张力学说

[拼音]：zhangli xueshuo

[外文]：strain theory

关于分子中不正常的键角引起张力的学说。早期，A.von拜耳将碳原子的四面体理论用到环烷烃上，认为碳环为一平面，若键角偏离正常的碳四面体键角(109°28′)越大，则脂环的张力越大。由于五或六元环的键角与109°28′相近，所以最为稳定。拜耳的张力学说在有机化学发展史上起过一定的作用。但是拜耳还将这个学说沿用于六元或大于六元环的化合物，事实证明，这是错误的（见环己烷）。

一般来说，有两种分子结构可以产生不正常的键角：一是小环化合物，它们的轨道交叠要比正常的轨道交叠小，这样产生的张力称为小键角张力；另一种是分子中非键原子间，由于几何形状所限，被迫处于彼此靠近的距离，从而产生张力，这种张力称为非键合的相互作用。

三元环和四元环有很大的键角张力。三元环的键角为60°，离正常的109°28′偏差很大，同时环上的三对氢原子均处于重叠式位置，容易产生张力，因而很不稳定。与正常的sp3杂化轨道相比，三元环上碳原子的四个杂化轨道并不均等，两个成环轨道的s成分少一些，比较接近于p轨道，而两个环外轨道比正常的sp3杂化轨道有更多的s成分。由于这个特点，环丙烷在某些方面与烯烃的行为类似，能与很多试剂作用，发生开环反应。

四元环的环内键角为90°，比三元环大一些，张力也就小一点。但是由于有四个张力键，同时环上有四对氢原子处于重叠式位置，因而四元环也不大稳定。光谱研究证明，环丁烷不是平面的，其中一个亚甲基是弯曲的，与其他三个碳原子构成的平面形成25°夹角，从而减少了重叠式氢原子之间的张力，所以环丁烷的开环反应不如环丙烷容易，需要较激烈的条件。

近年来合成一些有代表性的高张力多环化合物，例如下列立体形状的多环：