E/Z 构型
/ E and Z /
碳碳双键是僵硬的——与单键不同,你无法在不打断 π 键的情况下绕它自由旋转。这种僵硬把双键两端锁在原位,所以连在上面的基团被冻结在双键的同一侧或相反两侧。这就产生两个不同的分子,化学家需要清晰的名字来区分它们。
当双键的每个碳都带着一个氢和一个明显的基团时,旧标签 cis(同侧)和 trans(异侧)用着很顺手,但当四个位置都连着不同基团时它们就失灵了——和什么同侧?E/Z 系统用卡恩-英戈尔德-普雷洛格规则解决了这个问题。在双键的每个碳上,按 CIP 优先级给它连着的两个基团排序。若两个较高优先级的基团(每个碳各出一个)位于相反两侧,该烯烃就是 E(源自德语 entgegen,「相反」)。若位于同一侧,就是 Z(源自 zusammen,「一起」)。一个简单的记忆口诀:「Z = ze zame zide(同一侧)」。
E/Z 是指定双键几何的严谨、通用的方式,出现在像 (2Z,4E)-己二烯醛这样的整套 IUPAC 名称中。这种几何并非装饰:它改变分子的形状、极性和生物学。脂肪酸的顺式和反式形态在体内的行为大相径庭,而视黄醛中烯烃在光驱动下从顺式翻转为反式,正是视觉的第一个化学事件。
在 2-丁烯 CH3-CH=CH-CH3 中,顺式把两个甲基放在同一侧(这是 Z,因为每个碳上 CH3 都优先于 H),反式把它们放在相反两侧(E)。这里 cis 对应 Z、trans 对应 E,但一旦四个基团变得更复杂,这种巧合就不成立了。
E/Z 由 CIP 优先级决定,因此即使 cis/trans 变得含糊它仍然适用。
不要以为 Z 总等于 cis、E 总等于 trans。它们只在简单情形下一致;当有四个不同取代基时标签可能反过来,因为 E/Z 比较的是 CIP 优先级,而 cis/trans 大致比较「同类」基团。拿不准时,就排优先级、用 E/Z。