著重討論的環(huán)己烷及其衍生物的構象為例，它們的構象規(guī)律至少可以概括為以下兩點：

①環(huán)己烷取代物中最穩(wěn)定的構象是。取代基最多的構象；

②環(huán)上有不同取代基時，以體積大的取代基占據(jù)。鍵時的構象最穩(wěn)定。1

立體化學的發(fā)展近年來，立體化學的進展很快，因理論研究的需要，而希望能夠合成成功的那些結構特殊的化合物，在立體化學理論和方法的指導下，一個又一個地獲得成功。其中有些化合物，甚至還有實用價值。另外，利用數(shù)學上的成就，指導立體化學的研究，也有了某些突破，拓樸化學就是一個典型的實例。所謂拓樸學，是指研究物體因彈性性變所產(chǎn)生的數(shù)學問題的。例如在一塊擦字橡皮上畫一個圓圈，再把橡皮拉長時，這個圓就變了形，去掉外力以后，這些變化也隨之消失。如果某種化合物也具有諸如此類的性質(zhì)，從而產(chǎn)生異構現(xiàn)象，則這種異構就叫做拓樸異構。再如在數(shù)學上研究了幾個世紀的M6blus帶，一直沒有什么突破。本世紀70年代，第一個MSbius帶狀的化合物合成成功，這就給拓樸化學帶來新的生命力。而且拓樸化學的進展，也許會有助于解開某些生物化學之謎?；蛟S這些進展，也有助于解釋某些食物在烹飪過程中的化學變化，從而更好地控制食物的烹飪條件。當然，這些在當代還只是一個良好的愿望。1

小環(huán)化合物的特殊反應最小的兩個環(huán)烷烴，環(huán)丙烷及環(huán)丁烷的化學性質(zhì)與其它環(huán)烷烴不同，從環(huán)丙烷與環(huán)丁烷的結構來看，同烷烴一樣，分子里只有C-H和C-C單鍵，但是它們的性質(zhì)與烷烴顯然不同，除具有與烷烴類似的游離基取代等反應外，還會進行某些加成反應，碳環(huán)被打開生成開鏈產(chǎn)物。在這些反應中，有一根碳-碳鍵斷裂，試劑的兩個原子結合在斷鍵的兩個碳原子上。取代環(huán)烷烴發(fā)生加成反應時，在環(huán)中含氫最多與最少的兩個碳原子間斷鍵，而且按照馬爾科夫尼科夫規(guī)則，試劑的負性部分與環(huán)里含氫比較少的碳原子結合，試劑韻正性部分與含氫較多的碳結合。

一般說來，環(huán)丙烷加成反應速度不及丙烯快，例如與氯的反應需要Lewis酸催化以使氯分子極化，但是環(huán)丙烷與硫酸及其它質(zhì)子酸的水溶液反應時都比丙烯快得多。若與溴及FeBr3的混合物反應，會產(chǎn)生各種溴丙烷的混合物。環(huán)丙烷的大多數(shù)開環(huán)反應，環(huán)丁烷皆不能發(fā)生，但后者能被氫化，只是條件比環(huán)丙烷更劇烈一些(120℃)，環(huán)戊烷加氫成戊烷的反應要在300℃以上，用鉑作催化劑才能進行。從以上事實看來，小環(huán)烷烴是烷但像烯，加成活性是烯>環(huán)丙烷>環(huán)丁烷。2

卡賓對烯烴和炔烴的加成卡賓電稱碳烯，是不帶電荷的缺電子物種，其中心碳原子為中性二價碳原子，包含六個價電子，四個價電子參與形成兩個δ鍵，其余兩個價電子是游離的。最簡單的卡賓為：CH2，也稱為亞甲基。碳烯實際是亞甲基及其衍生物的總稱。產(chǎn)生亞甲基一般通過兩個途徑：一是在光或熱的作用下通過某些化合物的自身分解反應；二是在試劑作用下，某些化合物經(jīng)消除反應而得。合成環(huán)丙烷所需卡賓有多種合成方法：

①重氮化合物用銅催化分解。

②鹵代烴用強堿進行消除，脫去鹵化氫。

③偕二碘化物通過還原消除碘等。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

侯傳濤 - 副教授 - 青島大學