第八章立體化學

1、第1頁，共54頁。 立體化學立體化學 stereochemistry 從立體觀點研究分子的結構以及分子的立從立體觀點研究分子的結構以及分子的立體結構對其物理性質和化學反應的影響。體結構對其物理性質和化學反應的影響。 第2頁，共54頁。 立體化學的兩個方面：立體化學的兩個方面： 靜態(tài)立體化學靜態(tài)立體化學 涉及涉及分子結構分子結構即即 原子在空間的原子在空間的 相對位置（構型，構象）。相對位置（構型，構象）。 動態(tài)立體化學動態(tài)立體化學 涉及分子的涉及分子的反應能力反應能力 即了解反應的即了解反應的 立體過程和過渡態(tài)的幾何形狀立體過程和過渡態(tài)的幾何形狀 、產(chǎn)物、產(chǎn)物 的立體化學。的立體化學。 第3頁

2、，共54頁。 Lois Pastuer (1822-1895)J.H. van t Hoff (1852-1911) F.A.Kekule (1829-1896) 立體化學的重要奠基人立體化學的重要奠基人第4頁，共54頁。 有機化合物的立體異構現(xiàn)象有機化合物的立體異構現(xiàn)象： 構型異構構型異構configuration順反異構順反異構 對映異構對映異構（旋光異構）（旋光異構）構象異構構象異構conformation第5頁，共54頁。COOHHOOCCOOHHOOC順丁烯二酸順丁烯二酸反丁烯二酸反丁烯二酸 馬來酸馬來酸 （maleic acid） mp. 138oC 富馬酸富馬酸（fumaric

3、acid） mp. 287oC例例1例例2. 視紫紅素視紫紅素N-視視蛋蛋白白第6頁，共54頁。 一、旋一、旋 光光 性、對性、對 映映 異異 構構 和和 手手 性性 optical activity , enantiomerism chirality第7頁，共54頁。1 1、平面偏振光、平面偏振光普通光Nicol棱鏡偏振光第8頁，共54頁。 2 2、旋光性（光活性）、旋光性（光活性） 右旋右旋 (+），），d 左旋左旋 ( - ) , l 旋光性的測定旋光性的測定 旋光儀旋光儀 3 3、旋光度、旋光度和比旋光度和比旋光度 第9頁，共54頁。 1848 1848年年 Pastuer 酒石酸鈉銨

4、酒石酸鈉銨 兩個異構體的性質區(qū)別僅為兩個異構體的性質區(qū)別僅為旋光方向相反旋光方向相反 4 4、手性和對映異構（旋光異構）、手性和對映異構（旋光異構） 分子中原子的非對稱排列，使它同它的分子中原子的非對稱排列，使它同它的鏡像不能互相迭合，是產(chǎn)生對映異構的根本鏡像不能互相迭合，是產(chǎn)生對映異構的根本原因。原因。 分子中原子的非對稱排列分子中原子的非對稱排列第10頁，共54頁。肌肉乳酸、乳糖發(fā)酵乳酸：肌肉乳酸、乳糖發(fā)酵乳酸： CH3CHOHCOOHCCOOHOHCH3HCCOOHCH3HHO（）乳酸（）乳酸 ：+3.8o -3.8o第11頁，共54頁。手性手性 (chirality): 物體或分子與其

5、鏡像相似而物體或分子與其鏡像相似而 不重合，有左右之分的性質。不重合，有左右之分的性質。手性只能在手性條件下識別。手性只能在手性條件下識別。第12頁，共54頁。 對映異構（對映異構（enantiomerism）: 一對立體異構體一對立體異構體互為實物和鏡像對映關系，互為實物和鏡像對映關系，相似而不重合的現(xiàn)象。相似而不重合的現(xiàn)象。旋光方向相反旋光方向相反物性、化性一般相同物性、化性一般相同不同物質，不同物質，可分離可分離 對映異構體對映異構體（對映體）（對映體）第13頁，共54頁。 對映異構研究的重要意義：對映異構研究的重要意義： 與生命活動密切相關與生命活動密切相關 “鎖鑰關系鎖鑰關系”鑲嵌誘

6、導鑲嵌誘導第14頁，共54頁。 鎮(zhèn)靜劑鎮(zhèn)靜劑 強畸胎劑強畸胎劑 (+)-thalidomide (-)-thalidomide NHOONHOONHOOHOON Thalidomide ( 反應停反應停)第15頁，共54頁。 Thalidomide致畸病例致畸病例第16頁，共54頁。手性藥物手性藥物（chiral drugs）Penicillin V:(S)-Ibuprofen:CCOOHCH3HOONHNSCH3CH3COOHHH H6R5R2S第17頁，共54頁。第18頁，共54頁。CH3 C CH2CH3HClCH3 C COOHHOH* 有一個手性碳原子的分子具有手性，有一個手性碳原子

7、的分子具有手性， 有對映異構體，有旋光性。有對映異構體，有旋光性。 手性碳原子手性碳原子：與四個不同原子或基團相連：與四個不同原子或基團相連第19頁，共54頁。NO2COOHCOOHNO2NH2NH2HHCH3HCO OHBrOO(CH2)8COOHPH6H5CH3CH2CH3CH2CH2N+CH3PhCH2PhC2H5OH-沒有手性碳的手性化合物沒有手性碳的手性化合物第20頁，共54頁。第21頁，共54頁。2 2、分子對稱性的判斷、分子對稱性的判斷 對稱因素對稱因素 簡單對稱軸簡單對稱軸 （Cn ）第22頁，共54頁。 對稱面對稱面 (m)CH3CH3HHHOCOOHHHHOCOOH第23頁

8、，共54頁。 下列分子下列分子有無對稱面，有幾個？有無對稱面，有幾個？BrBrHHC = CHOClHClClHHHHHCCHHCH3CH3ClCl*第24頁，共54頁。 對稱中心對稱中心(i) HHHHFFClClC CCH3ClCH3Cl第25頁，共54頁。交替對稱軸（交替對稱軸（Sn ）FClHHHHFClS2FClHHFHHCl180oHClFHHClFH第26頁，共54頁。 分子結構中分子結構中不具有不具有對稱面對稱面和和對稱中心對稱中心， 就有手性，即有旋光性就有手性，即有旋光性, , 有對映異構現(xiàn)有對映異構現(xiàn) 象。象。 第27頁，共54頁。C = C = CCH3CH3HH 對映

9、體對映體例：試判斷下列化合物有無手性例：試判斷下列化合物有無手性第28頁，共54頁。第29頁，共54頁。 紐曼（紐曼（Newmann）投影式）投影式 ClClCH3CH3HHHHHHCH3CH32氯丁烷的一對對映體CCCH3CH3ClClC2H5C2H5HH第30頁，共54頁。 Fischer 投影式投影式 例：例：2 2羥基丙酸羥基丙酸 a. 橫鍵向前，豎鍵向后橫鍵向前，豎鍵向后 CH3CH3HH( dl )HOOHCOOHCOOH第31頁，共54頁。練習：練習： 用用Fischer投影式寫出投影式寫出 CH3C*HOHCH2CH3的立體異構體的立體異構體, ,并指出哪些相同，哪些是對并指出

10、哪些相同，哪些是對映體。映體。 第32頁，共54頁。HCH3OHC2H5HOCH3C2H5HHOHCH3C2H5CH3OHC2H5HHOC2H5CH3H對映體對映體同一化合物同一化合物對映體對映體同一化合物同一化合物二基對換一基不動，三基依次輪換平面旋轉90o平面旋轉180o b.投影式輪換規(guī)則：投影式輪換規(guī)則：第33頁，共54頁。 各種立體構型式之間的轉換各種立體構型式之間的轉換 CCOOHNH2CH3HFischer 投影式CH3HCOOHNH2COOHHC2H5HClHFischer 投影式ClCH3COOHC2H5第34頁，共54頁。 3 3、構型的確定和標記、構型的確定和標記 相對構

11、型相對構型( D, L 標記標記) CHOOHHCH2OHHOCHOCH2OHHD-L-甘油醛甘油醛CHOOHHCH2OHHOD- 葡萄糖HHHOHOH第35頁，共54頁。 絕對構型絕對構型 （ R , S 標記標記） a. 按按次序規(guī)則次序規(guī)則確定手性碳上確定手性碳上4基團的優(yōu)先順序基團的優(yōu)先順序 例、例、CH3C*HOHCOOH 優(yōu)先順序：優(yōu)先順序：OH COOH CH3 H 第36頁，共54頁。 b. b. 遠離次序最后基團，其余三基按遠離次序最后基團，其余三基按 大、中、小大、中、小排列：排列： 順時針順時針 R( retus ,right) 逆時針逆時針 S( sinister ,l

12、eft)第37頁，共54頁。CCOOHOHCH3HS- 乳酸乳酸CH3HOHCOOHR-乳酸乳酸第38頁，共54頁。左右手法左右手法第39頁，共54頁。 左右手法：左右手法： 拇指指向最小基團所指方向；拇指指向最小基團所指方向； 其余三基：大其余三基：大( (指根指根) )中中小（指尖）排列?。ㄖ讣猓┡帕?與左手相符與左手相符：S 與右手相符與右手相符：R第40頁，共54頁。 練習：改寫成練習：改寫成Fischer投影式，投影式，R,SR,S標記，命名標記，命名S 3，3二溴二溴2丁醇丁醇R- 2氯丁烷氯丁烷CH3CH3BrBrHOHCH3HOHCBr2CH3CH3HClC2H5CH3CH3H

13、HHCl第41頁，共54頁。O例例: 指出香芹酮的一個異構體中的手性碳原子指出香芹酮的一個異構體中的手性碳原子,并進并進行行R,S標記標記*HS-香芹酮香芹酮第42頁，共54頁。第43頁，共54頁。CH3CHCOOHNH2*COOHHCH3NH2CH3HCOOHNH2 R- R-氨基丙酸氨基丙酸S-氨基丙酸氨基丙酸 外消旋體外消旋體（dl- 或或 ） 一對對映體的等量混合物一對對映體的等量混合物第44頁，共54頁。 五、具五、具 有有 多多 個個 手手 性性 中中 心心 的的 對對 映映 異異 構構 CH3CHCHCH2CH3Cl Cl*CH3CHCHCH3OH OH*兩個不同手性中心兩個不同

14、手性中心 兩個相同手性中心兩個相同手性中心 第45頁，共54頁。* * 1 1、含兩個不同手性碳的對映異構、含兩個不同手性碳的對映異構CH3C2H5HHClClC2H5CH3HHClClC2H5CH3HHClClC2H5CH3HHClCl(2S , 3R )(2R , 3S )( 2S , 3S )對映體對映體(2R , 3R )23非對映體寫出寫出2，3二氯戊烷的所有立體異構體二氯戊烷的所有立體異構體第46頁，共54頁。非對映體非對映體 (diastereomer)物性不同， 化性同例：麻黃堿例：麻黃堿CH3 - CH - CHC6H5CH3NH OH mp(oC) 鹽酸鹽鹽酸鹽 20D (

15、) 34 +35 () 34 -35 () 118 -26.5 () 118 +26.5四個立體異構體：四個立體異構體：對映體對映體對映體對映體非非對對映映體體具有相同構造式具有相同構造式第47頁，共54頁。 化合物立體異構體的數(shù)目與分子中化合物立體異構體的數(shù)目與分子中手性碳原子數(shù)的關系：手性碳原子數(shù)的關系： 2 2 n n （ n : 手性碳的個數(shù)）手性碳的個數(shù)） 第48頁，共54頁。 2 2、含兩個相同手性碳的對映異構、含兩個相同手性碳的對映異構CH3HHCH3OHOHCH3HHCH3HOHOCH3HHCH3OHHOCH3HHCH3OHHO(2S , 3R )(2R , 3S )( 2S

16、, 3S )(2R , 3R )對映體mesomer 寫出寫出2，3丁二醇的所有立體異構體丁二醇的所有立體異構體非對映體分子內有對稱面分子內有對稱面純物質純物質無旋光性無旋光性內消旋體內消旋體第49頁，共54頁。 含有相同手性中心的立體異構體數(shù)目含有相同手性中心的立體異構體數(shù)目 2n例：酒石酸（例：酒石酸（2，3二羥基丁二酸）的物理性質二羥基丁二酸）的物理性質酒石酸酒石酸 mp/oC 25D 溶解度溶解度 pka1 pka2 (20%水溶液水溶液) /g.(100g水水)1 (+) 170 +12 139 2.93 4.23 (- ) 170 -12 139 2.93 4.23 () 206 0 20.6 2.96 4.24 (m) 140 0 125 3.11 4.80第50頁，共54頁。六、環(huán)六、環(huán) 狀狀 化化 合合 物物 的的 立立 體體 異異 構構順反異構；順反異構；對映異構對映異構第51頁，共54頁。 練習：練習： 試寫出試寫出1 1，2 2 二甲基環(huán)戊烷的立體異構體：二甲基環(huán)戊烷的立體異構體： CH3CH3CH