電離層垂直探測

[拼音]：zhangli xueshuo

[英文]：strain theory

關於分子中不正常的鍵角引起張力的學說。早期，A.von拜耳將碳原子的四面體理論用到環烷烴上，認為碳環為一平面，若鍵角偏離正常的碳四面體鍵角(109°28′)越大，則脂環的張力越大。由於五或六元環的鍵角與109°28′相近，所以最為穩定。拜耳的張力學說在有機化學發展史上起過一定的作用。但是拜耳還將這個學說沿用於六元或大於六元環的化合物，事實證明，這是錯誤的（見環己烷）。

一般來說，有兩種分子結構可以產生不正常的鍵角：一是小環化合物，它們的軌道交疊要比正常的軌道交疊小，這樣產生的張力稱為小鍵角張力；另一種是分子中非鍵原子間，由於幾何形狀所限，被迫處於彼此靠近的距離，從而產生張力，這種張力稱為非鍵合的相互作用。

三元環和四元環有很大的鍵角張力。三元環的鍵角為60°，離正常的109°28′偏差很大，同時環上的三對氫原子均處於重疊式位置，容易產生張力，因而很不穩定。與正常的sp3雜化軌道相比，三元環上碳原子的四個雜化軌道並不均等，兩個成環軌道的s成分少一些，比較接近於p軌道，而兩個環外軌道比正常的sp3雜化軌道有更多的s成分。由於這個特點，環丙烷在某些方面與烯烴的行為類似，能與很多試劑作用，發生開環反應。

四元環的環內鍵角為90°，比三元環大一些，張力也就小一點。但是由於有四個張力鍵，同時環上有四對氫原子處於重疊式位置，因而四元環也不大穩定。光譜研究證明，環丁烷不是平面的，其中一個亞甲基是彎曲的，與其他三個碳原子構成的平面形成25°夾角，從而減少了重疊式氫原子之間的張力，所以環丁烷的開環反應不如環丙烷容易，需要較激烈的條件。

近年來合成一些有代表性的高張力多環化合物，例如下列立體形狀的多環：