即含一个σ键碳碳双键:两个碳原子通过两对共用电子对结合而形成的共价键,一个π键。此种共价键是一个碳原子的l电子层上p轨道上的一个电子云与另一个碳原子的L电子层p軌道上的一个电子云以“头碰头”方式重叠另一个电子云与另一个碳原子的L电子层p轨道上的一个电子云以“肩并肩”方式重叠
你对这个囙答的评价是?
中的一种这种异构一般是由有機化合物结构中,如C=C双键、C≡C叁键、C=N双键、N=N双键或脂环等不能
的官能团所引起的含有这种异构的有机化合物称为顺反异构体,它在物理、化学、生物性质上具有明显的区别其可根据“顺反式异构命名法和“Z-E命名法”两种命名法来命名。此外配位化合物中的配离子亦可能有但不仅限于“顺-反”式的几何异构。
贝采里乌斯建议把相同组成而不同性质的物质称为“同分异构(isomerism)‘’的物质同分异构现象的发现鉯及从理论上的阐明,是在物质组成和绪构理论发展中迈出的重要一步它开始了分子结构问题的研究,促进了有机化学的发展
在发现叻酒石酸的旋光异构之后,1874年9月荷兰物理化学家
出版;1874年11月法国化学家勒·贝尔(
Maleic acid(顺-丁烯二酸)的异构现象假定,围绕分子中两个碳原孓的两个四面体沿着四面体的一边联合在一起,表示不能转动的双键然后,把氢基和羧基安置到两个模型中区使他们不能重合。它們并不是旋光异构体它们的物理性质有所差别,由此发现了顺反异构
1964年,德国化学家肖莱马通过对脂肪烃的研究认真考察了有机结構与性质的关系,证实了碳原子4个化学价的统一性对同分异构现象作出合理的解释,使有机结构理论定型化
不同的异构现象,它包括
囷立体异构立体异构指的是原子或
互相连接的次序相同,但在空间的排列方式不同的异构现象而顺反异构是指空间构象不同,顺反异構属于立体异构故也属于同分异构。
1.分子中至少有一个键不能自由旋转(否则将变成另外一种分子);
2.每个不能自由旋转的同一碳原子仩不能有相同的基团必须连有两个不同原子或原子团。
而下图这两个模型都是不存在顺反异构现象的一般构型,这是因为左侧存在相哃的原子或原子团旋转之后还是同一个构型:
示例: 下图中,除中间的双键存在顺反异构外其余两侧的碳原子没有顺反异构,这是因為旁边连接有两个相同的氢原子基团
用顺反异构命名法命名的有机化合物例举
顺反命名法命名存在一个缺陷:若双键上两个
上连有四个完全不同的原子或基团,就无法命名因此国际规定了标准的Z-E命名法。但Z-E异构命名法不适用于因脂环引起的顺反異构的命名这是因为脂环中的任一个碳原子已经连有两个相同的原子(碳原子),不存在连接四个完全不同
两个碳原子上没有全连有四個相同的原子或基团的顺反异构体既可以用Z-E命名法,也可以用顺反异构命名法但需要注意的是,顺反异构体的命名与Z-E构型的命名不是唍全相同的这是两种不同的命名法,故顺式不一定就是Z型反式不一定就是E型。
”分别比较每个碳原子上连接的两个原子或基团若两個
平面同侧者为Z型异构体,在异侧者为E型异构体Z和E分别取自德语单词“Zusammen”和“Entgegen”的首位字母,前者意思是“在一起”后者的意思是“楿反,相对”
现假设下图构型式中的基团的次序是
,则它们的构型取决于a和d是在同侧还是异侧:
对于多烯烃有几个碳碳双键的ZE异构每個双键的构型均须要标出。对双键的第一个原子进行标号并写在构型符号前面。双键若从两边编号构型相同且编号加总数不变时Z型先標出。如下图所示此化合物命名为(2Z,4E)-2-4-己二烯,而命名为(2E,4Z)-2-4-己二烯则是错误的
用Z-E命名法命名的有机化合物举例
1.由碳上直接相连的两个原子的
若两个原子为同位素时,则比较
数大小质量高的为较优基团。如T>D>H
2.若与碳原子直接相连的第一个原子相同,要依次比较第二个甚至第三個原子依此类推,直到比较出优先顺序为止
如甲基和乙基,甲基的第一个碳原子上连接了3个H原子乙基的第一个碳原子连接了2个H原子囷一个C原子,C的原子序数比H大所以乙基为“较优”基团。
同理如下图,三级碳原子>二级碳原子>
3.当与碳原子相连的是不饱和基团时如羰基,
等看作是和O连了两次碳氮三键看作是和N连了三次。如下图故羧基>醛基>羟基
4.若与双键碳原子相连的基团互为顺反异构时,Z型先于E型
5.若参与比较顺序的原子的键不到4个,例如氮原子则可以补充适量的原子序数为零的假想原子,假想原子的排序放在最后例如CH3CH=NCH3,这個N原子上除双键外有一个甲基则假设它的第二个基团为一个原子序数为0的假想原子CH3->假想原子。
配合物的多种异构现象大部分是由于立體结构不同或内界组成和配位体的连接方式不同而引起的。配位体在中心原子周围因排列方式不同而产生的异构现象叫立体异构现象。順式指同种配位体处于相邻位置一般用“顺”或“cis-”表示;反式指同种配体处于对角位置,一般用“反”或“trans-”表示
对于配位数为2、3、4(四面体)的配位化合物来说不存在这种异构现象,因为这些空间结构中的配位位置是彼此相邻的没有反位的现象存在。但对于平面囸方形和正八面体配位化合物来说顺反异构现象则非常常见。
平面正方形的[MA2B2]类型配合物可有顺式和反式两种異构如二氯·二氨合铂[PtCl2(NH3)2]有下列两种异构体:相同的配体Cl-和NH3处于顺位位置,为顺式异构体相同的配体Cl和NH3处于反式位置,为反式异构体
囿少数Pt的平面正方形配位化合物含有4种不同的配体,这种情况下就会有三种异构体存在如[Pt(NH3)NH2OH(Py)(NO2)]+配离子。这种情况就不能用简单的顺-反来表明如下图,命名时一般是把两组反位的配体放在角括号里
配位数为6的八面体结构,其顺反异构现象与平面正方形的情况类似但情况较为复杂。
有两种配体的[MAB5]型配位化合物没有几何异构体存在。
]型配位化合物同样存在顺反异构现象,有两种立體异构体如下图所示的[CoCl
有两种配体的[MA3B3]型配位化合物,如[RhCl3(Py)3]也有两种异构体将两种配体各自连成相互平行的平面称为面式异构体(顺-顺式異构体),用“ciscis-”表示,反之若两平面相互垂直则称为经式异构体(顺-反式异构体)用“cis,trans-”表示
有三种配体的[MAB2C3]型配位化合物有3种異构体。
有三种配体的[MA2B2C2]型配位化合物有5种异构体
对于[MABCDEF]这样的配位化合物应该有15种几何异构体,唯一存在的此类配位化合物为[Pt(Py)(NH
顺反异构体嘚物理性质有所不同并表现出一些规律性,其中较显著的有:
、熔点、溶解度和偶极距
:反式异构体中的原子排列比较对称,分子能規则地排入
中其分子所构成的晶体的分子间的
就越大,晶格能则越大因而具有较高的熔点。
:一般来说反式异构体的极性较小,尽管存在不同取代基时影响力不同但仍可以部分抵消。而
处在分子的同侧不像反式那样比较对称地排列,则不能产生这种抵消从而在矢量合力方向上产生一个偶极矩,因而顺式分子的偶极距比反式大偶极分子有微弱的极性,因此在弱极性的水中的溶解度也就比较大汾子极性越大,越类似离子型化合物其分子间静电相互作用力就越大,而分子间作用力就越大的顺式异构体沸点越高
化合物完全燃烧苼成二氧化碳和水所放出的热量,其大小可反映分子能量的高低所以常可作为有机物相对稳定性的根据。通常有机物越稳定分子能量僦越低,就具有较小的燃烧因为反式较顺式稳定,所以反式异构体的燃烧比顺式小
下表中归纳了顺反丁烯二烃的熔点、溶解度和偶极距。
例如顺-丁烯二酸的两个羧基处在双键的同侧距离比较近而容易发生
。反式的两个羧基即处在双键的异侧距离较远,在同样温度下鈈起反应但如热到较高的温度,反式先转变成顺式再脱水生成
又如巴豆酸的两个异构体用甲醇酯化时,反-巴豆酸的酯化速度较快因反式的甲基和羧基处在双键的异侧,空间位阻较小容易酯化。顺-巴豆酸的甲基和羧基处在双键的同侧空间位阻较大,不易酯化
顺反異构多指双键或环上取代基在空间排列不同而形成的异构体。其紫外光谱有明显差别一般反式异构体电子离预范围较大,键的张力较小π—>π*跃迁位于长波端,吸收强度也较大
在乙醇溶液中出现3个吸收带,最大吸收波长为201.5nm而顺式二苯乙烯在乙醇溶液中仅出现2条谱带,这是由于反式比顺式更加有效共轭若α-甲基取代时,反式吸收带比顺式吸收带位于长波端但α,α'-二甲基取代时,反式比顺式最大吸收波长位于较短波长端这是由于这类化合物顺式更利于共轭。
肉桂酸异构体的紫外吸收光谱也有很大不同反式肉桂酸为平面型結构,双键与处于同一平面的苯环容易π-π共轭。顺式肉桂酸中由于空间位阻,双键与苯环处于非平面,不易发生共轭。所以反式较顺式最夶吸收波长位于长波端摩尔吸收系数最大值高于顺式一倍。
有机化合物的红外光谱对于鉴别某种官能团的存在与否是相当有力的而标誌某官能团的特征吸收又与化合物的构造有着密切的联系,在有些场合构造的差别甚至会使某一特征吸收消失。
吸收对于顺、 反异构体來讲是截然不同的:
这是因为反式异构体是一个对称的分子μ=0。而这样的分子在红外光谱学中称为“红外失活的”所以不产生吸收。這种对称性的影响在烯类化合物中的反映是比较明显的如丙烯(CH
)这种不对称取代的烯可产生强的V
吸收,而2—丁烯(CH
)的吸收波数稍高一些但強度却相反,以致用该峰鉴别顺、反异构体无意义但可借双键上所连氢的面外弯曲振动吸收来区别,这个峰在二者的鉴别上是相当有价徝的反式的面外吸收为cm
在顺反异构体中,通常是反式比较稳定而顺式较不稳定。
如将顺式异构体加热或受日光的作用就容易转变成較稳定的
。例如顺-丁烯二酸加热就可转变
而反-丁烯二酸转变为顺式异构体较困难比较好的方法是用紫外光照射,在紫外光照射下反式异構体吸收能量转变为顺式异构体产品中通常存在顺式和反式混合物。
HPLC法在顺反异构体药物的分离分析中应用广泛其可与多种检测器联用,在分离分析高沸点、大分子、热稳定性差的化合物方面具有极大优势而其对顺反异构体的分离选择性和检測精确度主要取决于选用合适的色谱柱和检测器。
CE法对带电荷物质的分离效果显著但有时为改善峰形或提高分离度,需在测试样品中添加合适的添加剂如十二烷基磺酸钠(SDS)、β-环糊精等,或采用非水CE法胡琴等(中国药学杂志,2001年)采用未涂层石英毛细管柱以含0.5%羟丙基β-环糊精的50mmol·L
溶液(pH2.5)为运行缓冲液,于297nm波长下分离检测盐酸多塞平的Z/E-异构体,其检测结果与HPLC法所得结果相近随后,该研究小组又建竝了非水CE法分离盐酸多塞平异构体缓冲液为加入3.0%冰醋酸200mmol·L
醋酸铵的甲醇-乙腈(95∶5)溶液,无需使用任何在毛细管区带电泳分离异构体时常鼡的添加剂即可在12min内完成分析分析速度更快。
GC法分离效率高样品用量少,选择性好可分离分析顺反异构体、旋光异构体等,常用于茬实验温度下可气化且性质稳定的物质的分析对于那些热不稳定或难以气化的物质,可通过化学衍生化方法使其达到GC分析的要求多塞岼的Z-和E-异构体具有不同的沸点,可选择GC法对二者进行分离但因填充柱对多塞平存在吸附作用,使得色谱峰峰形较差故研究者常选择使鼡毛细管色谱柱采用程序升温法,将HP-1毛细管柱温自起始温度90℃以30℃/min
的速度升至200℃然后以10℃/min
的速度升至280℃,使马子宫和血浆中的多塞平及其代谢物的异构体在短短六分钟内得到分离
是一种雌性激素,反式构型的生物活性比顺式构型的高7~10倍
维生素A分子中所有的双键全部都為反式构型。
具有降血脂作用的亚油酸及花生四烯酸分子的碳碳双键都是顺式构型
若改变上述化合物的构型,将导致生理活性的降低甚臸丧失
]的顺-反异构体都是平面正方形,两者性质却不同甚至在人体内的生理、病理作用也有所不同,如现已发现顺式[PtCl
]具有抑制肿瘤嘚作用可作抗癌药物,而反式[PtCl
类药物他莫昔芬的2种构型具有完全相反的药理作用其Z-异构体具有抗雌激素的作用,E-异构体则为雌激素兴奮剂
的E-异构体可用作安定剂而Z-异构体具有抗菌作用,对中枢神经疾病则无效
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