有机化学立体化学课件

第三章立体化学（1）主要内容立体异构体手性分子和非手性分子、手性碳对映异构体和非对映异构体立体结构的表示方法

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。

立体化学(Stereochemistry)

——

以三维空间研究分子结构和性质的科学构象异构体（可互相转化）构型异构体（顺反异构）（不能相互转化）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

Chiral

isderivedfromtheGreekwordcheiros,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

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：*

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化合物的立体结构式例1：2-丁醇三种常用立体结构表达式伞形式Fischer投影式十字式主链放在垂直方向上,伸向后方不是立体结构式例2：2,3-丁二醇将主链转至同一方向互为镜像，不能重合2,3-丁二醇三种立体异构体的十字表达式第三章立体化学（2）主要内容化合物立体结构式的变换方法手性碳的构型——R型和S型，手性分子的命名手性化合物的特性——旋光性（旋光度a、比旋光，外消旋体和内消旋体）

复习两者不能重合手性分子和非手性分子、手性碳手性分子两者可以重合手性碳非手性分子对映异构体和非对映异构体对映异构体——互为镜像且不互相重合对映异构体非对映异构体——相互不为镜像立体结构表达式伞形式Fischer投影式十字式键的方向？手性碳构型的表示方法（手性碳的绝对构型）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）基团的优先顺序（Cohn-Ingold-Prelog定序规则）

（1）原子序数大者优先，同位素质量大者优先如：I>Br>Cl>S>P>F>O>N>C>D>H（2）基团的第一个原子相同时，比较与其相连的下一个原子如：-CH2CH3>-CH3-CH2Cl>-CH2F

-CH2OCH3>-CH2OH

-CH(CH3)2>-CH2CH(CH3)2（3）对不饱和基团，可认为与同一原子连接2或3次如：例:例:比较以下基团的优先顺序12例:2,3-丁二醇的三个立体异构体的命名非手性分子S型S型(2S,3S)-2,3-丁二醇R型R型S型S型(2S,3R)-2,3-丁二醇或(2R,3S)-2,3-丁二醇(2R,3R)-2,3-丁二醇非手性分子如何判断一个分子是否有手性最直接法:画其对映体，看是否重合观察有无手性碳：若分子只含有一个手性碳，即为手性分子分子含有二个以上手性碳，情况较为复杂手性碳与立体异构体数目的关系：

若分子有n

个手性碳，理论上有

2n

个立体异构体（2n/2对对映体。若手性碳组成相同，数目有所减少。2,3-丁二醇2,3-戊二醇有4个立体异构体与理论数目相同例：手性碳组成相同只有3个立体异构体2,3-戊二醇的两对对映体3.

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含假手性碳的分子（了解）：非手性分子（有对称面）手性分子(为对映体)相同组成的手性碳优先顺序：R型>S型假手性碳的构型（用r/s表示）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

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

构象型（构象转换受阻）反-环辛烯

螺旋型手性分子的特性——

旋光性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对映体之间的性质差别：物理性质：对偏振光的作用不同——有旋光性化学性质：对手性试剂的作用不同

手性化合物对偏振光的作用——旋光性（或称光学活性）入射偏振光石英样品管旋光度,a（装有旋光性物质）a透射偏振光（已偏转）Opiticallyactive

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

手性分子旋光能力的表示方式——

比旋光

[a]t

[a]t

=at

lcat

: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)

旋光纯、外消旋体和内消旋体性质的比较第三章立体化学（3）主要内容描述立体构性的D/L

体系获得手性化合物的方法，外消旋体的拆分，不对称合成）

复习1:手性碳的绝对构型——R/S方法(2S,3R)-2,3-丁二醇(2R,3R)-2,3-丁二醇(2S,3S)-2,3-丁二醇(R)-甘油醛(S)-甘油醛描述立体构性的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

复习2:外消旋体和内消旋体＋50％50％外消旋体（

）酒石酸内消旋体meso-酒石酸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(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(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

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仪器拆分（GC,HPLC…）HPLC用手性柱GC用手性柱

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、樟脑磺酸例:外消旋a-苯乙胺的化学拆分接下页在甲醇中溶解性差接上页

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

不对称合成(AsymmetricSynthsis)

——

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.(diastereomeric

excess)例2：手性底物

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.(enantiomeric

excess)前手性分子(prochi