多取代环己烷的构型构象
在基础有机化学中，取代环烷烃里最常见的无疑是六元环己烷的衍生物了。了解其顺反、对映异构情况之外， 在学习中我们还要求能够画出取代环己烷的构象来。这类问题也有很固定的解决步骤，以下通过一些具体实例来演示。
- 示例1
请写出1,2-二甲基环己烷的全部构型异构体，并进而得到各异构体的优势构象。
首先画出表征构型的平面式。类似前一节中的1,3-二甲基环戊烷，这里的1,2-二甲基环己烷也存在三个构型异构体：顺式一个及反式的一对对映异构体，如下图：
接下来再具体考虑构象，我们先从顺式开始。为明确计，我们标出环上连接两个甲基的碳原子的编号：
先不管甲基，单看中间的六元环。对于环己烷，我们都很熟悉，它的椅式构象能量最低。取代环己烷一般来说也是如此，优势构象通常也是椅式。 所以不管三七二十一，我们先画个椅子出来：
而后再来处理甲基，先从第一个甲基，1-位的开始。我们知道，环己烷椅式构象每个碳原子上都存在a、e两根键。现在的问题无非是目前1-位的甲基究竟是在a键 还是在e键。这其实不难判断，比如我们先把1-位的a/e键全给画出来：
明显，e键伸出环外。而a键，由于1-位现在处于上平面，直接是竖直向上的。与平面式对照，我们明显发现，当前a键竖直向上的方向，与平面式甲基的朝向吻合。 于是，我们先认定1-位甲基当前是处于a键。至于e键，自然连着一个氢原子：
接下来再处理2-位。同样，2-位碳上也有a/e键各一根，我们也都给画出来：
注意到平面式当中，两个甲基是顺式，都冲环上侧。而椅式里2-位a键明显冲下，与1-位甲基不是顺式而是反式关系。因此这也提示我们，2-位甲基当前应当 处于e键上：
最终，我们得到目前情况下二甲基取代环己烷的一个椅式构象：
总括起来，整个流程大致如下图所示：
但到这里，其实还不算完。我们知道，环己烷椅式会翻环，得到一个新的椅式。对于取代环己烷而言，情况也类似。 我们继续作出翻环后的构象来：
翻环还是那些老原则，环上原子左右、前后关系不变，a/e键互转。翻环前后的两个构象，我们注意到都是一个甲基在a键一个甲基在e键， 空间斥力相同。因此，这两个构象能量完全相同，也都是顺1,2-二甲基环己烷的优势构象。
好，这是顺式的情况。至于反式的一对对映异构体，处理方法也是类似。我们这儿以(1S,2S)构型的为例:
首先依然尝试确定1-位甲基所处的键型。注意到当前1-位a键明显向上，而平面式里这个甲基应当是冲下的。因此，这意味着，这个冲上的a键连接的 是氢，而甲基将处于e键上。仔细观察这根e键，确实是略向下方，满足我们构型上的要求：
随即目光转移到2-位。平面式中2-位甲基冲上，而当前椅式2-位a键却冲下，与1-位甲基是顺式关系。因此咱们也立马可以确定，2-位甲基应当也在e键：
整个流程大致如下图：
当然，最后别忘了检查一下翻环后的情况，同样也是a/e键互转：
观察这一对翻环前后的椅式，我们会发现，与之前顺式构型那个大不相同。右侧构象两个较大的甲基都在a键上，和其余的a氢之间有较大的斥力； 而左侧甲基都在e键，斥力明显较小。两相比较，自然是左侧双e键的能量更低，是整个分子的优势构象，这组翻环的平衡也明显偏向于左边。
这是我们对反式中(1S,2S)构型分子的处理。至于(1R,2R)，大家有兴趣可以自主完成。同样，也是两个甲基均处e键的为整个分子的优势构象。
备注
椅式构象的翻环以及a/e键画法，请参见前一章的重点小结：环己烷的构象。
- 示例2
请画出(1R,3R)-1-甲基-3-叔丁基环己烷（80版系统命名）/(1R,3R)-1-叔丁基-3-甲基环己烷（17版系统命名）的优势构象。
目前分子的构型确定，画构象我们还是采用之前的步骤。先画椅子，再看到右端3-位叔丁基冲上，应当处于最右端冲上的a键上（这里也可以先从1-位开始， 但当前3-位在环的最右端，看起来比较清晰处理起来比较容易）；而后1-位，根据顺反关系，甲基与叔丁基是反式，而当前明显1-位a键冲上， 与3-位叔丁基是顺式，于是我们得知，当前3-位甲基应当在e键：
最后翻环：
翻环平衡的这两个椅式，我们发现有点儿类似，都是一个取代基在a键一个取代基在e键。但注意到这俩基团体积悬殊挺大，叔丁基比甲基大得多， 它处于a键的时候与a氢的斥力也要比甲基大多了。因此，这俩构象应当右侧能量更低，是整个分子的优势构象。
- 示例3
请画出(1R,2R,4S)-1,2-二甲基-4叔丁基环己烷（80版系统命名）/(1R,2R,4S)-4-叔丁基-1,2-二甲基环己烷（17版系统命名）的优势构象。
详细过程从略，无非还是前面的老步骤，整个流程大致如下图：
当然只得到一个椅式还远远不够，咱们还得处理一下翻环：
表面看起来，似乎左侧构象a键上基团比较多（两个甲基），右侧较少（一个叔丁基），但叔丁基体积远大于甲基，它一个人在a键上引起的空间斥力 甚至高过两个甲基的。因此，这儿反而是左侧1e2a的构象能量更低，是分子的优势构象。
备注
事实上，在椅式构象里，叔丁基这样的特大的基团几乎很难立在a键，只会躺在e键上。有这么一个特大基团在那儿， 判断优势构象时其它小基团都说不上话。这种特别大的，决定整个分子优势构象的基团，我们常称其为“构象控制基团”。
总结一下，判断取代环己烷的优势构象，我们一般有四条原则：
六元环通常取椅式构象
较多取代基处于e键者占优
较大取代基处于e键者占优
特大基团（如叔丁基等）一般只在e键
通过这面几个例子，大家也应该大致掌握了处理取代环己烷构型构象问题的一些方法。