立体有机化学整理课件

1、任务：任务：立体化学静态立体化学 动态立体化学 讨论分子的立体形象及与物理性讨论分子的立体形象及与物理性 质的关系等。质的关系等。讨论分子的立体形象对化学反应讨论分子的立体形象对化学反应性的影响及产物分子和反应物分性的影响及产物分子和反应物分子在立体结构上的关系等。子在立体结构上的关系等。 原子在分子内的原子在分子内的空间空间位置；位置； 在反应中，分子内或分子间的原子重新组合，在在反应中，分子内或分子间的原子重新组合，在空间空间上的上的 要求条件和变化过程如何？及由此如何决定产物分子中各要求条件和变化过程如何？及由此如何决定产物分子中各 原子的原子的空间空间向位？向位？ 一、范畴一、范畴 1

2、797年年 法国化学家法国化学家Proust（普卢斯特）提出定比定（普卢斯特）提出定比定律之后，人们便认律之后，人们便认为为具有相同组成的化合物，便具有相同具有相同组成的化合物，便具有相同的性质的性质，这一错误观点直到，这一错误观点直到1822182218261826年间才被新的发现年间才被新的发现所否定。这就是：所否定。这就是： W hler（魏勒（魏勒 德国化学家）德国化学家） Liebig（李比希（李比希 德国化德国化学家）分别证实了异氰酸（学家）分别证实了异氰酸（HNCOHNCO）和雷酸（）和雷酸（HONCHONC）；异氰）；异氰酸银（酸银（AgNCOAgNCO）和雷酸银（）和雷酸银（

3、AgONCAgONC）。）。 1848年年 Pasteur（巴斯德（巴斯德 法国化学家）在显微镜下用法国化学家）在显微镜下用镊子将外消旋酒石酸拆分成右旋和左旋酒石酸。镊子将外消旋酒石酸拆分成右旋和左旋酒石酸。 三三. . 立体结构在有机化学研究中的重要性立体结构在有机化学研究中的重要性1.1.生物活性分子的立体异构与药性生物活性分子的立体异构与药性1.1 天然产物天然产物结构及其生理活性结构及其生理活性1.2 合成药物合成药物结构与活性结构与活性天然产物结构与活性天然产物结构与活性Science, 143, 474 (1964); 144, 1100 (1964)Tetradotoxin河豚毒

4、素河豚毒素OOOHOHHO10NHNHNH2213456711OH9HO8河豚毒素河豚毒素在医疗上用于治疗在医疗上用于治疗癌症癌症、镇痛镇痛、止喘、镇痉、止痒止喘、镇痉、止痒，对痢疾对痢疾杆菌杆菌、伤、伤寒杆菌、寒杆菌、葡萄球菌葡萄球菌、链球菌链球菌、霍乱霍乱弧菌弧菌均有抑制作用，可以均有抑制作用，可以防治防治流感流感。国际市。国际市场上，结晶纯河豚毒素高达场上，结晶纯河豚毒素高达1717万美元万美元/ /克克。C9 ：S-构型构型 剧毒剧毒 R-构型构型 毒性小毒性小蝾螈蝾螈 天然产物结构与活性天然产物结构与活性Tetrahedron, 42, 89 (1986)十几种立体异构体中活十几种立

5、体异构体中活性最高者性最高者 植物黄花蒿植物黄花蒿 中的抗疟有效成分中的抗疟有效成分 青蒿素青蒿素青蒿素青蒿素OH3COOOCH3HCH3OHH Acta. chim. sinical, 40, 557(1982) Acta. pharm. sinical, 19, 81(1984)我国独立创制的新药我国独立创制的新药青蒿素青蒿素OH3COOOCH3HCH3OHHOH3COOOCH3HCH3OCH3HH蒿甲醚蒿甲醚衍生化衍生化天然产物结构与活性天然产物结构与活性天然产物结构与活性天然产物结构与活性JACS, 114, 3475 (1992) ;TL, 34, 3251 (1993);TL, 3

6、4, 4477 (1993).EpibatidineHNNClH呃瓜多尔呃瓜多尔三三色色蛙蛙毒液成份毒液成份镇痛作用是吗啡镇痛作用是吗啡的的200-500倍倍天然产物结构与活性天然产物结构与活性 OOHHOOHOAcBzOHAcOOOONHBzPh紫杉醇紫杉醇TaxolChem. & Eng. News, 69, 11(1991)Holton, R.A., JACS, 116, 1597(1994)Nicolaou, K.C., JCS, (1994)JACS, 117, 624(1995)天然抗癌剂天然抗癌剂，广泛地用于治疗广泛地用于治疗子宫癌、子宫癌、乳腺癌和肺癌乳腺癌和肺癌;紫杉树中仅含

7、紫杉树中仅含0.1%;该树木生长十分缓慢。该树木生长十分缓慢。紫杉（紫杉（红豆杉红豆杉 ）天然产物结构与活性天然产物结构与活性OH3COOOOHCH3辛伐他汀辛伐他汀Synthesis, 1014(1995)真菌提取物真菌提取物,降血脂，降胆固醇，预防和治疗冠心降血脂，降胆固醇，预防和治疗冠心病、动脉粥样硬化病、动脉粥样硬化28亿亿$/年售最畅销年售最畅销2/25Simvastatin真菌真菌天然产物结构与活性天然产物结构与活性NNOOOOH20喜树碱喜树碱Camptothecin喜树中分离出的抗癌物喜树中分离出的抗癌物主产中国主产中国喜树喜树具有具有抗癌抗癌、散结散结、破血化瘀破血化瘀等等功

8、效，用于多种肿瘤功效，用于多种肿瘤胃癌胃癌、肠癌、绒毛膜上皮癌、淋巴、肠癌、绒毛膜上皮癌、淋巴肉瘤等的治疗、康复。肉瘤等的治疗、康复。手性中心手性中心C20 (S)-构型构型有有效效 (R)-构型构型无无效效天然产物结构与活性天然产物结构与活性OSNMeOOHR(H,Me)MeOHOOMeEpothilones A-F埃坡霉素埃坡霉素可能比可能比Taxol更有效的抗癌药物更有效的抗癌药物Science, 287, Jan. 28(2000)能能强烈抑制乳腺癌强烈抑制乳腺癌、直肠癌直肠癌等细胞株等细胞株 ,其抗癌机制紫杉醇其抗癌机制紫杉醇 (taxol)相类似相类似,把该把该产物归为抗肿瘤抗生素

9、之行列也是可产物归为抗肿瘤抗生素之行列也是可行的。它干扰癌细胞分裂繁衍行的。它干扰癌细胞分裂繁衍 ,具有具有广广谱抗癌谱抗癌效果效果 ,并有良好的水溶性并有良好的水溶性 ,对那对那些耐紫杉醇的癌细胞具有高的活性些耐紫杉醇的癌细胞具有高的活性 。黏细菌、黏球菌黏细菌、黏球菌纤维堆囊菌纤维堆囊菌 (HOCH2 )天然产物结构与活性天然产物结构与活性actinomycete放射菌放射菌红霉素红霉素Erythromycin Azithromycin阿奇霉素阿奇霉素（1）对映体）对映体药效药效差别大差别大合成药物合成药物ArC*CH3COOHHJACS, 100, 5833(1988)Ar 药效药效S/

10、R=36S/R=29NaproxenIbuprofenMeOi-Bu合成药物合成药物（2）对映体）对映体药效药效相反相反NHNHCH*C2H5i-BuMeOOOAnn. Rev. Pharmacol. Toxical, 21, 83(1981)巴比妥酸盐巴比妥酸盐S () 催眠镇痛催眠镇痛R (+) 兴奋剂，兴奋剂，引起惊厥和痉挛引起惊厥和痉挛(3) 对映体对映体之一有严重之一有严重毒副作用毒副作用合成药物合成药物NOO*NHOO镇静剂（孕妇用）镇静剂（孕妇用）R和和S都有效都有效S-S-有严重胎毒性致畸性有严重胎毒性致畸性（2万多婴儿畸形）万多婴儿畸形）Thalidomide(反应停）反应停

11、）Drug Res, 29, 1640 (1979)（4）对映体之间）对映体之间药理作用药理作用不同不同合成药物合成药物ONHOHS-治疗心脏病治疗心脏病R-男性避孕药男性避孕药Propanolol (S-心得安）心得安）Chem. in britain, 847 (1988)（5）两种对映体两种对映体协同作用协同作用合成药物合成药物OClClSHOOCO混合使用，可避免血混合使用，可避免血中尿酸过高引起心血中尿酸过高引起心血管病、肾脏病、风湿管病、肾脏病、风湿疼痛等疾病。疼痛等疾病。Indacrynic Acid(+) 利尿利尿 () 促进尿促进尿酸排泄酸排泄二、其他精细化学品光学异构体的生

12、物活性差别二、其他精细化学品光学异构体的生物活性差别Paclobutrazol(2R,3R)-杀菌剂杀菌剂(2S,3S)-植物生长调节剂植物生长调节剂CH*NNNH2CCH*t-BuOHCl23二、其他精细化学品光学异构体的生物活性差别二、其他精细化学品光学异构体的生物活性差别*OHMe Sucatol(甲虫聚集信息素）甲虫聚集信息素）JCS, Perkin Trans.1. 69 ( 1982 )100%S-无活性无活性65%S+35%R活性最大活性最大二、其他精细化学品光学异构体的生物活性差别二、其他精细化学品光学异构体的生物活性差别*HO香料香料 R-(-)-薄荷香薄荷香 S-(+)-霉

13、味霉味O*NH2OHNH2O天冬酰胺天冬酰胺,非糖甜味剂非糖甜味剂(S)-甜味甜味(R)-苦味苦味Sciense, 172, 1043 ( 1971 ) 第一章第一章 基本概念基本概念立体异构立体异构 构造相同构造相同,分子中原子或基团在空间的排列方式不同。分子中原子或基团在空间的排列方式不同。 几何异构 因共价键旋转受阻而产生的立体异构。构象异构 因单键“ 自由” 旋转而产生的立体异构。CH3HHCH3HHHCH3HHHCH3CH3CH3旋光异构 因分子中手性因素而产生的立体异构。CH3CC2H5BrClCCH3ClC2H5BrCCH3ClBrH5C2C=CC=Caabbaabbaaaabb

14、bb(cis )_顺式(trans )_反式(trans )_反式(cis )_顺式C=CabcdC=Cabcdabcd( Z )( E )C=CC=CC=CC=CHHC6H5HHCH3HC6H5HHHCH3C=CC=CC=CC=CHHC6H5HHCH3HC6H5HHHCH31_1,3_苯基_戊二烯顺 , 顺_(1Z , 3Z)1_1,3_苯基_戊二烯_1_1,3_苯基_戊二烯反 , 顺_(1E , 3Z)1_1,3_苯基_戊二烯_1_1,3_苯基_戊二烯顺 , 反_(1Z , 3E)1_1,3_苯基_戊二烯_1_1,3_苯基_戊二烯反 , 反_(1E , 3E)1_1,3_苯基_戊二烯_C=

15、NC=NC6H5CH3C6H5CH3OH:OH:N=NHOOHN=NHOOH:( Z )_苯乙酮肟( E )_苯乙酮肟( Z )_4 , 4_二羟基偶氮苯( E )_4 , 4_二羟基偶氮苯C2H5CH3CH3C2H5HHHH顺_ _4_ _1甲基乙基环己烷反_ _4_ _1甲基乙基环己烷C=CC=CHCH3CH3COOHHCH3CH3COOH2_丁烯酸顺_反_ _2甲基2_丁烯酸_ _2甲基2_丁烯酸_ _2甲基2_丁烯酸_ _2甲基(Z)(E) 构象异构构象异构 构象异构产生的原因：构象异构产生的原因： 由于以由于以键键 连接的两个原子可以相对的自由旋转，连接的两个原子可以相对的自由旋转，

16、从而使分子中的原子或基团在空间有不同的排布方式。从而使分子中的原子或基团在空间有不同的排布方式。 一、一、 乙烷的构象乙烷的构象 在乙烷分子的无数个构象异构体中，其两个典型的构在乙烷分子的无数个构象异构体中，其两个典型的构象异构体（又称极限构象异构体）可表示如下：象异构体（又称极限构象异构体）可表示如下： 烷烃的构象烷烃的构象HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH三维结构三维结构锯架式结构HHHHHHHHHHHH纽曼( Newman )投影式重重叠叠式式构构象象交交叉叉式式构构象象 乙烷分子不同构象的能量曲线如下图所示：乙烷分子不同构象的能量曲线如下图所示：-060120180240

17、300360E E旋旋转转角角度度能能量量1 12 2. .6 6 k kj j. .m mo ol l- -1 1 由此可见，交叉式构象的能量较低，故较为稳定由此可见，交叉式构象的能量较低，故较为稳定。 环己烷及取代环己烷的构象环己烷及取代环己烷的构象一、环己烷的构象一、环己烷的构象0.18 nm1234561 12 23 34 45 56 6H HH HH HH HH HH HH HH H 船船 式式 构构 象象a ae e键键键键椅椅 式式 结结 构构 环己烷的六个碳原子构成两个平面；环己烷的六个碳原子构成两个平面； 六个六个a、e键分别为三上三下；键分别为三上三下； 同一碳原子同一碳原

18、子若若a键在上，键在上，e键必然在下；键必然在下； 123456 a、e 键可以相互转化键可以相互转化。 二、取代环己烷的优势构象二、取代环己烷的优势构象 1.1.一取代环己烷一取代环己烷 1 12 23 34 45 56 6H HH HH HH HC CH H3 3H HH HH HC CH H3 3C CH H3 31 11 12 22 23 33 34 44 45 55 56 66 61 12 23 34 45 56 6H HC CH H3 3非非键键张张力力大大 结论：取代基处于结论：取代基处于e 键稳定。键稳定。 2. 2.二取代环己烷二取代环己烷 (1) 1,2-二取代环己烷二取代

19、环己烷H HC CH H3 3H HC CH H3 3112233445566H HC CH H3 3C CH H3 3H HH HC CH H3 3H HC CH H3 311233445566H HC CH H3 3C CH H3 311233445566H HH HC CH H3 3C CH H3 3112233445566H HC CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3顺顺 式式 ：反反 式式 ：a a、e e键键a a、e e键键a a、a a键键e e、e e键键 当有两个不同的取代基时，大的取代基处于当有两个不同的取代基时，大的取代基处于e键稳定。键

20、稳定。 结论结论: 稳定性稳定性 反式反式 顺式。顺式。 (2) 1,3-二取代环己烷二取代环己烷H HC CH H3 3H HC CH H3 3112233445566H HC CH H3 3C CH H3 3H H顺顺 式式 ：a a、a a键键e e、e e键键H HC CH H3 3H HC CH H3 3112345566H HC CH H3 3H HC CH H3 3112345566H HH HC CH H3 3H HC CH H3 3112233445566H HC CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3反反 式式 ：a a、e e键键a a、e

21、e键键 结论结论: 稳定性稳定性 顺式顺式 反式。反式。 练习练习: 1. 试写出试写出1,4-二甲基环己烷顺反异构体的构象异构体二甲基环己烷顺反异构体的构象异构体,并比较其稳定性。并比较其稳定性。 2.2.写出下面化合物的优势构象。写出下面化合物的优势构象。 C CH H3 3H HC C2 2H H5 5H HH H( (C CH H3 3) )2 2C CH HCH3CHCOOHOH从肌肉中得到的肌肉乳酸+ 3.82。葡萄糖发酵得到的乳酸3.82。酸牛奶中得到的乳酸0。来 源旋 光 性羟基丙酸 ( 乳酸 )同为乳酸，为什么会具有不同的光学性质呢？同为乳酸，为什么会具有不同的光学性质呢？S

22、ome chiral objects in our life 分子式相同，构造式相同，但对偏振光的分子式相同，构造式相同，但对偏振光的旋光度不同，而这两种乳酸是互为物体和镜旋光度不同，而这两种乳酸是互为物体和镜面关系的立体异构体面关系的立体异构体 象这种分子式相同，构造式相同，构型不象这种分子式相同，构造式相同，构型不同互呈镜像对映关系的立体异构现象成同互呈镜像对映关系的立体异构现象成为为对对映异构，由于它们异构体之间的旋光性能不映异构，由于它们异构体之间的旋光性能不同，故又称旋光异构，光学异构。同，故又称旋光异构，光学异构。 一、平面偏振光及旋光性 什么叫平面偏振光借助于尼克尔（Nicol）

23、棱镜把普通光变为平面偏振光 旋光度 CH3HOHCOOHHOOCOHCH3H右旋(+) +左旋（-）=3.8普通光棱镜= - 3.8二、比旋光度二、比旋光度1、旋光度、旋光度旋光物质使偏光振动平面旋转的角度，用 表示 右旋：+ 左旋 2、影响 的因素 化合物的本性 浓度， 与浓度成正比 旋光管的长度L成正比 与溶剂有关 与温度有关 与光源有关 通常用钠光 589.3nm.用D表示 为了能比较物质的旋光性为了能比较物质的旋光性规定：规定：1ml含1g旋光性物质浓度的溶液，放在1dm(10cm)长的盛液管中测得的旋光度称为该物质的比旋光度。用 t表示t为温度，为波长 20D=+3.8. (从肌肉中

24、产生的乳酸) 20D=-3.8. (从酸牛奶中产生的乳酸) 20D /l(dm)*c(g/ml) = /l*c问题：问题：1、为什么有的物质具有旋光性，而有的物质不具有旋光性？2、为什么旋光物质存在对映异构现象？3、旋光性和对映异构与分子结构有什么关系？ Section 2 对映异构现象与分子结构的关系对映异构现象与分子结构的关系用肉眼把晶粒分开，配成溶液，用旋光仪测定，一种左旋光，一种右旋光，同时还发现晶体外形是不对称的，由晶体外形联想到分子的内部结构。结论：旋光性与分子结构有关结论：旋光性与分子结构有关1874年，波兰物理学家Van,t Hoff 范德霍夫和Lebel 拉贝尔提出：C是四价

25、的C连有四个不同的基团则原子或基团在空间上有两种不同的排列，且成物体与镜面的关系adcbadcb物 体镜 面镜 像*1. 象这样物体与镜像不能重叠，这种分子具有手性，叫手性分子，中心碳叫手性碳。2. C*凡是连有四个不同原子或基团的碳原子称为手性碳或叫不对称碳原子如：如：H3CHCCOOHOH*H3CHCCH2CH3Cl*H3CCCH2CH3Cl*BrCOHCH3HOHCl*二、手性和对称因素二、手性和对称因素手性手性物质的分子和他的镜面不能重叠，把物 质的这种特征称为手特性（手性），具有手性的分子称为手性分子（Chiral molecules）。分子具有手性就有旋光性和对映异构现象。分子有无

26、手性碳不能作为判断该物质分子是否为手性分子，要判断分子是否具有手性，必须研究分子的对称性质常见的对称因素常见的对称因素1.对称面（）把分子切成为物和镜像的平面H2OOHH平面两个 无手性、无旋光性ClHClH两个 无手性、无旋光性ClHHCl一个 无手性、无旋光性CH3CHCOOHOH*无 面，有手性，有旋光性凡具有对称面的分子，物体和镜象可重叠，因此，该分子无手性，无旋光性，无对映异构现象。凡具有一个手性碳的分子，一定具有手性和旋光性 具有两个手性碳的分子，不一定具有手性和旋光性2.对称中心 （i） HHHHHHi有 i 无手性 无旋光性HClHFFHClH有 无手性无旋光性FClHFHHC

27、l无有手性有旋光性无 i具有对称中心的分子和它的镜像能重合，因此它不具有手性，不具有旋光性3. 对称轴 Cn分子绕一个一定的轴旋转360。/n（n=2，3，4 ）后，跟原来的分子重叠，这个轴叫CnClHHClCnC2360/180=2无 手 性无 旋 光 性18090C4360/90=4无 手 性无 旋 光 性反 式 1， 2 二 氯 环 丙 烷顺 式 1， 2 二 氯 环 丙 烷HClClHClHHClHClHClHClHClC2C2不能重叠，不具有 有手性，有旋光性，能重叠，具有无手性，无旋光性，是对映异构体不是对映异构体结论：结论：具有对称轴（具有对称轴（Cn）的分子，不一定具有旋光）的

28、分子，不一定具有旋光性，因此，分子有无对称轴不能作为判断分性，因此，分子有无对称轴不能作为判断分子有无手性和旋光性的依据。子有无手性和旋光性的依据。 4）反射对称因素）反射对称因素(Sn) HCH3ClHHClH3CH旋转180oClHHClH3CHCH3HHCH3ClHHClH3CH 具有反射对称因素的分子是具有反射对称因素的分子是对称分子。非手对称分子。非手性分子。性分子。总之总之：在结构上具有对称点或对称中心i。分子就不具有手性、旋光性。反之，在结构上不具有对称面，对称中心的，这种分子就一定具有手性、旋光性，含一个C*一定不具有对称点和对称中心，因此具有手性、旋光性。 注意：分子有无对称

29、轴不能作为判断注意：分子有无对称轴不能作为判断分子有无手性的标准。分子有无手性的标准。 判别手性分子的依据判别手性分子的依据n2n2S1= S2= i潜非对称性和潜不对称碳原子潜非对称性和潜不对称碳原子如果一个对称分子经一个基团被取代后失去了如果一个对称分子经一个基团被取代后失去了其对称性，而变成了一个非对称分子，那么原其对称性，而变成了一个非对称分子，那么原来的对称分子称为来的对称分子称为“潜非对称分子潜非对称分子”，或称为，或称为“原手性分子原手性分子”。而分子所具有的这种性质称。而分子所具有的这种性质称为为“潜非对称性潜非对称性”或或“原手性原手性”，而发生变化，而发生变化的碳原子称为的

30、碳原子称为“潜不对称碳原子潜不对称碳原子”或或“原手性原手性碳原子碳原子”。HSHRCOOHCH3被被OH取代取代HOHCOOHCH3HOHCOOHCH3orS-(+)-乳酸乳酸R-(-)-乳酸乳酸潜不对称碳原子（原手潜不对称碳原子（原手性碳原子）性碳原子）潜非对称分子潜非对称分子（原手性分子）（原手性分子） 含手性碳原子的分子的立体化学含手性碳原子的分子的立体化学1. 含一个手性碳原子的分子含一个手性碳原子的分子 1）手性碳原子的概念）手性碳原子的概念 与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。CH3CHCOOHOH*CNH2COOHH 含一个手性碳的分子是

31、手性分子，具有一对对映体。含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。手性碳用C*标识CCOOHCH3OHHCCOOHCH3HOHS-(+)-乳酸R-(-)-乳酸 D20= +3.8o(水水) D20= -3.8o(水水)对对映映体体互为实物与镜互为实物与镜影关系，不能影关系，不能相互重叠的两相互重叠的两个立体异构体。个立体异构体。2）左旋体、右旋体及外消旋体）左旋体、右旋体及外消旋体 一对对映体中：一对对映体中： 使平面偏振光向左旋的为使平面偏振光向左旋的为左旋体左旋体，用，用“（）”或或“ l”表示。表示。 使平面偏振光向右旋的为使平面偏振光向右旋的为右旋体右旋体，用，用“（+）”或或“

32、d”表示。表示。 左旋体与右旋体，旋光度相同、旋光方向相反。左旋体与右旋体，旋光度相同、旋光方向相反。外消旋体外消旋体：等量的左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。：等量的左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。外消旋体用外消旋体用 () 或或 (RS) 或或 (dl) 或或 DL表示。表示。+CH3CHCOOHOHCH3CHCOOHOHCH3CHCOOHOH( )( )( )+外消旋体外消旋体可分离可分离成左旋体与右旋体。成左旋体与右旋体。3）构型的）构型的 R、S 表示方法表示方法手性碳的构型：与手性碳相连的四个不同基团的空间排列。手性碳的构型：与手性碳相连的四个不同基团的空间排列。R、S 标记手性

33、碳原子构型。标记手性碳原子构型。COHHOOCCH3HCCOOHCH3OHHCCOOHHOCH3HCCOOHCH3HOH(S)- (S)- (R)- (R)-基团大小顺序：OH COOH CH3 HCH3CHOCH2CH3HCH3CHOCH2CH3HCCH2CH3HOCH3H SRR4）Fischer投影式投影式CCOOHH3CHOHCCOOHCH3HHOHOHCOOHCH3（前）（前）（后）（后）交叉点 手性碳（位于纸平面上） 规定规定 投影时，与手性碳相连横向两个键朝前，竖向两个投影时，与手性碳相连横向两个键朝前，竖向两个 键向后，交叉点为手性碳。键向后，交叉点为手性碳。将下列化合物改写成

34、将下列化合物改写成Fischer投影式，并标出手性碳原子构型。投影式，并标出手性碳原子构型。CCOOH H ClCH3CCOOH Cl CH3HClCOOHHH3CSCOOHClCH3HS 顺序最小的原子顺序最小的原子(或基团或基团)在竖线上在竖线上, 顺时针排列为顺时针排列为R构型构型, 逆时逆时 针排列为针排列为S构型。构型。 顺序最小的原子顺序最小的原子(或基团或基团)在横线上在横线上, 顺时针排列为顺时针排列为S构型构型, 逆时逆时 针排列为针排列为R构型。构型。 如果固定某一个基团，而依次改变另三个基团的位置，则分子如果固定某一个基团，而依次改变另三个基团的位置，则分子 构型不变。构

35、型不变。H3CCH2CH3HCOOHHCH2CH3COOHCH3CH3CH2COOHHCH3HCOOHCH3CH2CH3 S S S S 试判断下列试判断下列Fischer投影式中与投影式中与(s)-2-甲基丁酸成对映关系的有哪甲基丁酸成对映关系的有哪 几个？几个？ CHCOOHCH3CH2H3CH3CC2H5HCOOHC2H5COOHHCH3HC2H5A B CH3CHCOOHC2H5HCH3COOHHCH3H3CHC2H5COOHHCH3D E F G HCOOHCH3 C2H5 COOHC2H5C2H5COOHs 将投影式在纸平面上旋转将投影式在纸平面上旋转90o,则成它的对映体。则成它

36、的对映体。H3CHCH2CH3COOH转 90o(在纸平面上)HOOCCH2CH3CH3H R S 将投影式中与手性碳相连的任意两个基团对调将投影式中与手性碳相连的任意两个基团对调, 对调一次对调一次 （或奇数次）则转变成它的对映体；对调二次则为原化合物。（或奇数次）则转变成它的对映体；对调二次则为原化合物。 HOHCOOHCH3对调一次HOHCOOHCH3再对调一次HOHCH3COOH旋转180o在纸平面上HOHCOOHCH3R S R R5）D、L标记法标记法 甘油醛HOHCHOCH2OHHOHCHOCH2OHD-(+)-甘油醛L-(-)-H2NHCOOHRL-氨基酸含两个或多个不对称碳原

37、子的手性分子含两个或多个不对称碳原子的手性分子（1）旋光异构体的数目）旋光异构体的数目 （2）非对映体）非对映体 （3）赤式和苏式）赤式和苏式 （4）差向异构体）差向异构体 含两个手性碳原子的分子含两个手性碳原子的分子 含两个不同手性碳原子的分子含两个不同手性碳原子的分子HOOC-CH-CH-COOH*OH ClC-2: -OH CHCOOH COOH HC-3: Cl COOH CHCOOH HClOHHOHClHCOOHCOOHCOOHHOHHClCOOHHOHHClCOOHCOOHHOHClHCOOHCOOH 2R3R 2S3S 2R3S 2S3R dl-dl- 对映关系：对映关系： 与

38、与； 与与 非对映关系：非对映关系： 与与、与与、与与、与与不呈镜影关系的旋光异构体为不呈镜影关系的旋光异构体为非对映体非对映体。非对映体具有不同。非对映体具有不同的旋光能力，不同的物理性质和不同的化学性质。的旋光能力，不同的物理性质和不同的化学性质。含两个不对称碳的分子，若在含两个不对称碳的分子，若在Fischer投影式中，两个投影式中，两个H在在同一侧，称为同一侧，称为赤式赤式，在不同侧，称为，在不同侧，称为苏式苏式。赤式和苏式赤式和苏式非对映体非对映体CHOCH2OHOHOHHHRRCHOCH2OHHHHOHOSSCHOCH2OHHHOOHHSRCHOCH2OHOHHHHOSR(i)(i

39、i)(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。两个含多个不对称碳原子的异构体，如果，只两个含多个不对称碳原子的异构体，如果，只有一个不对称碳原子的构型不同，则这两个旋有一个不对称碳原子的构型不同，则这两个旋光异构体称为光异构体称为差向异构体差向异构体。如果构型不同的不。如果

40、构型不同的不对称碳原子在链端，称为对称碳原子在链端，称为端基差向异构体端基差向异构体。其。其它情况，分别根据它情况，分别根据C原子的位置编号称为原子的位置编号称为Cn差差向异构体。向异构体。( )阿拉伯糖阿拉伯糖( )耒苏糖耒苏糖( )木糖木糖HOCH2CHCHCHCH2OHOHHOOHCH2OHOHHOHHHOHCHOCH2OHHHOHHOHOHCHO(i)(ii)CH2OHOHHOHHHOHCHOCH2OHHHOHHOHOHCHO(iii)(iv)( )核糖核糖CH2OHOHHHHOHOHCHOCH2OHHHOOHHHOHCHO(v)(vi)CH2OHOHHHHOHOHCHOCH2OHHH

41、OOHHHOHCHO(vii)(viii)(i)和和(iii),(ii)和和(iv)是是 C2差向差向异构体。异构体。(i)和和(iiv),(ii)和和(viii)是是C3差向差向异构体。异构体。(i)和和(vi),(ii)和和(v)是是C4差向异差向异构体。构体。 旋光异构体的数目旋光异构体的数目COOHCOOHOHOHHHCOOHCOOHHOHOHHCOOHCOOHOHHOHHCOOHCOOHOHHOHH(I)(I)(2)(3)(+)-酒石酸酒石酸(-)-酒石酸酒石酸(R)(R)(R)(R)(S)(S)(S)(S) mp D(水水) 溶解度溶解度(g/100ml) pKa1 pKa(+)-

42、酒石酸酒石酸 170oc +12.0 139 2.98 4.23(-)-酒石酸酒石酸 170oc -12.0 139 2.98 4.23( )-酒石酸酒石酸 (dl) 206oc 0 20.6 2.96 4.24meso-酒石酸酒石酸 140oc 0 125 3.11 4.80HOCH2CHCHCH2OHOHHO酒石酸的情况分析酒石酸的情况分析 化合物的旋光性与熔点、沸点一样，是许多分子所化合物的旋光性与熔点、沸点一样，是许多分子所组成组成 的集体性质。的集体性质。 只要分子中任何一种构象有对称面或对称中心，其只要分子中任何一种构象有对称面或对称中心，其他有手性的构象都会成对地出现。他有手性的

43、构象都会成对地出现。内消旋酒石酸的对称性分析内消旋酒石酸的对称性分析HOOCCOOHHOHHHOHOOCHOHCOOHHOHHOOCHOHOHCOOHHCOOHHHOHOOCHHO旋转旋转180oC3右旋右旋60oC2左旋左旋60o交叉式交叉式(I)有对称中心有对称中心交叉式交叉式(II)交叉式交叉式(III)交叉式交叉式(II)与与(III)是一对对映体，其内能相等，是一对对映体，其内能相等，在构象平衡中所占的百分含量相等在构象平衡中所占的百分含量相等(2) (2) 内消旋体内消旋体分子内含有平面对称性因素的没有旋光性分子内含有平面对称性因素的没有旋光性的立体异构体称为内消旋体。的立体异构体

44、称为内消旋体。(meso)研究表明：研究表明： 一个含有一个含有n个不对称碳原子的直链化合个不对称碳原子的直链化合物，物，如果它有可能出现内消旋型的旋光异构体，那如果它有可能出现内消旋型的旋光异构体，那么它的旋光异构体的数目将少于么它的旋光异构体的数目将少于2n个。个。如果如果n为偶数，为偶数，将可能存在将可能存在2n-1个旋光异构体和个旋光异构体和 个内消旋型的异个内消旋型的异构体。如果构体。如果n为奇数，则可以存在总共个为奇数，则可以存在总共个2n-1立体异立体异构体，其中构体，其中 个为内消旋型异构体。个为内消旋型异构体。12n21n22有内旋体时旋光异构体的计算有内旋体时旋光异构体的计

45、算多个相同（相象）手性碳原子的化合物多个相同（相象）手性碳原子的化合物假不对称碳原子假不对称碳原子内消旋体内消旋体一个碳原子（一个碳原子（A）若和两个相同取代的不对称碳原子）若和两个相同取代的不对称碳原子相连而且当这两个取代基构型相同时。该碳原子为相连而且当这两个取代基构型相同时。该碳原子为对称碳原子，而若这两个取代基构型不同时，则该对称碳原子，而若这两个取代基构型不同时，则该碳原子为不对称碳原子，则（碳原子为不对称碳原子，则（A）为假不对称碳原子。）为假不对称碳原子。假不对称碳原子的构型用小假不对称碳原子的构型用小r, , 小小s表示。表示。在判别构型时，在判别构型时，R S，顺，顺 反。反

46、。 假不对称碳原子假不对称碳原子对称碳原子对称碳原子不对称碳原子不对称碳原子(2R,4R)-2,3,4- 三羟基戊二酸三羟基戊二酸(2S,4S)-2,3,4- 三羟基戊二酸三羟基戊二酸(2R,3s,4S)-2,3,4-三羟基戊三羟基戊二酸二酸(2R,3r,4S)-2,3,4-三羟基戊三羟基戊二酸二酸三羟基戊二酸三羟基戊二酸HOOCCHCHCHCOOHOHOHOHCOOHHHOHHOHOHCOOHRRCOOHHHOHHOHOHCOOHSSCOOHOHHHHOHOHCOOHRSCOOHOHHOHHHOHCOOHRS对称碳原子对称碳原子不对称碳原子不对称碳原子(2R,4R)-2,3,4- 三羟基戊二

47、酸三羟基戊二酸(2S,4S)-2,3,4- 三羟基戊二酸三羟基戊二酸(2R,3s,4S)-2,3,4-三羟基戊三羟基戊二酸二酸(2R,3r,4S)-2,3,4-三羟基戊三羟基戊二酸二酸三羟基戊二酸三羟基戊二酸HOOCCHCHCHCOOHOHOHOHCOOHHHOHHOHOHCOOHRRCOOHHHOHHOHOHCOOHSSCOOHOHHHHOHOHCOOHRSCOOHOHHOHHHOHCOOHRS4. 含手性碳原子的单环化合物含手性碳原子的单环化合物 判别单环化合物旋光性的方法判别单环化合物旋光性的方法实验证明：单环化合物有否旋光性可以通过实验证明：单环化合物有否旋光性可以通过其平面式的对称性

48、来判别，凡是有对称中心和对其平面式的对称性来判别，凡是有对称中心和对称平面的单环化合物无旋光性，反之则有旋光性。称平面的单环化合物无旋光性，反之则有旋光性。AAAA无旋光（对称面）无旋光（对称面）有旋光有旋光AAAAAAAA无旋光（对称中心）无旋光（对称中心）有旋光有旋光无旋光无旋光(对称面对称面)无旋光（对称面）无旋光（对称面）AAAAAAAA无旋光（对称面）无旋光（对称面）有旋光有旋光无旋光（对称面）无旋光（对称面）有旋光有旋光例一：顺例一：顺-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷旋转旋转120o(1)(2)(1)的构象转换体的构象转换体(1)和和(2)既是构既是构象转换体，又象转换体，又是对

49、映体。能是对映体。能量相等，所以量相等，所以构象分布为构象分布为(1):(2)=1:1。结论：用平面式分析，化合物是内消旋体。结论：用平面式分析，化合物是内消旋体。 用构象式分析，化合物是外消旋体。用构象式分析，化合物是外消旋体。SS结论：用平面式分析，结论：用平面式分析，(1R,2R)-1,2-二甲基环己烷或二甲基环己烷或(1S,2S)-1,2-二甲基二甲基 环己烷是一种有旋光的化合物。环己烷是一种有旋光的化合物。 用构象式分析，用构象式分析， (1R,2R)-1,2-二甲基环己烷或二甲基环己烷或(1S,2S)-1,2-二甲基二甲基 环己烷是无数种有旋光的构象式环己烷是无数种有旋光的构象式

50、组合而成的混组合而成的混 合物。合物。例三例三: （1S，2S）-1,2-二甲基环己烷二甲基环己烷RR二二 不含手性碳原子的手性分子不含手性碳原子的手性分子1.有手性中心的旋光异构体有手性中心的旋光异构体2.有手性轴的旋光异构体有手性轴的旋光异构体3.有手性面的旋光异构体有手性面的旋光异构体1.有手性中心的旋光异构体有手性中心的旋光异构体一对对映体已拆分一对对映体已拆分NRRRNRRRC6H5H3CNCH2C6H5C H2CHCH2+未拆分出光活异构体未拆分出光活异构体（未分电子对起不到一（未分电子对起不到一个个 键的作用。）键的作用。）除除C外，外，N、S、P、As 等也能作等也能作 手性中

51、心手性中心（1）丙二烯型的旋光异构体）丙二烯型的旋光异构体（2）联苯型的旋光异构体）联苯型的旋光异构体（3）把手化合物）把手化合物（1）丙二烯型的旋光异构体）丙二烯型的旋光异构体（A）两个双键相连）两个双键相连Vont Hoff（荷兰）（荷兰）Bel（法）（法）（1901年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）CCCababSPSP2SP2实例：实例：a=苯基，苯基，b=萘基，萘基，1935年拆分。年拆分。（B）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）（C）螺环形）螺环形HH3CHCOOHHH3CHCOOH D = 81.4o ( 乙醇乙醇 )25X1X2X3X4C原子与原子与X

52、1（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）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。C-H （94104） C-CH3（94150） C-COOH（94156） C-NO2（94192） C-NH2（94156） C-OH （94145） C-F （94139） C-Cl （94163) C-Br （94183） C-I （94200）NO2NO2CH3C-NO2 与与 C-NO2 384pm C-NO2 与与 C-CH3 365pm由

53、于位阻太大引起的旋光异构体称为由于位阻太大引起的旋光异构体称为位位阻异构体。阻异构体。COOHNO2X除了考虑基团的大小，还要考虑基团的形象除了考虑基团的大小，还要考虑基团的形象反应温度：反应温度：118。X=CH3 NO2 COOH OCH3消旋化消旋化 t1/21.50 1.92 1.56 1.45179分分 125分分 91分分 9.4分分半衰期越短，说明旋转的阻力越小。半衰期越短，说明旋转的阻力越小。IBrCH3ClNO2COOHNH2OCH3OHFH阻转能力下降阻转能力下降(CH2)nHOOCn=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，

54、半衰期为时，半衰期为444分。分。n=10，不可析解。，不可析解。COOHHOOC(CH2)nOO(CH2)n(CH2)mCOOHn=4m=4可析解可析解43oCn=8半衰期半衰期170分。分。CH3CH3H3CCH2COOH蒄（无手性）蒄（无手性）六螺并苯（有手性）六螺并苯（有手性） 消旋、拆分和不对称合成消旋、拆分和不对称合成一一 外消旋化外消旋化 二二 差向异构化差向异构化三三 外消旋体的拆分外消旋体的拆分 四四 不对称合成不对称合成一一 外消旋化外消旋化 一个纯的光活性物质，如果体系一个纯的光活性物质，如果体系中的一半量发生构型转化，就得外消中的一半量发生构型转化，就得外消旋体，这种由

55、纯的光活性物质转变为旋体，这种由纯的光活性物质转变为外消旋体的过程称为外消旋体的过程称为外消旋化外消旋化。如果。如果构型转化未达到半量，构型转化未达到半量，就叫就叫部分外消部分外消旋化。旋化。含有手性碳原子的化合物，若手性含有手性碳原子的化合物，若手性碳很容易形成正碳离子、负碳离子、自碳很容易形成正碳离子、负碳离子、自由基等中间体时，常会发生外消旋化。由基等中间体时，常会发生外消旋化。OHOHCH2NHCH3HOHOHOHCH2NHCH3H2O+HOHOHCH2NHCH3H+OHOHCH2NHCH3OH2+HOHOHOHCH2NHCH3HH+-H+-H+H+-H2O-H2OH2OH2O60-7

56、0oC4小时小时（+）-肾上线素肾上线素（无药效）（无药效）（-）-肾上线素肾上线素（有药效）（有药效）H+ 含手性碳的化合物，若手性碳上的氢含手性碳的化合物，若手性碳上的氢在酸或碱的催化作用下，易发生烯醇化，在酸或碱的催化作用下，易发生烯醇化，在烯醇化的过程中常会发生外消旋化。在烯醇化的过程中常会发生外消旋化。CCH3OHHOHOCCH3OHHOHHOCH3COHOHHOCCH3HOHOHOCCH3HHOOHHO-H+H+H+OH-H+H+-H+H+烯醇化+D-(-)-乳酸乳酸L-(+)-乳酸乳酸含多个含多个C*的化合物，使其中一个的化合物，使其中一个C*发生构型转发生构型转化的过程称为化的

57、过程称为差向异构化差向异构化。如果是端基的。如果是端基的C*发生构发生构型转化，则称为型转化，则称为端基差向异构化端基差向异构化。-H+H+-H+H+H+*HCH3H3CH*HCH3H3CHOOHOHCH3HCH3OHCH3HCH3HHCH3HCH3OH+-H+-H+烯醇化 D-(-)-麻黄素麻黄素有生理活性，易结晶有生理活性，易结晶 L-(+)-假麻黄素假麻黄素生理活性只有麻黄素的生理活性只有麻黄素的1/5。碳正离子碳正离子OHC6H5HCH3NHCH3HH+H2OH2OH+HC6H5HOCH3NHCH3HHC6H5CH3NHCH3H将外消旋体拆分成左旋将外消旋体拆分成左旋体和右旋体，称为外

58、消体和右旋体，称为外消旋体的拆分。旋体的拆分。1.化学析解法化学析解法形成和分离非对映体异构体的析解法形成和分离非对映体异构体的析解法(+)RCOOH + (-)-RNH2成盐成盐分级结晶分级结晶HClHCl(+)-RCOO- (-)-RNH2(-)-RCOO- (-)-RNH2(+)-RCOOH + (-)-RNH3 Cl -(-)-RCOOH + (-)-RNH3 Cl -+-（1）析解剂与被析解剂之间易反应合成）析解剂与被析解剂之间易反应合成, 又易被分解。又易被分解。（2）两个非对映立体异构体在溶解度上）两个非对映立体异构体在溶解度上 有可观的差别。有可观的差别。（3）析解剂）析解剂

59、应当尽可能地达到旋光纯度。应当尽可能地达到旋光纯度。（4）析解剂必须是廉价的，易制备的，）析解剂必须是廉价的，易制备的， 或易定量回收的。或易定量回收的。析解试剂的条件析解试剂的条件1g R氨基醇氨基醇5g S +5g R 氨基氨基醇饱和液醇饱和液（80，100ml）析出析出2g R 氨基醇氨基醇（余下（余下4g R,5g S）分去晶体，剩下母液分去晶体，剩下母液过滤过滤加水至加水至100ml冷却至冷却至2080加加2g消旋消旋体体冷却至冷却至202g S 氨基氨基醇醇析出析出3.微生物或酶作用下的析解微生物或酶作用下的析解4.色谱分离法色谱分离法 选择光活性物质作柱色谱的吸附剂选择光活性物质

60、作柱色谱的吸附剂5. 机械分离法机械分离法不对称合成不对称合成对称的反应（选向率为对称的反应（选向率为0）不对称不对称的反应的反应立体选向性反应立体选向性反应0选向率选向率 (S)若若 (R) B 时，立体选向百分率时，立体选向百分率 为为%de = A - BA + B 100% 当当 B A 时，立体选向百分率时，立体选向百分率 为为 %de = B - AA + B 100%反应物反应物 +试剂试剂*1.手性反应物手性反应物 *2.手性试剂手性试剂 *3.手性溶剂手性溶剂 *4.手性催化剂手性催化剂 *5.在反应物中引入手性在反应物中引入手性产物产物催化剂催化剂溶剂溶剂不对称合成常采用的