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顺反异构是全国科学技术名词审定委员会审定、公布的科技类名词。

汉字,是中华民族文化的化石,是历史的载体,是前人智慧的结晶[1],是有着鲜活生命的“你”“我”“他”,有着浓郁的文化意蕴、独特的文化魅力和深厚的民族情结。汉字之美[2],美在形体、美在风骨、美在精髓、美在真情!

名词解释

顺反异构(Cis-trans isomerism),又名几何异构,属于立体异构中的一种。顺反异构是指化合物分子中由于具有自由旋转的限制因素,使各个基团在空间的排列方式不同而出现的非对映异构现象 [1]。这种限制因素一般是有机化合物结构中出现如C=C双键、C=N双键、C=S双键、N=N双键或脂环等不能自由旋转的官能团所引起的。含有此类异构的有机分子如烯烃、偶氮化合物、脂环烃等被视作顺反异构体,并根据“顺反式异构命名法“或“Z-E命名法”来命名。顺反异构体在物理、化学、生物性质上一般具有明显的区别。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。

发现历史

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以及从理论上的阐明,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。

在发现了酒石酸的旋光异构之后,1874年9月荷兰物理化学家范特霍夫(Jacobus Hendricus Van't Hoff.1852-1911)论帕斯特成果的小册子在乌特勒支出版;1874年11月法国化学家勒·贝尔(Joseph Achille Lebel.1847-1930)的论文发表在巴黎的《化学会会刊》(Bulletin de La Societe Chimique)上,两人分别独立能用几何异构来解释延胡索酸Fumaric acid(反-丁烯二酸)和马来酸Maleic acid(顺-丁烯二酸)的异构现象。假定,围绕分子中两个碳原子的两个四面体,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。它们并不是旋光异构体,它们的物理性质有所差别,由此发现了顺反异构。 [2]

1864年,德国化学家肖莱马通过对脂肪烃的研究,认真考察了有机结构与性质的关系,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。

性质差异

物理性质

顺反异构体的物理性质有所不同,并表现出一些规律性,其中较显著的有:熔点、溶解度和偶极矩。

熔点:反式异构体中的原子排列比较对称,分子能规则地排入晶体结构中,其分子所构成的晶体的分子间的色散力就越大,晶格能则越大,因而反式异构体具有较高的熔点。

偶极距、沸点和溶解度:一般来说,反式异构体的极性较小。尽管取代基不同时影响力不同,但仍可作部分抵消。而顺式异构体中两个电负性相同的原子或原子团处在分子的同侧,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。分子极性越大,越类似离子型化合物,其分子间静电相互作用力就越大,分子间作用力越大,因此顺式异构体沸点越高。

化学性质

顺反异构体具有相同的官能团,化学性质基本相同,但因有些反应与原子或原子团在空间的相对位置有关,反应速度也就有差别。

紫外光谱

顺反异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。

红外光谱

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,而标志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。

参考文献