甲基环己烷的双纽曼图

上集我们讲了两种椅型构型 普通环己烷的 两种椅型构象 它们是一样稳定的 没有什么可以证明 这个比那个更稳定 反之亦然 这集我们要做的就是 看一下 如果不是一个单纯的环己烷 如果我们给它加一个甲基会怎样？ 那么这次不是环己烷 我们来看一下甲基环己烷 我们在命名里学过画结构 那么甲基环己烷长这个样子 先画一个六边形 这是我们的一贯画法 我们一直这样画它 然后有一个甲基 你可以把甲基 画成这样或这样 这表示 这儿有个碳原子 其实是一个-CH3 当然 这儿还有一个氢原子 现在 如果你想像这样 在立体空间里画出这个甲基 它就跟之前的 两个椅型构象一样 只是这个H不再是H了 而是整个甲基 所以我们把这个变成-CH3 所以这个… 我换个颜色 这个碳原子上 暗含着3个氢原子 所以这是一个-CH3 就是一个甲基 我们用它替换一个氢原子 那这就是甲基环己烷的 一种构象 我写一下 练习一下命名 这是 甲基环己烷 现在 这是一种椅型构象 然后如果这头向下翻转 另一头向上翻转 在另一种椅型构象中 这个甲基 会从直立方向 变为平伏的方向 那么这是同一个基团 我把它圈起来 它是一个完整的基团 这是-CH3 现在 这集我们要回答的问题是 这两种构象哪个更稳定？ 现在你可能盯着它看 观察这个图形 说 处于这种构象时 甲基处于直立的状态 它会和 其它的碳原子离得更近 和它们的电子云更近 或许它的势能较高 或许它想远离 如果这是你猜的 或只是目测的结果 你就对了 因为在这种构象中 这个甲基离这些部分 更远 所以有较少的… 我想你能理解成 电子云密度更小 现在 为了看得更清晰点 我要画一个所谓的双重的纽曼式 其实 这集的主要目的就是 让大家知道 纽曼式不仅用在简单的分子 例如丁烷、乙烷 其实你还可以把它用到环上 为了画出纽曼投影式 我先给碳原子编一下号 我们可以这样编号 那这是1、2、3、4、5、6 你不用叫它 1-甲基环己烷 因为环上只有一个基团时 因为环上只有一个基团时 你很自然地会从连着基团的碳 开始编号 所以这是1号碳 这是1、2、3、4、5、6 而这边 也是这样 这是1号碳 接着是2、3、4、5、6 现在 我就是要画两个纽曼式 而它们都要… 呐 其实我要画4个 但是你很快会明白我的意思 那第一个纽曼式 从这个碳原子开始画 那我们想一下会是什么样 那我们在前方 视觉正对着的这个碳原子 这个碳在前面 这个碳呢 这个碳 2号碳 在后面 那我标记一下 这是1号碳 我们正对着它 现在 甲基 在直立方向 画一下 在直立方向 有个甲基 然后在平伏键的方向 有这个氢原子 我画一下那个 这里有个氢 然后在这儿 这个键 连着另一个CH2基团 我这样画出来 这连着一个CH2 这是一个CH2 对吗？ 或者我应该这样圈一下 整个这个是CH2 它和碳原子相连 然后上面还有两个氢原子 其实它就是6号碳 那么这就是前面 现在 如果我们直直地看过去 2号碳就在后面 我画一下2号碳 我用蓝色 所以2号碳 就是这个大圆圈 现在2号碳又是怎么样呢？ 在直立位置有一个向下的氢原子 就是这个氢 然后它还有一个平伏氢 绿色这个氢原子就是平伏氢原子 像这样 然后它连着3号碳 也是一个CH2 它连着两个氢原子 前面是1号碳 后面是2号碳 我用蓝色标出来好了 2号碳 然后2号碳又支出来… 如果你观察这个分支 它就是2号碳 支出来的3号碳 或者是CH3 我用个新的颜色 其实是CH2 这是一个CH2 这是一个碳原子 它有两个氢原子 对吗？ 所以这是一个CH2 这就是那儿的3号碳 然后它又… 算了 先这样 现在我要画另一个纽曼投影式 而这个纽曼式呢 我们会正对着的5号碳来看 我们会发现马上要变成一个环了 因为第一个纽曼投影式 我们刚刚画的 也有这样的键 这个键直接插进了屏幕 我让它垂直屏幕 2号碳就在1号碳后面 所以环的另一侧是5到4 你看 这是1到2 然后这是5到4 像那样 所以你可以想象一下 画纽曼式时 在左边纽曼投影式上 是正对着这个 在右边的纽曼投影式上 是正对着这个方向看 所以如果5号碳在前面 它的键会是什么样呢？ 呐 它会和6号碳连着 那我们可以… 我换个颜色 5和6的这个键 就是这个键 它和第一个纽曼式连着同一个CH2 然后它还有两个氢原子 我还没有画出来 我画一下 这样你就懂了 它有两个氢原子 一个直立的 一个是平伏的 现在很难看出来 不过这是直立的氢原子 这是平伏的氢原子 然后后面是 我们会画4号碳 而4号碳 我会用绿色表示 那么4号碳… 嗯 这是用绿色表示的4号碳 其实这只是形象化的一个练习 这就是为什么我想带你们一起做 然后 4号碳有一个直立氢原子 它有一个竖直向下的氢原子 这个氢原子就是那个 它还有一个那样伸出去的平伏的 然后它连着3号碳 所以这里就是这样的一个键 那么我们画出这个椅型构象时 我们会发现什么呢？ 甲基是直立的情况下 我们发现什么了？ 甲基处于直立位置 我们发现它只要偏转… 我不知道这个怎么念 它和3号碳只有60°的夹角 这二面角只有60° 你观察这个纽曼式 这只有60° 离3号碳 它偏转了60° 所以它们彼此拥挤了一点 我们把这个 和甲基是平伏时比较一下 那时它连着的碳原子 会在“椅子”的下方 我们看一下它的纽曼式是怎样的 同样地… 我向右移一下 这个构象 它和这个构象动态平衡 我们用同样的思路来画 1号碳 现在在1号碳上 在1号碳上 氢原子是直立的 并且向下 我画一下 这里有一个竖直向下的氢原子 氢原子向下 而CH3是平伏的 在这里你可以更清晰地看到 那么这是一个CH3 甲基就在那儿 然后连着6号碳的这个键 是这样的 这是一个CH2 这是6号碳 现在如果我们向后看 如果看后面的2号碳 之前我们用蓝色表示的 所以我还用蓝色来表示 蓝色的2号碳 它有一个竖直向上的氢原子 这就是那个氢原子 它竖直向上 这里还有一个氢原子 然后它和后面的3号碳连着 所以这是CH2 所以这家伙和这家伙是一样的 不过我们翻转了构象 所以它和后面的那家伙连着 接着我们正对着5号碳 来画纽曼投影式 事实上正对着 这里5号碳看 这里我们从这个方向 来画纽曼式 现在我们要对着这个方向 画另一半的纽曼式 5号碳 我把它画在前面 这里我都没表示 其实它有一个直立的氢原子 还有一个平伏的氢原子 所以5号碳呀 我们看一下这个 其实这是… 如果你觉得这个有点难 是因为它确实不好理解 你或许要再看一遍 其实这只是一个形象化的模型 我真的希望没让你抓狂 如果你真的觉得这个很吓人 其实在剩余的有机化学中 这不会让你“倒下”的 不过如果你能掌握 那就更好了 你会更擅长 想象这些分子 那么如果正对着5号碳看 在直立方向有一个氢原子朝下 5号碳连着… 5号碳连着6号碳 就在那儿 我讲清楚一点 那这个键 我换个颜色表示 这个键和就是这个键 这是一种非常好的方式… 如果你能画出这个 说明你的大脑很擅长 把纽曼式翻译成 上面的这个锯架式 所以这个是这个键 这个氢原子就是这个氢原子 然后是另一个氢原子 这个氢原子在这儿 像这样 然后它后面 是4号碳 4号碳在这儿 那么4号碳 画个圈表示吧 它有一个直立的氢原子 另一个氢在这儿 然后它连着3号碳 那这就是3号碳 所以是这样 然后观察这个甲基 发现了什么？ 这里 这个甲基… 有两个思路 它和3号碳的二面角 现在是180°了 这边这个呢 和3号碳的二面角只有60° 而现在 这是180° 远了不少 现在和6号碳的二面角 还是120° 在这里 甲基是平伏的 在这儿 它是直立的 但是向下翻转后 就变成平伏的了 记住 因为这是平行的 这个键和环上的某些键是平行的 在这种构象中 甲基离环上的次甲基更远一点 所以就没那么拥挤 所以这是一个更稳定的构象 所以你可以说 这是反式构象 相对于3号碳 而在这儿 它和3号碳有夹角 我不知道是否念对了 它是“gowche” 还是“gauche”？ 我不知道怎样念这个 所以在这个构象中 就没那么拥挤 这个更稳定 有较低的势能 希望你觉得这个有意思 这真的是一种方式 一个练习 让你可以从这个视觉 转变到双纽曼构象 如果想更简单一点的话 你可以这样理解 我们看这儿的纽曼投影式 这个6号碳就是这个6号碳 这个CH2就是后面的这个 那我们从这个方向看的话 我们从这个方向 看这个环 我们看到这个在前面 这个就是这个 我们看到它在后面 那个就是那个 这边的 一样 我们直接从这个方向看 我们看到这家伙在上面 而这家伙在下面 希望这能帮助理解立体分子