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E, Z系统

发布时间:2020-06-06   浏览量:815   

 


当烯的C=C上有三或四个非氢取代基,且可能出现几何异构物时,可以使用E, Z系统区别。

当碳碳双键(C=C)的四个键结位置上有两个非氢之取代基,且可能出现几何异构物时(如图1),若两个氢原子在双键的同一侧,属顺式异构物。若两个氢原子位于双键的异侧,属反式异构物。

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图1 顺式与反式之1,2-二氯乙烯

但是如果化合物变得较为複杂时,顺反系统会遭遇困难。例如在图2的两个化合物中,何者为顺式?何者为反式?

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图2  3-氯-2-戊烯的两种几何异构物

因为接在碳碳双键上的四个取代基都不同,很难判定应该取哪两个取代基来比较它们是位于同侧或异侧。

E,Z系统使用一系列的规则判定取代基的优先顺序。针对连接在双键的同一个碳原子上两个取代基比较其优先顺序的高低,如果优先顺序较高的两个取代基位于碳碳双键同一侧,则属Z式(来自德文zusammen,「在一起」的意思);如果优先顺序较高的两个取代基位于碳碳双键异侧,则属E式(来自德文entgegen,「相反」的意思),如图3。

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图3 依各取代基之优先顺序高低判定Z, E异构物

各取代基的优先顺序判定原则如下:

1. 优先顺序是依原子序判定:与碳原子连接之原子,其原子序愈大者,优先顺序愈高。图4显示部分取代基之优先顺序,原子序标示于括弧内。

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图4 取代基之优先顺序是依原子序判定

2. 如果凭直接与双键碳连接的原子无法判定优先顺序高低,就比较下一个原子,依此类推,直到能够判定优先顺序高低为止。图5显示部分必须靠第二个原子才能判定优先顺序的取代基,原子序标示于括弧内。

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图5 依第二个原子之原子序判定取代基之优先顺序

3. 当取代基中的碳原子不是以sp3混成轨域键结时,为了进行优先顺序的比较,必须把其键结数变成最大量。因此双键及参键均拆开成单键,也就是说与以双键连接的各原子变两个原子,如图6。

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图6 为了比较顺序,有时必须把多键拆成单键

依上述原则,图2中3-氯-2-戊烯的两种几何异构物,连接在左边碳原子上的两个原子分别是H和C,原子序:1 < 6,所以-H的优先顺序低于-CH3;连接在右边碳原子上的两个原子分别是Cl和C,原子序:17 > 6,所以-Cl的优先顺序低于-CH2CH3。因此判定左边的分子为E式,右边分子为Z式,命名如图7所示。

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图7  3-氯-2-戊烯的E,Z两种几何异构物


参考资料

1. Brown, Poon(2005). Introduction to Organic Chemistry. Wiley, Hoboken, NJ

2. http://www.chemguide.co.uk/basicorg/isomerism/ez.html

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