应正确阐述结构 、 造、型和构象等基本概念 构构

第卷 第期年月

126199712

应正确阐述结构、构造、构型和构象等基本概念

杨 坤 国

()

湖北民族学院化工系 恩施

445000

摘要 通过对构造、构型与构象概念之间的联系与区别以及差向异构体定义问题的讨论针

,,

对现行教材中存在的不足从概念的严密性上进行了比较深入的分析指出了规范有机化学中的

,,

基本概念的必要性和可行性。

经过两个多世纪的形成和发展有机化学已经形成了比较独立和完整的学科体系。随着

,

世界科学技术的迅猛发展它的内容和体系也正在发生着深刻的变革。如何提高有机化学课

,

程的教学质量是同仁们日益重视的问题。目前在更新教师知识结构和优化教学手段等方面

,,

已做了大量的工作取得了一定的成效。但笔者不无遗憾地发现由于主观和客观的原因本

,,,

学科中的一些基本概念的规范化教学研究却越来越少受到重视以致出现对同一术语在概念

,

上存在着不同的有时甚至是相互矛盾的提法表现出不合理的随意性。这在有些教科书上

()

,

更显突出给教师的教学和学生的学习带来了不少的麻烦。本文拟通过两个实例来说明这方

,

面的状况希望引起重视。

,

一、 关于构象的概念问题

根据讨论问题的需要有机化学采用了构造、构型、构象来描述分子的结构。对构造和构型

,

的概念一般能形成比较一致的认识但对什么是构象往往含糊不清造成了一些不够妥当的理

,,

解和解释。例如有的教材指出

,

[1]

“构型是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状

:

况”而构象是指“具有一定构造的分子通过单键的旋转形成各原子或原子团的空间排列”。显

,

然这两个定义不仅在形式上极为相似而且由于构造仅能说明分子中原子的连接次序和键

,,

性仅以确定的构造来描述因单键旋转所呈现的不同构象可以说是绝无可能的。例如乙烷

,,,

分子的构造可用如下化学结构式表达它反映了分子中碳、氢原子的连接次序和键性单键

,:

()

HH

HCCH

HH

难道以此人为的形象能通过单键的旋转形成分子中各原子真实的空间排列回答是

CC?

否定的。为此有些教材将“具有一定构造的分子”略去但却使构象的概念更加模糊。正

,,

[2,3]

因为概念理解上的偏差有的学者甚至认为“构象和构型一样也是表示分子中原子在空间的

,:,

排列方式但不同的是构型不同的化合物可以分离出异构体而构象不同的化合物可以通过

,:,

[4,5]

单键的旋转而互变在一般情况下不能分离出来。”事实上若要描述分子的构象就必须

,,,

首先明确分子的构型

[6]

,

就象只有先确定分子的构造才能谈得上去探究分子的构型一样。例

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如我们能轻易地画出22氯22溴乙烷分子的典型构象之一———交叉式的透视式

,s11:

()

HH

Br

HCl

H

但其前提是知道分子中的两个碳原子均通过杂化轨道与其它四个原子成键。其中与

sp

3

,C

2

三个氢原子和相连而则还与、、相连此为构造。每个碳原子处于各自的四面体

C,CBrClH,

11

中心且所连的四个原子按构型排列。上述关系无论

,CSCC

1

σ

键怎么旋转均不会改变

,

这是该分子的构型。至于它在某一时刻的整体空间形象如何则取决于

CC

σ

键的旋转程

度或者说

,CC

σ

键的旋转改变的是该分子的整体空间形象这才是分子的构象。因此分

,,

子的构象必须以分子的构型为前提。鉴于、等键的旋转不足以引起分子空

CHCX

σ

间形象的改变故构象的完整定义应该是

,

[6,7]

:

具有一定构型的分子由于结合两个多价原子

(

的单键的旋转而呈现的一般可相互转变的空间形象。由此可知构造、构型和构象是分子

)()

,

结构不同层次上的描述。当分子中存在可旋转而改变整体空间形象的单键时一种构型必将

,

对应无数个构象否则一种构型就只对应一种构象即此构象在形象上与其构型相同而不能转

,

(

变如乙烯。

,

)

二、 关于差向异构体的概念问题

在有机化学中差向异构体的概念一般是在讨论单糖分子结构时提出的具有代表性的定

,,

义是

[1]

“含有多个手性碳原子的对映异构体相应的手性碳只有一个构型不同划3号者其

:,

()

余构型相同的两种糖称为差向异构体。”故当构型不同时称为差向异构体。例如

CC:

22

CHOCHO

HOOH

33

OHOH

OHOH

与

CHOHOH

22

CH

D-D-

22核糖22阿拉伯糖

()()

这一定义的不足主要表现在如下三个方面

:

说法含糊。既然是互呈对映异构体的两种糖怎么又有构型相同的手性碳原子或

1.,?

者既然只有一个手性碳的构型不同此两种分子能是对映异构体吗这是该定义在逻辑上缺

,,?

乏严谨性。

当单糖异构体之间仅是构型不同时虽然也可称为差向异构体有的教材甚

2.C,C

11

(

[7]

至以此作为差向异构体的全部定义但它却有另一名称———正位异构体或异头物。例如

)

,:

CHOHCHOH

22

OO

OHOH

HOOHHO

OH

33

与

OHOH

αβ

22葡萄糖22葡萄糖

DD

除、外仅因其它手性碳原子构型上的差异造成的异构体只能说是非对映体。例如

CC,,

12

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把2葡萄糖和2艾杜糖互称为差向异构体有何意义

DL?

CHOCHO

HOHO

OHOH

OHOH

33

OHHO

与

CHOHOH

22

CH

DL

2葡萄糖2艾杜糖

况且单糖的一个重要性质———差向异构化作用

,:

由于仅仅是“差向异构体”所具有在概念上与前述“差向异构体”存在明显差异。因此有的

C,

2

教材提出“一对只在—构型方面有不同的非对映体的醛糖称为差向异构体。”

[8,9]

:C2

为什么必须含有多个手性碳原子除糖外其它物质存在类似关系时能否称为差向异

3.?

构体上述定义均不能似乎也不想作出恰当的解释。必须指出差向异构化作用是相对于

?,

()

外消旋化作用提出的具有差向异构化作用的非对映体才能称为差向异构体。

,

[10]

某些含有手性碳原子的化合物在酸、碱、热等作用下容易发生部分构型的转化。当分子

,

中仅含一个手性碳原子时构型转化的结果是使原来体系的旋光度消失即外消旋化。例如

,,:

CHNHCHCHNHCH

2323

HOHHOH

HCHNHCH

32

HClHCl

+

θθθ

OHOHOH

OHOHOH

S+R-

22肾上腺素22肾上腺素

()()

处于这种构型转化平衡中的立体异构体互呈对映异构体的关系。而当处于平衡中的立体异构

体含有多个手性碳原子且构型的转化作用只在一个手性碳原子上发生时例如

,,:

CHCH

33

HNHCHHNHCH

HOHHOH

33

HNHCH

25%HCl25%HCl

+

CH

3

3

θθθ

D-L-

22麻黄碱22假麻黄碱

()()

H

处于平衡混合物中的异构体只能是非对映体在达到平衡时各异构体的含量一般不均等且呈

,,

旋光性。这种现象的异构化作用通常称为差向异构化作用处于平衡中的异构体互称为差向

,

异构体。故我们可以这样给出差向异构体的完整定义在酸、碱、热等条件下除一个手性中心

:,

发生构型改变外其余手性中心都相同的非对映异构体称为差向异构体。

,

总之通过上述三个方面问题的讨论笔者认为现行许多教材在阐述一些基本概念时仅

,,,,

30

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仅根据当时讨论问题的需要随意地缩小这些概念的内涵和外延给学生的深入学习人为地带

,,

来了一些不必要的障碍也使有机化学的某些概念造成了一定程度的混乱。故规范有机化学

,

中的概念是很有必要的也是完全可行的。

,

参 考 文 献

1,,1993:27,31;265

东北师范大学华南师范大学等合编1有机化学第三版1高等教育出版社上册下册

()()()

2

李自元主编1有机化学1南京大学出版社

3,,1981:69

季鸿昆吴骥陶等1有机化学上册1上海科学技术出版社

()

4:

南京大学化学系有机化学教研室1有机化学下册1北京人民教育出版社

()

5,,:,1989:115

谷享杰吴泳丁金昌编1有机化学1北京高等教育出版社

6,,1978:387

天津大学有机化学教研室华东石油学院有机化学教研室编1有机化学1人民教育出版社

7:,1986:328

陈桂春主编1有机化学1北京高等教育出版社

8[]R.T.,R.N.:,1983:900

美莫里森博伊德著1复旦大学有机化学教研组译1有机化学下册1北京科学出版社

()

)(

1北京师范大学出版社 陈光旭主编1有机化学②

,1990:2909

10:,1984:32,26

北京大学化学系编1有机化学词典1北京科学出版社

・会讯・

国家化学基地建设工作会议

年月～日国家教委高教司在郑州大学召开了“国家化学基地建设工作”研讨会。国家教委

199762124,

高教司理科处葛道凯处长就理科高等教育面向世纪的教育改革和基地建设有关问题讲了话。指出基地建

21

设的目的在于保护和加强基础学科为国家储备一批少而精、高层次的基础学科人才。基地建设的目标就是

,

要建立具有相对完备的、水平先进的教学实验实习基地。应拥有结构合理的师资队伍及配套的图书资料。基

地应成为国家和地区的学科领域的研究中心、学术交流中心和师资培训中心。

北京大学等所高校化学基地的负责人交流了各基地建设的情况、成功经验及存在的困难与问题。一

14

致认为基地的建设应培养一批具有竞争性的不亚于国际同类人才的、与研究生教学接轨的基础型人才。基

:

地建设应考虑覆盖面不仅化学专业受益并能辐射到学科群。各基地应注意教育思想和教育观念的转变积

,,,

极进行世纪教学改革的研究。注重培养学生的综合素质注重“基础知识、基本理论、基本技能”的教育。

21,

基地建设教师是关键各院校均选派优秀的具有丰富教学经验和较高研究水平的教师担任基地班的教学任

,

务对学生实行导师制。与会代表就以下几个问题达成共识

,:

对“国家基础科学人才培养基金”评估指标体系中有关项分值做了修正。希望对基地年拨款仍按

1.97

平均力度分配经费最好当年到位以便于基地建设和迎接国家教委的检查与评估。

,,

对基地检查与评估建议以交流会汇报形式。以便互通信息加强交流相互学习共同办好基地点。

2.,,,,

在基地招生与研究生保送方面为确保生源质量与会代表希望国家教委下发基地单独招生的文件。

3.,,

在师资问题上与会代表一致认为教师队伍的稳定性与后续性对于基地建设是至关重要的。呼吁增

4.,

加基地教师和管理人员编制。

代表们认为这次化学基地建设工作会议起到了互通信息增进往来相互借鉴的作用形成了一些重要

,,,,

的共识是一次非常成功的研讨会。并建议下次基地研讨会年在杭州大学召开。

,1998

(

郑州大学教务处

孙红、吴艳

)

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