[科普中国]-小角张力

化合物分子里的每个原子，都用它的原子轨道与相连原子的原子轨道交迭组成化学键，各化学键之间有一定键角。若被迫产生不正常的键角时，分子里会形成张力。小环化合物的键角小于正常轨道重迭所产生的键角，这样产生的张力就叫小角张力，如环丙烷、环丁烷的小角张力。

用共价键理论解释小角张力要形成化学键，两个原子必须处于原子轨道能发生交叠的位置才能成键；原子轨道的交迭越大，所形成的键越强。当碳与四个原予结合时，它的成键轨道(sp3轨道)指向四面体的四个顶点；任何两个轨道间的夹角都是109.5°；当两个碳原子用sp3轨道互相交迭时，以各原子的sp3轨道彼此正面相对的位置交叠最有效，形成的键也最强；这意味着碳与另外两个碳原子连接时，碳一碳键角应该是109.5°。然而，环丙烷分子中的碳一碳键角只有60°。从量子化学观点看，沿键轴方向重迭产生的碳一碳键角不可能小于90°(纯p)，且混入s轨道后角度还要变大。显然，碳原子的sp3轨道不能处于彼此正面相对的位置，轨道交盖较少，生成的键也比一般的碳一碳键弱(见图1)；为了既要尽可能沿轴键方向交盖(压缩键角)，又要尽可能不致于太大压缩(即不沿正常键轴交盖)，只有二者进行协调，结果是形成了弯曲的碳一碳键。 1

环丙烷与环丁烷的稳定性低的原因由形成碳——碳键的原子轨道交迭程度差而产生了角张力。1

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包申旭 - 副教授 - 武汉理工大学资源与环境工程学院