环烷烃中的碳原子也是sp3杂化的，它们的杂化轨道之间的夹角应为109°28′。但环丙烷的三个碳原子在一个平面上，C-C间的sp3杂化轨道没有在两原子核连线的方向上重叠，也就是没有达到最大程度的重叠，如图12-1。所以分子内存在一种达到最大重叠的倾向，这种倾向就叫做“张力”。因此内能较高，环不稳定。环丁烷的情况与环丙烷相似，分子中也存在着张力，但比环丙烷要稳定得多。

图13-1　环丙烷中sp³杂化轨道重叠示意图

五个碳以上的环烷烃环上的碳的碳原子并不都在同一平面上，C-C键角为109°28′左右。例如环戊烷的组成环的五个碳中只有四个是处在同一个平面上，另一个碳在平面外。这样的结构在不断地翻动着，处于平面外的碳沿着环迅速地变换。因而环戊烷是一个有一只角向上的近平面结构。

环戊烷

环己烷有四个碳原子在一个平面上，其它两个碳一个在此平面的上方，另一个在这个平面的下方（椅型）；或者两个都在此平面的上方（船型）。

(纽曼投影式）　（透视式）　（透视式）　（纽曼投影式）

椅型　（船型）

在椅型环己烷中,六个碳原子在空间分布于两个平面上，C-1、C-3、C-5在同一平面上，C-2、C-4、C-6在另一平面上。这样，环己烷中的十二个碳氢键可以分为两种类型，其中六个是垂直于平面而与对称轴平行的，叫直立键或a键，三个向上，三个向下，交替排列。另六个大致与环平面平行，实际与对称轴成±19.5°角,叫平伏键或e键(如图12-3).

图12-4　两种椅型构象的转变

对环己烷来说，这两种构象可以相互转变，但环上有取代基时情况不同。

一元取代的环己烷，其取代基可以a键，也可以连在e键上，形成两种不同的构象。一般以e键取代的构象能量较低，比较稳定。这是因为e键上的取代基与环上同侧的两个a键上的氢原子距离较远，斥力较小，较为稳定。例如，甲基环烷在室温时，当取代基在a键上时，则与环上同侧的两个a键上氢的距离较近，斥力较大，故不稳定。甲基环烷在室温时，当取代基在a键 上时，则与环上同侧的两个a键上的氢的距离较近，斥力较大，故不稳定。甲基以e键连结的分子约占95%，而以a键连结的分子仅占5%，且存在如下的动态平衡：

这两个构象式实际上是相同的，都是一个甲基连于e键，另一个甲基连于a键，能量相同，稳定性相同。

反式异构体中，两个甲基位于环的异侧，两个甲基可以都连在两个e键上（ee型），或都连于两个a键上（aa型）。显然ee型比较稳定。所以，反式1，2-二甲基环己烷主要以ee型的构象存在。

所以环己烷和取代环己烷的构象稳定性有如下规律：

①椅型构象比船型构象稳定。

②环己烷的一元取代物中，以e键取代物稳定；多元取代物中，以e-取代多的构象较稳定。

③环上有不同的取代基时，大的取代基结合在e键上的构象最稳定。