雙烯的光學活性 Optical activity in Allenes

有機化學的基礎166

1.      在內消旋化合物meso compound中，分子有對掌中心，是非對掌性的（不同異構物彼此並不是互為鏡像），沒有光學活性。

2.      相反地，有一種不常見但可能發生的情形，分子沒有四角錐體的碳原子對掌中心，它是對掌性的，有光學活性的。

3.      舉例來說，二個「2,3戊雙烯 2,3-pentadiene」異構物分子是不能夠重疊的，而且彼此是互為鏡中的影像。因此它們是「鏡像異構物enantiomers」，有「光學活性optically active」。

「2,3戊雙烯 2,3-pentadiene」的「甲基CH3」用黑色球體代表。

4.      有光學活性的對掌性分子，絕對不可以有「把分子結構切割成兩兩對稱的鏡面」，很明顯地，「2,3戊雙烯 2,3-pentadiene」沒有這樣的平面。

「2,3戊雙烯 2,3-pentadiene」用球體與棍棒結構表現。

5.      因此，我們應該要檢查分子本身有沒有對稱性，因為這是判斷它是不是對掌的關鍵。

6.      實際上，要發現由「碳」原子組成的四角錐體的對稱位置，比分辨非四角錐體的分子，來得容易的。

n   翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. Whitesell《Organic Chemistry》

 

徐弘毅：

1.      內消旋化合物「2,3-二溴丁烷 2,3-dibromobutane」有2個對掌中心，因為這個分子可以從中找到一個「鏡面」切出左右對稱的兩半（化學鍵可以旋轉），所以它是非對掌性的，沒有光學活性。

2.      「2,3戊雙烯 2,3-pentadiene」沒有辦法找到切出左右對稱的「鏡面」，因為雙烯腰部3個碳組成的骨架，是無法旋轉的雙鍵，所以，兩端的「甲基」沒有辦法透過旋轉的方式調整成對稱的樣子。

3.      雙烯兩端的「甲基」，為什麼不會剛好兩兩相對，變成對稱的分子？

4.      因為這樣一來，兩端的甲基太靠近，會產生凡得瓦斥力，增加「環張力steric interactions」，會造成分子結構不穩定，而且某些化學鍵並排重疊，也會有電子的斥力，增加扭張力torsional strain，同樣造成分子結構不穩定，總而言之，甲基兩兩相對的分子結構，並不穩定。

5.      所以，「2,3戊雙烯 2,3-pentadiene」兩端的「甲基」會錯開位置，以追求最大的穩定度。這樣一來，就不可能出現左右對稱的結構。

6.      「2,3戊雙烯 2,3-pentadiene」為了追求最大的穩定度，調整二個甲基錯開的角度，最低能量的角度應該是固定的。同一個角度可以有二種甲基組合，剛好構成二個互為鏡中影像的鏡像異構物。