下面化合物的最穩定構象是什麼？
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答案
我的答案
我覺得給出的標準答案有問題，我的答案理由是5個a鍵的羥基可以形成4個氫鍵，更加穩定。
找到一個做肌醇構象的工作。[1]
簡單說明一下，這個工作主要是對於13個肌醇（inositol）的「異構體」先優化幾何構型，事先不預設對稱性；再做優化-頻率計算以將優化的結構表徵為最小值；並且為了評估溶劑中肌醇異構體的能量變化，對不同溶劑的情形做了單點計算。所得結果如上圖所示。
很顯然分子中的羥基被定向到最大化分子內氫鍵的情形。
首先研究了碳碳鍵長。總體上它們比環己醇中的更短（吸電子取代基降低碳共價半徑，Bents rule），並且軸向羥基佔比越高碳碳鍵越長（六元環氫鍵不如五元環氫鍵容易「收緊」）。接著對於CCC角、OCC角與羥基取向之間的關係進行了探討。
接著研究肌醇的分子內氫鍵。肌醇的分子內氫鍵是客觀存在的，這一點受到核磁氫譜、紅外、對於TDCI（1,3,5-trideoxy-1,3,5-tris(dimethylamino)-cisinositol）的研究、對順式肌醇的椅式-椅式互變的核磁研究等等的證實，但是並不像很多人想的那樣，肌醇的分子內氫鍵既包括六元環氫鍵，也包括五元環氫鍵。從原子間的距離以及O-H伸縮振動的頻率兩個角度看，可以得出結論，氫鍵的強度有：
（這個結論適用於氣相）
Oaxial–H?Oaxial&> Oequatorial–H?Oaxial&> Oaxial–H?Oequatorial&> Oequatorial–H?Oequatorial，可以簡單概括為有軸向羥基參與的氫鍵一般更強一些。這在一定程度上解釋了，scyllo- 的肌醇（6e）並不是能量最低的（不過也是比較接近最低的）
那麼到底是哪種異構體/構象比較穩定呢？眾所周知，一個取代的環己烷，它的取代基佔據直鍵（axial）往往不如佔據平鍵（equational）有利（考慮1,3-雙直鍵和gauche end兩件事）。但是，這裡根據計算結果，氣相最穩定的是neo-（1,4-ax, 4e2a）和myo-（5e1a），接著纔是scyllo-（6e）。 能量差很小，可能是由於軸向羥基的存在增強了分子內氫鍵作用使得它們比 scyllo- 更穩定。使用B3LYP計算時得到的結論是僅有 neo- 一種比6e更穩定，而 myo- 與 scyllo- 能量基本相等。
我們可以看到 scyllo- 在零點能上是最低的，但是在熵方面則處於不利地位。
綜合考量整體能量（電子能量和熱能），那麼得出的結論是：氣相只有 myo- 和 neo- 兩種結構比 scyllo- 更穩定。
讓我們暫時回到問題上來，題主的問題是在比較myo- 型和（1e, 5a）型的穩定性。顯然，前者更穩定，答案是正確的。
而題主在評論區問了另一個問題，neo- 型和（1,4-eq，2e, 4a）型哪個穩定。顯然，同樣是前者穩定。下面這個鏈接給出的是題主這個追加問題的出處，從目前的信息來看，這個公眾號給出的答案是錯誤的。
這個答案我認為是錯誤的，請在看的時候自行判斷?mp.weixin.qq.com
至此，我們面臨的問題似乎已經解決了。不過如果仔細想一想，似乎還有一個很重要的問題：題目問的是氣相的構型構象穩定性嗎？
〇了個〇的，我咋知道（爆粗口是不好的行為，請不要模仿）。我對此一直叫苦不迭，因為對於某些有機試題的設計者，我非常認真地懷疑他們對於有機化學的認識是否是完全停留在書本上的，他們是否在研究問題的時候會想到有個東西叫溶劑效應，他們是否認識到像兩個肌醇的異構體它們在不同的相中穩定性順序可能會改變。把羥基全部改成甲基能夠解決上述所有問題，讓整個問題變成一道正常的邢大本課後習題，很遺憾，他們沒做出這樣的選擇。
當然，這個說歸說，題目啥也沒講，所以我在上面都是按氣相來處理的，後面我們稍微提一提溶劑效應的影響。
有溶劑存在時，來自分子間氫鍵的競爭可能會影響分子內氫鍵的強度，而這又受到溶劑的極性和種類的影響。非極性溶劑中，分子內氫鍵常常佔據主導；但極性溶劑中就不一定了。一個關於葡萄糖的研究[2]表明，水溶液中全平鍵取代的異構體更受到青睞，對於與肌醇類似的其它碳水化合物的研究中同樣出現了氣相和凝聚相的顯著不同。
（所以出題為啥要出個這玩意？出這玩意為啥不幹脆指明溶劑？你指明瞭溶劑難道做題者就能夠很容易地從他的所學知識做出定性判斷嗎？如果說做題人真的因為能想到考慮氫鍵而得出了錯誤的結論，輸給了把羥基當成甲基的人，那這試題的區分度是不是出了問題？如果出題人自己都沒有搞明白，那究竟會造成怎樣的災難？這大概就是命題不得不謹慎的原因了）
（倒完苦水心疼題主和廣大考生一秒）
回到正題。文獻使用B3LYP，自洽反應場（SCRF），可極化連續介質方法（PCM）進行了單點計算。計算結果表明：
- 三種極性介質（水，乙醇，DMSO）都能穩定肌醇的所有異構體
- 由於平鍵羥基更擅長形成分子間氫鍵，並且能夠更好地進行溶劑-溶質相互作用，三種極性溶劑中 scyllo- 比其它任何異構體都要更加穩定。
文獻裏還有一點關於單個氫鍵強度以及氫鍵網路的協同性的討論，有興趣可以自行了解。
以下為原答案。
這個問題很有意思。
首先其實e鍵比a鍵更優並不是普適的，主要是對於烷基適用得很好，特別是比較大的烷基。一些極性基團比如-F，-HgCl，含有它們的化合物的構象中這些基團的平鍵-直鍵選擇性幾乎與基團體積無關。很多教材中都會給出A值（平伏鍵和直立鍵能差），可以作為參考。羥基大概在這個表格的中部，比Cl大，比氨基小，其實羥基的A值還是比較可觀的，一般不能忽略。
其次形成氫鍵的確是個需要納入考量的因素。
我得看一看文獻，如果可能的話跑個模擬。
就初步的結論來看，教材給出的答案可能更為合理。
這個分子叫 D-myo-inositol， inostiol 在細胞間通訊、磷酸鹽的儲存和轉移、膜上蛋白質的錨定中起重要作用。這個結構在合成中還是頗被研究了一些的，一個挺有意思的研究方向是 conformationally locked inositol, 就是說 D-myo-inositol 本來（從自然界中得到的）是（5e/1a）的，但是可以通過並個環，讓它保持在 axial rich 的（5a/1e）的構象上[3]：
當然這只是一種形象的說法，實際合成過程中是先搭建環系再引入冠能團的：
PS: 對於這個結構，更多人研究它的三磷酸~五磷酸衍生物的構象問題，這個問題就更加複雜也更加有趣了，一些傾向於採取位阻構象，另一些則並非如此，此外離子的加入、pH等因素的改變也都會對構象選擇產生影響。
另外值得批評的一點是，很多教材和習題中在討論含有極性基團，特別是像羥基這種基團的環己烷結構的構象的時候，沒有指明溶劑，而羥基的A值在質子溶劑和非極性溶劑中差別是相當大的。總之，如果是為了考察學生的知識，應當盡量使用甲基、叔丁基這種比較典型的基團（像異丙基用起來都要慎重，比如全反式的六異丙基環己烷，它的六個異丙基是全部處於直立位的），因為使用的基團越不「典型」，做題人需要考慮的因素就越多。
隨便跑的一個 myo-inositol 模擬，僅供參考。這個計算級別根本不夠，不能特別好地反映氫鍵這種弱的相互作用。B3LYP、RHF這種方法並不是特別適合計算氫鍵——當然，我是跑上之後才意識到這個問題的。所以說這個模擬的結果是沒有說服力的。
看到有人問 neo-inositol 的構象問題，這個詳細的結論可能下週二再更新。
先容我再倒一倒苦水。這種出一個渾身都是極性基團的環的構象問題的考研題我覺得真的很不可取看，因為根據基礎有機知識很難判斷各種效應「角力」會給出怎樣的結果。更可怕的是這種問題往往一概而論，泛泛地問「優勢構象是什麼」，全然不顧優勢構象受到環境的影響，不同的溶劑中優勢構象不同是相當正常的，比如說質子溶劑中一般不需要考慮分子內氫鍵這個要素、強極性溶劑對於正負電中心的分離容忍性更高，而化合物在溶液相和晶體中呈現不同的構象的例子那更是數不勝數。
比如說 neo-inositol 的晶體中它的構象是這樣的[4]：
晶胞如下圖：
圖中標示出了分子間的氫鍵。這一「異常地穩定的晶體結構」歸因於規律排列的分子間形成的分子間氫鍵。對於 inositol 以及它的衍生物，研究它們的晶體結構時，常常需要把氫鍵和靜電引力之類的因素納入考量，neo-inositol 屬於此中翹楚。
但是這並不意味著它在所有情況下的優勢構象都是這樣的。
我對於考研題的命題思路沒什麼瞭解，不過我推測它給出的答案可能會對應於在類似環己烷這種溶劑中高度稀釋的情形下的構象，即只考慮單個分子。
最後一部分更新我決定放在最前面（假裝致敬熱力學第零定律）
參考
- ^https://doi.org/10.1039/C5CP02690C
- ^https://doi.org/10.1021/ja00005a015
- ^1 https://doi.org/10.1002/chem.200204650
- ^2 https://doi.org/10.1016/0008-6215(94)00157-X
回答前太欠考慮了，直接改成虛構創作罷，回答僅供參考（怨）
好兄弟，你的想法是沒錯的，我挺你，相信自己！另外你的問題裏關於直立鍵和氫鍵數量的描述有點問題，我已幫你修改。
理由如下：
取代環己烷中羥基的平伏鍵-直立鍵勢能差： [1]
羥基間的氫鍵鍵能： [2]
所以成氫鍵後降低的能量明顯大於成平伏鍵降低的能量，成氫鍵的構型更穩定。下面幫你畫出題中物質成氫鍵的構型示意圖：
希望能幫到你！也希望各位大佬批評指正，積極討論！
參考
- ^基礎有機化學第三章 https://book.douban.com/subject/1672586/
- ^氫鍵鍵能數據 https://baike.baidu.com/item/%E6%B0%A2%E9%94%AE/100654?fr=aladdin#4
建議差一些數據，建一下模型，換句話就是：做計算吧！
沒法形成分子內氫鍵的 你把O—H鍵也畫出來 你會發現O-H～O這個夾角都是個銳角了 不可能是氫鍵
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