構象異構體

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引言

如果一個結構是手性的，則構象異構體具有原子不同的空間排列，但鍵連線和構型相同。單鍵周圍的快速旋轉會導致相鄰基團之間二面角的變化，從而產生這些不同的構型。由於從一種構象異構體轉換到另一種構象異構體的能壘通常很小，因此在室溫下構象異構體的相互轉化是可能的。在兩個手性中心，所有構象異構體都具有相同的鍵連線和構型。

什麼是構象異構體？

構象異構體是一種分子異構體，它與另一種異構體不同之處在於分子中單鍵的旋轉。構象異構體也稱為構象體。構象是指產生的異構體。

構象異構

構象異構是一種立體異構現象，它發生在原子繞鍵旋轉時，導致具有相同結構式但外觀不同的構象體的分子。

在不破壞鍵的情況下，可以透過繞單鍵旋轉使不同的構象體相互轉換。例如，C₄H₁₀可以看作一個簡單的例子。旋轉勢壘是從一個構象體躍遷到另一個構象體所需的活化能。旋轉異構體是一組構象體，旋轉勢壘是從一個構象體轉換到另一個構象體所需的活化能。

由於雙鍵/三鍵含有一個或兩個π鍵，這些鍵阻止了沿縱向軸的旋轉，因此構象異構只存在於單鍵。立體化學的變化與任何機制無關，僅取決於分子能量，在構象異構體中受到足夠的限制以顯示可觀察到的異構現象，這將它們與其他型別的立體異構體區分開來。

構象異構體的型別

交叉式構象

分子中原子或原子團的排列導致60°二面角被稱為交叉式構象。它具有較低的勢能，非常穩定。

重疊式構象

分子中原子或原子團的排列導致0°二面角被稱為重疊式構象。它具有較高的勢能，比交叉式構象不穩定。

乙烷的構象異構體

當乙烷的扭轉能、1-4範德華力和總能量繪製在圖上時，扭轉能、1-4範德華力和總能量顯示簡單的正弦曲線。沒有中間最大值或最小值。此外，扭轉能、1-4範德華力和總能量的最小值和最大值都落在相同的旋轉位置。

當CH₃基團沿C-C鍵向下觀察時，最大值出現。這也被稱為重疊式構象。因為C-H鍵以多種方式相互競爭。

C-H鍵以多種方式相互競爭。

沿碳-碳鍵觀察時，當旋轉CH₃基團使得C₁甲基上的H位於C₂甲基上的H之間時，最小值出現。這也被稱為交叉式構象。因為在這種構象體中，鍵和鍵中的電子有更大的空間，所以空間位阻更小。

丁烷的構象異構體

當不同的基團繞它們的鍵旋轉時，丁烷比乙烷具有更大的空間位阻，因為它含有兩個或多個C。反式構象（或反式）是最低能量構型，其中兩個大的CH₃基團儘可能遠地分開。隨著C(2)-C(3)鍵的旋轉，達到另一個重疊式構象（對位），有兩個甲基-氫接觸和一個氫-氫相互作用。如果我們將最初由乙烷定義的氫-氫重疊相互作用的能量值（4 kJ/mol）賦予反位構象中的每個甲基-氫接觸，我們可以預期每個甲基-氫接觸可能花費5 kJ/mol。

交叉式構象，其中CH₃基團相隔60度，在鍵旋轉過程中達到能量最小值（鄰位關係）。儘管沒有重疊接觸，但這種構象的能量比反式構象高3.2 kJ/mol。鄰位構象使CH₃基團的H原子靠得很近，導致空間張力，這是當原子通常傾向於佔據相同空間時發生的排斥接觸。

當CH₃基團之間的二面角達到0°時，達到能量最大值。同時存在扭轉張力和空間張力，並且CH₃基團比鄰位構象更靠近在一起。這種構象的總應變能為25千焦/摩爾，使我們能夠推匯出甲基-甲基重疊相互作用的值為17千焦/摩爾。

在syn periplanar點之後，完成360度旋轉會建立我們剛剛看到的一切的映象——再次是鄰位構象、重疊式構象，最終回到反式構象。

結論

可以得出結論，構象體或構象異構是一種立體異構現象，其中異構體可以透過簡單地繞正式單鍵旋轉來改變。為了將一種構象體轉換成另一種構象體，繞單鍵旋轉必須克服旋轉能壘。如果能壘低，則存在自由旋轉，化合物的樣品作為各種構象體的快速平衡混合物存在；如果能壘足夠高，則存在有限旋轉，分子可以作為穩定的旋轉異構體或旋轉異構體存在更長時間。

常見問題

1. 定義手性分子？

如果一個分子不能透過任何旋轉排列與其映象重合，則該分子被稱為手性分子。當中心與原子對應時，該組分被認為具有點手性。在有機手性分子中，立體中心通常是不對稱的C。

2. 可重疊到底是什麼意思？

將一件東西放在另一件東西上面的能力，通常是以兩者都可見的方式。物體能夠放置在另一個物體上的能力有時會與更廣泛的術語“可重疊”互換使用，這意味著可見性不受限制。

3. 對映體是什麼意思？

在手性化合物中，對映體是彼此的映象。此外，這些分子不能相互重疊。這意味著這些分子不能疊加在一起，一次只能提供一個分子。具有一個或多個立體中心的化合物可以是對映體。

4. 構象體和異構體之間有什麼區別？

異構體是不可互變的，這意味著它們不能相互轉換。另一方面，構象體是可互變的。

5. 為什麼反轉比保留更重要？

親核試劑從後部進攻，導致構型反轉並形成一種產物，從而產生高產率。由於存在相反側產物（反轉，外消旋混合物），保留產生較少的產物。