电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象.pptx

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2、通常并不是伸直的，它可以卷曲起来，使分子采取各种形可以卷曲起来，使分子采取各种形态，形，形态的的变化与化与单键的内旋的内旋转有关。有关。电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象 内旋内旋转C1C2C3C4Cn内旋转内旋转：单键是由：单键是由电子组成，电子云分布是轴对称的，因此高分电子组成，电子云分布是轴对称的，因此高分子在运动时子在运动时C-C单键可以绕单键可以绕轴旋转轴旋转，称为内旋转。，称为内旋转。123电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象 是由单键内旋转而形成的分子在空间的不同形态（排是由单键内旋转而形成的分子在空间的不同形态（排列）。列）。由于分子的热运动，分子的构象在时刻改变着，因此

3、，由于分子的热运动，分子的构象在时刻改变着，因此，高分子链的构象是高分子链的构象是统计性统计性的。由统计规律可知，分子链的。由统计规律可知，分子链呈呈伸直构象的几率极小，而呈卷曲构象的几率较大伸直构象的几率极小，而呈卷曲构象的几率较大。假设一根高分子链含有假设一根高分子链含有N个单键，每个单键可取个单键，每个单键可取M个个不同的旋转角，则该高分子可能的构象数为：不同的旋转角，则该高分子可能的构象数为：MN构象构象电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象 实际上，内旋上，内旋转完全自由的碳碳完全自由的碳碳单键是不存在的是不存在的，因，因为碳碳键上上总要要带有其它的原子或基有其它的原子或基团，当，当

4、这些原子或基些原子或基团充分接近充分接近时，原子的外，原子的外层电子云之子云之间将将产生排斥力生排斥力，使之，使之不能接近。不能接近。电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象 例如例如乙烷：如果乙烷：如果CC发生发生内旋转内旋转，则分子内与，则分子内与C相连相连的的H的相对位置就要发生变化（如下图的相对位置就要发生变化（如下图）：）：HCHCCCHHHHHHHHHH迭迭同同式式（顺顺式式）构构象象，非非键键合合原原子子间间距距离离最最近近，相相互互排排斥斥力力最最大大，位位能能最高，最不稳定最高，最不稳定交交叉叉式式（反反式式）构构象象，非非键键合合原原子子间间距距离离最最远远，相相互互之之间间

5、排排斥斥力力最最小小，位位能能最低，最稳定最低，最稳定或或或或电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象 内旋内旋转位能位能图 首先考首先考虑最大的两个原子（或基最大的两个原子（或基团）之）之间的相互作用，的相互作用，当它当它们相距最相距最远时（反式），能量最低（反式），能量最低，当它，当它们相距最近相距最近时（顺式），能量最高式），能量最高。电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象 顺 式反 式位能(度)0 60 120 180 240 300 360乙烷的内旋转位能图 E 位位垒：从一种构象改：从一种构象改变为另一种构象另一种构象时，能量的差，能量的差值称称为内内旋旋转位位垒。内旋内旋转位位垒越

6、高，内旋越高，内旋转越困越困难。由于。由于反式构象能量最低，反式构象能量最低，因此构象最因此构象最稳定定。范德华作用半径范德华作用半径电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象 相相邻两个两个结构构单元上元上氢原子之原子之间的的距离太近距离太近，小于，小于氢原子的范德原子的范德华作用半径，作用半径，氢原子原子相互排斥相互排斥导致大分子致大分子链的的能量增高，大分子能量增高，大分子链的的构象构象变得不得不稳定定。电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象 对于丁烷又如何？对于丁烷又如何？Trans-反式反式Gauche旁式旁式Cis-顺式顺式电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象 060o120o180o-60o-120o-180ou(j)jDmbDmtg反式反式旁式旁式顺式顺式旁式旁式反式反式反式与旁式构象反式与旁式构象能的差为：能的差为：D Dm mtg从反式构象转变从反式构象转变成旁式构象，需成旁式构象，需要克服的位垒为：要克服的位垒为：D Dm mb电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象 顺式顺式能量能量最高最高，属最，属最不稳定构象不稳定构象，反式反式能量能量最低最低，属属稳态稳态，旁式旁式能量介于二者之间，属能量介于二者之间，属亚稳态亚稳态。电子课件高分子物理高分子链的内旋转构象