立体效应—有机反应机理系列24

化学反应的立体化学进程是由过渡态的立体化学结构决定的。过渡态结构中原子或基团空间位置上的微小变化，可能引起过渡态能量的显著改变，从而影响反应的立体化学结果。影响过渡态空间结构的主要因素有立体效应和立体电子效应。下面我们主要介绍一下立体效应。

立体效应可以分为立体促进和立体障碍。组成分子的原子或基团在空间都占有一定的体积。如果达到过渡态时分子中的原子或基团相互靠得很近，就会产生立体障碍，过渡态的能量就会升高，反应速率就会下降。如果从反应物到过渡态，分子的立体张力有所缓和，就会产生立体促进，使过渡态的能量降低，反应速率提高。

1 立体障碍

从反应物到过渡态，分子的立体张力有所增加，就会产生立体障碍，使过渡态的能量升高，反应速率降低。

实例1

如三芳基甲基氯与脱氧胸苷的醚化反应是一个S_N1反应（卤代与叔碳相连）。3位的羟基位阻大，其参与反应时，过渡态中的各个基团更加靠近，会产生较强的立体障碍，所以过渡态能量很高，反应速率慢（选择性差）。而5位的羟甲基位阻小，其参与反应时，过渡态中的各个基团相对分散，产生的立体障碍影响有限，所以过渡态能量较低，反应速率快（选择性好）。

实例2

反应物3-位上有一处于直立键的甲基，如果还原剂从直立键方向进攻，与3-位上的甲基将会靠得很近，从而产生立体障碍。

实例3

虽然反应物3，5位上直立键基团都是体积小的氢，但还原剂分子中引入了三个乙基，使其体积增加，从直立键方向进攻同样会与3，5位上的直立氢产生立体障碍。

实例4

产生立体障碍有多方面的原因，某些情况下可能以一种原因为主，在另一些场合，别的原因可能又起主要作用。必须具体问题具体分析。用LiAH₄还原4-叔丁基环己酮时，试剂主要从直立键方向进攻，生成羟基处于平伏键的产物，这显然与我们常规的判断原则相悖。有人提出用重叠效应(eclipsing effect）和扭曲效应(torsional effect）来解释无位阻酮还原的立体选择性。

重叠效应主要考虑试剂从平伏键方向进攻时，会与2，6位上直立键氢处于重叠式，使过渡态能量升高。对于无位阻的酮的还原，这种影响有时会超过从直立键方向进攻时与3，5位上直立键氢的立体障碍。

扭曲效应是指当试剂从平伏键方向进攻羰基时，C—O键在转变为直立键的过程中，与2，6位上处于平伏键的C—H键二面角会变小，直至为零，因而会产生扭曲张力。若试剂从直立键方向进攻就不会产生这种张力。

2 立体促进

如果从反应物到过渡态，分子的立体张力有所缓和，就会产生立体促进，使过渡态的能量降低，反应速率提高。

实例5

这是因为反应物与R相连的碳为sp³杂化，当R的体积较大时，与OPNB(对硝基苯甲酸基)存在较强的立体张力。反应过程中随着OPNB的离去，生成正碳离子，与R相连的碳转变成sp²杂化，立体张力得到缓解，就会产生立体促进，因而反应速率随R的体积增加而增加。