旋轉異構體

IUPAC 對旋轉異構體的定義是“由於繞單鍵旋轉受阻礙而不能輕易互相轉換的一組構象異構體”。繞單鍵旋轉受阻礙，通常是由於旋轉的基團與別的基團之間有排斥力，導致轉動過程中分子勢能升高。當能壘足夠高的時候，構象異構體之間就不能輕易互相轉換，而是可以被分離。這種構象異構體就被稱為旋轉異構體。

基本介紹

• 中文名：旋轉異構體
• 外文名：rotational isomer 或 rotamer
• 所屬一級學科：化學
• 所屬二級學科：有機化學
• 本質：不能輕易互相轉換的構象異構體
• 實例：R,S-酒石酸

釋義

在有機物分子中，當連線在某一單鍵上的幾個基團在圍繞該單鍵旋轉時，它們相對於同一分子中其它基團的空間位置就發生了變化，這樣就形成了不同的構象。

不同的構象具有不同的勢能，下圖是正丁烷的例子（圖中橫軸為轉動的角度，縱軸為勢能）：

可以看出，在最中間的 C-C 鍵 （正丁烷有三個 C-C 鍵）一端的兩個氫原子和一個甲基在圍繞該 C-C 鍵轉動時，形成了無數個不同的構象，每個構象都有自己的勢能。隨著轉動角度的變化，勢能起伏變化，呈現出幾個極小值。具有極小值勢能的幾個構象互為構象異構體。

當一個構象異構體轉變為另一個構象異構體時，需要越過一個能壘，也就是上圖中勢能的“峰”。當能壘很高的時候，兩個構象異構體不能輕易互相轉換，這種情況中的兩個構象異構體就互為旋轉異構體了。 能壘有多高才能使構象異構體被稱為旋轉異構體，這個並沒有嚴格的定義，只是在你的實驗條件下，如果一個構象異構體能夠在足夠長的時間內保持自己的構象，可以和其它構象異構體分離，它就可以被稱為旋轉異構體。在日常使用中，有些科學家會把構象異構體和旋轉異構體這兩個詞混用，這當然是違背這兩個詞的標準定義的。

實例

上圖所示是同一化合物的三種構象異構體。兩個甲基和一個苯甲基在圍繞 C-C 鍵旋轉時，會因與 -COOCH₃ 之間的排斥力導致這三個構象具有勢能極小值。這個化合物色譜圖顯示出兩個峰。對這兩個峰做 H-NMR 分析，發現其中一個峰是第一個構象異構體，另一個峰是後兩種構象異構體的混合物。也就是說，第一個構象異構體與後兩種構象異構體之間有足夠大的能壘，使它能夠被分離出來，因此第一個構象異構體與另兩個構象異構體互為旋轉異構體。

上圖所示是 R,S-酒石酸的三種構象異構體。在色譜圖中，R,S-酒石酸呈現出兩個峰。對這兩個峰進行 X 射線衍射、H-NMR 和 C-NMR 分析後，發現一個峰是構象異構體 1，另一個峰是構象異構體 2 和 3 的混合物。這表明，構象異構體 1 是可以被分離出來的，它和 2、3 互為旋轉異構體。