烃的立体化学

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1、烃的立体化学烃的立体化学2010-04-2614:302.2.1烃的同分异构2.2.1.1同分异构的分类化合物分子的同分异构包括构造异构和立体异构。对有机化合物的同分异构现象可以归纳如下:在上述所有异构现象中，构造异构和构型异构最为常见。2.2.1.2构造异构由分子中原子之间的连接顺序及化学键的连接方式不同而造成的异构体叫构造异构体。有机化合物的构造异构包括碳干异构，位置异构和官能团异构。碳干异构是由分子中碳原子连结顺序不同而形成的。例如:正丁烷与异丁烷是碳干异构体。位置异构则由官能团连结位置不同引起

2、，2-氯丙烷与1-氯丙烷为位置异构体;具有相同分子式但官能团不同的两个化合物是官能团异构体。丙酮与丙醛是官能团异构体。2.2.1.3构型异构一定构造的分子中，原子在空间的排列状况不同而造成的异构体叫构型异构体。有时也称为几何异构体。它是一种立体异构现象。构型异构体包含顺反异构体(见2.1.3)和旋光异构体(见2.4.2)。立体异构除构型异构外，还有构象异构。构象异构体是指一定构造的分子中，由碳碳单键旋转而造成的原子在空间的不同排列(见2.4.1)。一般情况下，在讨论化合物的立体异构体时可以不考虑构象异

3、构体。2.2.2烯烃的顺反异构在烯烃中，由于双键不能自由旋转以及双键两端碳原子连接的四个原子处于同一平面，因此，当双键的两个碳原子各分别连接不同的原子时，就有可能出现异构体(几何异构体，顺反异构体)。两个相同基团处于双键的同侧的叫顺式，处于异侧的叫反式。命名时，在化合物名称前分别加"顺-"或者"反-"。例如:对连有四个不相同基团的烯烃，上述命名方法不适用。必须采用IUPAC命名(E-Z命名法)。该命名法的要点是:根据各取代基的优先顺序来命名顺反异构。如果两个优先顺序在前的取代基在双键的同一侧，称作Z-

4、式，反之称作E-式。例如:E:Entegeten(德文)，意思是"相反";Z:Zusammen(德文)，意思是"共同"。对于有些存在几何异构体的烯烃，既可以用"顺-"或"反-"来表示构型，又可以用"(Z)-"或"(E)-"表示构型。要注意"顺-"与"(Z)-"、"反-"与"(E)-"没有必然的联系。如:"共轭不饱和烃的命名遵循不饱和烃命名的一般原则，它们的顺反异构用Z,E表示。(Z,Z)-2,4-己二烯(Z,E)-2,4-己二烯(2Z,4Z)-3-甲基-2,4-己二烯2.2.3构型与构象2.2.3.1

5、构型的表示构型:具有一定构造的分子中，原子在空间的排列状态。烷烃分子中，碳碳单键可以自由旋转。这种旋转，虽然不会使原来分子的构造发生改变，但在旋转过程中，分子中原子的空间相对位置不断发生变化，形成了无数不同的空间排列方式。这种由于围绕单键旋转而引起分子中各原子在空间的不同排布方式称为构象。由于单键旋转而引起分子中原子不同的空间排列而产生的立体异构体称为构象异构体。构象的表示法有Fisher透视式(投影式)，Newman投影式和锲形式。Fisher透视式反映了从斜侧面所看到的分子构象。透视式能把分子中每

6、个碳原子上的所有原子或原子团的相对空间位置和化学键都表示出来，但不能直观表达分子中相邻碳原子上的原子或原子团之间的相对空间位置。Newman投影式反映了从碳碳单键的延长线上以投影方法观察到的分子结构。它能清楚地表达分子中相邻碳原子上的原子或原子团的相对空间位置。Newman投影式的书写方法为:用一个圆圈表示碳碳键间的s键，及两个碳原子，将两个碳原子上的六个原子或原子团的相对位置表示出来。在圆圈上的三个原子或原子团属于较近的碳原子，在圆圈后的三个原子或原子团属于较远的碳原子。锲形式是用粗锲形线、实线、虚

7、线分别表明分子中碳原子上不同原子或原子团相对空间位置的表示方式。粗锲线表示从纸平面向外的共价键，实线表示位于纸平面的共价键，虚线表示从纸平面向里的共价键。锲形式能清楚地表达分子中相邻碳原子及碳原子上的原子或原子团的相对空间位置。但锲形式的书写没有Fisher透视式和Newman投影式的书写方便。乙烷分子的交叉式构象可以分别用上述三种构型表示方法表示如下:2.2.3.2烷烃的构象分析乙烷是最简单的含碳碳单键的化合物。尽管如此，沿碳碳单键的旋转仍然可以使乙烷分子产生无数种构象。由于在这些构象中，H原子在空

8、间有不同的排列，因而使H原子之间及C―H键σ电子之间的相互排斥力也不相同，并导致整个分子的能量也不相同。随着碳碳单键的旋转，乙烷分子的能量形成一条连续曲线。图2.8乙烷分子各种构象的能量曲线对应于能量曲线中最高点的构象是重叠式，对应于能量最低点的构象是交叉式。在讨论乙烷的构象时，只需要讨论对应于能量极限的两个构象。交叉式的能量比重叠式低，是稳定构象。它是乙烷的优势构象。乙烷的两个极限构象异构体能量差为12.5kJ·mol-1，在室温下，这两个构象异构体之