劉伯渠 茍如虎 王亞玲

摘 要：分析環(huán)己烷衍生物的R/S構(gòu)型標(biāo)記、順反異構(gòu)、對(duì)映異構(gòu)及構(gòu)象異構(gòu)的現(xiàn)象，總結(jié)出簡(jiǎn)單易行的判斷方法.

關(guān)鍵詞：環(huán)己烷衍生物；構(gòu)象異構(gòu)；構(gòu)型異構(gòu)

[中圖分類號(hào)]G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

文章編號(hào)：1003-6180（2018）02-0078-03

Abstract：In this paper， the R/S configuration markers of cyclohexane derivatives， cis-isomerization， enantiotopic and conformational isomerization were analyzed， and a simple and easy method was summarized.

Key words：cyclohexane derivatives， conformational isomerism， configurational isomerism

環(huán)己烷衍生物立體化學(xué)教學(xué)中，涉及環(huán)己烷衍生物R/S構(gòu)型的標(biāo)記、順反異構(gòu)、對(duì)映異構(gòu)、環(huán)己烷的構(gòu)象異構(gòu)現(xiàn)象以及取代基相同與不同的問題，是教學(xué)的難點(diǎn).本文針對(duì)這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)問題，以二取代環(huán)己烷為例分析其學(xué)習(xí)規(guī)律，總結(jié)出簡(jiǎn)單易行的判斷方法，并舉例說明.

1 具有手性碳原子環(huán)己烷衍生物構(gòu)

型的標(biāo)記方法

環(huán)己烷取代物中具有手性碳原子時(shí)，根據(jù)《基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)》教材中R/S標(biāo)記法對(duì)手性碳原子的構(gòu)型進(jìn)行標(biāo)記存在一定的難度，且容易出錯(cuò).若將立體空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為平面的費(fèi)歇爾投影式，就可形成“橫小定相反，豎小定相同”的判斷規(guī)則，則手性碳原子的構(gòu)型判斷更為方便.環(huán)己烷分子按上述規(guī)則投影，碳環(huán)結(jié)構(gòu)在橫向鍵時(shí)存在立體空間結(jié)構(gòu)理解的困難，為此，將碳環(huán)結(jié)構(gòu)投影在橫向鍵上，取代基投影在豎向鍵上，手性碳原子在距離觀察者最近的位置，見圖1.可以得出以下結(jié)論：“當(dāng)最小基團(tuán)在橫向鍵時(shí)，其余基團(tuán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為R型，而逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為S型；當(dāng)最小基團(tuán)在豎向鍵時(shí)，其余基團(tuán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為S型，而逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為R型.”簡(jiǎn)言之，“橫小定相同、豎小定相反”規(guī)則，與教材中“橫前豎后”的投影規(guī)則剛好相反，與“橫小定相反，豎小定相同”的判斷規(guī)則也剛好相反，但利用該規(guī)則判斷環(huán)己烷的R/S構(gòu)型簡(jiǎn)單易行，迅速準(zhǔn)確.

2 二元取代環(huán)己烷的立體異構(gòu)分析

分子立體異構(gòu)包括順反異構(gòu)、對(duì)映異構(gòu)和構(gòu)象異構(gòu).環(huán)己烷分子立體異構(gòu)具有以下特點(diǎn)：分子取代基的優(yōu)先基團(tuán)在環(huán)平面同側(cè)為順式（兩上或兩下），不同側(cè)為反式（一上一下）；分子既不具有對(duì)稱面，又不具有對(duì)稱中心的分子具有手性，分子具有旋光性，實(shí)物和鏡像互為對(duì)映異構(gòu)體；分子中σ鍵“自由”旋轉(zhuǎn)，使分子中的原子或基團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列而產(chǎn)生的異構(gòu)體稱為構(gòu)象異構(gòu)體，且大基團(tuán)在e鍵的構(gòu)象相對(duì)穩(wěn)定.

二元取代環(huán)己烷分子存在取代基相同、取代基不同時(shí)的順和反1，2-二取代環(huán)己烷分子（簡(jiǎn)稱順和反1，2-分子）、順和反1，3-二取代環(huán)己烷分子（簡(jiǎn)稱順和反1，3-分子）、順和反1，4-二取代環(huán)己烷分子（簡(jiǎn)稱順和反1，4-分子）共十二種情況.要準(zhǔn)確掌握二元取代環(huán)己烷分子在常溫時(shí)是構(gòu)型異構(gòu)還是構(gòu)象異構(gòu)，能否拆分，只分析平面結(jié)構(gòu)式，無法得到全面的解釋，需要從分子真實(shí)的立體構(gòu)象式出發(fā)分析.

筆者提出二元取代環(huán)己烷“ABCD比較分析法”，該方法能夠準(zhǔn)確迅速解決環(huán)己烷衍生的立體異構(gòu)問題.

2.1 二元取代環(huán)己烷“ABCD比較分析法”

ABCD比較分析法：從環(huán)己烷某一平面分子出發(fā)，先寫出相應(yīng)的一種構(gòu)象式A，后由A轉(zhuǎn)換為另一種構(gòu)象式C，再分別寫出構(gòu)象式A和C的鏡像B和D，最后分析A，B，C，D四者之間的 關(guān)系，見圖1.若四種結(jié)構(gòu)均不同，A和C、B和D為構(gòu)象異構(gòu)，A和B、C和D為對(duì)映異構(gòu)；若其中具有相同的結(jié)構(gòu)，立體異構(gòu)的數(shù)目減少，甚至只有一種結(jié)構(gòu).

1，2-二取代的環(huán)己烷立體異構(gòu)分析

1，2-分子無論取代相同或不同，順式或反式，均沒有對(duì)稱面和對(duì)稱中心，應(yīng)具有對(duì)映異構(gòu).

如圖2所示，取代基相同的順1，2-分子中，A的構(gòu)象式C與A的對(duì)映體B結(jié)構(gòu)式相同，實(shí)際上A與B的對(duì)映異構(gòu)為構(gòu)象異構(gòu).取代基相同的反-1，2-分子、取代基不同的順1，2-分子、取代基不同的反1，2-分子，A和B、C和D為對(duì)映異構(gòu)體，A和C、B和D為構(gòu)象異構(gòu)體.

1，3-二取代的環(huán)己烷立體異構(gòu)分析 如圖3所示，取代基相同的順-1，3-分子，過2號(hào)和4號(hào)位碳原子所在的平面對(duì)稱，沒有對(duì)映異構(gòu)，只存在結(jié)構(gòu)A和結(jié)構(gòu)C的構(gòu)象異構(gòu).如圖4所示，取代基相同的反-1，3-分子，構(gòu)象式C沿2號(hào)和4號(hào)碳原子所在的軸翻轉(zhuǎn)180°為構(gòu)象式A，所以A和C為同一結(jié)構(gòu)，只有A和B一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體；取代基不同的反-1，3-分子、順1，3-分子，A和B、C和D為對(duì)映異構(gòu)體，A和C、B和D為構(gòu)象異構(gòu)體.

1，4-二取代的環(huán)己烷立體異構(gòu)分析 如圖5所示，1，4-分子中，過1號(hào)和4號(hào)位碳原子所在的平面對(duì)稱，取代基在對(duì)稱面上，所以取代基相同或不同的順式和反式都具有對(duì)稱面，均無對(duì)映異構(gòu)，C，D結(jié)構(gòu)不存在，只分析A和B的關(guān)系.

如圖6所示，取代基相同的順-1，4-分子構(gòu)象式A旋轉(zhuǎn)180°即為構(gòu)象式C，A和C為同一種結(jié)構(gòu)，取代基相同的順-1，4-分子的立體結(jié)構(gòu)只有一種；取代基相同的反-1，4-分子、取代基不同的順-1，4-分子、取代基不同的反-1，4-分子構(gòu)象式A和C互為構(gòu)象異構(gòu)體.

2.2 應(yīng)用舉例

順-1，3-二甲基環(huán)己烷為取代基相同的順-1，3-分子，結(jié)構(gòu)存在對(duì)稱面，無對(duì)應(yīng)異構(gòu)體而只有構(gòu)象異構(gòu).見圖7.順-1-甲基-2-乙基環(huán)己烷為取代基不同的順-1，2-分子具有一對(duì)構(gòu)象異構(gòu)體和一對(duì)對(duì)應(yīng)異構(gòu)體.見圖8.

分析環(huán)己烯與Br2的加成產(chǎn)物 環(huán)己烯與Br2的加成為反式加成，產(chǎn)物為反-1，2-分子，該分子具有一對(duì)構(gòu)象異構(gòu)體和一對(duì)對(duì)應(yīng)異構(gòu)體.環(huán)己烯與堿性KMnO4氧化為順式加成，產(chǎn)物為順-1，2-分子，該分子僅具有一對(duì)構(gòu)象異構(gòu)體.見圖9.

3 結(jié)論

在二元取代環(huán)己烷分子教學(xué)中發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

（1）取代基相同的順-1，3-分子和1，4-分子無對(duì)應(yīng)異構(gòu)體，有構(gòu)象異構(gòu)（分子結(jié)構(gòu)存在對(duì)稱面）；

（2）取代基相同的ae型構(gòu)象式較為特殊，其中順-1，2-分子僅具有一對(duì)構(gòu)象異構(gòu)體，反-1，3-分子僅具有一對(duì)對(duì)應(yīng)異構(gòu)體，順-1，4-分子的立體結(jié)構(gòu)僅有一個(gè)；

（3）其余分子具有一對(duì)構(gòu)象異構(gòu)體和一對(duì)對(duì)應(yīng)異構(gòu)體.

參考文獻(xiàn)

[1]李景寧.有機(jī)化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2011：142-143.

[2]谷亨杰.有機(jī)化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004：162-163.

[3]胡宏紋.有機(jī)化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2007：87-89.

[4]汪小蘭.有機(jī)化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2005：88.

[5]來水利.立體化學(xué)中有關(guān)問題的探討[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然版），2005，33（專輯）：271-272.

[6]潘國(guó)慶.怎樣判斷二取代環(huán)己烷的構(gòu)象[J].青海師專學(xué)報(bào)，1994，（1）：86-88.

[7]王佩華.環(huán)己烷衍生物教學(xué)中學(xué)生容易模糊的立體化學(xué)問題[J].雁北師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，21（5）：76-78.

編輯：琳莉