端基異構效應
編輯在有機化學中,端基異構效應或 Edward-Lemieux 效應是一種立體電子效應,它描述了環己烷環內與雜原子相鄰的雜原子取代基更喜歡軸向取向的趨勢,而不是空間考慮中預期的受阻較小的赤道取向 .
該名稱來自用于指定吡喃糖中編號最低的環碳的術語,即端基異構碳。 僅異頭碳的構型不同的異構體稱為異頭物。 D-吡喃葡萄糖的端基異構體是非對映異構體,具有 OH 基團的 β 端基異構體在赤道上指向上方,而具有該 OH 基團的 alpha 端基異構體軸向指向下方。
端基異構效應也可以推廣到具有通式 C-Y-C-X 的任何環己基或線性系統,其中 Y 是具有一個或多個孤對電子的雜原子,X 是電負性原子或基團。 在糖的情況下,異頭效應的大小估計約為 1–2 kcal/mol,但每個分子都不同。
在上述情況下,環己烷環(頂部)上的甲氧基更傾向于赤道位置。 然而,在四氫吡喃環(底部)中,甲氧基更喜歡軸向位置。 這是因為在環己烷環中,Y= 碳,它不是雜原子,因此未觀察到端基異構效應,空間位阻主導觀察到的取代基位置。 在四氫吡喃環中,Y=氧,它是一個雜原子,因此端基異構效應有助于并穩定觀察到的取代基位置。 在這兩種情況下,X = OMe。
當 Y= 氧時最常觀察到端基異構效應,但也可以在環中其他帶有孤對雜原子的情況下觀察到,例如氮、硫和磷。 異頭效應導致穩定的確切方法是一個有爭議的問題,并且已經提出了幾個假設來解釋它。
物理解釋
編輯異頭效應的物理原因尚不完全清楚。 已經提供了幾個部分相互矛盾的解釋,但該主題仍未解決。
超共軛
環狀分子
一個被廣泛接受的解釋是,環內雜原子(糖環內)上的未共享電子對與軸向(環外)C-X 鍵的 σ* 軌道之間存在穩定相互作用(超共軛)。 這導致分子將捐贈的孤對電子反周面 (180°) 與環外 C-X σ 鍵對齊,從而降低系統的整體能量并提高穩定性。
一些作者還根據分子中原子的量子理論結果質疑這種超共軛模型的有效性。 雖然大多數關于端基異構效應的研究本質上都是理論性的,但 n-σ*(超共軛)假設也受到廣泛批評,因為該假設提出的縮醛中的電子密度重新分布與已知的實驗化學不一致 縮醛,特別是單糖的化學。
無環分子
超共軛也存在于含有雜原子的無環分子中,這是異頭效應的另一種形式。 如果一個分子有一個原子帶有一對孤對電子,并且相鄰的原子能夠接受電子進入 σ* 軌道,就會發生超共軛,從而使分子穩定。 這形成了無鍵共振形式。 對于這種軌道重疊的發生,反式,反式構象是大多數雜原子的首選,但是為了在二甲氧基甲烷中發生穩定,gauche,gauche 構象的能量比反式低約 3-5 kcal / mol(更穩定) ,反式構象——這大約是糖中影響的兩倍,因為有兩個可旋轉的鍵(因此它在兩個鍵周圍都是反式的,或者在兩個鍵周圍都是反式的)受到影響。
偶極子最小化
異頭效應的另一種可接受的解釋是赤道構型具有涉及兩個雜原子的偶極子部分對齊,因此相互排斥。 相比之下,軸向配置使這些偶極子大致相反,因此代表更穩定和更低的能量狀態。
超共軛和偶極子最小化都有助于酯的優選 (Z)-構象超過 (E)-構象。 在 (Z) 構象中,α 氧中的孤對電子可以捐贈給相鄰的 σ* C-O 軌道。 此外,偶極子在 (Z)-構象中最小化,在 (E)-構象中最大化。
n-n排斥和C-H氫鍵
如果顯示 2-甲氧基吡喃異頭中心氧原子上的孤電子對,則簡要檢查構形。
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