小環(huán)化合物穩(wěn)定性影響因素教學中的幾點思考
——以環(huán)丙基化合物為例

陳太杰,馮依玲,徐　衡（安慶師范學院化學化工學院,安徽　安慶　246011）

小環(huán)化合物穩(wěn)定性影響因素教學中的幾點思考
——以環(huán)丙基化合物為例

陳太杰,馮依玲,徐衡
（安慶師范學院化學化工學院,安徽安慶246011）

學習環(huán)狀化合物穩(wěn)定性時，學生往往容易產(chǎn)生認識偏差：認為三元環(huán)很不穩(wěn)定，沒有存在意義，但事實卻非如此。因此，本文著重介紹對該問題在教學中的思考，這對學習認識小環(huán)有機化學具有重要意義。

小環(huán)化合物；相對穩(wěn)定性；教學；認識偏差

環(huán)狀化合物在有機化合物中較為常見，對其穩(wěn)定性進行討論和學習對理解物理、化學性質(zhì)及其應用具有重要的意義。根據(jù)張力學說，在環(huán)狀化合物中張力最大的是三元環(huán)[1]。實際上，該類化合物是天然產(chǎn)物的常見結(jié)構具有藥用價值。在有機化學教學中對其穩(wěn)定性影響因素進行分析討論，對環(huán)狀化合物特別是三元環(huán)狀化合物的研究具有重要的作用。

1　明確幾種作用力對環(huán)狀化合物穩(wěn)定性的作用

有機化學王積濤版[1]，介紹影響環(huán)狀化合物穩(wěn)定性的因素較為簡單，只給出相應概念，在教學中應適當擴展，并給出相應結(jié)論。

1.1角張力對穩(wěn)定性的影響

環(huán)丙烷和丙烷分子中C-Cσ鍵的形成如圖1所示：

在環(huán)丙烷分子中，由于碳原子之間成環(huán)時的幾何形狀所限，成環(huán)碳原子的sp3（或接近sp3）雜化軌道彼此之間不能形成最大程度交蓋所致，C-C之間形成了彎曲鍵，使C-Cσ鍵變?nèi)酰话惴Q之為分子內(nèi)存在著張力。這種張力是由于鍵角偏差形成的，故稱為角張力。由于角張力的影響，環(huán)丙烷與丙烷相比，其穩(wěn)定性差得多。但隨著環(huán)的增大，C-C之間形成了彎曲鍵鍵角逐漸增大，角張力也就相應減小。

角張力是影響環(huán)烷烴穩(wěn)定性的因素之一，尤其對環(huán)丙烷和環(huán)丁烷的影響更大。從環(huán)丁烷開始，由于組成環(huán)的碳原子不在同一平面上，因此角張力減小或不存在，比環(huán)丙烷較穩(wěn)定或與開鏈烴相似而穩(wěn)定。

1.2扭轉(zhuǎn)張力

乙烷分子的重疊構象由于前后重疊的兩個C-H鍵之間電子云是相互排斥的，且此時作用力最大（Fmax），這種作用力是兩個甲基沿著C-C鍵方向發(fā)生扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，稱之為扭轉(zhuǎn)張力（圖2）。在乙烷分子中，扭轉(zhuǎn)張力在分子的動態(tài)轉(zhuǎn)變中必然趨向于一個平衡（達到Fmin），所以分子以該穩(wěn)定狀態(tài)居多。在環(huán)狀化合物中，由于環(huán)的限制作用使得該類化合物始終存在角張力，特別是小環(huán)化合物。

除此之外，乙烷分子相鄰碳（圖2）上的兩個氫原子被其他原子或基團取代，由于兩個片段的屬性不同，可表現(xiàn)出范德華張力、非鍵原子或基團間偶極和偶極之間的相互作用。這些相互作用在實際分子中都會對分子的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，在小環(huán)化合物中表現(xiàn)更為突出。

2　環(huán)丙基的反應相對穩(wěn)定性

環(huán)的張力大小在一定程度上能夠體現(xiàn)出它的活性，當環(huán)越小，它的性質(zhì)越像烯烴，例如環(huán)丙烷易氫化（圖3）：

天然產(chǎn)物duocarmycin具有很好的抗腫瘤活性，則主要是因為其能夠與DNA相互作用發(fā)生烷基化反應（圖4）。

但環(huán)丙烷的氫化較烯烴為難：

上述例子表明，三元環(huán)沒有元環(huán)穩(wěn)定，但卻比C-C雙鍵要穩(wěn)定，在化學反應中環(huán)丙基化合物三元環(huán)具有相對穩(wěn)定性。

3　結(jié)語

綜上所述，含有環(huán)丙基的化合物具有較好的穩(wěn)定性，在化合物的構建和生物活性等方面起到了重要作用。在專業(yè)課的教學中，應該通過合理的補充講解，讓學生在小環(huán)穩(wěn)定性方面具有正確的認識，激發(fā)其學習有機化學的濃厚興趣。

[1]王積濤，王永梅等編著.有機化學(第三版)[M].南開大學出版社。

陳太杰（1985-），男，安徽涇縣人，安慶師范學院，講師，博士，主要從事：有機合成方面工作。