反向構(gòu)象（反向構(gòu)象）

相關(guān)概念

構(gòu)型（configuration）指分子內(nèi)原子或基團(tuán)在空間“固定”排列關(guān)系，分為：順反異構(gòu)，旋光異構(gòu)二種。

構(gòu)象（conformation）指圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的不同的分子形象。

構(gòu)型和構(gòu)象在有機合成、天然產(chǎn)物、生物化學(xué)等研究領(lǐng)域非常重要。例如六六六有九種順反異構(gòu)體，其中只有γ-異構(gòu)體具有殺蟲活性。人體需要多種氨基酸，其中只有L-型具有活性作用。手性（chiral）在醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品添加劑、香料等領(lǐng)域需求越來越多。手性液晶材料、手性高分子材料具有獨特的理化性能，成為特殊的器件材料。一個新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)-手性技術(shù)（chirotechnology）正在悄然興起。

由于雙鍵或環(huán)的存在，使得旋轉(zhuǎn)發(fā)生困難，而引起的異構(gòu)現(xiàn)象。命名：順、反（Cis，Syn-；Trans， Anti）。現(xiàn)在用“Z”， “E”表示。

Z：Zusammen 二個大的基團(tuán)都在一側(cè)（相當(dāng)于順） E：Entgegen 二個大的基團(tuán)分在兩側(cè)（相當(dāng)于反）

關(guān)于C=N和N=N雙鍵的命名：含C=N雙鍵的化合物主要是指醛肟和酮肟（醛或酮與羥胺NH2OH反應(yīng)得到）孤對電子的序數(shù)為“0”。文獻(xiàn)上，現(xiàn)在還沿用順、反命名。把-OH，-H在一側(cè)的叫順式，Cis-，Syn-；把-OH，-H在兩側(cè)的叫反式，Trans-，Anti-。

N=N雙鍵也用順反命名：一般反式穩(wěn)定，減少了基團(tuán)間的排斥作用。反式對稱性好，分子排列更為緊密、有序，有較高的熔點，較低的溶解度（在水中，因極性小），燃燒熱、氫化熱比順式低。對于環(huán)狀化合物仍用順反而不用E、Z，把環(huán)看成是一個平面的，取代基團(tuán)在同一側(cè)的為順式。如果有三個以上時，選一個參考基，用小寫r（reference group）表示，再和別的取代基比較與之關(guān)系。

手性分子（chiral molecule）、手性碳，從上世紀(jì)七十年代起廣泛使用，能夠使平面偏振光向左或向右旋的物質(zhì)稱為旋光性物質(zhì)（或光活性物質(zhì)）。手性分子是指一個分子與其鏡象不能重合。手性分子一定是光活性物質(zhì)。

對映異構(gòu)體：二個互為鏡象，但不能重合，是二種不同化合物。旋光能力相同，但方向相反，如同左、右手?？疾煲粋€分子是否為手性分子，可以從有無手性碳出發(fā)，但是最根本是要看分子對稱性來考察。

符合手性分子的充要條件：

①無對稱面； ②無對稱中心； ③無交換對稱軸。

三者不可缺一，但一般說來，只要求分子是否有對稱面或?qū)ΨQ中心即可了。（注意：對稱軸不能作為判據(jù)。）

構(gòu)象和構(gòu)象分析

構(gòu)象：沿C-C單鍵旋轉(zhuǎn)，分子產(chǎn)生不同形象，稱為構(gòu)象。單鍵旋轉(zhuǎn)能壘一般為3～10千卡/摩爾，在室溫下熱運動可以越過此能壘，各種構(gòu)象迅速互變，分子在某一構(gòu)象停留時間很短（﹤10-6秒），因此不可能將某一個構(gòu)象分離出來。

研究構(gòu)象對于了解化合物結(jié)構(gòu)、反應(yīng)歷程和反應(yīng)取向等方面非常重要。許多分子呈現(xiàn)有張力，就是由于非理想幾何形狀造成的。分子將盡可能利用鍵角或鍵長的改變使能量達(dá)到最低值，就是說一個分子總是要采取使其能量為最低的幾何形狀。

空間張力=成鍵張力（單鍵伸長或縮短）+鍵角張力+扭轉(zhuǎn)張力+非鍵張力，分子內(nèi)張力是上述四種張力之和。

1、角張力（亦稱Baeger張力）：它是由于正常鍵角改變產(chǎn)生的。

2、鍵張力：是由鍵的伸縮使正常鍵長改變而產(chǎn)生的張力。

3、扭轉(zhuǎn)張力（pitzer張力）：它是由于優(yōu)勢構(gòu)象二面角改變而產(chǎn)生的張力。兩個連接四面體碳原子，他們都傾向于成為交叉式，與交叉式任何偏差都會引起一定張力，希望恢復(fù)到交叉式的最穩(wěn)狀態(tài)，這種張力就是扭轉(zhuǎn)張力。

4、非鍵張力（范德華張力）：非鍵合的原子或基團(tuán)相互作用。

在小環(huán)化合物中（3～4元環(huán)）主要存在有角張力；普通環(huán)（5～7元環(huán)）各種張力都不顯著，6元環(huán)無角張力、無扭轉(zhuǎn)張力。在中環(huán)（8～11元環(huán)）主要存有跨環(huán)張力。在大部分環(huán)狀化合物中（除大環(huán)外）大部分存在扭轉(zhuǎn)張力。

反向構(gòu)象

從丁烷的勢能圖可見，有三個能量極大值，全重疊式為最大值；三個能量極小值，對位交叉為最小值。

穩(wěn)定性次序：對位交叉﹥鄰位交叉﹥部分重疊﹥?nèi)丿B

兩個鄰位交叉Ⅲ、Ⅴ比對位交叉式略高0.8kcal/mol，是由于甲基之間的排斥作用，但由于能量相差不大，在室溫下，兩者都可存在。對位交叉占68%，鄰位交叉占32%。正丁烷體系不能分離出單一的構(gòu)象異構(gòu)體，他們這類化合物的性質(zhì)是各種構(gòu)象異構(gòu)體的平均值。

環(huán)己烷構(gòu)象（cyclohexane conformation），可分椅式（chair）、船式（boat）、扭船式以及半椅式。

反向構(gòu)象

（1）酯的水解

反式比順式在堿性條件下水解快20倍。堿性、酸性水解，四面體機制。堿性水解條件下，HO-進(jìn)攻羰基碳。在反式酯中，形成過渡態(tài)中，空間比較寬敞，有利。而在順式酯形成的過渡態(tài)中，雙1，3相互排斥，過于擁擠，不利。

（2）環(huán)己酮的還原

用LiAlH4-t-BuOH、NaBH、Na醇等作為還原劑時，真正的還原劑H-體積小，從羰基兩側(cè)進(jìn)攻機會相當(dāng)，由于e醇比較穩(wěn)定，反應(yīng)受“產(chǎn)物生成控制”。此時a 9%，e 91%。如果還原劑為或BH（CHMeCHMe2）2，其體積比較大，則產(chǎn)物以a-OH為主，反應(yīng)受“立體途徑控制”。

分子的構(gòu)象不僅影響化合物的物理和化學(xué)性質(zhì)，而且還對一些生物大分子（如蛋白質(zhì)、酶、核酸）的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生影響。許多藥物分子的構(gòu)象異構(gòu)與藥物生物活性密切相關(guān)，藥物受體一般只與藥物多種構(gòu)象中的一種結(jié)合，這種構(gòu)象稱為藥效構(gòu)象。藥物的非藥效構(gòu)象異構(gòu)體很難與藥物的受體結(jié)合，通常低效或無藥效。例如，抗篾顫麻痹藥物多巴胺作用于受體的藥效構(gòu)象是對位交叉式。