順反異構(gòu)
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順反異構(gòu)（英文：Cis-trans isomerism），也稱幾何異構(gòu)，[1]是存在于某些雙鍵化合物和環(huán)狀化合物中的一種立體異構(gòu)現(xiàn)象。由于存在雙鍵或環(huán)，這些分子的自由旋轉(zhuǎn)受阻，產(chǎn)生兩個互不相同的異構(gòu)體，分別稱為順式（cis）和反式（trans）異構(gòu)體。
“順式加成”指的是從雙鍵/三鍵的同一側(cè)進行加成；“反式加成”指的是從雙鍵/三鍵的兩側(cè)進行加成。
在雙鍵化合物中，若與兩個雙鍵原子相連的相同或相似的基團處在雙鍵的同側(cè)，則該化合物被稱為“順式”異構(gòu)體；若兩個基團處于異側(cè)，則定義為“反式”異構(gòu)體，比如右圖所示的2-丁烯的兩個異構(gòu)體。
在環(huán)狀化合物中，若兩個相同的取代基位于環(huán)平面的同側(cè)，則稱該化合物為“順式”；反之稱為“反式”。例如下圖的1,2-二氯環(huán)己烷的兩個異構(gòu)體：
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| 反-1,2-二氯環(huán)己烷 | 順-1,2-二氯環(huán)己烷 |
由于順式與反式異構(gòu)體中原子的空間排列不同，它們的物理性質(zhì)[2]（如熔點、[3]沸點、[4][5]溶解度）和化學性質(zhì)通常也有不同。一般來說，反式異構(gòu)體比順式異構(gòu)體穩(wěn)定。這是因為順式異構(gòu)體中兩個相同基團處于同側(cè)，可能造成偶極矩的疊加，增加不對稱性，而反式異構(gòu)體中兩個基團以雙鍵中心形成中心對稱，所造成的影響可以相互抵消。但以上規(guī)則也不是絕對的，比如在有些1,2-二鹵乙烯、1,2-二氟二氮烯(FN=NF)中，順式異構(gòu)體便比反式穩(wěn)定。[6]這種順式比反式異構(gòu)體穩(wěn)定的現(xiàn)象被稱為“順式效應”（cis效應）。[7]
目錄 |
物理性質(zhì)的比較
順式和反式異構(gòu)體通常具有不同的物理性質(zhì)。在一般情況下，造成同分異構(gòu)體之間的差異，是因為分子的排列或整體偶極矩的改變。
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| 順-2-戊烯 | 反-2-戊烯 |
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| 順-1,2-二氯乙烯 | 反-1,2-二氯乙烯 |
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| 順丁烯二酸 (maleic acid) |
反丁烯二酸 (fumaric acid) |
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| 順式油酸 | 反式油酸 |
差異其實很微小，如直鏈的烯烴，舉例來說 2 - 戊烯，在37℃時為順式異構(gòu)物；36℃下為反式異構(gòu)物。[8] 但是如果出現(xiàn)極性鍵，順式和反式異構(gòu)體之間的差異會比較大的，如1,2-二氯乙烯，順式異構(gòu)物的沸點為60.3℃，而反式異構(gòu)物的沸點為47.5℃。[9] 順式異構(gòu)體中兩極C-Cl鍵的偶極矩相結(jié)合，使整體分子具偶極性，以致于具有偶極-偶極力使得倫敦色散力增加和提高沸點；另一方面在反式異構(gòu)物中則不會發(fā)生，因為兩極C-Cl鍵的偶極矩沒有結(jié)合，使其偶極矩為零。
丁烯二酸的兩種異構(gòu)體性質(zhì)與反應活性差異較大，順式異構(gòu)體被稱為順丁烯二酸；反式異構(gòu)體為反丁烯二酸。造成沸點差異的關(guān)鍵為極性，因為它會導致分子間作用力增加，進而提高沸點。 同樣，造成 熔點差異的關(guān)鍵為結(jié)構(gòu)之對稱性，例如油酸，順式異構(gòu)物熔點為13.4度在室溫下為液體；反式異構(gòu)物具有高熔點43度在室溫下是固體。因此，反式烯烴因為極性較小或?qū)ΨQ性佳有較低的沸點和較高的熔點；反之，順式烯烴因為具極性和對稱性不佳有較高的沸點和較低的熔點。
因為反式烯烴比順式烯烴更具對稱性，所以反式烯烴往往有更高的熔點以及在惰性溶劑中的溶解度較低。[10]
核磁共振光譜測量鄰位的偶合常數(shù)(3JHH)，反式異構(gòu)物 (范圍: 12–18 Hz; 典型: 15 Hz) 大于順式異構(gòu)物 (范圍: 0–12 Hz; 典型: 8 Hz)[11]
E/Z標記
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對雙鍵化合物的順反標記法對雙鍵原子所連有的基團是有嚴格要求的，不適用于雙鍵二端所連四個基團不相同時的情況，有很多缺點。因此，就要使用另一套命名雙鍵化合物的規(guī)則—E/Z標記法。Z來源于德語的“zusammen”，意為“在一起”，與cis相當；E來源于德語的“entgegen”，意為“相反”，與trans相當。
在使用E/Z標記時，首先要根據(jù)順序規(guī)則確定每個雙鍵原子所連兩個基團的優(yōu)先順序。若兩個雙鍵原子所連的較優(yōu)先的基團處在雙鍵同側(cè)，則稱之為“Z-異構(gòu)體”；反之則稱為“E-異構(gòu)體”。
順反標記法和E/Z標記是兩套獨立的標記系統(tǒng)，一般來說Z-異構(gòu)體相當于順式異構(gòu)體，E-異構(gòu)體相當于反式異構(gòu)體，不過也有例外。
參見
參考資料
- ↑ “幾何異構(gòu)”是IUPAC不推薦的名稱，參見其對“幾何異構(gòu)”的定義（英文）。
- ↑ Advanced organic Chemistry, Reactions, mechanisms and structure 3ed. page 111 Jerry March ISBN 0-471-85472-7
- ↑ Chemicalland values
- ↑ Akros data
- ↑ Organic Syntheses, Coll. Vol. 5, p.315 (1973); Vol. 49, p.39 (1969) Link
- ↑ The stereochemical consequences of electron delocalization in extended .pi. systems. An interpretation of the cis effect exhibited by 1,2-disubstituted ethylenes and related phenomena Richard C. Bingham J. Am. Chem. Soc.; 1976; 98(2); 535-540 Abstract
- ↑ Contribution to the Study of the Gauche Effect. The Complete Structure of the Anti Rotamer of 1,2-Difluoroethane Norman C. Craig et al. J. Am. Chem. Soc.; 1997; 119 p 4789 doi:10.1021/ja963819e
- ↑ Chemicalland values. Chemicalland21.com [2010-06-22].
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 60th Edition (1979-80), p.C-298
- ↑ Advanced organic Chemistry, Reactions, mechanisms and structure 3ed. page 111 Jerry March ISBN 0-471-85472-7
- ↑ "Spectroscopic Methods in Organic Chemistry," Dudley H. Williams and Ian Fleming, 4th ed. revised, McGraw-Hill Book Company (UK) Limited, 1989.Table 3.27
參考來源
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