有机化学第6章手性分析

1、2022-2-81第第6章章 手性分析手性分析光学活性、立体异构、对映体、非对映体光学活性、立体异构、对映体、非对映体手性中心手性中心 绝对构型（绝对构型（R、S）赤式和苏式赤式和苏式拆分拆分2022-2-82异构现象异构现象 构造异构构造异构 立体异构立体异构 骨架异构骨架异构 官能团异构官能团异构 官能团位置异构官能团位置异构 构型异构构型异构 构象异构构象异构 顺反异构顺反异构 对映异构对映异构2022-2-83( 一）一） 对映异构体和手性对映异构体和手性 :1. 对映异构体对映异构体 (enantiomers):如两个分子具有对映，而不能如两个分子具有对映，而不能重叠的关系，为对映异

2、构体。重叠的关系，为对映异构体。一一. . 对映异构现象对映异构现象(Enantiomerisms):2022-2-842. 有对映异构体的分子被称为手性分子有对映异构体的分子被称为手性分子 (Chiral Molecular)CIClHBrCIHClBr手性分子(chiral molecule)CClHCH3CH3HCClCH3CH3非手性分子(achiral molecule)不重合不重合重合重合mirror2022-2-85 3. 如何判断分子是否是对映异构体如何判断分子是否是对映异构体:a. 手性碳（手性碳（Chiral Center）CZXYW*b. 分子中是否分子中是否 含有对称因

3、素含有对称因素：1。 对称面：对称面：2。 对称轴：对称轴：3。对称中心：。对称中心：一个分子如具有对称面一个分子如具有对称面, , 或对称中心或对称中心, , 或对称轴或对称轴, , 则这个分子无则这个分子无手性手性-非手性分子非手性分子(Achiral molecule)2022-2-86判别手性分子的依据判别手性分子的依据有有反轴反轴无无手性手性旋转旋转+ +反映（射）反映（射）反轴反轴( (S Sn n) )（或更迭（或更迭对称轴，或旋转对称轴，或旋转反射轴）反射轴）有有对称中心对称中心无无手性手性反演反演对称中心对称中心( (i i) )（或反演中心）（或反演中心）不能作为区别手性的

4、不能作为区别手性的依据依据旋转旋转对称轴对称轴( (C Cn n）有有对称面对称面无无手性手性反映（射）反映（射）对称面（对称面（ ）判别手性的依据判别手性的依据对称操作对称操作对称元素对称元素n2n2S S1 1 = = S S2 2 = = i i2022-2-87许多许多含有手性中心的分子不是手性的含有手性中心的分子不是手性的.(.(例外例外: meso)许多许多手性分子不含有手性中心手性分子不含有手性中心.(.(例外例外: : 联苯型联苯型, , 丙二烯型丙二烯型) ) 手性中心的存在与否不是手性中心的存在与否不是唯一唯一判断手性分子的标准判断手性分子的标准2022-2-88(二）二）

5、 对映异构体的表示法：对映异构体的表示法：Fischer Projection： 把立体的结构式用平面表示出来把立体的结构式用平面表示出来向前向前-横向横向向后向后-纵向纵向2022-2-89R/S标记法（标记法（Designation of R/S）：）：将与手性碳相连的四个原子或基团按将与手性碳相连的四个原子或基团按次序规则次序规则排列出排列出基团的大小基团的大小abcd，将最小的基团，将最小的基团d离观察者最远。离观察者最远。其它三个基团按其它三个基团按abcbc的顺序。如果是顺时针，称的顺序。如果是顺时针，称为为R（Rectus拉丁文拉丁文“右右”字的字首）构型；逆时针，字的字首）构型

6、；逆时针，称为称为S（Sinister拉丁文拉丁文“左左”字的字首）构型。字的字首）构型。 bcdabcdabcdaabdcCCR构型 S构型2022-2-810Sequence rules1. Higher atomic mass receives higher priority2. What if two substituents have the same rank when we consider the atoms directly attached to the stereocenter? In such a case, we proceed along the two respe

7、ctive substituent chains until we reach a point of difference.3.Double and trip bondCH2CH2CH3HCH2SHCH2CH2CH3HCH2SCH3HHRROHOOHHHRCCCCRCCC OO CHC OO COH2022-2-8114. 取代基互为对映异构体时，取代基互为对映异构体时， R 构型优先于构型优先于S 构型构型 取代基对几何异构体时，顺式取代基对几何异构体时，顺式 （Z) 优先于反式优先于反式 (E)确定确定R, S 构型的方法：右手法法则构型的方法：右手法法则伸开右手伸开右手,大拇指和其余四指

8、垂直大拇指和其余四指垂直,且在同一平面内且在同一平面内,让大拇指指向最小基团让大拇指指向最小基团, 四指所指弯曲方向如果是四指所指弯曲方向如果是其余三基团从大到小排列的方向，则分子的对映异其余三基团从大到小排列的方向，则分子的对映异构体构型为构体构型为R型，反之，为型，反之，为S型型. 2022-2-812问题问题 3-3 用R/S法标示下列各化合物的构型：(1)(2)ClCH2ClCH3CH(CH3)2CH2=CHHBrCH2CH3(H3C)2HC C CH2CH2OHClBr(3)2022-2-813含有两个相同手性碳原子的化合物含有两个相同手性碳原子的化合物 Molecule conta

9、ining two equivalent chiral centers 如果分子内有如果分子内有n个不同的手性碳，立体异构体的数目个不同的手性碳，立体异构体的数目应是应是2 n（n为正整数）。为正整数）。 含有两个相同手性碳的分子都只有三个立体异构体含有两个相同手性碳的分子都只有三个立体异构体: :一对对映体和一个内消旋体一对对映体和一个内消旋体（meso） 。 HOHCOOHHOHCOOHNumber of stereoisomers = 3 ？2022-2-814含有两个手性碳原子的化合物H3CCH3ClHHBrCH3CH3ClHH3CCH3HClHBrCH3CH3HClHBrHBr23s

10、s(2s,3s)-2-Bromo-3-chlorobutane(2s,3R)-2-Bromo-3-chlorobutaneBrHCH3CH3HClBrHCH3CH3ClHHBrH3CCH3HClHBrH3CCH3ClH23(2R,3R)-2-Bromo-3-chlorobutane(2R,3S)-2-Bromo-3-chlorobutaneEnantiomersEnantiomersDiastereomers2022-2-8152022-2-816COOHHOHCOOHHOHCOOHHOHCOOHHOHCOOHHOHCOOHHOHCOOHHOHCOOHHOHI II III IV(2R,3R)

11、-(+)- (2S,3S)-(-)- (2R,3S)- (2S,3R)- 2022-2-817(i)(ii)(iii)(iv)(2R,3R)-(-)-赤藓糖赤藓糖 (2S,3S)-(+)-赤藓糖赤藓糖 (2S,3R)-(+)-苏阿糖苏阿糖 (2R,3S)-(-)-苏阿糖苏阿糖HOCH2-CH(OH)-CH(OH)-CHO(i)(ii) 对映体，对映体，(iii)(iv) 对映体。对映体。(i)(iii), (i)(v), (ii)(iii), (ii)(v)为非对映体。为非对映体。CHOCH2OHOHOHHHRRCHOCH2OHHHHOHOSSCHOCH2OHHHOOHHSRCHOCH2OHO

12、HHHHOSR2022-2-818分析烯烃的亲电加成（与Br2）H3CHHCH3Br2CCl4BrBrH3CHHCH3BrBrH3CCH3HH(2R, 3R)-2,3-Dibromobutane(2S, 3S)-2,3-Dibromobutane+H3CCH3HHBrBrHH3CHCH3Br2CCl4+BrBrHCH3HH3Cmeso-2,3-dibromobutaneBrBrSN22022-2-819问题:下列各组化合物是什么关系（相同的，对映体、非对映体） (2)(1)COOHHCH3OHHOHHOHHOHCOOHCH3CH3BrHCH3HBrBrHBrHCH3CH3和和和和ClCH3HC

13、lHC2H5CH3C2H5HClHCl(3)(4)CH3HOHHCH3OHOHCH3HOHHCH32022-2-820环状化合物的立体异构环状化合物的立体异构 顺反异构顺反异构对映异构对映异构H3CCH3CH3CH3CH3CH3c2c2RRSSRS2022-2-821ClClClClCl ClSSRR2022-2-822不含手性碳原子的化合物的立体异构不含手性碳原子的化合物的立体异构 v 丙二烯丙二烯( (联烯联烯) )型化合物型化合物v 联苯型化合物联苯型化合物v 环外双键型化合物环外双键型化合物v 螺环螺环v 含含C2C2轴（轴（BINAPBINAP）H2022-2-823CCCHHHHC

14、CCHCH3CH3HCCCCH3CH3CH3HH3CHCH3CH32022-2-824As a rule, an activation energy barrier of 16 to 19 kcal/mole is required to prevent spontaneous room temperature racemization of substituted biphenyls 2022-2-825X1X2X3X4C原子与原子与X1（或（或X3）的中心）的中心距离和距离和C原子与原子与X2 （或（或X4）的中心距离之和超过的中心距离之和超过290pm，那么在室温，那么在室温（25oC）

15、以下，这个化合）以下，这个化合物就有可能拆分成旋光异物就有可能拆分成旋光异构体。构体。单位：单位：pmC-H （104） C-CH3（150） C-COOH（156） C-NO2（192） C-NH2 （156） C-OH （145） C-F （139） C-Cl （163) C-Br （183） C-I （200）联苯型的旋光异构体联苯型的旋光异构体2022-2-826NO2COOHNO2COOHCOOHNO2NO2COOH2022-2-827NO2NO2CH3C-NO2 与与 C-NO2 384pm C-NO2 与与 C-CH3 365pm由于位阻太大引起的旋光异由于位阻太大引起的旋光异构

16、体称为构体称为位阻异构体。位阻异构体。2022-2-8282022-2-829一个双键与一个环相连（一个双键与一个环相连（1909年拆分）年拆分）螺环形螺环形HH3CHCOOHHH3CHCOOH D = 81.4o ( 乙醇乙醇 )252022-2-830n=8，可析解，光活体稳定。，可析解，光活体稳定。n=9，可析解，可析解， 95.5oC时，半衰期为时，半衰期为444min。n=10，不可析解。，不可析解。把手化合物把手化合物(CH2)nHOOC2022-2-831n=4m=4可析解可析解43oCn=8半衰期半衰期170min。(CH2)n(CH2)mCOOHCOOHHOOC(CH2)nO

17、O2022-2-832CH3CH3H3CCH2COOH蒄（无手性）蒄（无手性）六螺并苯（有手性）六螺并苯（有手性）有手性面的旋光异构体有手性面的旋光异构体2022-2-833Methods for obtaining chiral non-racemic compounds1) Chiral pool2) Chiral resolution technique3) Chiral auxiliary methodology4) Asymmetric catalysisa) enzymatic catalysisb) chemocatalysismetal-mediated catalysismetal-free catalysis (organocatalysis)2022-2-834Resolution 的依据:(1). Di