[科普中国]-几何异构体

几何异构体包括：顺反式异构体，全同立体异构聚合体及间同立体异构聚合体，由立体障碍引起的转动异构体等。对于上述几种立体异构体的发明，原则上都作为不同发明处理，说明书中必须提供能区别异构体，确认异构体的鉴别资料。这种鉴别资料起着定义新化合物的作用。

空间构型几何异构体由于碳-碳双键不能旋转，因此，若构成双键的两个碳原子上连有不同的原子或基团时，就会产生不同的异构体，例如，2-丁烯就存在两种不同的异构体。两个甲基处于双键的同一侧，称为顺2-丁烯；两个甲基处于双键的异侧，称为反2-丁烯。这两种烯烃构造相同，但属于不同的化合物。室温下不能通过化学键的旋转相互转化，不同的仅仅是分子中的原子或基团的空间位置不同，所以属于立体异构体。但是，它们不具有对映关系，因此不是对映异构体。与二取代环烷烃类似，我们将这种异构体也称为几何异构体或顺一反异构体。

顺反异构体不但物理性质不同，它们的生理活性有时也有很大的差异，如两种己烯雌酚，只有反式异构体可以用于治疗某些妇科疾病体具有不同的物理性质，两者可用简单的物理方法分离。并不是所有的烯烃都有顺一反异构现象。有顺一反异构的烯烃必须是构成双键的两个碳原子上各自连有两个不同的原子或原子团。1

偶极距、熔点和沸点一般地，当两个双键碳上连有相同的原子或简单基团，反式异构体由于具有中心对称，偶极距为零，顺式异构体存在面对称，偶极距不为零。当两个双键碳所连原子或基团不同时，反式异构体的偶极距不为零。例如反式2-戊烯的偶极距虽然仍小于顺式2-戊烯，但是不为零。不过，这并不能说明凡是顺式的异构体偶极距就大，大多数几何异构体的熔点、沸点的差异具有特征性。一般地，顺式异构体的偶极距大于反式，所以顺式异构体的沸点高于反式异构体的沸点；但由于反式异构体的对称性较大，分子间排列紧密，所以反式异构体的熔点高于顺式异构体。因此，可以利用熔点、沸点来确定几何异构体的构型。2

光谱性质孤立碳碳双键的紫外吸收处于真空紫外，当双键参与共轭时紫外吸收会向长波移动。因此，处于共轭体系的双键如果存在几何异构，顺式异构体因空间障碍较大，共轭受到影响，最大紫外吸收将向短波移动。比较典型的例子就是二苯乙烯型化合物，尤其是当苯环的邻位再引入取代基时。几何异构体的红外吸收光谱也存在明显的特征差异。在对称取代的反式异构体中，双键的对称伸缩振动的偶极距变化为零，因此是红外非活性的。例如，顺式的1，2-二氯乙烯在1590 cm-1处有吸收，但是反式的异构体在此位置则没有吸收。对于非对称取代烯烃中碳碳双键的伸缩振动，通常是顺式异构体比反式异构体的强，这是因为一般顺式异构体的偶极矩要相对较大。在核磁共振谱中，对称取代的R-CH-CH-R，无论是顺式还是反式，两个质子都是化学等价的，化学位移相同。再如，反十氢萘桥头碳上的两个氢原子均处于直立键，是化学等价的，而顺十氢萘桥头碳上的两个氢原子虽然一个处于直立键、一个处于平伏键，但顺十氢萘存在构象异构，两个氢也是化学等价的。2

化学性质几何异构体由于其空间排列方式不同，因而在化学性质上往往也存在某些差异。比较典型的表现于以下几个方面。

(1)酸性。比较典型的例子是顺丁烯二酸和反丁烯二酸酸性的比较。在顺式异构体中，两个羧基在空间上较为接近，相互之间的排斥力比较大，因而氢原子离子化倾向提高；而且相对于反式异构体，顺式异构体中存在的空间排斥减弱了双键对羰基的供电子共轭作用，更容易电离出氢离子，因此顺式异构体的第一电离常数较大。但因为顺式异构体中存在场效应，导致第二级电离要较反式异构体难。

(2)成环反应。考虑到环的稳定性，一般成环反应以形成五元环、六元环为主，所以通常是顺式异构体成环反应性要高于反式异构体。比较典型的是脱水成酐或成内酯的反应，如顺丁烯二酸易于脱水生成顺丁烯二酸酐，反式则较难反应，首先要在高温或紫外光照射下完成构型转化，再进一步发生成环反应。通常可以利用是否脱水成酐或成酯确定异构体的顺反构型。另外，其他一些成环反应也可以利用来确定构型，如顺-1，2-环戊二醇可与醛、酮反应形成缩酮而反式则不能。1

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侯传涛 - 副教授 - 青岛大学