交叉式與重疊式構象

想像乙烷（兩個碳、六個氫），沿它的 C-C 鍵作紐曼投影來看。當一個碳相對另一個旋轉時，分子會在兩個極端排布之間經過。在交叉式構象（staggered）中，前、後碳的 C-H 鍵錯開六十度，每根後鍵都恰好嵌進兩根前鍵之間的縫隙。在重疊式構象（eclipsed）中，它們正好對齊，每根前鍵都把一根後鍵藏在身後。

這兩者並不平等。重疊式能量更高——對乙烷約高 12 千焦/莫耳——而交叉式則落在能量谷裡。重疊的代價是扭轉張力（torsional strain）：當成鍵電子對被迫排成一線時，它們之間輕微的排斥（再加上重疊的鍵彼此抗拒）會抬高能量。分攤到乙烷三對重疊上，每對 H-H 重疊約 4 千焦/莫耳。

由於交叉式是舒服的那個，分子大部分時間都待在那裡，只在交叉式極小值之間翻滾時短暫經過重疊式的峰。這道勢壘小到使旋轉在室溫下基本上是自由的，但它確實存在，而且是「分子迴避重疊」這一普遍原理最簡單的例子。此後每一個構象故事——丁烷的反式與鄰位交叉、環己烷椅式——都是這同一個「交叉好、重疊壞」的想法被演繹得更豐富。