烷烴、命名與構象

1,3-雙直立相互作用

當環己烷椅式上的一個取代基處於直立位、筆直朝上越過環面時,它並非指向空曠之處。繞環數過去兩個碳——相對它的第 3 和第 5 位——坐著另外兩根同樣朝上、同一面的直立鍵,三者一起擠進環上方同一片空間。一個直立基團與這兩個同側直立鄰居之間的相互碰撞,就是 1,3-雙直立相互作用。

從幾何上看,這三個直立位在椅式一面之上構成一個懸著的小三角形。那裡若是一個氫,它很小、幾乎不抱怨;但若是更大的基團——甲基、異丙基、叔丁基——就會撞上第 3、第 5 碳上的兩個直立氫(或基團)而被擠壓。這是位阻張力的一種,也是「直立取代基比同一取代基處於平伏時能量更高」的真正原因:平伏基團朝外指、躲開了這群擁擠的鄰居,那裡沒有東西擋路。

數 1,3-雙直立相互作用是預測環構象的日常工具。例如每個直立甲基要承受兩個 1,3-雙直立的甲基—氫接觸,每個約 3.8 千焦/莫耳(與鄰位交叉丁烷裡的擁擠相同),這正是甲基環己烷偏愛平伏椅式約 7.5 千焦/莫耳的原因。換成叔丁基,代價大到(超過 20 千焦/莫耳)使環基本被鎖定在該基團平伏的狀態——化學家正利用這一招來「凍住」環的形狀。

直立的叔丁基要承受極嚴重的 1,3-雙直立擁擠(超過 20 千焦/莫耳),以致叔丁基環己烷實際上被鎖定在叔丁基處於平伏的椅式。

直立基團與同一面第 3、5 碳上的兩根直立鍵衝突——這種擁擠正是直立位代價高的原因。

1,3-雙直立相互作用是位阻張力(基團在空間中相撞),與鄰位交叉丁烷同類——不是扭轉張力。它是「直立位不受偏愛」的定量原因。

又稱
1,3-diaxial straindiaxial repulsion1,3-二直立作用1,3-竖键相互作用