基本介紹
- 中文名：扭轉角
- 外文名：torsion angle
- 屬性：鍵角
- 學科：化學
- 來源：單鍵旋轉
- 套用：立體化學
定義,相關概念,構型和構象,順反異構,對映異構,構象分析,
定義
單鍵旋轉時，相鄰碳上的其他鍵會交叉成一定的角度，稱為扭轉角（torsion angle）。扭轉角是0°的構象為重疊構象，扭轉角是180°的構象為反錯構象，扭轉角是60°的構象是鄰位交叉構象，也叫順錯構象，扭轉角在0-60°之間的構象為扭曲構象（skewed conformation）。
相關概念
構型和構象
構型（configuration）指分子內原子或基團在空間“固定”排列關係，分為：順反異構，旋光異構二種。
構象（conformation）指圍繞單鍵旋轉產生的不同的分子形象。
構型和構象在有機合成、天然產物、生物化學等研究領域非常重要。例如六六六有九種順反異構體，其中只有γ-異構體具有殺蟲活性。
人體需要多種胺基酸，其中只有L-型具有活性作用。
手性（chiral）在醫藥、農藥、食品添加劑、香料等領域需求越來越多。手性液晶材料、手性高分子材料具有獨特的理化性能，成為特殊的器件材料。一個新興的高新技術產業-手性技術（chirotechnology）正在悄然興起。
順反異構
由於雙鍵或環的存在，使得旋轉發生困難，而引起的異構現象。
命名：順、反 （Cis，Syn-；Trans， Anti）。 用 “Z”， “E”表示。
Z：Zusammen 二個大的基團都在一側（相當於順） E：Entgegen 二個大的基團分在兩側 （相當於反）
關於C=N和N=N雙鍵的命名
含C=N雙鍵的化合物主要是指醛肟和酮肟（醛或酮與羥胺NH2OH反應得到）
孤對電子的序數為“0”。
文獻上，還沿用順、反命名。把-OH，-H在一側的叫順式，Cis-，Syn-；把-OH，-H在兩側的叫反式，Trans-，Anti-。
N=N雙鍵也用順反命名：一般反式穩定，減少了基團間的排斥作用。
（反式對稱性好，分子排列更為緊密、有序，有較高的熔點，較低的溶解度（在水中，因極性小），燃燒熱、氫化熱比順式低。
對於環狀化合物仍用順反而不用E、Z，把環看成是一個平面的，取代基團在同一側的為順式。 如果有三個以上時，選一個參考基，用小寫r（reference group）表示，再和別的取代基比較與之關係。
對映異構
手性分子（chiral molecule）、手性碳，從上世紀七十年代起廣泛使用，能夠使平面偏振光向左或向右旋的物質稱為旋光性物質（或光活性物質）。
手性分子是指一個分子與其鏡象不能重合。 手性分子一定是光活性物質。
對映異構體：二個互為鏡象，但不能重合，是二種不同化合物。旋光能力相同，但方向相反，如同左、右手。
考察一個分子是否為手性分子，可以從有無手性碳出發，但是最根本是要看分子對稱性來考察。
符合手性分子的充要條件：
①無對稱面； ②無對稱中心； ③無交換對稱軸。
三者不可缺一，但一般說來，只要求分子是否有對稱面或對稱中心即可了。（注意：對稱軸不能作為判據。）
構象分析
構象：沿C-C單鍵旋轉，分子產生不同形象，稱為構象。
單鍵旋轉能壘一般為3～10千卡/摩爾，在室溫下熱運動可以越過此能壘，各種構象迅速互變，分子在某一構象停留時間很短（﹤10-6秒），因此不可能將某一個構象分離出來。
研究構象對於了解化合物結構、反應歷程和反應取向等方面非常重要。 許多分子呈現有張力，就是由於非理想幾何形狀造成的。分子將儘可能利用鍵角或鍵長的改變使能量達到最低值，就是說一個分子總是要採取使其能量為最低的幾何形狀。
分子內張力
空間張力=成鍵張力（單鍵伸長或縮短）+鍵角張力+扭轉張力+非鍵張力
分子內張力是上述四種張力之和。
1、 角張力（亦稱Baeger張力）：它是由於正常鍵角改變產生的。
2、 鍵張力：是由鍵的伸縮使正常鍵長改變而產生的張力。
3、扭轉張力（pitzer張力）：它是由於優勢構象二面角改變而產生的張力。兩個連線四面體碳原子，他們都傾向於成為交叉式，與交叉式任何偏差都會引起一定張力，希望恢復到交叉式的最穩狀態，這種張力就是扭轉張力。
4、非鍵張力（范德華張力）：非鍵合的原子或基團相互作用。
在小環化合物中（3～4元環）主要存在有角張力；普通環（5～7元環）各種張力都不顯著，6元環無角張力、無扭轉張力。 在中環（8～11元環）主要存有跨環張力。在大部分環狀化合物中（除大環外）大部分存在扭轉張力。
丁烷的構象
Ⅰ對位交叉，Ⅱ部分重疊，Ⅲ鄰位交叉，Ⅳ全重疊式，Ⅴ鄰位交叉，Ⅵ部分重疊
Ⅰ為優勢構象
從丁烷的勢能圖可見，有三個能量極大值，全重疊式為最大值；三個能量極小值，對位交叉為最小值。
穩定性次序：對位交叉﹥鄰位交叉﹥部分重疊﹥全重疊
兩個鄰位交叉Ⅲ、Ⅴ比對位交叉式略高0.8kcal/mol，是由於甲基之間的排斥作用，但由於能量相差不大，在室溫下，兩者都可存在。對位交叉占68%，鄰位交叉占32%。
正丁烷體系不能分離出單一的構象異構體，他們這類化合物的性質是各種構象異構體的平均值。
環己烷構象
若環己烷分子中碳原子在同一平面上時，其C—C鍵角為120度，存在較大的角張力。實際上分子自動折曲而形成非平面的構象，在一系列構象的動態平衡中，椅式構象（chair conformation）和船式構象（boat conform ation）是兩種典型的構象。在常溫下，由於分子的熱運動可使船式和椅式兩種構象互相轉變，因此不能拆分環己烷的船式或府式中的某一種構象異構體。
構象對化學反應速度的影響
（1） 酯的水解
反式比順式在鹼性條件下水解快20倍。 鹼性、酸性水解，四面體機制。 鹼性水解條件下，HO-進攻羰基碳。
在反式酯中，形成過渡態中，空間比較寬敞，有利。
而在順式酯形成的過渡態中，雙1，3相互排斥，過於擁擠，不利。
（2）環己酮的還原
用LiAlH4-t-BuOH、NaBH、Na醇等作為還原劑時，真正的還原劑H-體積小，從羰基兩側進攻機會相當，由於e醇比較穩定，反應受“產物生成控制”。此時a 9%，e 91%。
如果還原劑為或BH（CHMeCHMe2）2，其體積比較大，則產物以a-OH為主，反應受“立體途徑控制”。
構象對分子物化性質的影響
分子的構象不僅影響化合物的物理和化學性質，而且還對一些生物大分子（如蛋白質、酶、核酸）的結構和性能產生影響。許多藥物分子的構象異構與藥物生物活性密切相關，藥物受體一般只與藥物多種構象中的一種結合，這種構象稱為藥效構象。藥物的非藥效構象異構體很難與藥物的受體結合，通常低效或無藥效。例如，抗篾顫麻痹藥物多巴胺作用於受體的藥效構象是對位交叉式。
