构象（物理有机化学中的概念）

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更新时间：2023-05-22
构象
物理有机化学中的概念
构象（conformation），有机化学的一个重要概念。最简单的构象分析建立在乙烷分子上。最重要的构象分析则是建立在环己烷上的构象分析。
基本信息
中文名
构象
最简单
乙烷分子
最重要
环己烷
外文名
conformation
定义
物理有机化学的一个重要概念
定义
在有机化合物分子中，由C—C单键旋转而产生的原子或基团在空间排列的无数特定的形象称为构象。指一个分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子放置所产生的空间排布。不同的构象之间可以相互转变,在各种构象形式中,势能最低、最稳定的构象是优势构象。一种构象改变为另一种构象时，不要求共价键的断裂和重新形成。构象改变不会改变分子的光学活性。
异构体
种由C—C单键绕σ键旋转而产生的叫构象异构,所形成的异构体称为构象异构体.旋转而产生的异构体称为旋转异构体或构象异构体。
当C—C单键旋转时，可以有无数个构象异构体，极限构象有顺叠、顺错、反错和反叠等。在顺叠构象中，两个碳上连接的氯原子和氯原子之间相距最近，产生强排斥作用，内能最高，属该分子最不稳定的构象；在反叠构象中，氯原子和氯原子之间相距最远，相互间排斥力最小，内能最低，是该分子最稳定的构象。顺错构象和反错构象的稳定性介于这两种构象之间，它们的稳定性次序为：反叠>顺错>反错>顺叠。
分子的各种构象异构体并不是平均分布的，在室温下总是以其最稳定的构象为主要的存在形式即为优势构象，如果偏离优势构象就会产生扭转张力。相邻碳原子上较优基团(或原子)之间的角度称扭转角(torsion angle，又称两面角)。各种构象异构体之间相互转化，必须克服由扭转张力产生的能，一般在12～20kJ·mol-1之间。在室温下分子碰撞可产生84kJ·mol-1能量，所以，难以在室温下分离这些构象异构体。
分类
线性烷烃构象
线性烷烃构象（linear alkane conformation），拥有交错式（staggered）、重叠式（eclipsed）与间扭式（gauche）。乙烷是最简单的含有C-C单键的化合物，如果乙烷分子中的一个碳原子不动，另一个碳原子围绕C-C键旋转时，则一个碳原子上的三个氢原子相对另一个碳原子上的三个氢，可以有无数种排列方式，其中，重叠式和交叉式是经典的构象。
构象
环己烷构象
环己烷构象（cyclohexane conformation），可分椅式（chair）、船式（boat）、扭船式以及半椅式。
若环己烷分子中碳原子在同一平面上时，其C—C键角为120度，存在较大的角张力。实际上分子自动折曲而形成非平面的构象，在一系列构象的动态平衡中，椅式构象(ch air con form ation)和船式构象(boat con form ation)是两种典型的构象。在常温下，由于分子的热运动可使船式和椅式两种构象互相转变，因此不能拆分环己烷的船式或府式中的某一种构象异构体。
其他构象同分异构物的例子还有分子的摺叠（folding）现象，会使某些形状较稳定，并具有某些功能。此外还有对映异构（atropisomer）等。
构象对分子物化性质的影响
分子的构象不仅影响化合物的物理和化学性质，而且还对一些生物大分子（如蛋白质、酶、核酸）的结构和性能产生影响。许多药物分子的构象异构与药物生物活性密切相关，药物受体一般只与药物多种构象中的一种结合，这种构象称为药效构象。药物的非药效构象异构体很难与药物的受体结合，通常低效或无药效。例如，抗篾颤麻痹药物多巴胺作用于受体的药效构象是对位交叉式。