医用有机化学立体化学基础

医用有机化学立体化学基础第一页，共五十三页，编辑于2023年，星期五同分异构现象分为构造异构和立体异构两大类。构造异构（constitutionalisomerism）：具有相同分子式的化合物，由于分子内原子互相连接的方式和次序不同所产生的异构现象。立体异构（stereoisomerism）：由于分子内原子或原子团在立体空间（三维空间）排列的方式不同所引起的异构现象。立体化学（stereochemistry）：主要研究分子中原子或原子团在空间的排列状况，以及不同排列对分子的物理性质和化学性质所产生的影响，它主要包括构型和构象两部分。构型（configuration）指分子内原子或基团在空间“固定”的排列关系。构象（conformation）是指具有一定构型的分子由于单键的旋转或扭曲使分子内原子或基团在空间产生不同的排列形象。基本概念第二页，共五十三页，编辑于2023年，星期五有机化合物的同分异构现象可概括为：第三页，共五十三页，编辑于2023年，星期五C4以上的烯有碳链异构、位置异构、顺反异构。例如：丁烯有四种异构体：3.1顺反异构第四页，共五十三页，编辑于2023年，星期五①必要条件：

有限制碳碳键自由旋转的因素（如双键或脂环）②充分条件

烯烃：每个双键碳原子上所连接的两个原子或基团必须不相同，

脂环烃：环上至少有两个碳原子所连的两个原子或原子团不相同。3.1.1顺反异构产生的条件：第五页，共五十三页，编辑于2023年，星期五下列化合物中有没有顺反异构？2-丁烯的顺反异构：顺-2-丁烯Cis-2-butene反-2-丁烯Trans-2-butene第六页，共五十三页，编辑于2023年，星期五醛肟偶氮化合物肟和偶氮化合物的顺反异构：第七页，共五十三页，编辑于2023年，星期五

(1)顺/反构型标记两个相同原子或基团在双键的同侧——顺式cis-两个相同原子或基团在双键的异侧——反式trans反-3，4，4-三甲基-2-戊烯trans-3,4,4-trimethyl-2-pentene顺-3，4-二甲基-3-己烯cis-3,4-dimethyl-3-hexene

3.1.2顺反异构体构型的标记第八页，共五十三页，编辑于2023年，星期五问题的提出：

对后两个化合物的命名，采取Z/E-构型标记法。第九页，共五十三页，编辑于2023年，星期五

首先确定双键上每一个碳原子所连接的两个原子或基团的优先次序。当两个优先基团位于同侧时，用Z（德文Zusammen的缩写，意为“共同”）表示其构型；位于异侧，用E（德文Entgegen的缩写，意为“相反”）表示其构型即：若优先顺序为：a>b和e>f，则Z型E型(2)

Z/E-构型标记第十页，共五十三页，编辑于2023年，星期五例如：Z-2-甲基-2-戊烯酸Z-2-methyl-2-pentenoicacid第十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期五分别用顺/反和Z/E两种命名法命名下列化合物：顺-2-戊烯(Z)-2-戊烯顺-2-溴-2-丁烯(E)-2-溴-2-丁烯注意:Z型不一定是顺式，E型也不一定是反式。Z/E和顺/反是两种不同的命名方法，两者没有对应关系。Z/E构型命名法普遍适用于有顺反异构的烯烃。顺/反命名法只适用于两个双键碳上有相同原子或基团的顺反异构体的命名。第十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期五若化合物中含有两个以上能产生顺反异构的双键时，每个双键的构型均须标出，例如：(3E,5Z)-2,3,5-三甲基-6-乙基-3,5-壬二烯若编号有选择而双键构型不同时，优先Z型：(2Z,4E)-2,4-己二烯第十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期五

沸点(℃)熔点(℃)

顺式3.5-1392-丁烯反式0.9-106两种顺、反异构体的物理性质通常具有一定的差别，因此可根据其物理性质的差别进行分离。如：顺反异构体的化学性质也有差别，如：cis-(trans-)275℃部分反应顺、反异构体的性质差别第十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期五顺反异构体生理活性也明显不同。如：合成的雌激素代用品己烯雌酚，反式活性大，顺式活性很低第十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期五花生四烯酸（全顺式）

维生素A（全反式）维生素A的结构中具有四个双键，全部是反式构型，如果其中出现顺式结构则生理活性大大降低；具有降血脂作用的亚油酸和花生四烯酸则全部为顺式构型。第十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期五因单键旋转而使分子中原子或原子团在空间产生不同的排列状态称为构象。因构象不同而产生的异构现象称为构象异构。3.2构象异构3.2.1链烷烃的构象异构1、乙烷的构象

常用Newman投影式表示烷烃的构象。第十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期五第十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期五两种极限构象式：重叠式和交叉式。构象的两种表示方法：

锯架式(sawhorseformula)；Newman投影式第十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期五Newman投影式的写法：

(1)从C-C单键的延线上观察：(2)固定“前”碳，将“后”碳沿键轴旋转，得到乙烷的各种构象。最典型的有两种：重叠式和交叉式。

后碳前碳第二十页，共五十三页，编辑于2023年，星期五Newman投影式的写法：

第二十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期五乙烷的两种典型构象的球棍模型：第二十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期五乙烷的构象分析：第二十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期五

在交叉式中，两个碳原子上的氢原子间的距离最远，相互之间的作用力最小，内能最低，这种构象叫优势构象。交叉式

在重叠式中，两个碳上的氢两两相对，距离最近，相互作用力最大，因而内能最高，是最不稳定的构象。重叠式第二十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期五乙烷的构象转化与能量变化曲线第二十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期五对位交叉式部分重叠式邻位交叉式全重叠式

丁烷有下列四种典型构象：2.丁烷的构象第二十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期五第二十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期五丁烷各种构象的能量曲线图：稳定性次序：

对位交叉式>邻位交叉式>部分重叠式>全重叠式第二十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期五其它更高级烷烃的构象与正丁烷类似，占优势的构象也是对位交叉式，因此高碳数直链烷烃的碳链在空间呈锯齿状，而不是一条直线。第二十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期五Whatisthecorrectorderofstability,startingwiththemoststrained,fortheconformationsshownbelow?AB,CA,C,BB,A,CC,A,BC,B,ALearningCheck第三十页，共五十三页，编辑于2023年，星期五

环己烷分子中的六个碳不共平面，且六元环是无张力环。环己烷有两种典型构象（船式与椅式）：3.2.2环烷烃的构象1、环己烷的构象第三十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期五椅式构象和船式构象的透视式和纽曼投影式：碳2、3、5、6在同一平面上是椅座；碳1、2、6在同一平面上是椅腿；碳3、4、5在同一平面上是椅背。碳2、3、5、6在同一平面上是船底；碳1、4在同一侧是船头。第三十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期五环己烷的椅式构象为无张力环两种构象可以通过C-C单键的扭转，相互转变。室温下，环己烷主要以椅型构象存在(99.9%以上)。为什么椅型构象稳定?椅式构象张力分析:角张力:键角为正常的109.5°，无角张力扭转张力:相邻碳上的氢都是交叉式构象，无扭转张力范氏张力:相互邻近氢之间的距离都大于两个氢原子的范氏半径之和240pm，无范氏张力。第三十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期五Hf：习惯上称为旗杆氢。船式环己烷张力分析:角张力：无；扭转张力：有；范德华张力：Hf~Hf

和船底氢之间的距离均小于0.24nm，有范氏张力。第三十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期五环己烷构象转换的势能图

分析结果表明，环己烷船式的内能要比椅式高28.9kJ/mol。

稳定性：椅式>船式第三十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期五椅式构象的C-H键特征分布六个碳原子分别在两个平行的平面中。第三十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期五椅式构象中的12个C-H可分为两组：有6个键与对称轴平行，叫直立键或称ａ键（axialbond)

；有6个键几乎垂直于对称轴，叫做平伏键或ｅ键（equatorialbond)

。a键三上三下，e键伸向环外，三左三右。第三十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期五竖键（a）横键（e）几乎垂直于环平均平面的对称轴三左三右分布同一碳原子，若a键在上，e键必然在下；

与对称轴平行三上三下分布第三十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期五翻环作用:

当环己烷的一个椅式构象转变为另一个椅式构象时，原来的ａ键将转变为ｅ键，而ｅ键也相应转变为ａ键。第三十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期五1、椅式构象中1.3.5碳在一个平面，

2.4.6碳在另一平面，两平面相距0.5nm。2、分子中有6个α键(直立键)，6个e键(平伏键)。

a键分布：三上三下e键分布：三左三右a、e夹角109.53、构象具有转环作用(104-105次/秒)。

a、e可互相转化

椅式构象的特点:小结：第四十页，共五十三页，编辑于2023年，星期五当环己烷分子中的一个氢被其它基团取代时，可取代ａ键，也可以取代ｅ键，得到两种不同的构象。甲基环己烷：

2、取代环己烷的构象（1）一取代环己烷的构象第四十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期五

优势构象(95%)甲基在a键时，甲基与1位CH2呈邻位交叉式构象，而甲基在e键时，甲基与1位CH2呈对位交叉式构象。两种构象的能量差不大，约为7.6kJ·mol－1。室温时，可通过环的翻转而相互转化.第四十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期五随着烷基的体积增大，两种构象的能量差也增大，e键构象的优势更加明显，在平衡体系所占的比例更高。结论：一取代环己烷中，取代基处于e键的构象较稳定，为优势构象。第四十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期五二取代基的情况：有几种取代位置，还有顺反关系。（2）二取代环己烷的构象1,2-二甲基环己烷顺式反式稳定性：反式＞顺式

第四十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期五1,3-二甲基环己烷顺式反式稳定性：顺式＞反式第四十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期五1,4-二甲基环己烷顺式反式稳定性：反式＞顺式

结论：对于多烷基取代的环己烷，e键取代最多的构象最稳定。第四十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期五叔丁基是一个很大的基团，一般占据e键。当有两个不同的取代基时，大的取代基处于e键稳定。例如：顺-1-甲基-2-叔丁基环己烷优势构象第四十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期五取代环己烷优势构象判断的一般规律：一元取代环己烷，e键取代最稳定;多元取代环己烷，e键取代最多的构象最稳定；若含不同的取代基，较大的基团在e键的构象