
【化】 conformational inversion
在汉英词典视角下,“构象反转”(Conformational Inversion)指分子通过单键旋转改变其三维空间排列,形成能量不同的立体异构体(构象异构体)的过程。该术语强调分子骨架未断裂时,原子或基团相对位置的动态翻转现象,常见于环状或柔性链状有机分子。以下是详细解释:
定义对比
能量特征
需克服能垒(energy barrier),例如环己烷构象反转能垒约45 kJ/mol,通过半椅式过渡态实现。公式表示为:
$$ text{Chair} rightleftharpoons text{Half-chair} rightleftharpoons text{Chair}'
$$
翻转机制
环己烷从一种椅式构象经扭曲的半椅式过渡态,翻转为另一椅式构象,导致轴向/平伏键互换(图1):
图片来源:Journal of Chemical Education
立体效应影响
取代基(如甲基)增大能垒(甲基环己烷翻转能垒≈64 kJ/mol),因过渡态中1,3-二直立键排斥增强。
蛋白质动态性
酶活性位点可通过局部构象反转适配底物,如酪氨酸-tRNA合成酶的“反密码子环”翻转。
药物构效关系
分子构象反转可能改变药效:
(注:部分文献链接需机构权限访问)
构象反转是有机化学中的重要概念,指分子中因单键(如C-C键)旋转导致的空间排列变化,使同一化合物形成不同构象异构体的过程。以下是详细解释:
构象反转由C-C单键的自由旋转引发,同一分子可产生多种空间排列形式(即构象)。这些异构体因原子或基团的空间位置不同而存在能量差异。例如,乙烷分子通过单键旋转可形成顺叠、顺错、反错和反叠等极限构象()。
环己烷的椅式构象反转是典型例子。椅式构象通过环的“翻转”,使原本向上的轴向氢变为向下的平伏氢,反之亦然。此过程涉及中间过渡态(如船式构象),能量较高但能垒较低,室温下即可快速转换()。
构象反转影响分子的物理化学性质,如溶解度、反应活性等。例如,药物分子不同构象可能导致药效差异,因此研究构象反转对药物设计有重要价值()。
构象能垒计算可表示为: $$ Delta E = E{text{过渡态}} - E{text{稳定构象}} $$ 其中,$Delta E$越小,构象反转越容易发生。
如需更完整信息,可参考有机化学教材或权威数据库。
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