3.5環己烷的構象橫鍵和豎鍵

環己烷及其衍生物是自然界存在最廣泛的脂環化合物。環己烷內能低與它的構象有關。椅式構象(chairform)是環己烷的最穩定構象，故名思義它就像一把椅子，其形狀如下：

椅式構象由三組平行線組成，我們先畫一組平行線表示“椅座”；在C2的右上方畫C1，用斜線把它與C2、C6連接，看做“椅背”；再在與C1對應的C5的左下方標出C4，用斜線與C5、C3連接，像“椅腿”；兩組線與C1到C2、C6的線平行，這樣得到與平衡式左邊等同的椅式構象。平衡式右邊椅式構象可用相同的方法畫出。我們可把椅式構象中的任何一組平行線作為“椅座”另外兩組平行線作為“椅背”和“椅腿”，因此環己烷中的6個碳都是等同的。

環己烷的C-H鍵分為兩組:一組垂直于碳原子所在的平面，稱為豎鍵（或直立鍵），也稱a鍵。a鍵是英文axial(軸向）bond的第一個字母。另一組與這個平面大致平行，稱為橫鍵（或平伏鍵），也稱e鍵，e是英文equatorial(赤道）bond的第一個字母。

十二個碳氫鍵中，六個在環平面上方，六個在環平面下方。上面的構象中，黑球連著向上伸的鍵，圈連著向下伸的鍵。

在畫直立鍵時，首先在C1上畫一直立鍵，然后在相鄰碳的反位畫一直立鍵，C1、C3、C5上的直立鍵在環的上方，C2、C4、C6上的直立鍵在環的下方，如下圖：

平伏鍵的畫法比直立鍵難一些。我們把環上的平伏鍵分為三組，先畫C1、

C4上的C-H平伏鍵，除兩者互相平行外，它們還與C2—C3、C5—C6的鍵平行，如下圖：再畫C2、C5上的C—H平伏鍵，C2上的平伏鍵平行于C1—C6、C3—C4，C5上的C—H平伏鍵除平行于C2上的平伏鍵外也要平行于C1—C6、C3—C4，如下圖：最后畫C3上的C—H平伏鍵，它平行于C1-C2及C4-C5

;C6與C3上的C—H平伏鍵互相平行，也平行于相應環上的鍵。如下圖：

最后得到由三組六條平行線組成的完整的表示平伏鍵的圖。

在室溫下，由于分子的熱運動，環迅速翻轉，由一種椅式構象轉變為另一種椅式構象。當環翻轉時，與碳相連的鍵的相對位置不變，但直立鍵轉變為平伏鍵，平伏鍵轉變為直立鍵。

椅式構象能量最低，其鍵角均為109.5°，無角張力，也無范德華斥力（見3.6節）。我們從C2看到C3和從C6看到C5(從別的角度，結果相同）做出它的紐曼式投影，C4和C1亞甲基類似丁烷（見2.4節）是鄰位交叉式構象，無扭轉張力。因此能量最低，燃燒熱與開鏈烷烴完全相同。

椅式構象可翻轉為另一椅式構象，其中經過半椅式（halfchairform)，扭船式（twistboatform)和船式（boatform)構象。

圖3-2為一椅式構象翻轉為另一椅式構象的位能圖。椅式構象的一端C1向上翹成半椅式。半椅式中五個碳在一個平面上，五個碳上的碳氫鍵成重疊式，有較大的扭轉張力，同時環有角張力，它有最高的能壘，內能比椅式構象的高46kJ/mol。C1再往上翹，帶動平面上原子運動，重疊的碳氫鍵錯開30°的距離，緩解了扭轉張力及角張力，內能有所下降，成為扭船式，其能量僅比椅式構象的高23kJ/mol。

扭船式中C1繼續往上翹成船式構象。船式構象中船底四個碳在一平面，相鄰的碳原子為重疊式構象，有較大的扭轉張力。船頭的兩個“旗桿”氫靠得近，其距離為0.183nm，比范德華半徑(0.24nm)小，有空間張力。它的能量比扭船式的大6.7kJ/mol，介于扭船式和半椅式之間。