构相异构

✍ dations ◷ 2025-06-29 06:36:30 #立体化学,物理有机化学,异构

构象异构(英语:Conformational isomerism,又译结构异构或构形异构,指由于原子环绕于化学键四周,而导致结构式相同,却具有化学构象或构象异构体之差异的分子现象。

有三种效应,会使某些构象异构物较为稳定:

不同的构象异构物,会因为键结位置的旋转而互相变换,且不会破坏化学键。以丁烷为例,其纽曼式投影(右图)可显示出主干(C-C键)周围各键结上之分子(C2及C3)之间的夹角变化。旋转异构物指构象异构物的各形式,旋转能障(rotation barrier)则为相互变换所需的活化能。

各种构象异构物存在的比例,是依照波兹曼分布决定:

上式中,i与j为最高能量及最低能量;g为特定能量可产生的构象异构物数量;N为特定构象异构物的所占分子数量。

有两种重要的构象同分异构物型态:

其他构象同分异构物的例子还有分子的折叠(folding)现象,会使某些形状较稳定,并具有某些功能。此外还有旋转对映异构物(atropisomer)等。

碳碳单键的旋转并不是自由的,受周围原子大小的影响。产生了有能量高低区分的不同的空间取向方式,称为构象异构体(rotamer)。能量最小的构象就是分子容易保持的构象。

乙烷的两个构象如下图所示。立体效应的解释是:左边的重叠式因为氢原子相互离得近,所以原子间相互排斥导致能量比较高;右边的交叉式则相反,所以能量最低,是最稳定的构象。

Yinwangofen.gif

两个构象异构体相差3.0 kcal/mol的能量。

环己烷的构象分析实际上是乙烷构象分析在复杂分子体系延伸和推广的结果。Barton提出了著名的环己烷椅式构象和船式构象的思想。

环己烷有两种基本构象, 一个是比较稳定的椅式构象, 一个是较不稳定的船式。由下图的纽曼投影可以很清楚地看到船式构象的拥挤,不难理解为什么椅式构象是最稳定的构象。

Huanjiwangox.gif

与乙烷不同,环己烷是环状分子。环的存在限制了构象的自由旋转,于是椅式构象环上的氢原子很明显地分成了两组。一组是与环平面垂直的竖直键(上图红色氢原子),即a键(axial), 一组是与环平面平行的平伏键(上图蓝色色氢原子),即e键(equitorial)。这在从纽曼投影式上很容易看出来。由于竖直键上的氢原子离较大的亚甲基,即CH2较近,它们受到的空间拥挤比平伏键氢原子要大,所以它们所含的能量也较高。


相关

  • 浙江大学医学院浙江大学医学部是隶属于浙江大学的医学院校。低年级临床专业本科生在紫金港校区就读,高年级临床本科生搬迁往华家池校区,基础医学系研究生在紫金港校区就读,转化医学院研究生在
  • 阴阳合历阴阳合历,又称太阴太阳历,是为许多文化采用的历法,其日期采朔望月以指示月球的相位,年则与太阳相关,且一年的月数必须是整数。大多采用太阳年以回归年定义,也有采用恒星年定义者。
  • 反版权反著作权运动系指完全或部分反对著作权法律的运动或其主张。著作权系指著作权人所拥有,限制该著作仅能由著作人或其授权之人复制、播送、公开传输、出租权等的著作权利。支持
  • 活度化学中,活性(Activity)即某物质的“有效浓度”,或称为物质的“有效莫尔分率”。此概念由吉尔伯特·牛顿·路易斯首先提出。将理想混合物中组分i的化学势表示式中的莫尔分率(xi)替
  • UTC偏移量UTC偏移量是协调世界时(UTC)和特定地点的日期与时间差异,其单位为小时和分钟。它通常以 ±:、±、或 ±的格式显示。所以,如果被描述的时间比UTC早一小时(例如柏林的冬季时间),UTC
  • NG片段NG,是指电影或电视节目制作过程中,演员或剧组工作人员不慎出了差错、表现不够理想(通常由导演判断)而需再执行一次的镜头,通常在最后成为从正片中删减的镜头。该词也可用来表示在
  • 武家武家是对日本历史上掌握军事权力的家族或族系的通称,一般用来指幕府将军家族,而后除了幕府与御家人之外,也用来做为武士阶层的通称。平安时代中期,贵族社会使特定的官职世袭化,形
  • 托尼·本恩安东尼·尼尔·韦奇伍德·“托尼”·本恩,PC(英语:Anthony Neil Wedgwood "Tony" Benn;1925年4月3日-2014年3月14日),前称第二代斯坦斯盖特子爵(2nd Viscount Stansgate),英国工党政治
  • 田义祥田义祥(1961年6月-)籍贯不详,中国人民解放军少将。田义祥曾任中国人民解放军总参谋部作战部应急办公室主任。任内曾在2008年汶川大地震期间兼任军队处置突发事件领导小组办公室
  • 内流湖内流湖,也叫尾闾湖、终点湖、河口湖,指在非外流区水系内的一种湖泊。其供水主要由内流河,地下水所供应。如供水不足有可能会面对干涸的情况。内流湖有淡水湖与咸水湖两种,咸淡的