构象异构体

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引言

如果一个结构是手性的，则构象异构体具有原子不同的空间排列，但键连接和构型相同。单键周围的快速旋转会导致相邻基团之间二面角的变化，从而产生这些不同的构型。由于从一种构象异构体转换到另一种构象异构体的能垒通常很小，因此在室温下构象异构体的相互转化是可能的。在两个手性中心，所有构象异构体都具有相同的键连接和构型。

什么是构象异构体？

构象异构体是一种分子异构体，它与另一种异构体不同之处在于分子中单键的旋转。构象异构体也称为构象体。构象是指产生的异构体。

构象异构

构象异构是一种立体异构现象，它发生在原子绕键旋转时，导致具有相同结构式但外观不同的构象体的分子。

在不破坏键的情况下，可以通过绕单键旋转使不同的构象体相互转换。例如，C₄H₁₀可以看作一个简单的例子。旋转势垒是从一个构象体跃迁到另一个构象体所需的活化能。旋转异构体是一组构象体，旋转势垒是从一个构象体转换到另一个构象体所需的活化能。

由于双键/三键含有一个或两个π键，这些键阻止了沿纵向轴的旋转，因此构象异构只存在于单键。立体化学的变化与任何机制无关，仅取决于分子能量，在构象异构体中受到足够的限制以显示可观察到的异构现象，这将它们与其他类型的立体异构体区分开来。

构象异构体的类型

交叉式构象

分子中原子或原子团的排列导致60°二面角被称为交叉式构象。它具有较低的势能，非常稳定。

重叠式构象

分子中原子或原子团的排列导致0°二面角被称为重叠式构象。它具有较高的势能，比交叉式构象不稳定。

乙烷的构象异构体

当乙烷的扭转能、1-4范德华力和总能量绘制在图上时，扭转能、1-4范德华力和总能量显示简单的正弦曲线。没有中间最大值或最小值。此外，扭转能、1-4范德华力和总能量的最小值和最大值都落在相同的旋转位置。

当CH₃基团沿C-C键向下观察时，最大值出现。这也被称为重叠式构象。因为C-H键以多种方式相互竞争。

C-H键以多种方式相互竞争。

沿碳-碳键观察时，当旋转CH₃基团使得C₁甲基上的H位于C₂甲基上的H之间时，最小值出现。这也被称为交叉式构象。因为在这种构象体中，键和键中的电子有更大的空间，所以空间位阻更小。

丁烷的构象异构体

当不同的基团绕它们的键旋转时，丁烷比乙烷具有更大的空间位阻，因为它含有两个或多个C。反式构象（或反式）是最低能量构型，其中两个大的CH₃基团尽可能远地分开。随着C(2)-C(3)键的旋转，达到另一个重叠式构象（对位），有两个甲基-氢接触和一个氢-氢相互作用。如果我们将最初由乙烷定义的氢-氢重叠相互作用的能量值（4 kJ/mol）赋予反位构象中的每个甲基-氢接触，我们可以预期每个甲基-氢接触可能花费5 kJ/mol。

交叉式构象，其中CH₃基团相隔60度，在键旋转过程中达到能量最小值（邻位关系）。尽管没有重叠接触，但这种构象的能量比反式构象高3.2 kJ/mol。邻位构象使CH₃基团的H原子靠得很近，导致空间张力，这是当原子通常倾向于占据相同空间时发生的排斥接触。

当CH₃基团之间的二面角达到0°时，达到能量最大值。同时存在扭转张力和空间张力，并且CH₃基团比邻位构象更靠近在一起。这种构象的总应变能为25千焦/摩尔，使我们能够推导出甲基-甲基重叠相互作用的值为17千焦/摩尔。

在syn periplanar点之后，完成360度旋转会创建我们刚刚看到的一切的镜像——再次是邻位构象、重叠式构象，最终回到反式构象。

结论

可以得出结论，构象体或构象异构是一种立体异构现象，其中异构体可以通过简单地绕正式单键旋转来改变。为了将一种构象体转换成另一种构象体，绕单键旋转必须克服旋转能垒。如果能垒低，则存在自由旋转，化合物的样品作为各种构象体的快速平衡混合物存在；如果能垒足够高，则存在有限旋转，分子可以作为稳定的旋转异构体或旋转异构体存在更长时间。

常见问题

1. 定义手性分子？

如果一个分子不能通过任何旋转排列与其镜像重合，则该分子被称为手性分子。当中心与原子对应时，该组分被认为具有点手性。在有机手性分子中，立体中心通常是不对称的C。

2. 可重叠到底是什么意思？

将一件东西放在另一件东西上面的能力，通常是以两者都可见的方式。物体能够放置在另一个物体上的能力有时会与更广泛的术语“可重叠”互换使用，这意味着可见性不受限制。

3. 对映体是什么意思？

在手性化合物中，对映体是彼此的镜像。此外，这些分子不能相互重叠。这意味着这些分子不能叠加在一起，一次只能提供一个分子。具有一个或多个立体中心的化合物可以是对映体。

4. 构象体和异构体之间有什么区别？

异构体是不可互变的，这意味着它们不能相互转换。另一方面，构象体是可互变的。

5. 为什么反转比保留更重要？

亲核试剂从后部进攻，导致构型反转并形成一种产物，从而产生高产率。由于存在相反侧产物（反转，外消旋混合物），保留产生较少的产物。