第六章 立体化学

第六章立体化学第一页，共六十页，2022年，8月28日本章内容6.1异构体的分类6.2手性和对称性6.3手性分子的性质——光学活性6.4具有一个手性中心的对映体分子的构型6.4.1对映体和外消旋体的性质6.4.2构型的表示法6.4.3构型的标记法6.5具有两个手性中心的对映异构6.6手性中心的产生6.7手性合成6.8外消旋体的拆分旋光纯度6.9脂环化合物的立体异构6.10构象对映体和构象非对映体6.11不含手性中心化合物的对映异构6.11.1丙二烯型化合物6.11.2联苯型化合物6.12对映异构在研究反应机理中的应用第二页，共六十页，2022年，8月28日6.1异构体的分类碳架异构官能团位次异构官能团异构互变异构异构现象(isomeri-zation)构造异构(constitutionalisomerization)立体异构(stereo-isomerization具有相同的分子式，原子成键的顺序不同构型异构构象异构顺反异构对映异构非对映异构

立体化学(Stereochemistry)

——

以三维空间研究分子结构和性质的科学

立体异构

由原子或基团空间排列或取向不同所产生的异构现象。第三页，共六十页，2022年，8月28日构型异构体(configurationalisomers):

分子的构造相同，原子或基团在空间位置不同，例如：顺反异构体、对映异构体、非对映异构体。

构象异构体(conformationalisomers):

分子的构型相同,由于C－C的旋转，原子或基团在空间的排布不同。构象异构体（可互相转化）构型异构体（顺反异构）（不能相互转化）第四页，共六十页，2022年，8月28日6.2手性和对称性6.2.1分子的手性对映异构对映(异构)体手性分子和非手性分子手性(chirality)：实物和其镜像不能重叠的现象

ChiralisderivedfromtheGreekwordcheiros,meaning“hand”.手性分子（chiral

molecules）：有手性现象的分子两者不能重合手性分子镜像转180o

手性分子第五页，共六十页，2022年，8月28日手性分子的示例2：2-溴丁烷第六页，共六十页，2022年，8月28日

手性碳——手性分子的特征连有四个不同基团的碳原子手性碳(chiralcarbon)手性中心(chiralcenter)手性碳标记****例：*第七页，共六十页，2022年，8月28日

非手性分子两者互相重合非手性分子镜像转60o非手性分子：与镜像相重合（非手性分子不含有手性碳）转180o两者完全重合非手性分子第八页，共六十页，2022年，8月28日

非手性分子示例：1-氟-1-氯甲烷第九页，共六十页，2022年，8月28日例：2,3-丁二醇（有三个立体异构体，各含有两个手性碳）对映异构体与非对映异构体转180oI

与II

互为镜像，且不重合，均为手性分子

I

与II互为对映异构体对映异构体(enantiomers)

：一对互为镜像且不互相重合的分子（一类特殊的立体异构体）对映关系第十页，共六十页，2022年，8月28日转180oIII为非手性分子（与其镜像III’可完全重合）I

与III,或II

与III

不成镜像，互为非对映异构体非对映异构体

(diastereoisomers)：相互不为镜像的立体异构体第十一页，共六十页，2022年，8月28日6.2.2

观察分子的有无对称性（无手性碳）（有手性碳）

若分子含有对称面或对称中心，为非手性分子如：有对称面和对称中心的非手性分子与镜像重合第十二页，共六十页，2022年，8月28日6.3手性分子的性质—光学活性6.3.1旋光性(opticalactivity)普通光和平面偏振光示意图Nicol棱镜第十三页，共六十页，2022年，8月28日旋光仪示意图使偏振光振动平面旋转的物质——旋光性物质或光学活性物质；当平面偏振光通过手性分子的每个对映体时，偏振光振动的方向发生旋转。手性分子的两个对映体使偏振光旋转的角度相同，而方向相反。第十四页，共六十页，2022年，8月28日

手性分子旋光能力的表示方式——

比旋光

[a]t[a]t=atlcat

:实验观察到的选光度l:样品管长度（dm,分米）c

:样品浓度（g/cm3）t

:测试时温度:波长例：(R,R)-(+)-酒石酸[a]25D

=

+12o(水,20%)(钠光，D线，l=589nm)specificrotation第十五页，共六十页，2022年，8月28日

左旋和右旋

一对对映体对偏振光的作用不同，一个使偏振光向顺时针方向偏转，另一个使偏振光向逆时针方向偏转，两者偏转数值相同。例：右旋(dextrorotatory)：使偏振光向顺时针方向偏转，表示为(+)

左旋(levorotatory)：使偏振光向逆时针方向偏转，表示为(–)(R,R)-(+)-酒石酸(S,S)-(-)-酒石酸旋光异构体（对映异构体）左旋aa右旋入射光方向第十六页，共六十页，2022年，8月28日立体异构体之间的一般物理、化学性质比较例：酒石酸(tartaricacid),（2,3-二羟基丁二酸）有2个组成相同的手性碳,有3个立体异构体(R,R)-酒石酸(S,S)-酒石酸(R,S)-酒石酸一对对映体第十七页，共六十页，2022年，8月28日相同非对映体之间性质有明显差别酒石酸立体异构体性质比较第十八页，共六十页，2022年，8月28日外消旋体和内消旋体外消旋体——等量的左旋体和右旋体的混合物例：（旋光性相互抵消——消旋）产物无旋光性外消旋体性(racemicmixture)（）()-2-溴丁烷外消旋体表示方式第十九页，共六十页，2022年，8月28日例：

内消旋体——有手性碳，但分子有对称面(R,S)-meso-酒石酸内消旋体表示方法分子有对称面，无旋光性。一个手性碳的旋光性正好被分子内另一构型相反的手性碳所抵消内消旋体(mesocompounds)第二十页，共六十页，2022年，8月28日

旋光纯、外消旋体和内消旋体性质的比较第二十一页，共六十页，2022年，8月28日6.4具有一个手性中心的对映体

对映体和外消旋体的性质1,2–环氧丙烷123456柠檬油精(–)–乳酸***含一个手性中心的分子具有一对对映体**第二十二页，共六十页，2022年，8月28日6.4.2构型的表示法立体结构表达式伞形式Fischer投影式键的方向？第二十三页，共六十页，2022年，8月28日Fisher投影式的写法(–)–2–丁醇

用表示，两线的交点为手性碳原子将最长的碳链置于垂直的位置上将编号最小的碳原子置于顶端竖线两端上的基团在纸面的下方；横线两端上的基团在纸面的上方第二十四页，共六十页，2022年，8月28日6.4.3构型的标记法描述立体构性的D/L

体系（相对构型）基准物D-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛D-(+)-葡萄糖D-(-)-乳酸L-(+)-乳酸X射线衍射BijroetJ.M.1951第二十五页，共六十页，2022年，8月28日手性碳的绝对构型——R/S方法，手性化合物的命名例：2-丁醇

选择优先顺序最小的原子或基团远离观察者，其余原子或基团依优先顺序排列(S)-2-丁醇(R)-2-丁醇有一个手性碳沿C-H方向S型（逆时针方向）R型（顺时针方向）第二十六页，共六十页，2022年，8月28日6.5具有两个手性中心的对映异构6.5.1具有两个不同手性碳原子的对映异构********(I)(II)(III)(IV)(2S,3S)(2R,3R)(2S,3R)(2R,3S)氯代苹果酸(2–羟基–3–氯丁二酸)第二十七页，共六十页，2022年，8月28日含有n个手性碳原子的分子，应有2n个立体异构体不是实物与镜像关系的立体异构体—非对映异构体。对映体:(I)(II)(III)(IV)立体异构体的相互关系：非对映异构体(diastereomers:)(I)(III)(IV)(II)麻黄碱(1–苯基–2–甲氨基–1–丙醇)(1S,2R)(1R,2S)(1R,2R)(1S,2S)(I)(II)(III)(IV)mp:34℃118℃[α]D：+35°–35°–26.5°+26.5°12第二十八页，共六十页，2022年，8月28日非对映体的标记：

在Fischer投影式中，手性C上，相同的基团同侧——赤型(erythro-)异侧——苏型(threo-)(赤型)(2R,3R)赤藓糖苏阿糖(苏型)(2S,3R)(赤型)(苏型)第二十九页，共六十页，2022年，8月28日6.5.2具有两个相同手性碳原子的对映异构******(2R,3S)(2R,3R)(2S,3S)(苏型)内消旋体(mesoform)(I)(II)(III)**非对映体(III)(I)(II)内消旋体为非手性分子思考题：

这是手性分子吗？为什么？它的反式异构体是怎样的？分子中的手性中心的构型是什么?第三十页，共六十页，2022年，8月28日6.6.1第一个手性中心的产生正丁烷是对称分子，但反应产物是手性分子。6.6.2第二个手性中心的产生非对映体产量不等6.6手性中心的产生第三十一页，共六十页，2022年，8月28日6.7手性合成反应中生成的对映体或非对映体的量不相等—手性合成(不对称合成)。手性环境手性底物手性试剂手性催化剂3–苯基–2–丁烯酸(±)–3–苯基丁酸第三十二页，共六十页，2022年，8月28日

不对称合成(AsymmetricSynthsis)

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选择性地生成立体异构体

选择性地生成非对映异构体例1：手性底物控制选择性衡量标准：非对映体过量,％d.e.(diastereomericexcess)第三十三页，共六十页，2022年，8月28日例2：手性底物第三十四页，共六十页，2022年，8月28日

选择性地生成对映异构体例1：手性试剂控制选择性衡量标准：对映体过量，％e.e.(enantiomericexcess)前手性分子(prochiral)第三十五页，共六十页，2022年，8月28日例2：前手性分子手性试剂(催化剂)控制选择性第三十六页，共六十页，2022年，8月28日手性分子的获得获得手性分子的重要意义——药物与人类的关系构成生命体系的生物大分子的主要部分大多数是以一种对映体形式存在的。故药物与其作用也是以手性的方式进行的，生物体的酶和细胞表面受体是手性的,故对外消旋药物的识别、消化和降解过程也是不同的。手性分子的来源自然界:糖类、氨基酸、生物碱、萜类、甾体化合物外消旋体的拆分不对称有机合成反应第三十七页，共六十页，2022年，8月28日(S)-天冬酰胺苦味(R)-天冬酰胺甜味麻醉剂致痉挛巴比吐酸衍生物第三十八页，共六十页，2022年，8月28日(R)型,有效，不致畸形(S)型，致畸形Thalidomide(反应停)——镇静和止吐药物(-)-L-DOPA

治疗帕金森氏病(+)-D-DOPA在体内集聚，不能被代谢第三十九页，共六十页，2022年，8月28日

外消旋体的拆分（Resolution）巴斯德，L.LouisPasteur(1822～1895)1848年，巴斯德借助放大镜拆分外消旋的酒石酸钠铵第四十页，共六十页，2022年，8月28日仪器拆分（GC,HPLC…）HPLC用手性柱GC用手性柱第四十一页，共六十页，2022年，8月28日

化学法拆分常用拆分试剂天然手性生物碱：(-)-马钱子碱、(-)-奎宁、(-)-番木鳖碱、

(+)-

辛可宁手性酸：酒石酸、樟脑磺酸第四十二页，共六十页，2022年，8月28日例:外消旋a-苯乙胺的化学拆分接下页在甲醇中溶解性差第四十三页，共六十页，2022年，8月28日接上页第四十四页，共六十页，2022年，8月28日

酶解法拆分（利用酶的选择性反应进行拆分）例:DL-丙氨酸的酶解拆分选择性去乙酰基第四十五页，共六十页，2022年，8月28日6.9脂环化合物的立体异构脂环化合物的顺反异构:顺–1,3–二甲基环丁烷反–1,3–二甲基环丁烷顺–1,4–二甲基环己烷反–1,4–二甲基环己烷第四十六页，共六十页，2022年，8月28日稳定性：反–1,4–二甲基环己烷>顺–1,4–二甲基环己烷反十氢化萘(沸点185℃)顺十氢化萘(沸点194℃)>脂环化合物的对映异构:(I)(II)(III)顺式反式第四十七页，共六十页，2022年，8月28日mp:139℃175℃[α]D:＋84.4°–84.4°1,2–环丙烷二甲酸：

顺式反式第四十八页，共六十页，2022年，8月28日6.11

一些不含手性碳的手性分子连二烯型（含有两个互相垂直的平面）比较：与镜像无法重合，是手性分子有对称面，为非手性分子第四十九页，共六十页，2022年，8月28日

螺环型与镜像无法重合，是手性分子

联苯型(位阻型)大基团使单键旋转受阻第五十页，共六十页，2022年，8月28日

构象型（构象转换受阻）反-环辛烯

螺旋型第五十一页，共六十页，2022年，8月28日(E)–2–丁烯(S,R)–体(赤型)(R,S)–体(赤型)内消旋体6.12对映异构在研究反应机理中的应用(Z)–2–丁