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4.10 : 氮、磷和硫的手性

手性在碳基四面体化合物中最为常见,但这一分子对称性的关键特征也扩展到 sp3 杂化的氮、磷和硫原子中心,包括具有孤对电子的三价分子。 在这些分子中,除了其他三个取代基之外,孤对电子还充当官能团,形成类似的手性四面体中心。

手性的存在引出了对映体拆分的需求。虽然在理论上所有手性胺的对映体都可能拆分,但在实际操作中,分离大多数手性胺的对映体非常困难。 这是由于氨分子中的锥体或氮反转现象,即对映体在室温下可以通过大约 25 kJ/mol 的低势垒轻松相互转化。简而言之,当对映体经过过渡态反转时,中心氮原子发生sp2杂化,其孤对电子对占据p轨道。 因此,不含孤对电子的季铵盐不会出现这种现象,并且这种季铵盐可以拆分成单独的(相对稳定的)对映体。 此外,sp3杂化的磷和硫化合物虽然有孤对电子,但由于具有很高的相互转化势垒,其对映体拆分是可行的。

回顾一下,对映体是不可叠加的镜像分子,因此它们是不同的化合物,具有独特的特性。 手性氮、磷和硫中心的命名法与手性碳中心的命名法类似。命名过程遵循 Cahn-Ingold-Prelog 规则(R-S 系统),涉及三个步骤。 这三个步骤与碳中心相同:为取代基分配优先级、将最低优先级取代基置于远离观察者的方向,以及确定手性中心其他三个基团的优先顺序是否为顺时针或逆时针。

然而,在具有孤对电子的手性中心中,孤对电子总是被赋予最低优先级,类似于系统中没有孤对电子时的氢原子。因此,分子需旋转至孤对电子远离观察者的方向。与碳一样,如果一二三序列是顺时针方向,则手性中心是 R 构型,如果序列是逆时针方向,则手性中心是 S 构型。

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ChiralityNitrogenPhosphorusSulfurCarbon based Tetrahedral CompoundsMolecular SymmetrySp3 hybridized NitrogenTrivalent MoleculesLone PairFunctional GroupTetrahedral CenterEnantiomeric ResolutionChiral AminesPyramidal Or Nitrogen InversionInterconversion BarrierTransition StateP OrbitalAmmonium SaltsQuaternary Chiral SaltsSp3 Phosphorus CompoundsSp3 Sulfur Compounds

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