医学有机化学对映异构

医学有机化学对映异构一、偏振光和旋光活性光是一种电磁波，光的振动方向与其前进的方向垂直。普通光中含有各种波长的光线，可以在空间不同的平面上振动

。普通光在通过尼克尔棱镜后形成的只在一个方向传播的平面光叫做平面偏振光或简称偏振光。2023/6/242许多有机化合物能使偏振光的振动平面发生旋转，这种能使偏振光的振动平面旋转的性能叫做旋光性；具有旋光性的物质叫做旋光性物质，如乳酸、葡萄糖等。2023/6/243二、旋光度与比旋光度通常用旋光仪来测定物质的旋光度

偏振光的振动平面被旋光性物质旋转的角度，称为旋光度，用α表示。2023/6/244

1、使平面偏振光振动平面向右旋转（顺时针旋转）的叫做右旋，用“+”表示。如从肌肉中得到的乳酸（+）－乳酸。旋光方向有左、右之分：

2、使平面偏振光振动平面向左旋转（逆时针旋转）的叫做左旋，用“－”表示。如从糖发酵中得到的乳酸（－）－乳酸。2023/6/245物质的旋光度除与本身的特性有关外，还与测定时所用的溶液的浓度、盛液管长度、温度、光波的波长以及溶剂的性质等有关。如果把这些因素固定，不同旋光性物质的旋光度就是一个常数。用比旋光度[α]tD表示：2023/6/246α为被测物质的旋光度ρB是被测物质的质量浓度（g/mL），当被测物质是纯液体时ρB为该物质的密度。

l

为盛液管的长度，以分米为单位D为钠光灯光源的波长，t为测定时的温度。比旋光度：在一定温度下，旋光管长度为1dm，样品浓度为1g/mL的旋光物质，以钠灯作光源时所测得的旋光度。2023/6/247将胆固醇样品260mg溶于5ml氯仿中，然后将其装满5cm长的旋光管，在室温（20℃）通过偏振的钠光测得旋光度为―2.5°，计算胆固醇的比旋光度。＝―2.5°0.26g/5ml×0.5dm＝―96°2023/6/248三、旋光性与分子结构的关系为什么有些化合物有旋光性，而有些化合物则没有旋光性，这与化合物的结构有关。（一）分子的手性与对映异构体一般可从分子结构判断其是否具有旋光性。如乳酸其分子在空间有两种不同的排列方式（空间构型）：这两个构型看似相同，但不能重合，互为实物与镜象的关系。2023/6/2492023/6/2410

a.

实物与镜象不能重合的两种异构体，互称为对映异构体，简称对映体。凡是手性分子都具有旋光性和对映异构现象。有机化合物具有手性最主要的因素是含有手性碳原子。连接四个不同的原子或原子团的碳原子叫做“手性碳原子”一般用C*表示。

b.

物质的分子和其镜像不能重合称为手性，具有手性的分子称为手性分子2023/6/2411**一般说来，因为分子中存在手性碳原子，物质具有旋光性。2023/6/2412（二）分子的对称性考察一个分子是否具有手性，要看是否存在对称因素，如是否有对称面和对称中心。对称面：假如有一个平面能把分子分成两部分，其中一部分正好是另一部分的镜象，该平面就是这个分子的对称面。

含有对称面的分子是非手性分子，无旋光性和对映异构。2023/6/2413对称性和对称因素2023/6/2414对称轴这种轴是通过物体或分子的一条直线，以这条直线为轴旋转一定的角度，得到的物体或分子的形象和原来的形象完全相同，这种轴称为对称轴。指绕轴一周，有n个形象与原形象相同。2023/6/2415对称面某一平面将分子分为两半，象一面镜子，实物（一半）与镜子（另一半）彼此可以重叠，则该平面是对称面。2023/6/2416对称中心分子中有一中心点，通过该点所画的直线都以等距离达到相同的基团，则该中心是对称中心。物质分子在结构上具有对称面或对称中心的，就无手性，因而没有旋光性。物质分子在结构上即无对称面，也无对称中心的不对称分子，就具有手性，有旋光性。2023/6/24175.3构型的表示方法2023/6/24182023/6/2419R型S型2023/6/2420@费歇尔（Fischer）投影式为了便于书写和进行比较，对映体的构型常用费歇尔投影式表示：

2023/6/24212023/6/2422Fischer投影式投影方法:2．手性C原子上方和下方所连原子或基团朝后，连在左边和右边的原子或基团朝前。Fischer投影式基本原则：1．主碳链直立，编号较小的一端朝上。以C*为中心，横键向前，竖键向后（横前竖后交叉碳）2023/6/2423使用费歇尔投影式应注意的问题：：1．Fischer投影式在纸平面上旋转180°，构型不变。2．Fischer投影式在纸平面上旋转90°或270°，构型变为其对映体

。3．Fischer投影式离开纸平面翻转180°，构型改变。2023/6/2424快速判断Fischer投影式构型的方法：

1°当最小基团位于横线时，若其余三个基团由大→中→小为顺时针方向，则此投影式的构型为S，反之为R。

含两个以上C*化合物的构型或投影式，也用同样方法对每一个C*进行R、S标记，然后注明各标记的是哪一个手性碳原子。2°当最小基团位于竖线时，若其余三个基团由大→中→小为反时针方向，则此投影式的构型为R，反之为S。2023/6/24252023/6/2426含有一个C*的手性分子有一对对映体。对映体之间的理化性质相同，旋光度数相同，但旋光方向相反，生理生化作用不同。将其左旋体和右旋体等量混合后，由于旋光性相互抵消，混合物叫做外消旋体，其旋光度为0，用（±）表示。（±）乳酸@含有一个手性C原子的化合物的对映异构5.4含手性C原子的化合物2023/6/2427@含两个手性碳原子化合物的对映异构

一、含两个不同手性碳原子的化合物这类化合物中两个手性碳原子所连的四个基团不完全相同。例如：2023/6/2428我们以氯代苹果酸为例来讨论1.对映异构体的数目-----其Fischer投影式如下：含n个不同手性碳原子的化合物，对映体的数目有2n个2023/6/2429非对映体不呈物体与镜象关系的立体异构体叫做非对映体。分子中有两个以上手性中心时，就有非对映异构现象。非对映异构体的特征：1°物理性质不同（熔点、沸点、溶解度等）。2°比旋光度不同。3°旋光方向可能相同也可能不同。4°化学性质相似，但反应速度有差异。2023/6/2430二、含两个相同手性碳原子的化合物酒石酸、2，3-二氯丁烷等分子中含有两个相同的手性碳原子。酒石酸也可以写出四种对映异构体2023/6/2431（3）、（4）为同一物质，因将（3）在纸平面旋转180°即为（4）。因此，含两个相同手性碳原子的化合物只有三个立体异构体，少于2n个内消旋体与外消旋体的异同相同点：都不旋光不同点：内消旋体是一种纯物质，外消旋体是两个对映体的等量混合物，可拆分开来。所以：含有手性碳原子的化合物，分子不一定是手性的。故不能说含手性碳原子的分子一定有手性。2023/6/24325.5不含手性碳原子化合物的对映异构

（一）丙二烯型化合物两端碳原子上各连两个不同基团时，由于所连四个基团两两各在相互垂直的平面上，分子就没有对称面和对称中心，因而有手性2023/6/2433如2，3-戊二烯就已分离出对映异构体。2023/6/2434（二）单键旋转受阻碍的联苯型化合物2023/6/2435八、环状化合物的立体异构：1、环丙烷衍生物有对称面，没有旋光性没有对称面，有旋光性有旋光性有旋光性2023/6/2436物理性质方面：a.对映异构体旋光方向相反，其它物理性质都完全相同。b.非对映体之间，旋光性能不同，其它物理性质也不相同。c.外消旋体和内消旋体无旋光性，其他物理性质和相应的左旋体或右旋体相比也有差异。九、旋光异构体的性质2023/6/2437在化学性质方面：

a.对映异构体与非手性试剂的作用是完全相同的。b.与手性试剂作用时，或在手性溶剂或手性催化剂的作用下，二者的反应速率有所不同，在某些特殊情况下，其中的一个会根本不发生反应。c.非对映异构体的化学性质基本相同，但在同一反应中，反应速率不同。d.构成生物体的有机物大都有旋光活性，所以对映体间重要的区别是，它们对生物体的作用不同。2023/6/2438生理活性：

具有旋光性的药物分子，其药物疗效与分子的立体结构有密切关系，往往一种立体异构体有药效，而它的对映体则药效很小，甚至完全没有药效。例如：左旋的麻黄碱的升压效能比右旋麻黄碱大四倍；左旋氯霉素具有杀菌作用，而右旋氯霉素则完全无效；维生素C右旋体疗效显著，左旋体无效。人体所需要的氨基酸都是L-型的，人体所需要的糖则都是D-型的。2023/6/24395.6不对称合成立体选择反应与立体专一反应（1）自由基反应的立体化学无光活性产物为外消旋体，无旋光活性2023/6/2440解释：2023/6/2441其中：a步骤所得产物的构型为（2S，3R），为内消旋体，无光活性b步骤所得产物的构型为（2S，3S），为光活性物质因此整个体系所得产物有旋光活性。凡是有立体选择性的反应，产物中必然有某一个立体异构为主要产物。这种将分子中一个非手性中心转化为手性中心时所得到的立体异构体的量是不均等的，亦即使某一个立体异构的量占优势的合成，叫不对称合成。S-2-氯丁烷进行二元氯代时，是立体选择性反应。得到非对映体的混合物，而且其中内消旋体较多。2023/6/2442（2）亲电加成反应的立体化学

实验事实顺式2-丁烯加溴得到外消旋体。2023/6/2443

2-丁烯与溴的加成的立体化学事实说明，加溴的第一步不是形成碳正离子。2023/6/2444若是形成碳正离子的话，因碳正离子为平面构型，溴负离子可从平面的两面进攻碳正离子，其产物就不可能完全是外消旋体，也可能得到内消旋体，这与实验事实不符。2023/6/2445用生成溴鎓离子中间体历程可很好的解释上述立体化学事实。2023/6/2446形成的环状结构中间体（溴鎓离子），即阻碍环绕碳碳单键的旋转，同时也限制Br–

只能从三元环的反面进攻，又因Br–

进攻两个碳原子的机会均等，因此得到的是外消旋体。2023/6/2447反-2-丁烯与溴加成同上讨论，产物为内消旋体。某一立体异构的反应物只得到某一种特定的立体异构产物，这种反应叫立体专一反应。2023/6/24485.7外消旋体的拆分1、化学方法根据外消旋的性质，显然对合成的外消旋体不能通过普通的物理或化学方法将它分为两个对映体。（理化性质完全相同）通过化学方法把一对对映体与一旋光物质反应，使生成非对映体，