有机化学-陆阳主编-立体化学Chapter-2-Stereochemistry省公开课金奖全国赛课一

Stereochemistry第二章立体化学1/99Content2.1Chirality,Chiralmolecules&Enantiomer

手性、手性分子和对映体2.2FischerProjectionFormulas费歇尔投影式

2.3OpticalActivity物质旋光性

Learnonyourown

自学2.4Racemate外消旋体2.5Diastereomer&MesoCompound

非对映体和内消旋体2.6D/Lsystem&R/Ssystem构型标识方法2/992.7EnantiomerWithoutChiralCarbon

无手性碳原子对映体Learnonyourown

自学2.8SplitofRacemate外消旋体拆分

Learnonyourown

自学2.9SourceofChiralmolecules&BiologicalEffect

手性分子起源和生物作用Learnonyourown

自学3/99立体化学从三维空间揭示分子结构和性能。手性分子是立体化学中及其主要部分之一。4/99分子中原子间排列次序、结合方式同分异构结构异构碳架异构位置异构官能团异构(包含互变异构)构型异构顺反异构旋光异构构象异构立体异构结构相同，原子在空间排布方式不一样5/99Keywords:1.手性2.手性碳原子3.手性分子和非手性分子4.对映异构（或旋光异构）5.旋光度和比旋光度6.对映体和非对映体7.外消旋体和内消旋体8.对映异构体表示方法（Fischer投影式）9.构型标识6/99问题：什么是手性？一、手性观察自己双手，二者有什么联络和区分？2.1Chirality,Chiralmolecules&Enantiomer

手性、手性分子和对映体7/99手性结论：1.互为实物与镜像关系；

2.相同但不能重合（合）；镜面手套与左右手相互关系:8/99思索题：假如把手换成物质（分子），考查实物（分子）与其镜像（分子）之间会有怎样关系？二、手性分子和对映体9/99以乙醇（CH3CH2OH

）为例：实物镜像实物与其镜像完全重合，不具手性，这种分子称为非手性分子；实物与其镜像是同一个物质。

1、非手性分子10/99以乳酸（CH3CHOHCOOH）为例：

2、手性分子和对映体实物与其镜像不能完全重合，含有手性，这种分子称为手性分子；实物与其镜像是两种物质（对映体）；这种异构现象称为对映（或旋光）异构。演示：乳酸对映异构11/99小结：

1.实物与其镜像能完全重合（不具手性）；

实物与镜像为同种分子-非手性分子。

2.实物与其镜像不能完全重合（手征性简称手性）；

实物与镜像为两种分子-手性分子。12/99从天文学到地球科学，从化学到生物学，几乎处处都有手性显身影。13/99Notsuperposable14/99年8月发生于大西洋阿尔贝托飓风，其螺旋含有手性特征。15/99在植物学中，手性也是一个主要形态特征。绝大部分攀缘植物是沿着主干往右缠绕，但也有少部分是往左缠绕，如香忍冬。左手性紫藤右手性多花紫藤16/99LouisPasteur有机分子手征性发觉

1848年，法国化学家LouisPasteur发觉酒石酸两种不一样存在形式：左旋酒石酸和右旋酒石酸，并把这两种晶体分开。17/9918/991.存在对映异构（异构现象之一）；2.含有旋光性（见第三节）；

因为手性分子所产生不一样异构体其旋光性不一样，所以对映异构又称为旋光异构或光学异构。三、手性分子特点光学性质19/993.生理活性不一样**例：20/99DNA在生命产生、演变、进化这么漫长过程中，自然界造就了许多分子，手性分子占去了很大百分比。组成蛋白质氨基酸都是L型氨基酸，多糖和核酸单糖是D型糖。生物分子手性同一性资料：21/99在农药使用上，手性农药使用能够到达降低剂量，提升药效作用；而且降低不良和无效对映体可能造成环境污染。如除草剂Metolachlor以消旋体形式问世以来，每年以2万多吨产量投放市场，1997年后以手性替换消旋体，使用量降低了40％，这相当于每年少向环境中排放8千多吨化学物质。

手性与环境：手性技术与手性产品符合绿色化学标准异丙甲草胺22/99“反应停”是1953年由一家德国企业合成药品—thalidomide（沙利度胺）。能够有效地阻止女性怀孕早期呕吐。在欧洲、南美洲被医生大量使用，但该药妨碍了孕妇对胎儿血液供给，造成大量“海豹畸形婴儿”出生。23/99“反应停”悲剧24/99(R)-thalidomide(S)-thalidomide致畸作用是S-异构体，而R-构型即使大剂量使用，也不会引发致畸作用。沙利度胺两个异构体：25/99

资料：药品构效关系十分主要如:(+)-葡萄糖含有营养价值，而(-)-葡萄糖无营养；

(-)-氯霉素有抗菌作用，而(+)-几乎无效;(-)-多巴治疗帕金森症，而(+)无效，有毒；

(+)-四咪唑抗忧郁药，而(-)-四咪唑抗肿瘤辅助药；氯霉素**26/99四、手性分子判定方法1、最可靠方法是考查分子本身与其镜像关系(模型,但不现实);非手性分子手性分子27/99①对称面

假设：-H、-C、-Cl、-CH3、-OH均为球体顺-1，2-二氯乙烯乙醇两个对称面2、考查分子对称性（对称面、对称中心）原因

28/99乙醇对称面CH3-CH2-OH29/99分子对称面含有对称面分子为非手性分子30/99②对称中心.HHHHCH3CH3COOHCOOH==有对称性原因分子，普通是非手性分子。31/99例乳酸有一个手性碳原子，正是这种碳原子使乳酸分子产生了手性，有两种异构体。*CH3CHCOOHOHD-(-)-乳酸（糖发酵）

L-(+)-乳酸（肌肉中）比旋光度：-3.82° +3.82°（第三节）与4个不相同原子(基团)相连接碳原子称为手性碳原子3、多数情况,依据分子中是否存在手性碳原子（以C*表示）来判定。32/99练习:指出以下化合物中手性碳原子。CH3-CHCl-CH2CH3

CH3-CH-CH-CH2CH3

OHOHHOHHHHCH3CH3H*************胆固醇33/99已知：含一个手性碳化合物如乳酸，有两种异构体。用CH3CHOHCOOH（平面结构式），无法区分二者，可见对映异构体必须用立体结构式表示。2.2FischerProjectionFormulas费歇尔投影式34/99透视式：注：实线连接原子（基团）位于纸平面上；实楔线连接原子（基团）指向纸前面；虚楔线连接原子（基团）指向纸后面。一个手性碳35/99COOHHOHCOOHHHOCOOHHHHOOHHOOC锯架式Newman投影式这些表示方法书写麻烦，多手性碳时均不易使用。二个手性碳36/99

十字线表示手性碳四价，交点代表手性碳(位于纸平面），横键向前，竖键向后。1、Fischer投影式以乳酸为例：37/99（1）手性碳（）位于纸面（十字线交点）；（2）与*C结合横向两原子（基团）位于纸面前方；（3）与*C结合竖向两原子（基团）位于纸面后方；（4）普通将主碳链放在竖线上，把命名时编号最小碳放在上端。2、投影规则这么固定下来分子模型投影，得到Fischer投影式为最严格Fischer式，用D/L法命名时必须用这种Fischer式。38/99乳酸对映异构体Fischer投影式CH3COOHHOHCH3COOHHOHCOOHCOOHHHCH3HOOHCH339/99

Fischer投影式看起来是一个平面结构式，但它表示却是含有一定空间构型分子，所以和其它表示分子立体结构式子不一样，不能任意旋转，也不能任意改变手性碳连接原子或基团位置。另外含多个手性碳化合表示起来虽不很确切（所表示构象全部是重合式），但依然使用。3、注意事项

P16介绍了相关Fischer投影式改变，但构型保持几个操作，如将Fischer投影式不离开纸面翻转180°，同一手性碳上原子（基团）交换偶数次等，待学习构型命名后是能够证实。40/991、Fischer投影式不能离开纸面进行翻转。2、若要知道两个投影式是否能重合，只能使它在纸面上旋转180°,而不能旋转90°或270°。比较投影式时必须恪守以下规则：41/9942/99

3、Fischer式中*C上所连原子或基团能够两-两交换偶数次。若交换奇数次，将会使构型变为它对映体。43/99Problem3:以下Fischer式是否表示同一化合物？

COOH CH2OH H OH HO H CH2OH COOH

1

2 COOH OH HO H HOCH2 COOH CH2OH H

3

4旋转180℃后可重合镜像关系--对映体交换偶数次后与1同44/99同一个异构体能够用几个不一样方法表示其立体结构。如：2R,3S-2,3,4-三羟基丁醛：

CHOH———OHHO———HCH2OH

CHOHCOHHOCH

CH2OHFischer投影式

透视式45/99H OHHO HCHOCH2OH锯架式OHCCH2OHHHOOHHNewman投影式46/991.什么是旋光性？2.什么物质含有旋光性？3.物质旋光性是怎样测定？4.测定旋光性有何意义？5.什么是左旋体和右旋体？6.符号(+)、(－)、d、l、、[

]D

所表示意义？7.t要处理问题：t[]D=

C×L自学2.3OpticalActivity物质旋光性

47/99答：使平面偏振光旋转性质手性物质含有旋光性旋光仪不一样旋光性物质，生理活性不一样使平面偏振光偏振面向左（右）旋转

(+)或d：右旋体；(－)或l：左旋体；：旋光度；[

]D

：比旋光度

t[]D=

C×Lt48/99例：肌肉运动时产生乳酸，其[]

20D=（+）3.82°表示以钠光D-线作为光源，温度20℃，其比旋光度为右旋3.82度。假如溶剂不是水，还应注明溶剂类型,有时还需注明溶液浓度。49/99练习：将胆固醇样品260mg溶于5ml氯仿中，然后将其装满5厘米长旋光管，在室温经过偏振钠光测得旋光度为-2.5°

,计算胆固醇比旋光度。

[]tD=（氯仿）解：50/99外消旋体：等量对映体混合物。用(±)或(dl)表示。

例：2.4Racemate外消旋体51/99资料：对映体、外消旋体物理性质比较名称(+)-乳酸(

)-乳酸(

)-乳酸

mp（℃）：

262618[]20D：+3.82-3.82

0pKa（25℃）：3.763.763.76无旋光性？结论：对映体之间物理性质除旋光方向相反外，其余均相同；外消旋体除无旋光性外，其它物理性质与单一对映体不一样。对映体化学性质比较

与非手性试剂反应时化学性质相同，反应速度也相同；若与手性试剂反应，化学性质相同，但反应速度有差异。52/99一、非对映异构体（以2-羟基-3-氯丁二酸为例）

问题：1.指出该化合物中手性碳原子。

2.两手性碳所连接原子(基团)分别是？**

4321结构式：2.5Diastereomer&MesoCompound

非对映体和内消旋体53/99[a]D:+7.1°-7.1°+9.3°-9.3°非对映异构体(非对映体)彼此不呈镜像关系立体异构体对映体对映体有四个异构体：由此可见这种异构现象称为旋光异构更为恰当！2054/99结论：1.含有不相同手性碳原子化合物其旋光异构体数目为2n个(n为不相同手性碳原子数目)。例：有24=16个异构体（16章）2.非对映体不是实物与镜像关系，相互间旋光性不一样,物理性质不一样。化学性质相同，但反应速度存在差异。尤其是酶催化反应，差异更大。55/99资料：[a]D:-12°

0°旋光性不一样（包含旋光方向、比旋光度）mp:170℃ 140℃溶解度:139（g.100ml-1水）125（g.100ml-1水）

非对映体之间可采取分步结晶、分馏等伎俩进行分离。

56/99手性分子立体结构与受体立体结构(受体靶位)有互补关系时，其活性部位才能进入受体靶位，产生应有生理作用。而一对对映体只有其中一个适合进入一个特定受体靶位，产生生理效应。对映体和非对映体生物学性质往往大不相同。

3、生物学性质57/99

问题：1.指出该化合物中手性碳原子。

2.

两手性碳所连接原子、基团分别是？**

4321二、内消旋化合物（以2，3-二羟基丁二酸为例）58/99相同化合物对映体对映体？[a]D:+12°-12°0°

含有相同手性碳原子化合物其旋光异构体数目<2n内消旋化合物或内消旋体（m）

假如一个分子有两个或两个以上手性中心，并有一个内在对称面，这个分子就叫做内消旋体。59/99问题：1.外消旋体与内消旋体有何区分？2.外消旋体与内消旋体都无旋光性，其本质是否相同？

内消旋体是非手性分子；而外消旋体是由含有手性两个对映异构体等量混合而得混合物。二者都无旋光性,但有本质不一样。分子内有一个对称面，对称面上半部是下半部镜像，分子上下两部分对偏振光影响相互抵消，整个分子无旋光性。60/99和一样，不一样分子，其构型不一样。所以和顺反异构体命名一样，命名有立体特征化合物时，应标出分子中各个原子（或基团）特有固定空间排列方式。2.6D/Lsystem&R/Ssystem构型标识方法61/99构型

是指一个立体分子中原子或基团在空间排布方式。

对映体构型

是指手性碳所连4个原子或基团在空间不一样排布方式。62/99一、D/L构型标识法以甘油醛为标准，人为要求手性碳连-OH投影在右边，D型；在左边，L型。CH2OHCHOHCHO**CH2OHCHOHOH*CH2OHCHOHOHD-甘油醛L-甘油醛63/99注意：这种构型命名法是依据严格Fischer投影式中C*上取代基处于位置而确定其构型。惯用于糖类、脂类、氨基酸命名。例：D-葡萄糖L-油脂L-氨基酸例：64/99和顺反命名法一样，D/L构型标识法也存在着不足。新构型标识法提出例：构型无法确定65/99二、R/S构型标识法

1970年，国际上依据IUPAC提议采取了R/S构型系统命名法，这种命名法适应性更广。直接依据化合物实际构型或投影式命名，不需要与其它化合物联络比较。66/99①由次序规则确定（a.b.c.d）“大小”次序假设a＞b＞c＞d;②最小d在竖线上，由a

b

c（在纸平面上）顺时针，R构型；逆时针为S构型。关键以为例，其中a、b、c、d分别代表四种不一样原子或基团由Ficher投影式确定R/S构型67/99③最小d在横线上，由a

b

c（在纸平面上）顺时针为

S构型；逆时针为

R构型。68/99

COOH COOH

H OH HO H CH3 CH3

CH2Cl HHOCH2 Cl HOCH2 Cl

H

CH2ClR-(-)-乳酸S-(+)-乳酸S-2,3-二氯丙醇练习：用R/S法命名以下化合物构型。R-2,3-二氯丙醇中大小中大小69/99CO2H ClHHOHCO2H32练习：命名以下化合物假如不考虑构型其名称为：2S,3R-扩展：R/S命名法应用于多个手性碳原子化合物注意：1.主链编号应符合系统命名法命名标准；2-羟基-3-氯丁二酸2.再命名各手性碳构型；CO2H ClHOHHCO2H或2370/99P222-3命名以下化合物。(1)(2)14、532232S，3R-1,3-二氯-2-甲基戊烷3-溴-1-戊烯R-71/99问题：D/L和R/S构型命名法有没有联络？没有。就像顺反异构体构型命名一样，有能够用顺/反，而Z/E命名法能够命名任何顺反异构体。手性分子构型命名有能够用D/L，而R/S

命名法适合用于任何旋光异构体。72/99第七节~第九节自学1.含1个手性碳原子分子必定是手性分子。2.含多个不一样手性碳原子分子必定是~。3.含有相同手性碳原子分子不一定是~。4.不含手性碳原子分子也可能是手性分子（第七节）。5.反应部位位于手性碳原子，产物是外消旋体（第八节）。6.手性分子起源及意义（第九节）。要处理问题：73/99作业：P262-42-82-92-122-13

预习：第六章卤代烃消除反应历程-自学74/99参考资料75/991、基本概念手性碳原子、手性分子、对映异构现象、对映体、非对映体、内消旋体、外消旋体、旋光性、旋光性化合物、左旋体、右旋体、旋光度、比旋光度4、对映异构体表示方法5、旋光异构体构型标识法

【复习与讨论】3、内消旋体与外消旋体有什么不一样2、手性分子与手性碳原子关系

76/99【知识巩固】1、指出以下各组由大到小次序①-H、-CH2CH3、-Br、-CH2CH2OH②-COOH、-CH2OH、-OH、-CHO④③①②②④①③77/99B78/99非对映注意：最可靠方法是命名；2R,3S-2-氯-3-溴丁烷2R,3R-2-氯-3-溴丁烷79/994、将构象用Ficher投影式表示

关键：依据Ficher投影式投影规则，

1、将该式变成重合式；

2、碳链展开，手性碳上原子（基团）左、右不变；80/995、关于旋光异构现象以下概念了解正确是（）AA、手性分子一定含有旋光性，有旋光性分子一定是手性分子B、内消旋体和外消旋体旋光度都等于零，因而实质是一样C、手性分子一定含手性碳原子，含手性碳原子分子一定是手性分子D、D-型一定是R-型、（＋），L-型一定是

S-型、（－）。81/996、含有对映异构化合物是（）7、含有对映异构烷烃分子中最少含碳原子数（）A、6个B、7个C、8个D、9个BA82/998、以下化合物中，现有顺反异构，又有对映异构是（）BA9、以下各组化合物，属于同一构型是（）83/9910、以下化合物中，没有旋光性是（）Ｄ84/99①②11、证实：构型保持结论：①不离开纸平面旋转180°；②同一手性碳上原子（基团）交换偶数次；R-乳酸85/99*假如不熟悉这些规则，不要轻易变动Fischer投影式中原子（基团）位置，以预防改变其分子原构型。S-乳酸①离开纸平面旋转180°；②同一手性碳上原子（基团）交换奇数次；构型改变

③在纸平面上旋转90°或其奇数倍；R-乳酸S-乳酸证实：86/9912、以下说法正确是①含有手性碳原子化合物，一定含有旋光性。②手性分子一定含有旋光性。③含有一个手性碳原子分子，一定是手性分子。④含有n个手性碳物质，其旋光异构体数目为2n个。⑤

D-甘油醛就是R-甘油醛，L-丙氨酸就是S-丙氨酸。⑥

D-型一定是右旋体，L-型一定是左旋体。⑦手性分子中不一定含有手性碳原子，含手性碳原子分子也不一定是手性分子。

87/99复习：1.什么是同分异构现象和同分异构体？2.分子结构包含哪些内容？分子式相同，但结构不一样现象~；含有同分异构现象化合物互称为~。组成份子元素种类、各种原子个数（分子式）；各原子之间连接次序、连接方式（结构）；各原子在空间排列形式（构象、构型）。88/993.已经碰到过同分异构现象有哪些？顺反异构与89/99学习立体化学意义生命物质多含有立体结构上专一性；2.不对称合成（手性催化合成药品），年诺贝尔化学奖（美）诺尔斯、（日）野依良治。