高等有机化学-第4章-立体化学

第四章立体化学

4.1概述4.2对映异构4.3顺反异构4.4动态立体化学4.5构象和构象分析4.6空间效应4.1概述

立体化学:从三维空间来研究分子结构及其性能。

构造(constitution)：具有一定分子式的化合物分子中各原子的成键顺序。

构型(configuration)：具有一定构造的分子中原子在空间的分子的结构排列情况。分子内原子与原子团在空间“固定”的排列关系，如旋光异构、顺反异构。

构象(conformation)：具有一定构型的分子中由于单键的旋转使分子内原子与原子团在空间产生的不同的排列形式。同分异构体及同分异构现象：分子式相同的不同化合物叫同分异构体。异构体共同存在的现象称为同分异构现象。

构造异构：分子中由于原子互相连接的方式和次序不同而产生的同分异构体。分为碳架异构(如正丁烷和异丁烷)、位置异构(如正丁醇和2-丁醇)和官能团异构(如乙醇和二甲醚)等。同分异构体立体异构：分子的构造相同，但由于分子中原子在空间的排列方式不同而引起的同分异构体。又可分为构象异构和构型异构。4.2对映异构

凡能使偏振光的偏振面发生旋转的物质称为旋光性物质，即光学活性物质。光学活性物质总是成对出现，一个使之右旋，另一个使之左旋。两者是一对映体，它们互成镜像关系，但不能重叠。一个物体和它的镜像不能重叠的这种性质叫“手性”。一.分子的对称因素和手性

对称因素：对称轴、对称面、对称中心、四重交替对称轴。

对称分子或非手性分子(symmetricmolecule)：具有对称面、对称中心或四重交替对称轴的分子，它们都能与各自的镜像重叠。

非对称分子(dissymmetricmolecule)：只有对称轴而无其它三种对称因素的分子。

不对称分子(asymmetricmolecule)：完全不具有任何对称因素的分子。非对称分子和不对称分子都不能与其镜像重叠，这二者都属于手性分子。

构成手性分子的必要和充分条件：

分子中既无对称面，又无对称中心，也无四重交替对称轴。在有机化合物中，只有四重交替对称轴而无对称面或对称中心的分子是个别的。所以一般情况下，只要分子中既无对称面也无对称中心，就可以断定它是手性分子，反之，就是非手性分子。一个分子的手性通常与分子中一个或多个特定的原子有关，这个特定的原子称为手性中心。如连接着四个不同取代基的碳原子，不对称碳原子就是一个手性中心。除了碳原子以外，其它原子如硅、氮、硫、磷、砷和硼等原子所形成的不对称四面体(或三角锥体)化合物也有对映异构现象，这些原子也可以成为手性中心。1，6−二氧杂螺[4，4]壬烷反1，2−二氯环丙烷二重对称轴二重对称轴分子中具有对称轴的手性分子：(R)-(−)-1,3-二甲基丙二烯(S)-(+)-1,3-二甲基丙二烯(R)-(+)-2,2’-二氨基-6,6’-二甲基联苯(S)-(−)-2,2’-二氨基-6,6’-二甲基联苯分子中具有手性轴的手性分子：分子中具有手性面的化合物：取代对苯二酚双环醚衍生物，其手性面是包括氧原子并与苯环垂直的平面。二.前手性关系

前手性中心:对于非手性分子如CH3CH2CH3，其C-2上的任一氢原子被取代后所形成的两个新分子是完全一样的仍是一个非手性分子：

凡是一个原子连有两对相同基团如CX2Y2这一类型的分子，相同基团都表现出完全相同的物理和化学特性，则两个相同基团的这一关系称为等位(homotopic)关系。

对于另一种非手性分子如丙酸来说，其C-2上的两个氢原子分别被溴取代后，形成的是一对对映体：丙酸中的C-2原是一个非手性中心，经α−溴代后变成了一个手性中心。当一个碳原子连接着两个相同基团和两个不同基团如CX2YZ这一情况时，则该碳原子称为前手性中心(prochiralcenter)。非手性分子CX2YZ称为前手性分子。连在前手性中心的基团X，被一个不同于X、Y、Z的基团取代后形成的是对映体时(Y和Z不是手性中心)，则两个相同基团(X)的这一关系称为对映异位(enantio-topic)关系，这样的两个基团(X)就称为对映异位基团。前手性涉及一个分子在合成过程中取得手性中心前的立体化学。三.旋光化合物的分类有手性碳原子的化合物分子中只有一个手性碳原子的分子具有旋光性。旋光度的大小依赖于四个基团的极化性差，极化性差越大旋光度越大。含有其它四价的手性原子的化合物分子中含有四个键指向正四面体的四个角的原子，若四个基团不同就有旋光性。如含有三价的手性原子的化合物棱锥结构的分子中，中心原子若与三个不同基团相连会产生旋光性，如合适取代的金刚烷在桥头有四个不同取代基的金刚烷是手性的具有旋光性。如合适取代的八面体化合物许多金属离子，如Cr(Ⅲ)、Pt(Ⅳ)等能形成六配位的八面体络合物，若配位体差别很大，化合物就可能具有手性，如以下化合物已经被拆开为对映体。产生垂直双双对称面限制的转动没有手性原子的某些化合物，若分子中存在着两个垂直平面，且分子对任何一个平面都无对称性，则分子是手性的。如下面的化合物都是手性的。螺旋形产生的手性由于分子的螺旋形结构，使得分子没有任何对称因素而产生手性，如其它类型限制转动引起的手性由于分子的空间因素等的限制，使得分子不能自由转动引起手性，如4.3顺反异构无旋光性差异，物理化学性质差别

与对映异构体不同，顺反异构体一般不呈现旋光性的差异（除非有时具备手性条件），然而顺反异构体二者之间的物理和化学性质却有明显的差别，这是因为在它们的分子中，某些原子或基团之间的距离相差很大。由双键引起的顺反异构(一)含C=C的化合物

顺反异构的构型标记有两种方法。当W=Y时，化合物(A)叫顺式，(B)叫反式。当四个基团全不相同时，则按顺序规则排列。在双键一侧两个基团的位次都高于相应的另两个基团时，该异构体称为Z型，另一个异构体称为E型。例如：当双键数目增多，W≠Y和Y≠Z时，其异构体数目也是增多的。设n为这类分子内双键的数目，异构体数目一般为2n。若某些双键碳原子上连有相同基团时，其异构体数目将减少。1-苯基-1，3-戊二烯有四个异构体：顺反异构体的性质比较：顺式异构体比相应反式异构体的内能高，较为活泼。

某些化合物的氢化热性质CH3CH=CHCH3CH3CH=CHCH(CH3)3CH3CH=CHC(CH3)3(CH3)3CCH=CHC(CH3)3顺式119.5114.2128.7151.5反式115.4110.3110.8112.3双键碳原子上所连接烃基的体积越大，其顺式异构体的内能越高，越不稳定，这与顺位基团的空间排斥作用有关。例如，在加热时，顺-丁烯二酸变为反-丁烯二酸反式异构体所占空间体积较大，与此有关的性质如密度、折射率和沸点都比顺式低。但反式异构体的对称性较好，分子的排列更为紧密有序，故其熔点比顺式高，而溶解度比顺式低。如丁烯二酸的熔点为：顺式130℃，反式286℃；在25℃时在水中的溶解度为：顺式788g·L-1，反式7g·L-1。性质μ/10-30C·mb.p./℃/g·ml-1m.p./℃顺式6.3460.31.28371.4490−80.5反式047.51.25651.4454−50.01,2-二氯乙烯顺反异构体的物理性质(二)含C=N和N=N的化合物在这些化合物的分子中，同样是由于键阻碍了双键两个原子的自由旋转，而产生了顺反异构现象。氮原子的三个价键有两个用于形成双键，另外一个价键所连接的基团与C=N键或N=N键不在一条直线上，如下所示：

若W=Y，(A)称为顺式，(B)称为反式。同样也可用Z、E标记法，氮上的未共用电子对在顺序规则中位于氢之后，偶氮化合物(C)总是顺式或Z型，不管W和Y是否相同，(D)则是反式或E型。反式，E型，熔点：35℃顺式，Z型，熔点：130℃顺式，Z型，熔点：71.4℃反式，E型，熔点：68℃μ=10×10−30C·mμ=0由环引起的顺反异构对映体内消旋体反式异构体顺式异构体1,2-环丙烷二羧酸的立体异构顺式异构体反式异构体1,3-环丁烷二羧酸的立体异构

由两个相同的环在相邻原子间并联的稠环化合物，有顺反异构体，但无对映异构体。如十氢化萘的顺反异构体可表示如下：反式顺式在桥环体系中，当环上有取代基时，构型有“内型”(endo)和“外型”(exo)的区别，例如：外-2-降冰片内-2-降冰片内-7-甲基-2-降樟脑外-7-甲基-2-降樟脑

象2-降冰片这类化合物，外型是表示取代基（这里是OH）远离两个未取代桥中的长桥；内型则相反，表示取代基接近长桥。如果两个桥中有一个桥含有官能团，则内型是指取代基接近于官能团的异构体。如内-7-甲基-2-降樟脑，它的甲基和羰基是接近的，外型则相反。4.4动态立体化学

涉及反应过程中的立体化学，如键的断裂、生成、进攻试剂的方向和离去基团的去向，以及中间体和过渡态的空间关系等。主要研究空间结构对化学性质、反应速度、方向及历程等产生的影响。一.立体选择反应

立体选择反应(stereoselectivereaction)是指同一反应物能够生成两种以上的立体异构体时，其中某一异构体较多地生成的反应。例如，2-碘丁烷脱碘化氢的反应，主要生成反-2-丁烯。二甲亚砜多~60%少~20%少~20%

这是因为在消除反应中一般为反式消除，在反应时各基团应处于空间的有利地位。在2-碘丁烷中，首先是I和H处于反向位置，其次是二个比H大的CH3处于A和D(或B和C)位，这时空间拥挤程度最小；它比两个CH3处于A和C(或B和D)位要有利的多，因此，反式产物多。

又如2-苯基丙醛和甲基碘化镁加成后水解生成赤型和苏型的3-苯基-2-丁醇混合物，其中前者是后者的两倍，这是受了反应物分子中原手性中心的影响。赤型67%苏型33%(S)-2-苯基丙醛二.立体专一反应

立体专一反应(stereospecificreaction)是指一定立体异构的原料在某种条件下只取得一定构型产物的反应。例如单线态二溴卡宾(:CBr2)与2-丁烯的加成反应。OH

由顺-丁二烯与二溴卡宾得到顺式的环丙烷衍生物，而由反-2-丁烯得到反式环丙烷衍生物。因此，在立体专一反应过程中，对每一个反应都只得到一定的某种立体异构体，而不混杂有另一种立体异构体的产物。三.反应过程中的构型反转

(−)-氯丁二酸分别与KOH、AgOH的反应如下：(−)-苹果酸(左旋)(−)-氯丁二酸(+)-苹果酸(右旋)

(−)-氯丁二酸与KOH反应，生成(+)-苹果酸，该反应中手性碳原子C-2的空间构型发生了反转；而(−)-氯丁二酸与AgOH反应，生成(−)-苹果酸，反应中手性碳原子C-2的空间构型保持不变。前者称为构型反转，后者称为构型保留。在构型反转过程中有立体化学意义的原子的空间排列（即构型）在反应物和产物中是相反的。在构型保留过程中，有立体化学意义的原子的空间排列（即构型）在反应物和产物中是相同的。

某些含有手性中心或手性轴或手性面的化合物，由于结构上的特点，在一定条件下，容易发生构型部分转化作用。例如含有手性中心的手性分子：

该反应达到平衡时对映体各占50%而不显旋光性，这种过程称为外消旋化作用。或(S)-(+)-仲丁基苯基酮(R)-(−)-仲丁基苯基酮

某些含有手性轴的手性分子，如1，1’-联萘，能通过碳-碳单键的旋转而发生外消旋化作用：

该外消旋化作用是围绕1，1’-键的旋转过程，其旋转能垒为88~96KJ·mol-1。4.5构象和构象分析构象：在构造与构型相同时，由单键旋转所形成的分子中基团在空间不同的排列的立体形象。极限状态的构象：各取代基和电子云间相互作用能处于极小值和极大值的那些构象。立体化学已有的事实证明：

一个分子的能量直接与它的几何形状有关，任何一个分子都将尽可能采取能量最低的几何形状。当一个分子处于能量高的状态时就呈现张力。张力的产生是由于非理想几何形状造成的。一.空间张力

分子沿单键旋转并非完全自由的,可能受到一定程度的限制,这是因为键的旋转要克服空间张力。分子空间张力的大小，取决于该分子的键长、键角、二面角等结构参数偏离它们理想值的程度。一般用相应的空间能(stericenergy)的概念来反映空间张力(stericstrain)及其有关组成部分的强弱。

分子的总空间能ES可表示为：E(θ)是键角张力，它表示键角偏离正常键角(一般是109.5°)所产生的能量变化，其大小与键角偏离值Δθ的平方成正比。E(Ф)为扭转张力，是连接于相邻两原子上的非键基团所处的空间向位，相对于对位交叉构象的空间向位所产生的能量变化。它可以看作优势构象的二面角改变所形成的张力。扭转张力是扭转角的正弦函数，当达到重叠式构象时，扭转张力最大。扭转张力也被称为“键的反作用张力”，该张力主要不是范德华力的结果，而是由空间电子效应所引起的。E(r)是拉伸张力，表示键长偏离正常键长的能量变化，其大小与键长偏离值Δr的平方成正比。E(d)是非键张力，表示不成键的基团之间的吸引力和排斥力，包括范德华力、偶极(电荷)作用力、氢键作用力等。在多数情况下，非键张力常常是范德华力(它最主要组成部分是色散力)作用的结果。这种非键相互作用能和不成键的基团之间的距离有关。色散力与距离的六次方成反比，随距离增大而急剧减小。当不成键的基团之间距离远时，其相互作用能很小，但当它们之间的距离小于范德华半径之和时则产生很强的排斥作用，随着距离的减小，斥力比引力急剧增大。ES/KJ·mol-1~25~14~30正丁烷的构象：

全重叠部分重叠对位交叉邻位交叉

这四种极限构象的稳定性大小顺序为：对位交叉>邻位交叉>部分重叠>全重叠在各种构象中，那些能量处于极小值的构象称为构象异构体。因为他们是由单键旋转引起的，又称旋转异构体。构象异构体之间的能量差称为构象能。在丁烷的全部构象中，对位交叉是占优势的，其次是邻位交叉，在室温下对位交叉和邻位交叉之比为1.9:1。

并不是任何化合物都是对位交叉式构象所占的比例大于邻位交叉构象。例如1-氯丙烷达平衡时，邻位交叉构象就比对位交叉构象略占优势。这是因为在1-氯丙烷的邻位交叉构象中，甲基和氯之间的距离接近于它们的范德华半径之和，这时甲基和氯之间产生吸引作用，这种吸引力使邻位交叉构象的能量较对位交叉构象低(低2.5KJ·mol-1)，因而起着稳定作用。邻位交叉对位交叉邻位交叉对位交叉

能使邻位交叉构象比对位交叉构象稳定的另一种因素，是分子内的氢键作用。例如乙二醇，由于邻位交叉构象可以通过氢键形成五元环结构，这时邻位交叉比对位交叉占优势。二.链状分子的构象(一)饱和烃及有关衍生物简单烃类化合物构象的空间张力,一般也是：对位交叉<邻位交叉<部分重叠<全重叠，而其稳定性则刚刚相反。

一个碳原子上的氢被甲基取代后，旋转能垒有规则地增大。如CH3―CH3、CH3―CH2CH3、CH3―CH(CH3)2和CH3―C(CH3)3的旋转能垒分别为：12.0、14.2、16.3和19.7KJ·mol-1。在卤乙烷中，其旋转能垒在13.4~15.5KJ·mol-1，这与卤原子具有较大的范德华半径有关。此外，C―N键和C―O键的键长比C―C键的短，使得范德华排斥作用增加，因此C―O键和C―N键的旋转要困难些。

(二)含C=C和C=O键的化合物1.sp2―sp3键的旋转异构1-丁烯分子的极限构象有：

其构象异构体有两类，(A)和(B)中是双键与单键重叠，可称为重叠式；而(C)和(D)中双键与单键处于交叉位置，称为交叉式。与sp3―sp3键的构象异构不同，重叠式构象(A)和(B)比交叉式构象稳定。而且氢原子与双键重叠的(B)比甲基与双键重叠的(A)稳定。其能差为0.63KJ·mol-1。

和1-丁烯类似，羰基化合物的优势构象也是重叠式而不是交叉式，例如丙醛分子的甲基与羰基的重叠式比氢原子与羰基的重叠式要稳定3.8KJ·mol-1，比交叉式更稳定些。只有当α―碳上连有大体积的叔丁基，才使氢重叠式构象变得比较稳定。

酮与醛类似,也是重叠式构象稳定些,并且取代基与羰基重叠的构象比氢原子与羰基重叠的构象稳定,这种相对的稳定性酮类比醛类还要明显。这些不饱和官能团的偶极矩是酮中C=O基偶极矩大于醛中C=O基偶极矩，而C=C键偶极矩最小。故可能的解释是，取代基和官能团偶极的一端有一定的吸引力，且随不饱和官能团偶极矩增大而增大，所以相应重叠构象的稳定性增加。较稳定较不稳定sp2―sp2键的旋转异构1,3-丁二烯的两种共平面构象为s-顺式（s指由于单键所引起的不同构象）和s-反式：s-反式s-顺式

s-反式构象是1,3-丁二烯最稳定构象。在1,3-丁二烯的s-顺式构象中，由于C-2和C-3上的C-H键处于重叠式而存在扭转张力，而且C-1和C-4的两个氢原子之间还有范德华排斥作用力，因此s-顺式构象内能较高而不稳定，在一般条件下s-顺式仅占2.5%左右。三.环状分子的构象(一)环烷烃及其衍生物1.小环

环丙烷有最大的角张力，其次是扭转张力。环丙烷的三个碳原子在一个平面上，碳原子杂化轨道用于成环的键，其∠CCC的键角为104°，偏离正常键角109.5°较大，也与碳原子核连线所成的角度60°相差很远，因此杂化轨道之间达不到最大重叠而形成弯键。同时环丙烷的碳环在一个平面上，所有的―CH2―都处于重叠位置而有相当大的扭转张力。故环丙烷易于发生开环反应。

环丁烷的平面构象存在角张力，同时所有的―CH2―都处于重叠位置，所产生的扭转张力能把环从平面构象扭转成皱折式构象，后者是环丁烷的优势构象。1，3-二取代环丁烷的顺式比反式更稳定些。反式顺式皱折式环丁烷2.普通环和环己烷衍生物

环戊烷的平面构象几乎没有角张力，但由于所有的CH2都处于重叠位置，其扭转张力高达63KJ·mol-1

,所以不是稳定构象。在非平面构象中,信封型和半椅型的构象较为稳定，是优势构象。但因相邻的四个或三个碳原子在一个平面上，使得部分CH2处于重叠位置，有较大的扭转张力，达27KJ·mol-1。此外，也有一定的非键张力。

信封型半椅型

环己烷的最稳定构象是椅型，其∠CCC的键角为111°，每两个相邻碳原子都相当于一个丁烷的邻位交叉构象，故其各种张力减小到了最低限度。其船型构象比椅型的不稳定，一方面是由于船型构象比椅型构象多两个丁烷的全重叠构象，增加了扭转张力；另一方面船型构象中船头和船尾两个氢原子的距离(0.183nm)比范德华半径之和(0.24nm)小得多，产生很大的非键张力。据测定，船型构象比椅型构象能量约高63KJ·mol-1。在室温下，环己烷的船型构象约占千分之一，它主要以椅型存在。椅型船型

环己烷椅型构象中每个碳原子上有两种键：直立键(a键)和平伏键(e键)。一般取代基在平伏键上比在直立键上的稳定。由于环己烷中的碳-碳单键可在一定范围内旋转，一种椅式构象通过成环键的转动，很容易反转为另一种椅型构象，这叫做构象反转(conformationalinversion)。在椅式环己烷及其取代衍生物的反转过程中，原来的a键变为e键，而原来的e键则变为a键。例如甲基环己烷存在下列平衡：在常温下甲基环己烷的平伏型构象占95%，而直立型构象占5%，如果取代基增大，则a键取代的构象所占的比例更少。如果取代基为叔丁基，则叔丁基在a键上的构象为零，即叔丁基以100%在e键上的构象存在。

2-烷基环己酮是烷基在e键上的构象较稳定。这一方面是因为e键上的烷基与羰基重叠，相当于链状醛酮较稳定的构象；另一方面是六元环中的烷基在e键可降低非键张力。

较不稳定较稳定

分子内氢键的存在对构象产生强烈影响。例如，顺-1，3-环己二醇由于存在氢键，使处在a键的构象占优势。氢键的形成可降低内能20~26KJ·mol-1。

综上所述，在取代环己烷衍生物中，六元环一般是趋于椅型构象；各个取代基特别是大的取代基尽可能占据e键的位置。但分子内有偶极作用或存在着分子内氢键时，则优势构象取决于各种作用力的相对强弱。较稳定较不稳定3.中环和大环从环辛烷到环十一烷，张力都比环己烷大一些，但彼此间相差不大。其原因是，构成这些环的碳原子，都不在一个平面上，键角接近于109.5°,故角张力极小,主要是非键张力在起作用。因为某些不直接相连的原子间距离可能小于它们的范德华半径之和。在更大的环状化合物中各种张力减少到很小，所以大环化合物的稳定性与开链烃接近。4.稠环

顺式十氢化萘的两个氢(在并联碳上)相对位置接近，反式十氢化萘的两个氢相对远一些。此外，顺式还多三个邻位交叉作用，故非键张力较大，因此顺式较不稳定。经测定，顺式的内能比反式高11.24KJ·mol-1。较为稳定的反式十氢化萘的两个环是通过两个平伏键相互稠合的，不能发生环反转作用。而顺式十氢化萘可发生环反转作用。顺式十氢化萘反式十氢化萘(二)环烯

环丙烯和环丁烯由于有一个双键，都是平面型的，张力很大，它们的稳定性比相同碳原子数的环丙烷和环丁烷更小。环丙烯只有在很低的温度下才能存在。环戊烯也是接近平面型的，而环己烯是半椅型的。

较小的环上（六元环以下）双键使环中碳原子处于顺式位置。七元环的反式环庚烯极不稳定。这可以认为是C-1和C-5上环内氢原子之间有强的非键张力（即是一种跨环张力），迫使它变为顺式。随着环的增大，这种非键张力随原子间距离增大而减小。从环辛烯到环癸烯，它们的反式异构体都可以分离出来，但都比顺式环烯略为不稳定。环十一烯和环十二烯，则反式异构体比顺式的稳定，这与开链烯烃类似。反式环庚烯

在桥头位置有双键的桥环化合物也受到限制。如双环[２,2,1]庚-1-烯不能制得,但双环[２,2,1]庚-2-烯却很易制得。双环[２,2,1]庚-2-醇只能按下式脱水：产物不存在如果组成桥环的碳原子在七个以下，双键是不能连在桥头碳原子上的。但当具有烯键的最大环含有八个或更多碳原子时，这种环比较大而柔韧的桥头烯，由于张力降低，可以存在。如：双环[5,2,1]癸-1-烯双环[3,3,1]壬-1-烯四.构象分析

一个分子的总能量与它的几何形状有关。在一个化学反应中，分子的基态、过渡态和产物有不同的几何形状，从而导致其能量的不同，由此影响一个分子的稳定性及反应的活性。通过研究分子的构象来分析分子的物理和化学性质，称为构象分析。在环己烷体系中，取代基在a键与在e键的能量差，称为该取代基在环己烷中的构象能。构象能越大，表示a-取代基的构象越不稳定，从而容易通过环的反转变成e-取代基的构象。环己烷取代基的构象能

取代基E/KJ·mol-1取代基E/KJ·mol-1CH37.1Cl,Br,I2.1CH2CH37.5OH,OR2.9CH(CH3)28.8COOR(H)4.6C(CH3)3>18.8CN0.8C6H513.0NO24.6

利用此表可以估计取代环己烷的优势构象。例如：构象(A)有两个a–取代基，其构象之和E=7.1+2.1=9.2KJ·mol-1；而构象(B)之E=2.9KJ·mol-1能量低为优势构象。试比较以下化合物的稳定性：

为了比较这对同分异构体的稳定性，首先写出相应的优势构象(A’)和(B’)。

(A’)的构象能之和E=7.1KJ·mol-1，而(B’)的E=2.9KJ·mol-1，所以(A)稳定。

但要注意某些特殊情况，如邻位原子所连基团的偶极排斥作用对构象有很大影响。例如在CCl4中，2-溴环己酮是溴在a键上的构象比在e键上的占优势，二者之比为3：1。

其原因是Cδ+―Brδ−和Cδ+=Oδ−都是强极性基团，若Br处于e键位置，则二者排斥作用大，使2-溴环己酮的平伏型构象不稳定。较稳定较不稳定

构象对物理性质的影响，可用二溴芪C6H5CHBrCHBrC6H5为例说明。该分子有一个内消旋体和一对对映体。其占优势的构象是两个苯基处于对位交叉位置。

从纽曼投影式看出，在(A)中两个溴原子处于反式位置，只有两个邻位交叉作用；而在(B)中溴原子相互处于顺式位置有三个邻位交叉作用。因此(A)稳定性较好，对称性较好，其熔点(237℃)比(B)(114℃)高；(A)在乙醚中的溶解度(1:10.25)比(B)的(1:37)小。

内消旋体(A)旋光体(B)

构象不同，化学性质也有所不同。仍以二溴芪为例。它在KI-丙酮中脱溴，(A)的反应速度比(B)的大约100倍。因为脱溴是E2反式消除，(A)的两个溴原子的反式构象有利于消除反应的进行。而(B)则要吸收一定的能量来克服能垒，旋转到两个溴原子处于反式位置时才能发生反应，这时大体积的苯基处于邻位交叉，形成过渡态的活化能较高，故反应速度较低。

构象对反应活性的影响，还与其反应机理密切相关。如4-叔丁基环己醇的顺反两种异构体，其化学反应速度是不相同的。顺4-叔丁基环己醇的氧化反应速度是其反式异构体的3.2倍；而反4-叔丁基环己醇的酰化反应速度是其顺式异构体的3.7倍。4-叔丁基环己醇的构象可表示如下：

顺式醇快顺式醇慢顺式反式氧化乙酰化

对于铬酸氧化反应来说，所形成的铬酸酯中间体进行消除反应是决定反应速度的一步。在氧化反应过渡态中包括C―H键的断裂和铬的离去。反应物顺式醇具有直立型羟基，其能量比反式高2.9KJ·mol-1。而当反应进行到被氧化的碳原子要发生sp2杂化时，随着a键和e键的消失，两个立体异构的过渡态之间的能量差比起始物的能量差要小，所以能量高的顺式醇进行反应所需活化能较小，故反应速度快。也可理解为：在铬酸酯中间体中，顺式a键有大的基团CrO3H，空间张力很大，只有迅速离去，才能解除其过大的张力。

顺式反式

对于乙酰化反应，形成一个类似于四面体中间体的过渡态是决定反应速度的一步。当酰化剂逐渐与羟基成键时，取代基的有效体积变大了，在过渡态中处于a键顺式能量要比处于e键的反式能量增加的多一些，其差值大于起始物的2.9KJ·mol-1。因此，顺式的活化能要大于反式的活化能，故顺式的乙酰化反应速度慢。或者从产物来看，顺式醇的乙酸酯，其CH3CO是连在a键上，空间张力大，比反式醇的乙酸酯连在e键上要困难。顺式反式

构象对化学平衡的影响，一般都是以得到较稳定的异构体占优势。例如，4-叔丁基环己烷羧酸乙酯与乙醇钠加热反应，产生了顺反异构体。在所得到的平衡混合物中，比较稳定的反式异构体(A)占84%。

(A)反式ee构象(B)顺式ea构象4.6空间效应

分子内各基团之间，或两分子相互接近时不同分子的基团之间，通过空间相互作用所引起的取代基效应，称为空间效应。这种效应的大小与相互作用基团的大小和形状密切相关。它揭示了取代基的空间相互作用及其对分子性能(如物理性能)、反应平衡、反应速度和反应部位等的影响。

位阻对分子间相互作用的影响：这是由原子或基团处在它们的范德华半径所不许可的范围内时所发生的一种相斥作用。例如四苯基乙烯(C6H5)2C=C(C6H5)2和四-α-萘基乙烯(C10H7)2C=C(C10H7)2中的双键都可以催化加氢，但只有前者可以加氯，两者都不能加溴。至于四-9-菲基乙烯(C14H9)2C=C(C14H9)2则不能加氢。

位阻还会改变电子效应的大小。例如苯环邻位取代基的位阻作用，可能迫使某些基团偏离苯环平面，从而削弱苯环与该基团的共轭效应。

以上两个化合物的pKa值是(A)比(B)小，其中(A)的两个甲基在酚羟基邻位，甲基是给电子基，(A)的酸性应该较低；而(B)的两个甲基远离羟基，给电子影响减弱，(B)的酸性应大于(A)。但事实正相反，(B)中体积较大的硝基受相邻两个甲基的拥挤而偏离了苯环平面，使硝基上的氮-氧双键的p轨道与苯环上的p轨道不能完全平行，二者重叠程度降低，使整个大π键的离域程度减小，从而削弱了硝基的吸电子能力，致使(B)的酸性比(A)弱。

在研究空间效应对反应活性的影响时，必须考虑过渡态或中间体的立体化学，并看决定反应速度的是哪一步。对环己烷衍生物来说，如果在反应过程中，反应基团所连的键继续保留，由于e键的位阻小，在e键反应比a键容易(如环己醇的酰化)。如果在反应过程中，反应基团所连的键发生变化，则情况常常相反(如环己醇的氧化)。因为a键的消除能显著地解除空间拥挤状态，对反应起着“空间加速”的作用。

角张力对反应活性有很大影响。小环具有很大的角张力，其分子基态能量高，很容易发生开环反应。例如直链烷烃在黑暗中对溴是惰性的，但环丙烷却能迅速生成开环产物。这时键