交叉式与重叠式构象

想象乙烷（两个碳、六个氢），沿它的 C-C 键作纽曼投影来看。当一个碳相对另一个旋转时，分子会在两个极端排布之间经过。在交叉式构象（staggered）中，前、后碳的 C-H 键错开六十度，每根后键都恰好嵌进两根前键之间的缝隙。在重叠式构象（eclipsed）中，它们正好对齐，每根前键都把一根后键藏在身后。

这两者并不平等。重叠式能量更高——对乙烷约高 12 千焦/摩尔——而交叉式则落在能量谷里。重叠的代价是扭转张力（torsional strain）：当成键电子对被迫排成一线时，它们之间轻微的排斥（再加上重叠的键彼此抗拒）会抬高能量。分摊到乙烷三对重叠上，每对 H-H 重叠约 4 千焦/摩尔。

由于交叉式是舒服的那个，分子大部分时间都待在那里，只在交叉式极小值之间翻滚时短暂经过重叠式的峰。这道势垒小到使旋转在室温下基本上是自由的，但它确实存在，而且是「分子回避重叠」这一普遍原理最简单的例子。此后每一个构象故事——丁烷的反式与邻位交叉、环己烷椅式——都是这同一个「交叉好、重叠坏」的想法被演绎得更丰富。