1. 我們可以把「單取代基」環己烷的觀念,延伸到「雙取代基」環己烷。
2. 在「順式-1,4-二甲基環己烷 cis-1,4-dimethylcyclohexane」,其中一個甲基在赤道位置(赤道型),另一個甲基在垂直軸的位置(軸型)。
3. 「椅子-椅子 環翻轉chair-chair ring flipping」,改變每一個取代基的位置,把在「垂直軸」位置的甲基變成在「赤道」位置,把在「赤道」位置的甲基移到「垂直軸」。
4. 軸型和赤道型取帶基上的東西,會完全被環翻轉ring flipping改變位置:
5. 結果,「順式-1,4-二甲基環己烷 cis-1,4-dimethylcyclohexane」的環翻轉,造成的構象,跟原本那個完全一樣(圖5.21)。
6. 順式的狀況跟反式完全不同。「反式-1,4-二甲基環己烷 trans-1,4-dimethylcyclohexane」,它的二個甲基,必須都在赤道位置,或者在都在軸型位置;
7. 因此我們會預估,這二種椅子型構象的能量差距很大。有二個赤道型甲基的構象,顯然會比較穩定。
8. 在「順式和反式-1,3-二甲基環己烷 cis- and trans-1,3-dimethylcyclohexane」,反式異構物的二種椅子構型,有一個軸型甲基和一個赤道型甲基。
9. 另一方面,反式異構物有一個構象是二個甲基都是赤道型;「雙赤道型取帶基」構象diequatorial比較穩定,轉換之後的異構物(雙軸型取代基)比較沒有那麼穩定,因為,轉換之後二個甲基都在垂直軸。(會有交疊、扭張力阻礙) (翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry》)
注:圖片,第238, 239頁,可翻閱google提供的有限度瀏覽Mary Anne Fox, James K. Whitesell《有機化學Organic Chemistry》
徐弘毅:
1. 一個環己烷,如果每個取代基都很小,在不受外在環境影響下,它最穩定的構造就是椅子構象;椅子構象,可以免除船型構象,二個取代基平行,原子彼此之間的凡得瓦斥力,引起的扭張力。
2. 一個環己烷,如果有一個大型取代基,在不受外在環境影響下,它最穩定的構造是赤道型的椅子構象;赤道型的椅子構象,除了免除扭張力,還可以免除大取代基與小取代基爭奪空間,引起立體張力。
3. 一個環己烷,如果有二個大型取代基,那麼,就要考慮這二個大型取代基的位置。
4. 「1,4-二甲基環己烷」的二個「甲基」,在六角型碳的對角線位置,也就是在對面邊。
5. 把「1,4-二甲基環己烷」壓平,放進三度空間中,它的「順式」就是二個甲基在的六角碳平面的同一側(都在x軸上方、y為正的空間,或者都在x軸之下、y為負的空間)。
6. 它的「反式」就是二個甲基,各在六角碳平面的不同側(一個甲基在x軸上方、y為正的空間,另一個甲基在x軸之下、y為負的空間)。
7. 把「順式1,4-二甲基環己烷」平面摺成椅子型構象,甲基分別位於椅背和腳墊的部位,結果,因為一端往上摺、另一端往下摺,使得這二個甲基,一個是軸型、一個是赤道型。
8. 假設我們是把,六角型平面右邊的碳往上摺,左邊的碳往下摺,那麼環翻轉之後,就是把,六角型平面右邊的碳往下摺,左邊的碳往上摺,結果還是這二個甲基,一個是軸型,一個是赤道型。
9. 所以,「順式1,4-二甲基環己烷」環翻轉之後構象,實際是跟原本一樣的。
10. 注意一點,雖然我們畫「1,4-二甲基環己烷」環翻轉的二張圖,會感覺到「右邊上翹、左邊下摺」,與「左邊上翹、右邊下摺」不一樣,但這是把一個分子的上下左右空間點,固定在我們眼前,才會有的感覺,不是三度空間的客觀。
11. 分子的世界,是一個像宇宙那樣自由的空間,裡面有無數的分子;站在不同分子的立場來觀察另一個分子,會有無數的觀察角度,這會造成同一個分子隨著角度不同,而有不同的身分,所以,我們不能用左邊或右邊這種籠統的描述來定義,必須依據分子本身的結構,來下定義。
12. 環己烷,在三度空間基本定義是,是以環平面為衡量標準,計算有幾個取代基在平面的上頭、幾個取代基在下頭。所以,一個看起來平面是斜豎的環己烷,或是躺平的環己烷,如果平面二側的曲代基一樣,在定義上就是一樣。
13. 環己烷摺成椅子型之後,就以坐墊的四碳環平面,為一切衡量標準,取代基的相對位置(椅背端或腳墊端)、取代基是平行於平面(赤道型)、還是垂直於平面(軸型)。
沒有留言:
張貼留言