反叠构象

化学术语

单键旋转时，相邻碳上的其他键会交叉成一定的角度，称为扭转角（torsionangle）。扭转角是0°的构象为重叠构象，扭转角是60°的构象是邻位交叉构象，也叫顺错构象，扭转角在0-60°之间的构象为扭曲构象（skewedconformation），扭转角是120°的构象是反叠构象。

定义

相关概念

构型和构象

构型（configuration）指分子内原子或基团在空间“固定”排列关系，分为：顺反异构，旋光异构二种。

构象（conformation）指围绕单键旋转产生的不同的分子形象。

构型和构象在有机合成、天然产物、生物化学等研究领域非常重要。例如六六六有九种顺反异构体，其中只有γ-异构体具有杀虫活性。人体需要多种氨基酸，其中只有L-型具有活性作用。手性（chiral）在医药、农药、食品添加剂、香料等领域需求越来越多。手性液晶材料、手性高分子材料具有独特的理化性能，成为特殊的器件材料。一个新兴的高新技术产业-手性技术（chirotechnology）正在悄然兴起。

顺反异构

由于双键或环的存在，使得旋转发生困难，而引起的异构现象。

命名：顺、反（Cis，Syn-；Trans， Anti）。用 “Z”， “E”表示。

Z：Zusammen 二个大的基团都在一侧（相当于顺） E：Entgegen 二个大的基团分在两侧（相当于反）

关于C=N和N=N双键的命名：含C=N双键的化合物主要是指醛肟和酮肟（醛或酮与羟胺NH2OH反应得到）。孤对电子的序数为“0”。文献上，还沿用顺、反命名。把-OH，-H在一侧的叫顺式，Cis-，Syn-；把-OH，-H在两侧的叫反式，Trans-，Anti-。N=N双键也用顺反命名：一般反式稳定，减少了基团间的排斥作用。反式对称性好，分子排列更为紧密、有序，有较高的熔点，较低的溶解度（在水中，因极性小），燃烧热、氢化热比顺式低。对于环状化合物仍用顺反而不用E、Z，把环看成是一个平面的，取代基团在同一侧的为顺式。如果有三个以上时，选一个参考基，用小写r（reference group）表示，再和别的取代基比较与之关系。

对映异构

手性分子（chiral molecule）、手性碳，从上世纪七十年代起广泛使用，能够使平面偏振光向左或向右旋的物质称为旋光性物质（或光活性物质）。手性分子是指一个分子与其镜象不能重合。手性分子一定是光活性物质。

对映异构体：二个互为镜象，但不能重合，是二种不同化合物。旋光能力相同，但方向相反，如同左、右手。考察一个分子是否为手性分子，可以从有无手性碳出发，但是最根本是要看分子对称性来考察。

符合手性分子的充要条件：

①无对称面； ②无对称中心； ③无交换对称轴。

三者不可缺一，但一般说来，只要求分子是否有对称面或对称中心即可了。（注意：对称轴不能作为判据。）

构象和构象分析

构象：沿C-C单键旋转，分子产生不同形象，称为构象。

单键旋转能垒一般为3～10千卡/摩尔，在室温下热运动可以越过此能垒，各种构象迅速互变，分子在某一构象停留时间很短（﹤10-6秒），因此不可能将某一个构象分离出来。研究构象对于了解化合物结构、反应历程和反应取向等方面非常重要。许多分子呈现有张力，就是由于非理想几何形状造成的。分子将尽可能利用键角或键长的改变使能量达到最低值，就是说一个分子总是要采取使其能量为最低的几何形状。

分子内张力

空间张力=成键张力（单键伸长或缩短）+键角张力+扭转张力+非键张力，分子内张力是上述四种张力之和。

1、角张力（亦称Baeger张力）：它是由于正常键角改变产生的。

2、键张力：是由键的伸缩使正常键长改变而产生的张力。

3、扭转张力（pitzer张力）：它是由于优势构象二面角改变而产生的张力。两个连接四面体碳原子，他们都倾向于成为交叉式，与交叉式任何偏差都会引起一定张力，希望恢复到交叉式的最稳状态，这种张力就是扭转张力。

4、非键张力（范德华张力）：非键合的原子或基团相互作用。

在小环化合物中（3～4元环）主要存在有角张力；普通环（5～7元环）各种张力都不显著，6元环无角张力、无扭转张力。在中环（8～11元环）主要存有跨环张力。在大部分环状化合物中（除大环外）大部分存在扭转张力。

丁烷的构象

Ⅰ对位交叉，Ⅱ部分重叠，Ⅲ邻位交叉，Ⅳ全重叠式，Ⅴ邻位交叉，Ⅵ部分重叠，Ⅰ为优势构象

从丁烷的势能图可见，有三个能量极大值，全重叠式为最大值；三个能量极小值，对位交叉为最小值。

稳定性次序：对位交叉﹥邻位交叉﹥部分重叠﹥全重叠

两个邻位交叉Ⅲ、Ⅴ比对位交叉式略高0.8kcal/mol，是由于甲基之间的排斥作用，但由于能量相差不大，在室温下，两者都可存在。对位交叉占68%，邻位交叉占32%。正丁烷体系不能分离出单一的构象异构体，他们这类化合物的性质是各种构象异构体的平均值。

环己烷构象

环己烷构象（cyclohexane conformation），可分椅式（chair）、船式（boat）、扭船式以及半椅式。

若环己烷分子中碳原子在同一平面上时，其C—C键角为120度，存在较大的角张力。实际上分子自动折曲而形成非平面的构象，在一系列构象的动态平衡中，椅式构象（chair conformation）和船式构象（boat conform ation）是两种典型的构象。在常温下，由于分子的热运动可使船式和椅式两种构象互相转变，因此不能拆分环己烷的船式或府式中的某一种构象异构体。

构象对化学反应速度的影响

（1）酯的水解

反式比顺式在碱性条件下水解快20倍。碱性、酸性水解，四面体机制。碱性水解条件下，HO-进攻羰基碳。

在反式酯中，形成过渡态中，空间比较宽敞，有利。

而在顺式酯形成的过渡态中，双1，3相互排斥，过于拥挤，不利。

（2）环己酮的还原

用LiAlH4-t-BuOH、NaBH、Na醇等作为还原剂时，真正的还原剂H-体积小，从羰基两侧进攻机会相当，由于e醇比较稳定，反应受“产物生成控制”。此时a 9%，e 91%。如果还原剂为或BH（CHMeCHMe2）2，其体积比较大，则产物以a-OH为主，反应受“立体途径控制”。

构象对分子物化性质的影响

分子的构象不仅影响化合物的物理和化学性质，而且还对一些生物大分子（如蛋白质、酶、核酸）的结构和性能产生影响。许多药物分子的构象异构与药物生物活性密切相关，药物受体一般只与药物多种构象中的一种结合，这种构象称为药效构象。药物的非药效构象异构体很难与药物的受体结合，通常低效或无药效。例如，抗篾颤麻痹药物多巴胺作用于受体的药效构象是对位交叉式。

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