第一章立體化學(xué)-3

1、1Welcome to Physical Organic Chemistry 物理有機化學(xué)是用物理和物理有機化學(xué)是用物理和物理化學(xué)的概念、理物理化學(xué)的概念、理論和方法論和方法來研究有機化合物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機理來研究有機化合物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機理等問題的基礎(chǔ)學(xué)科。它幫助人們確認(rèn)有機化合等問題的基礎(chǔ)學(xué)科。它幫助人們確認(rèn)有機化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，了解反應(yīng)機理，從而加深對物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，了解反應(yīng)機理，從而加深對有機化學(xué)化學(xué)反應(yīng)的理解。有機化學(xué)化學(xué)反應(yīng)的理解。 本課程介紹立體化學(xué)、結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性的關(guān)系、本課程介紹立體化學(xué)、結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性的關(guān)系、溶劑效應(yīng)、酸堿理論等物理有機的基礎(chǔ)內(nèi)容，溶劑效應(yīng)、酸堿理論等物理有機

2、的基礎(chǔ)內(nèi)容，并重點介紹親核取代反應(yīng)中的離子對理論，碳并重點介紹親核取代反應(yīng)中的離子對理論，碳正離子、碳負(fù)離子等問題。也將介紹周環(huán)反應(yīng)正離子、碳負(fù)離子等問題。也將介紹周環(huán)反應(yīng)等有機化學(xué)的內(nèi)容。等有機化學(xué)的內(nèi)容。2教 師：張萬軒 E-mail: 實驗室：化學(xué)樓C514教 材：課程內(nèi)容選自多種教材。3教材和參考書教材和參考書1 1、物理有機化學(xué)物理有機化學(xué)，英柏寧，宋化燦著，化，英柏寧，宋化燦著，化學(xué)工業(yè)出版社，學(xué)工業(yè)出版社，20092009年。年。2 2、 物理有機化學(xué)物理有機化學(xué)，張永敏，張永敏 編著，上?？茖W(xué)編著，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，技術(shù)出版社，20012001年。年。 。3 3、高等有機化學(xué)

3、高等有機化學(xué) 汪秋安編著，化學(xué)工業(yè)出汪秋安編著，化學(xué)工業(yè)出版社，版社，20072007年年7 7月第二版。月第二版。 4 4、高等有機化學(xué)高等有機化學(xué) 反應(yīng)、機理和結(jié)構(gòu)反應(yīng)、機理和結(jié)構(gòu)上、下上、下冊，冊， ( (美美) )馬馬 奇奇(March,J.)(March,J.)著，著， 人民教育出版人民教育出版社，社， 19811981年。年。4第一章第一章 立體化學(xué)立體化學(xué)5CCCsp3 C-C單鍵（飽和碳）立體結(jié)構(gòu)sp2碳碳雙鍵立體結(jié)構(gòu)sp碳碳三鍵立體結(jié)構(gòu)C-CC=CC C共價鍵的方向性決定了有機分子立體結(jié)構(gòu)的多共價鍵的方向性決定了有機分子立體結(jié)構(gòu)的多樣性，碳原子成鍵的方式如下：樣性，碳原子成鍵

4、的方式如下：1.1 1.1 立體化學(xué)現(xiàn)象立體化學(xué)現(xiàn)象6 立體化學(xué)是研究分子的立體結(jié)構(gòu)、反應(yīng)立體效立體化學(xué)是研究分子的立體結(jié)構(gòu)、反應(yīng)立體效應(yīng)的科學(xué)，在有機合成、生物化學(xué)等方面都有應(yīng)的科學(xué)，在有機合成、生物化學(xué)等方面都有重要意義。重要意義。異構(gòu)現(xiàn)象分類：異構(gòu)現(xiàn)象分類：構(gòu)造構(gòu)造(Constitution)(Constitution)：分子中原子互相聯(lián)結(jié)的方式和次序。：分子中原子互相聯(lián)結(jié)的方式和次序。構(gòu)型構(gòu)型(Configuration)(Configuration)：分子中原子或原子團(tuán)在空間的排列方：分子中原子或原子團(tuán)在空間的排列方式。式。構(gòu)象構(gòu)象(Conformation)(Conformatio

5、n): : 由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中的原由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中的原子在空間不同排列方式。子在空間不同排列方式。7異構(gòu)現(xiàn)象 產(chǎn)生原因 實例 順反異構(gòu) 由于雙鍵或環(huán)的存在 CH3HHCH3CH3HCH3H 對映異構(gòu) 分子具有手性 HOHHOHCH3COOHCOOHCH3 立體 異 構(gòu) 構(gòu)象異構(gòu) 單鍵的旋轉(zhuǎn) ClClClCl 立體異構(gòu)現(xiàn)象分類本章主要對映異構(gòu)。本章主要對映異構(gòu)。81.2 對稱性與分子結(jié)構(gòu) 研究化合物的對稱性是研究其立體異構(gòu)的方法研究化合物的對稱性是研究其立體異構(gòu)的方法之一。對稱性可以用對稱因素（元素）來確定。之一。對稱性可以用對稱因素（元素）來確定。而對稱因素又可以用對稱操

6、作加以描述。而對稱因素又可以用對稱操作加以描述。四種四種對稱因素：對稱因素：v對稱軸對稱軸( (旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)軸C Cn n ) )v對稱面對稱面( (鏡面鏡面 ) )v對稱中心對稱中心 i iv交替對稱軸交替對稱軸( (旋轉(zhuǎn)反映軸旋轉(zhuǎn)反映軸S Sn n ）9對稱對稱軸軸繞對稱軸旋繞對稱軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)180之之后后對稱軸對稱軸( (旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)軸C Cn n ) )：設(shè)想分子中有一條直線，當(dāng)分子以：設(shè)想分子中有一條直線，當(dāng)分子以此直線為軸旋轉(zhuǎn)此直線為軸旋轉(zhuǎn)360360 /n/n（n n為正整數(shù)）后，得到的分子為正整數(shù)）后，得到的分子與原來的分子相同，這條直線就是與原來的分子相同，這條直線就是n n重對稱軸

7、。重對稱軸。對稱對稱軸軸10對稱面對稱面對稱面( (鏡面鏡面 ) )：設(shè)想分子中有一平面，它可以把：設(shè)想分子中有一平面，它可以把分子分為互為鏡象的兩半，這個平面就是對稱面。分子分為互為鏡象的兩半，這個平面就是對稱面。對稱面11對稱中心對稱中心 i i ：設(shè)想分子中有一個點，從分子任何一個原子出發(fā)，設(shè)想分子中有一個點，從分子任何一個原子出發(fā)，向這個點作一直線，再從這個點將直線延長出去，則在與該向這個點作一直線，再從這個點將直線延長出去，則在與該點前一線段等距離處，可以遇到一個同樣的原子，這個點就點前一線段等距離處，可以遇到一個同樣的原子，這個點就是對稱中心。是對稱中心。對稱中心12交替對稱軸交替

8、對稱軸( (旋轉(zhuǎn)反映軸旋轉(zhuǎn)反映軸 S Sn n ) )：設(shè)想分子中有一條：設(shè)想分子中有一條直線，當(dāng)分子以此直線為軸旋轉(zhuǎn)直線，當(dāng)分子以此直線為軸旋轉(zhuǎn)360360 /n/n后，再用后，再用一個與此直線垂直的平面進(jìn)行反映，如果得到的一個與此直線垂直的平面進(jìn)行反映，如果得到的鏡象與原來分子完全相同，這條直線就是交替對鏡象與原來分子完全相同，這條直線就是交替對稱軸。稱軸。R+R-R+R-R+R-R+R-R+R-R+R-垂直于對稱軸垂直于對稱軸的鏡面的鏡面 通過反射的通過反射的操作，上、下操作，上、下方的基團(tuán)交換方的基團(tuán)交換位置，基團(tuán)的位置，基團(tuán)的構(gòu)型改變。構(gòu)型改變。重合重合S4旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)9 90 013手

9、性手性( (對映異構(gòu)對映異構(gòu)) )與分子對稱性與分子對稱性 分子是否具有手性，與分子的對稱性緊密分子是否具有手性，與分子的對稱性緊密相關(guān)。相關(guān)。對稱面對稱面( ( ): ): 具有具有 就沒有手性就沒有手性. .對稱中心對稱中心( (i i ) : ) : 具有具有i i 就沒有手性就沒有手性. .對稱軸對稱軸( C( Cn n ): ): 不能作為衡量標(biāo)準(zhǔn)不能作為衡量標(biāo)準(zhǔn). .更替對稱軸更替對稱軸( S( Sn n ): ): 具有四重更替對稱軸的分具有四重更替對稱軸的分子沒有手性子沒有手性. .141.3 旋光化合物的分類（1 1）只有一個手性碳原子的化合物具有旋光性）只有一個手性碳原子的

10、化合物具有旋光性（有多個則不一定）。（有多個則不一定）。H3CH2CCH*CH3OH( 2 ) ( 2 ) 含其他四取代基手性原子的化合物，含其他四取代基手性原子的化合物，如砜如砜和季銨鹽。和季銨鹽。C6H5H2CSC6H5OO1618C6H5H2CNC6H5ICH3CH2CH CH2砜銨15（3 3）含有三價手性原子的化合物，如）含有三價手性原子的化合物，如膦和亞砜。膦和亞砜。PH3CH2CH2CH3CC6H5SC6H5H2CH3CC6H5O膦亞砜（4 4）含有手性軸的化合物，如）含有手性軸的化合物，如聯(lián)苯、丙二烯聯(lián)苯、丙二烯和螺環(huán)化合物類。和螺環(huán)化合物類。O2NHO2CHO2CNO2CO2

11、HNO2O2NHO2C手性軸手性軸16ABABC CCCH3HCH3H分子中沒有手性中心，分子中沒有手性中心，端位上連接的基團(tuán)分別在端位上連接的基團(tuán)分別在兩個相互垂直的平面內(nèi)。兩個相互垂直的平面內(nèi)。NH2HNH2HCHCH3CH3HABBAABBAABBA手性軸手性軸17（5 5）其他手性分子）其他手性分子HCOOHOO(CH2)8OO(CH2)8HHOOC平面手性螺旋手性181 1、官能團(tuán)大小及排序、官能團(tuán)大小及排序( 1 )( 1 ) 單原子相互比較，原子序數(shù)大的排序較大單原子相互比較，原子序數(shù)大的排序較大; ;同同位素中質(zhì)量高的在前。位素中質(zhì)量高的在前。 I I Br Br Cl Cl

12、S P S P F F O O N N C C D D H H( 2 )( 2 ) 兩個多原子基團(tuán)相比較，如果第一個原子相兩個多原子基團(tuán)相比較，如果第一個原子相同，則比較與它相連的其他原子。同，則比較與它相連的其他原子。( 3 )( 3 ) 含雙鍵或三鍵的基團(tuán)，看著連有兩個或三個含雙鍵或三鍵的基團(tuán)，看著連有兩個或三個相同的原子。如相同的原子。如 -C-C CH CH -C(CH -C(CH3 3) )3 3 -CH=CH -CH=CH2 2 -CH(CH -CH(CH3 3) )2 2 - -CHCH2 2CHCH3 3 -CH -CH3 31.4 1.4 分子立體結(jié)構(gòu)的確定分子立體結(jié)構(gòu)的確定

13、19COOHCH3HHO2 2、手性中心、手性中心R R，S S的確定：的確定：將與手性中心相聯(lián)的四個取代基按順序規(guī)則排列將與手性中心相聯(lián)的四個取代基按順序規(guī)則排列大小，將最小的基團(tuán)放在離眼睛最遠(yuǎn)的地方，其大小，將最小的基團(tuán)放在離眼睛最遠(yuǎn)的地方，其他三個基團(tuán)按由大到小的方向旋轉(zhuǎn)，順時針方向他三個基團(tuán)按由大到小的方向旋轉(zhuǎn)，順時針方向的是的是R R，逆時針方向的是，逆時針方向的是S S。123R-(-)-R-(-)-乳酸乳酸CH2CH2CH3CH2CH2COOHH3CH2N123S S4 4甲基甲基4 4氨基庚酸氨基庚酸44203 3、丙二烯型及聯(lián)苯型手性化合物、丙二烯型及聯(lián)苯型手性化合物R R，

14、S S的確定的確定丙二烯型丙二烯型: : 將分子看成具有手性軸的一個拉長的四將分子看成具有手性軸的一個拉長的四面體，按接近觀察者的基團(tuán)優(yōu)先的原則處理。接面體，按接近觀察者的基團(tuán)優(yōu)先的原則處理。接近的兩個基團(tuán)排序為近的兩個基團(tuán)排序為1 1，2 2；二較遠(yuǎn)的基團(tuán)排序為；二較遠(yuǎn)的基團(tuán)排序為3 3，4 4。然后按中心手性的方法判斷是。然后按中心手性的方法判斷是R R或或S S。21434321CCCPhH2CPhPhH2CPhababababRR21CCHOOCHH3CHabcbabcb12343412RR22聯(lián)苯型聯(lián)苯型: : 取兩對相距近而又不同的基團(tuán)，取兩對相距近而又不同的基團(tuán)，然后按照然后按照

15、一個拉長的四面體，按接近觀察者的基團(tuán)優(yōu)先的一個拉長的四面體，按接近觀察者的基團(tuán)優(yōu)先的原則處理。接近的兩個基團(tuán)排序為原則處理。接近的兩個基團(tuán)排序為1 1，2 2；兩個較；兩個較遠(yuǎn)的基團(tuán)排序為遠(yuǎn)的基團(tuán)排序為3 3，4 4。然后按中心手性的方法判。然后按中心手性的方法判斷是斷是R R或或S S。abHOOCNO2HH3COO2NCOOHabbaab2134S23abHCOOHHH3COH3COOCH3caClCOOH2134Sbaca 因為下面苯基距上面苯基最近的是兩個相同因為下面苯基距上面苯基最近的是兩個相同的取代基（的取代基（OCHOCH3 3），故向遠(yuǎn)處延伸至），故向遠(yuǎn)處延伸至Cl/COOH.

16、Cl/COOH.241.5 含有兩個及多個手性碳原子化合物的旋光異構(gòu)體1. 1. 含兩個手性碳原子的情形含兩個手性碳原子的情形當(dāng)分子中含有兩個手性中心時，每個中心都有當(dāng)分子中含有兩個手性中心時，每個中心都有自己的構(gòu)型，并可以用自己的構(gòu)型，并可以用R R、S S進(jìn)行分類：進(jìn)行分類：AB型A(R)B(R)A(R)B(S)A(S)B(R)A(S)B(S)AA型A(R)A(R)A(R)A(S)A(S)A(S)25( i ) AB( i ) AB型舉例：型舉例：CHOCH2OHOHHOHHCHOCH2OHHHOHHOCHOCH2OHHHOOHHCHOCH2OHOHHHHOD-(-)赤蘚糖L-(-)赤蘚糖

17、(2R, 3R)(2S, 3S)12341234D-(-)蘇阿糖L-(-)蘇阿糖(2S, 3R)(2R, 3S)IIIIIIIV相互關(guān)系：相互關(guān)系：對映體：對映體：I I 與與 II II，III III 與與 IVIV。非對映體：非對映體： I I 與與 III, I III, I 與與 IV, II IV, II 與與 IIIIII， II II與與 IVIV。外消旋體：外消旋體： I I 與與 II II 或或 III III 與與 IVIV的等量化合物。的等量化合物。26COOHCOOHOHHOHHCOOHCOOHHHOHHOCOOHCOOHHHOOHHCOOHCOOHOHHHHO(2

18、R, 3S)-酒石酸12341234IIIIIIIV(2S, 3R)-酒石酸(2S, 3S)-酒石酸(2R, 3R)-酒石酸 或 (2S, 3R)-或 (2R, 3S)-1234相互關(guān)系：相互關(guān)系： I 與與 II 為同一分子。為同一分子。對映體：對映體：III III 與與 IVIV。內(nèi)消旋體內(nèi)消旋體： I I 有對稱面，無旋光性，是內(nèi)消旋體。有對稱面，無旋光性，是內(nèi)消旋體。非對映體：非對映體： I I 與與 III, I III, I 與與 IVIV。外消旋體：外消旋體： III III 與與 IVIV的等量化合物。的等量化合物。（ii ii）AAAA型舉例：型舉例：對稱面對稱面27( i

19、ii ) ( iii ) 赤式與蘇式：赤式與蘇式：來自于糖化學(xué)的習(xí)慣叫法來自于糖化學(xué)的習(xí)慣叫法, , 現(xiàn)在現(xiàn)在也用來描述含有兩個手性碳原子的非糖類化合物也用來描述含有兩個手性碳原子的非糖類化合物. . 在在FisherFisher式中式中赤式赤式: : 兩個相同的基團(tuán)在兩個相同的基團(tuán)在同側(cè)同側(cè). .蘇式蘇式: : 兩個相同的基團(tuán)在兩個相同的基團(tuán)在異側(cè)異側(cè). .例如例如: :CHOCH2OHOHHOHHCHOCH2OHHHOHHOD-(-)赤蘚糖L-(-)赤蘚糖(2R, 3R)(2S, 3S)1234CHOCH2OHHHOOHHCHOCH2OHOHHHHO1234D-(-)蘇阿糖L-(-)蘇阿糖

20、(2S, 3R)(2R, 3S)如何記憶？如何記憶？28 赤式還是蘇式？赤式還是蘇式？CH3CH3BrHPhHCH3CH3BrHHPhFischer 投影式透視式HCH3PhCH3BrHPhCH3HCH3BrHNemman 投影式BrHCH3HH3CPhBrHCH3CH3HPh赤式赤式蘇式蘇式29( iv )( iv ) 一般含有一般含有n n個手性碳原子的開鏈化合物有個手性碳原子的開鏈化合物有2 2n n個個旋光異構(gòu)體（對映異構(gòu)體），但有時因為存在內(nèi)旋光異構(gòu)體（對映異構(gòu)體），但有時因為存在內(nèi)消旋體，而使旋光異構(gòu)體的數(shù)目消旋體，而使旋光異構(gòu)體的數(shù)目小于小于2 2n n。如下化如下化合物有三個手

21、性碳，但只有合物有三個手性碳，但只有4 4個異構(gòu)體，小于個異構(gòu)體，小于8 8個。個。CH3OHHOHHIIIIIIIVCH3OHHCH3HOHHOHCH3HOHCH3HHOOHHCH3OHHCH3HOHHOHCH3HOHCH3HHOOHHCH3HHOCH3HOHHOHCH3HOHVVII = II, III = IV, V I = II, III = IV, V 和和 VIVI互為對映異構(gòu)體?；閷τ钞悩?gòu)體。共共 4 4個異構(gòu)體。個異構(gòu)體。30( v ) 環(huán)狀化合物手性的判斷環(huán)狀化合物手性的判斷: 一般可以把環(huán)當(dāng)平一般可以把環(huán)當(dāng)平面看待，考察對稱性。面看待，考察對稱性。HCH3CH3HCH3H

22、CH3HHCH3HCH331練習(xí)：練習(xí)：1. 1. 下列化合物有對映異構(gòu)體的是哪些？下列化合物有對映異構(gòu)體的是哪些？EF答：答：A, B, D, E, GC6H5C6H5ClHClHSNH2OSODABCG321.6 構(gòu)型保持與構(gòu)型與反轉(zhuǎn)1. 構(gòu)型保持：構(gòu)型保持：一個分子轉(zhuǎn)化為另一個具有相同構(gòu)一個分子轉(zhuǎn)化為另一個具有相同構(gòu)型的分子。如型的分子。如PhH2CHH3COH+ ClTs 吡啶室溫PhH2CHH3COTs手性中心鍵未發(fā)生斷裂PhHH3COHSOCl2室溫PhH2CHH3CCl手性中心鍵發(fā)生斷裂SOO OTs =33C(C2H5)2ClH3CHHOOHC(C2H5)2ClH3CHO(C2

23、H5)2COCH3H構(gòu)型反轉(zhuǎn)OH構(gòu)型反轉(zhuǎn)C(C2H5)2OHH3CHOH2OC(C2H5)2OHH3CHHO構(gòu)型反轉(zhuǎn)兩次Cl342. 構(gòu)型反轉(zhuǎn)：構(gòu)型反轉(zhuǎn)：一個分子轉(zhuǎn)化為另一個具有一個分子轉(zhuǎn)化為另一個具有相反相反構(gòu)型（指一些化學(xué)鍵的實際指向改變，并不構(gòu)型（指一些化學(xué)鍵的實際指向改變，并不一定是一定是R,S 的互變）的分子。如的互變）的分子。如C2H5BrHH3COH+C2H5HOHCH3(S)-2-溴丁烷(R)-2-丁醇351.7 外消旋化 外消旋化：外消旋化：旋光性物質(zhì)（左旋或右旋體）轉(zhuǎn)變旋光性物質(zhì)（左旋或右旋體）轉(zhuǎn)變?yōu)闊o旋光的外消旋體的過程。為無旋光的外消旋體的過程。一般經(jīng)歷平面過一般經(jīng)歷平

24、面過渡態(tài)。渡態(tài)。常見發(fā)生外消旋途徑有以下三種：常見發(fā)生外消旋途徑有以下三種：（1）由于反應(yīng)過程中發(fā)生）由于反應(yīng)過程中發(fā)生烯醇化烯醇化而導(dǎo)致消旋化。而導(dǎo)致消旋化。CH3HPh(R)-3-苯基-2-丁酮CH3O(R)-3-苯基-2-丁酮PhH3COHCH3HPhH3CCH3OH +CH3O+PhCH3H(S)-3-苯基-2-丁酮36(2) 由于反應(yīng)過程中生成由于反應(yīng)過程中生成碳正離子碳正離子而消旋化。而消旋化。HH3CPh(S)- -氯代乙苯Cl- ClHPhH3COHHH3CPhOHCH3HPhOH+(R)- -苯乙醇(S)- -苯乙醇(3) 由于反應(yīng)過程中生成由于反應(yīng)過程中生成自由基自由基而消

25、旋化。而消旋化。37C2H5H3CPh(R)- -苯基-2-苯偶氮基丁烷NC2H5PhH3CNPhNNPh異辛烷加熱C2H5H3CPhNNPh+C2H5CH3PhNPhN(R)- -苯基-2-苯偶氮基丁烷(S)- -苯基-2-苯偶氮基丁烷381.8 1.8 外消旋體的拆分外消旋體的拆分接種結(jié)晶法接種結(jié)晶法向過飽和溶液中加入向過飽和溶液中加入二種對映體之一二種對映體之一的晶體作為的晶體作為晶種，適當(dāng)冷卻，那么這些晶體便會增長，可將晶種，適當(dāng)冷卻，那么這些晶體便會增長，可將加入的這一種對映體優(yōu)先結(jié)晶出來。這種方法可加入的這一種對映體優(yōu)先結(jié)晶出來。這種方法可以適用于拆分氨基酸，如工業(yè)上已采用這樣方法

26、以適用于拆分氨基酸，如工業(yè)上已采用這樣方法來拆分谷氨酸。來拆分谷氨酸?；瘜W(xué)法化學(xué)法 用用一個旋光性試劑一個旋光性試劑與與一對旋光對映體一對旋光對映體反應(yīng)后，生反應(yīng)后，生成兩個非對映體，再根據(jù)非對映體不同的物理性成兩個非對映體，再根據(jù)非對映體不同的物理性質(zhì)如溶解度、蒸氣壓等質(zhì)如溶解度、蒸氣壓等) )，用物理方法將它們分開。，用物理方法將它們分開。最后，再把分開的這兩個非對映體分別復(fù)原為原最后，再把分開的這兩個非對映體分別復(fù)原為原來組成這個外消旋體的兩個對映體。來組成這個外消旋體的兩個對映體。39分離非對映體最常用的方法是利用它們的分離非對映體最常用的方法是利用它們的溶解度溶解度不同不同來分離。一

27、般過程如下：來分離。一般過程如下：外消旋底物（外消旋底物（ ）旋光性旋光性試劑（試劑（- -），也可以是，也可以是 （+ +）非對映異構(gòu)體混合物非對映異構(gòu)體混合物（+ +）（- -）和（和（- -）（- -）。利用物理性質(zhì)進(jìn)行分離利用物理性質(zhì)進(jìn)行分離（+ +）（- -）（- -）（- -）再生再生再生再生(+)-(+)-底物底物 (-)-(-)-試劑試劑(-)-(-)-底物底物 (-)-(-)-試劑試劑40 為了拆分外消旋的為了拆分外消旋的酸酸，可以用一種旋光性的，可以用一種旋光性的堿堿與之生成非對映異構(gòu)體的與之生成非對映異構(gòu)體的鹽鹽。反之，要拆分外。反之，要拆分外消旋的消旋的堿堿，可以用一種

28、旋光性的，可以用一種旋光性的酸酸。實例如下：。實例如下：COOHC6H5CH(CH3)2H(R)-(-)-酸COOHC6H5H(H3C)2HC(S)-(-)-酸C6H5CH3NH2H(R)-(+)-胺COOC6H5CH(CH3)2HC6H5CH3NH3HC6H5CH3NH3HCOOC6H5H(H3C)2HC(R),(R)結(jié)晶析出(S),(R)留在溶液中酸化酸化(R)-(-)-酸(S)-(-)-酸413. 3. 生物化學(xué)法（動力學(xué)拆分）生物化學(xué)法（動力學(xué)拆分）某些微生物或酶在外某些微生物或酶在外消旋體的稀溶液中，破壞其中一種對映體的速度消旋體的稀溶液中，破壞其中一種對映體的速度度比另一種快。最后

29、可以得到另一種對映體。例度比另一種快。最后可以得到另一種對映體。例如酵母在如酵母在DL-DL-氨基酸中易與氨基酸中易與L-L-氨基酸反應(yīng)，剩下氨基酸反應(yīng)，剩下D-D-氨基酸。又如：氨基酸。又如：OOH酯酶月桂酸乙烯酯OOHOOC(CH2)10CH3+O酯化和未酯化的物質(zhì)易于分離。酯化和未酯化的物質(zhì)易于分離。424. 4. 色譜分離法：色譜分離法：利用光學(xué)活性吸附劑對光學(xué)活性利用光學(xué)活性吸附劑對光學(xué)活性物質(zhì)選擇吸附作用，可用來拆分外消旋體。因物質(zhì)選擇吸附作用，可用來拆分外消旋體。因為光學(xué)活性吸附劑，與外消旋體的為光學(xué)活性吸附劑，與外消旋體的D D型和型和LL型，分別形成的吸附物型，分別形成的吸附

30、物是非對映體是非對映體, ,，其穩(wěn)定性，其穩(wěn)定性有差別，有差別，其中一種吸附比另一種吸附牢固其中一種吸附比另一種吸附牢固，吸，吸附比較松馳的在洗脫過程中較容易通過吸附劑附比較松馳的在洗脫過程中較容易通過吸附劑柱并優(yōu)先被洗脫。于是可以達(dá)到拆分外消旋體柱并優(yōu)先被洗脫。于是可以達(dá)到拆分外消旋體的目的。如常用的方法的目的。如常用的方法HPLC. HPLC. 一般用于測試。一般用于測試。431.9 立體專一反應(yīng)和立體選擇反應(yīng)HCH3HH3CH3CH3CHHBrBrCH3HHH3CH3CHCH3HBrBrCHBr3KOC(CH3)3CHBr3KOC(CH3)3加成反應(yīng)加成反應(yīng)1. 1. 立體專一反應(yīng)立體專

31、一反應(yīng) 在某一反應(yīng)中，特定的立體異構(gòu)體發(fā)生反在某一反應(yīng)中，特定的立體異構(gòu)體發(fā)生反應(yīng)應(yīng)只得到一種只得到一種立體結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。如立體結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。如44HHOSO2C6H5CH3-pC(CH3)3NaSPhPhSHHC(CH3)3p-H3CC6H5O2SHHC(CH3)3NaSPhHHSPhC(CH3)3親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng)SN245+ H2OKMnO4-OHHHOHOH+ H2ORCO2OHHOHOHH氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)46KOC(CH3)3(CH3)2SOCH3CH2CHCH3IHCH3HH3CCH3HHH3C+H3CH2CHCCH260%20%20%IHCH3CH3HHIHCH3HH3CHIH

32、3CHCH3HHIH3CHHH3CHIHC2H5HHH- HI- HI- HI- HI- HIHCH3HH3CHCH3HH3CCH3HHH3CCH3HHH3CH3CH2CHCCH22. 2. 立體選擇反應(yīng)立體選擇反應(yīng) 在某一反應(yīng)中，一種反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)能在某一反應(yīng)中，一種反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)能得到兩得到兩種以上立體異構(gòu)的產(chǎn)物種以上立體異構(gòu)的產(chǎn)物，但其中一種為主。如，但其中一種為主。如47又如羰基的親核加成反應(yīng)：又如羰基的親核加成反應(yīng)：Me3CHHOLiAlH4Me3CHHHOH+Me3CHHOHHMe3CHHOMe3CHHHOH+Me3CHHOHHLiAlH(OCH3)3主要產(chǎn)物主要產(chǎn)物L(fēng)iAlH(O

33、CH3)3AlHOOOHHHHHHHHHLi結(jié)構(gòu)為：48當(dāng)羰基鄰近有手性中心時，當(dāng)羰基鄰近有手性中心時，由于試劑從不同方向進(jìn)攻羰由于試劑從不同方向進(jìn)攻羰基時受到的阻礙不一樣，也會發(fā)生立體選擇性反應(yīng)。如基時受到的阻礙不一樣，也會發(fā)生立體選擇性反應(yīng)。如以下反應(yīng)產(chǎn)物以赤式為主，以下反應(yīng)產(chǎn)物以赤式為主，I與與 II， III 與與IV為非對映體，為非對映體，而而I與與 III ， II與與IV為對映體。為對映體。OHH3CPh(S)-2-苯基丙醛+ CH3MgICH3CH3OHHC6H5H+(I) 赤式 67%（II）蘇式 33%HCH3CH3HHOC6H5HCH3CH3OHHHC6H5HPhH3C(

34、R)-2-苯基丙醛+ CH3MgICH3CH3HHOHC6H5+(III) 赤式 67%（IV）蘇式 33%OH491.10 潛手性分子一個對稱的非手性分子的一個基團(tuán)被取代或發(fā)一個對稱的非手性分子的一個基團(tuán)被取代或發(fā)生其他反應(yīng)，失去其對稱性而成為一個非對稱生其他反應(yīng)，失去其對稱性而成為一個非對稱的手性分子，這種對稱的分子稱為的手性分子，這種對稱的分子稱為潛手性分子。潛手性分子。如如COOHCH3HbHaHaHbOHOHCOOHCH3OHHaCOOHCH3HbHO(S)-(+)-乳酸(R)-(+)-乳酸丙酸為潛丙酸為潛手性分子手性分子潛潛手手性性中中心心50有些潛手性分子有些潛手性分子具有具有s

35、p2sp2雜化的碳原子，同時具雜化的碳原子，同時具有雙鍵，試劑從有雙鍵，試劑從雙鍵不同的面進(jìn)攻，可能產(chǎn)生雙鍵不同的面進(jìn)攻，可能產(chǎn)生不同的手性異構(gòu)體不同的手性異構(gòu)體。如醛、酮等。如醛、酮等。ClOC8H17OOBakers yeastClOC8H17OHOH潛手性分子潛手性分子潛手性面潛手性面ReRe 面面Si Si 面面511.11 不對稱合成1. 1. 有關(guān)概念有關(guān)概念 不對稱合成：不對稱合成：利用已經(jīng)存在的不對稱因素的誘利用已經(jīng)存在的不對稱因素的誘導(dǎo)作用，通過某種特定反應(yīng)合成出手性化合物導(dǎo)作用，通過某種特定反應(yīng)合成出手性化合物的過程。的過程。 對映體過量百分?jǐn)?shù)：對映體過量百分?jǐn)?shù)： enan

36、tiomeric excessenantiomeric excess即即ee ee 值。值。用來表示對映體純度。計算式：用來表示對映體純度。計算式：ee =R-SR+S100%ee =S-RR+S100%或52 手性產(chǎn)物的光學(xué)純度：手性產(chǎn)物的光學(xué)純度：P= 測 純100%若對映體之間沒有明顯的相互作用，則若對映體之間沒有明顯的相互作用，則 P = ee 非對映異構(gòu)體過量非對映異構(gòu)體過量( ( de, diastereoisomeric excess )：de =S S - S RS R + S S100% 非對映異構(gòu)體比例非對映異構(gòu)體比例( ( dr, diastereoisomeric ra

37、tio )：dr =S SS R53【例例2 2】某化合物經(jīng)立體選擇性合成后得到一對某化合物經(jīng)立體選擇性合成后得到一對新的對映體，經(jīng)測定混合物的比旋光度為新的對映體，經(jīng)測定混合物的比旋光度為 測測=+21=+21，R R型占型占85%85%，S S型占型占15%15%，求對映體過，求對映體過量百分率量百分率(ee)(ee)及及R R型對映體的型對映體的 純。純。= 測 純ee 測 純= ee=210.7= 30解：解：ee =R-SR+S100% = R% - S% = 85%-15% = 70%542. 2. 不對稱合成的途徑不對稱合成的途徑（1 1）手性中心由原料帶入。反應(yīng)中不產(chǎn)生新的手性

38、手性中心由原料帶入。反應(yīng)中不產(chǎn)生新的手性中心。中心。（2 2）底物誘導(dǎo)（手性輔基誘導(dǎo)）。如手性醛的加成。底物誘導(dǎo)（手性輔基誘導(dǎo)）。如手性醛的加成。OHH3CPh(S)-2-苯基丙醛+ CH3MgICH3CH3OHHC6H5H+(I) 赤式 67%（II）蘇式 33%HCH3CH3HHOC6H5HSSSRCH3CH3OHHHC6H5OHPhH3C(R)-2-苯基丙醛+ CH3MgICH3CH3HHOHC6H5+(III) 赤式 67%（IV）蘇式 33%HRRRS55（3 3）手性試劑的不對稱反應(yīng)。手性試劑的不對稱反應(yīng)。RROLiAlH4RROHOOAlOEtH(S)R*ROH56（4 4）不對

39、稱催化反應(yīng)。如：不對稱催化反應(yīng)。如：H3COCO2HH2(R)-BINAP-RuH3COCO2HH3CH(R)-BINAP =PPh2PPh296% ee著名抗炎鎮(zhèn)痛著名抗炎鎮(zhèn)痛藥藥(S)-萘普生萘普生(S)-Naproxen日本野依良治日本野依良治（ Noyori Noyori ）合成）合成的催化劑，的催化劑，20012001年獲得諾貝爾獎年獲得諾貝爾獎57 配位催化反應(yīng)中手性通過絡(luò)合物中間體傳配位催化反應(yīng)中手性通過絡(luò)合物中間體傳遞。如遞。如PPRuOCH3OHHPPRuOCH3OHOHHHO 不同的過渡態(tài)得到不同構(gòu)型的產(chǎn)物，選不同的過渡態(tài)得到不同構(gòu)型的產(chǎn)物，選擇性的大小取決于哪個過渡態(tài)容易

40、形成。擇性的大小取決于哪個過渡態(tài)容易形成。58(5)(5) 手性溶劑誘導(dǎo)不對稱合成手性溶劑誘導(dǎo)不對稱合成593. 3. 產(chǎn)物光學(xué)純度的測定產(chǎn)物光學(xué)純度的測定（1 1）測旋光度（粗測）測旋光度（粗測）ee = 測 純100%（3 3）色譜法：）色譜法：利用手性物質(zhì)作為固定相，使對映利用手性物質(zhì)作為固定相，使對映異構(gòu)體通過氣相（異構(gòu)體通過氣相（GCGC）或高效液相色譜法）或高效液相色譜法（HPLCHPLC）分離開，并比較兩種異構(gòu)體量的多少。）分離開，并比較兩種異構(gòu)體量的多少。 （2 2）利用核磁共振譜和位移試劑）利用核磁共振譜和位移試劑: : 向含有兩種對向含有兩種對映異構(gòu)體的樣品中加入手性位移試

41、劑，使對映異映異構(gòu)體的樣品中加入手性位移試劑，使對映異構(gòu)體的峰分開，然后通過比較特征峰的面積來確構(gòu)體的峰分開，然后通過比較特征峰的面積來確定兩者量的比例。定兩者量的比例。60方法：利用化學(xué)位移試劑，然后測定其方法：利用化學(xué)位移試劑，然后測定其NMRNMR譜。譜。注意應(yīng)用范圍和利弊。注意應(yīng)用范圍和利弊。原理：手性金屬絡(luò)合物再與外消旋的待測物生成原理：手性金屬絡(luò)合物再與外消旋的待測物生成兩種非對映體，然后通過非對映體的兩種非對映體，然后通過非對映體的NMRNMR譜來譜來定量。如：定量。如：待測物特征：具待測物特征：具有易絡(luò)合的原子。有易絡(luò)合的原子。61例圖：例圖：624. 4. 產(chǎn)物絕對構(gòu)型的測定

42、：產(chǎn)物絕對構(gòu)型的測定：對于未知化合物，不對于未知化合物，不能通過旋光方向來判定是能通過旋光方向來判定是R R或或S S型。型。（1 1）化學(xué)聯(lián)系法：）化學(xué)聯(lián)系法：通過已知構(gòu)型的原料經(jīng)過構(gòu)通過已知構(gòu)型的原料經(jīng)過構(gòu)型保持的反應(yīng)制得構(gòu)型確定的目標(biāo)物，比較型保持的反應(yīng)制得構(gòu)型確定的目標(biāo)物，比較該目標(biāo)物的旋光度等性質(zhì)與待定物是否相同。該目標(biāo)物的旋光度等性質(zhì)與待定物是否相同。也可以反過來，用待定物為原料制得結(jié)構(gòu)已也可以反過來，用待定物為原料制得結(jié)構(gòu)已知的化合物，再推知其構(gòu)型。知的化合物，再推知其構(gòu)型。（2 2）X-X-射線衍射：射線衍射：用單晶用單晶X-X-射線衍射儀測定單射線衍射儀測定單晶樣品中各個原子

43、在三維空間中的確切位置晶樣品中各個原子在三維空間中的確切位置（3 3）利用旋光譜和園二色譜：）利用旋光譜和園二色譜：比較未知物和已比較未知物和已知物的旋光譜和園二色譜特征是否相同，若知物的旋光譜和園二色譜特征是否相同，若圖譜特征相同，則構(gòu)型相同。圖譜特征相同，則構(gòu)型相同。635. 5. 旋光譜和圓二色譜旋光譜和圓二色譜 (1) (1) 旋光譜旋光譜 比旋光度比旋光度 或或摩爾旋光度摩爾旋光度MM隨不同隨不同波長波長而而變化的曲線，即變化的曲線，即旋光譜曲線旋光譜曲線，簡稱，簡稱ORDORD曲線。測曲線。測定旋光譜曲線的儀器叫定旋光譜曲線的儀器叫分光旋光儀分光旋光儀。64 手性有機化合物的結(jié)構(gòu)不

44、同，旋光譜曲線形狀也不手性有機化合物的結(jié)構(gòu)不同，旋光譜曲線形狀也不相同，一般有兩種形式：相同，一般有兩種形式：一種曲線是平滑的曲線一種曲線是平滑的曲線，沒有峰和谷，同時規(guī)定從，沒有峰和谷，同時規(guī)定從長波到短波長波到短波MM逐漸上升的曲線定為逐漸上升的曲線定為( () () (正性曲線正性曲線) ) ，而從長波到短波而從長波到短波MM逐漸下降的曲線定為逐漸下降的曲線定為( ()( )(負(fù)性曲負(fù)性曲線線) ) 。另一種曲線有峰和谷另一種曲線有峰和谷，這種曲線稱為，這種曲線稱為CottonCotton效應(yīng)曲效應(yīng)曲線線。CottonCotton效應(yīng)曲線也分為效應(yīng)曲線也分為(+)(+)和和( () )，

45、CottonCotton效應(yīng)曲效應(yīng)曲線峰在長波區(qū)，谷在短波區(qū)稱為線峰在長波區(qū)，谷在短波區(qū)稱為(+)(+)，反之，峰在短，反之，峰在短波區(qū)，谷在長波區(qū)稱為波區(qū)，谷在長波區(qū)稱為( () )。下面是各類曲線的例子：。下面是各類曲線的例子：6566(2) (2) 圓二色譜（圓二色譜（CDCD） 平面偏振光通過手性有機化合物時由于組成平面平面偏振光通過手性有機化合物時由于組成平面偏振光的左旋和右旋圓偏振光的吸收系數(shù)不相等偏振光的左旋和右旋圓偏振光的吸收系數(shù)不相等( ( A A B B) )，這種性質(zhì)稱為圓二色性，以這兩種吸收，這種性質(zhì)稱為圓二色性，以這兩種吸收系數(shù)之差系數(shù)之差( ( = = A A- -

46、 B B) )對波長作圖，可得一曲線，對波長作圖，可得一曲線，即為圓二色譜曲線，它的形狀呈鐘形，有極大值即為圓二色譜曲線，它的形狀呈鐘形，有極大值和極小值。如和極小值。如 =(+)=(+)，則，則CDCD為為(+)(+)，此種正性圓，此種正性圓二色光譜的譜線出現(xiàn)峰。二色光譜的譜線出現(xiàn)峰。 = =(-)(-)，則，則CDCD為為(-)(-)，這，這種負(fù)性圓二色光譜的譜線出現(xiàn)谷，如圖種負(fù)性圓二色光譜的譜線出現(xiàn)谷，如圖2-42-4所示。所示。 進(jìn)一步考察，可以發(fā)現(xiàn)旋光譜和圓二色光譜的正進(jìn)一步考察，可以發(fā)現(xiàn)旋光譜和圓二色光譜的正性和負(fù)性是一致的。即給出正性旋光譜的化合物，性和負(fù)性是一致的。即給出正性旋

47、光譜的化合物，也給出正性圓二色譜，給出負(fù)性旋光譜的化合物也給出正性圓二色譜，給出負(fù)性旋光譜的化合物則給出負(fù)性圓二色譜。則給出負(fù)性圓二色譜。676869（3 3） 旋光譜和圓二色譜在測定結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用旋光譜和圓二色譜在測定結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用 用來確定具有旋光性化合物的用來確定具有旋光性化合物的絕對構(gòu)型或穩(wěn)定的構(gòu)象。絕對構(gòu)型或穩(wěn)定的構(gòu)象。 通過找出譜線的譜形、通過找出譜線的譜形、CottonCotton效應(yīng)與構(gòu)型或構(gòu)象之間的相效應(yīng)與構(gòu)型或構(gòu)象之間的相互關(guān)系來進(jìn)行推斷互關(guān)系來進(jìn)行推斷 。分兩種情況：。分兩種情況：A A 沒有找到化合物結(jié)構(gòu)和譜線間普遍規(guī)律的，則采用對比沒有找到化合物結(jié)構(gòu)和譜線間普遍規(guī)律的，則

48、采用對比法來進(jìn)行推斷法來進(jìn)行推斷。就是用結(jié)構(gòu)盡可能相似或相反的已知化。就是用結(jié)構(gòu)盡可能相似或相反的已知化合物與未知化合物進(jìn)行譜線的比較，以確定未知化合物合物與未知化合物進(jìn)行譜線的比較，以確定未知化合物的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。B B、一種是已經(jīng)找到了某類化合物的譜線與結(jié)構(gòu)之間關(guān)系、一種是已經(jīng)找到了某類化合物的譜線與結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的的經(jīng)驗規(guī)律經(jīng)驗規(guī)律，就可以運用此規(guī)律進(jìn)行推導(dǎo)而確定結(jié)構(gòu)。，就可以運用此規(guī)律進(jìn)行推導(dǎo)而確定結(jié)構(gòu)。如飽和環(huán)酮的如飽和環(huán)酮的“八區(qū)律八區(qū)律”即屬這種情況即屬這種情況70如：確定相似的化合物的構(gòu)型是否相同如：確定相似的化合物的構(gòu)型是否相同 這三條曲線是相似的，這三條曲線是相似的，所以這三

49、種異構(gòu)體手所以這三種異構(gòu)體手性碳原子上的構(gòu)型都性碳原子上的構(gòu)型都是同一種構(gòu)型。是同一種構(gòu)型。 71CH3CH3HBrHBrPhHClPhClHPhHHPhHH*SR*a、b、c、d、L-奎寧D酒石酸鹽 和 L-奎寧 L酒石酸鹽等量混合物練習(xí)練習(xí)2. 下列化合物中旋光度不等于零的是：下列化合物中旋光度不等于零的是： 721.12 1.12 構(gòu)象與構(gòu)象分析構(gòu)象與構(gòu)象分析構(gòu)象分析：構(gòu)象分析：研究分子中優(yōu)勢構(gòu)象的存在以及構(gòu)研究分子中優(yōu)勢構(gòu)象的存在以及構(gòu)象對分子的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的影響。象對分子的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的影響。1. 1. 開鏈化合物的構(gòu)象開鏈化合物的構(gòu)象（1）鏈狀化合物的構(gòu)象鏈狀化合物的構(gòu)

50、象: : 最簡單的例子是乙烷與最簡單的例子是乙烷與丁烷。代表性的四個構(gòu)象：丁烷。代表性的四個構(gòu)象：對位交叉，部分重對位交叉，部分重疊，鄰位交叉，完全重疊。疊，鄰位交叉，完全重疊。73（2 2）非烷烴開鏈化合物構(gòu)象的情況：）非烷烴開鏈化合物構(gòu)象的情況： 對對1 1，2 2二取代乙烷（二取代乙烷（XCHXCH2 2-CH-CH2 2Y)Y)，一般當(dāng)，一般當(dāng)X X、Y Y為為非極性基團(tuán)時，與烷烴一樣，其對位非極性基團(tuán)時，與烷烴一樣，其對位交叉式比完全重疊式穩(wěn)定。如：交叉式比完全重疊式穩(wěn)定。如：CH3BrHBrHH3C穩(wěn)定構(gòu)象穩(wěn)定構(gòu)象74 X X、Y Y為極性基團(tuán)情況則較復(fù)雜。象為極性基團(tuán)情況則較復(fù)雜

51、。象FCHFCH2 2CHCH2 2F F，F(xiàn)CHFCH2 2CHCH2 2OHOH等化合物幾乎完全以等化合物幾乎完全以鄰位交叉式鄰位交叉式存在。存在。ClCHClCH2 2CHCH2 2OHOH，BrCHBrCH2 2CHCH2 2OHOH等化合物，等化合物，鄰位交鄰位交叉式構(gòu)象比對位交叉式構(gòu)象占優(yōu)勢?？赡苁怯捎诓媸綐?gòu)象比對位交叉式構(gòu)象占優(yōu)勢?？赡苁怯捎跇O性基團(tuán)的相互作用或生成氫鍵的緣故。極性基團(tuán)的相互作用或生成氫鍵的緣故。如：如：HHOHOHHHOHHOHHHH較穩(wěn)定較不穩(wěn)定HHOHClHHOHHClHHH較穩(wěn)定較不穩(wěn)定75較復(fù)雜的開鏈化合物中，較復(fù)雜的開鏈化合物中，氫鍵也會影響構(gòu)象的穩(wěn)定

52、性氫鍵也會影響構(gòu)象的穩(wěn)定性。如。如下列化合物三個構(gòu)象的穩(wěn)定性為下列化合物三個構(gòu)象的穩(wěn)定性為a a b b c. c.NH2HC2H5OH3CC2H5NH2HC2H5C2H5OH3CC2H5C2H5OHH3CNH2HHHNH2HC2H5CH3C2H5HOabc如果把如果把C C2 2H H5 5換成更大的基團(tuán)換成更大的基團(tuán)C C6 6H H5 5，則對位交叉式穩(wěn)定（相當(dāng)于，則對位交叉式穩(wěn)定（相當(dāng)于上面的上面的c c），），可見氫鍵的影響也只是在一定程度上起作用?？梢姎滏I的影響也只是在一定程度上起作用。C6H5C6H5OHH3CNH2HNH2HC6H5CH3C6H5HO76 羰基化合物的優(yōu)勢構(gòu)象是

53、重疊式而不是交叉式，羰基化合物的優(yōu)勢構(gòu)象是重疊式而不是交叉式，對醛、酮來說與羰基重疊的是烷基而不是氫，對醛、酮來說與羰基重疊的是烷基而不是氫，這種情況在酮中比在醛中更明顯。這種情況在酮中比在醛中更明顯。H3COHHHHOHHCH3EFE比F穩(wěn)定0.9千卡/摩爾 當(dāng)取代基具有異常的空間要求時：當(dāng)取代基具有異常的空間要求時：(H3C)3COHHHHHOHHC(CH3)3G氫重疊構(gòu)象H比較穩(wěn)定772. 2. 環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象( () )環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷的構(gòu)象 在一個分子內(nèi)，除扭轉(zhuǎn)張力和非鍵相互作用外，還存在著在一個分子內(nèi)，除扭轉(zhuǎn)張力和非鍵相互作用外，還存在著偏離正常鍵角

54、產(chǎn)生的角張力及偏離正常鍵長產(chǎn)生的鍵張力。偏離正常鍵角產(chǎn)生的角張力及偏離正常鍵長產(chǎn)生的鍵張力。在環(huán)己烷所有的可能的構(gòu)象中，在環(huán)己烷所有的可能的構(gòu)象中，能同時滿足正常的鍵長和能同時滿足正常的鍵長和鍵角，又能使非極性基團(tuán)盡可能相互遠(yuǎn)離的構(gòu)象只能是椅鍵角，又能使非極性基團(tuán)盡可能相互遠(yuǎn)離的構(gòu)象只能是椅式構(gòu)象。式構(gòu)象。因此，椅式構(gòu)象因此，椅式構(gòu)象是環(huán)己烷的優(yōu)勢構(gòu)象。船式構(gòu)是環(huán)己烷的優(yōu)勢構(gòu)象。船式構(gòu)象象雖能滿足正常的正四面體鍵角，但非極性基團(tuán)間嚴(yán)重雖能滿足正常的正四面體鍵角，但非極性基團(tuán)間嚴(yán)重重疊，只能是一種不穩(wěn)定的構(gòu)象。重疊，只能是一種不穩(wěn)定的構(gòu)象。椅式之間可以通過碳碳鍵的旋轉(zhuǎn)相互轉(zhuǎn)化，將這種轉(zhuǎn)化稱椅式之

55、間可以通過碳碳鍵的旋轉(zhuǎn)相互轉(zhuǎn)化，將這種轉(zhuǎn)化稱為構(gòu)象翻轉(zhuǎn)。為構(gòu)象翻轉(zhuǎn)。III78(2). (2). 取代環(huán)己烷衍生物的構(gòu)象取代環(huán)己烷衍生物的構(gòu)象 一取代環(huán)己烷的取代基在一取代環(huán)己烷的取代基在鍵鍵和和鍵鍵上就是兩種不同的構(gòu)上就是兩種不同的構(gòu)象。兩個構(gòu)象異構(gòu)體可通過構(gòu)象翻轉(zhuǎn)相互轉(zhuǎn)化。兩者的穩(wěn)象。兩個構(gòu)象異構(gòu)體可通過構(gòu)象翻轉(zhuǎn)相互轉(zhuǎn)化。兩者的穩(wěn)定性也不一樣。對于甲基環(huán)己烷來說，定性也不一樣。對于甲基環(huán)己烷來說，鍵甲基構(gòu)象翻轉(zhuǎn)鍵甲基構(gòu)象翻轉(zhuǎn)為為e e鍵甲基構(gòu)象的鍵甲基構(gòu)象的GG0 0約為約為7.5 KJ/mol7.5 KJ/mol，在常溫下達(dá)到平衡在常溫下達(dá)到平衡時，甲基在時，甲基在e e鍵上的約占鍵上的

56、約占95%95%，在，在a a鍵上的約占鍵上的約占5%5%。這是因。這是因為甲基在鍵上的類似于正丁烷的構(gòu)象中的對位交叉式為甲基在鍵上的類似于正丁烷的構(gòu)象中的對位交叉式（反疊式）、在鍵上的類似于正丁烷的鄰位交叉式結(jié)構(gòu)（反疊式）、在鍵上的類似于正丁烷的鄰位交叉式結(jié)構(gòu)片斷。片斷。CH3HHH3C5%95%79 構(gòu)象能：構(gòu)象能：取代基處于鍵上和鍵上的能量差。取代基處于鍵上和鍵上的能量差。叔丁基將不能通過鍵旋轉(zhuǎn)來減小叔丁基將不能通過鍵旋轉(zhuǎn)來減小1, 3 1, 3 和和1 1，5- 5-直直立鍵間的相互排斥作用，立鍵間的相互排斥作用，因而叔丁基一般總是因而叔丁基一般總是處在鍵上。處在鍵上。下表是一些取代基

57、的構(gòu)象能下表是一些取代基的構(gòu)象能GG0 0。 R1R2R3HH1234580取代基取代基構(gòu)象能構(gòu)象能取代基取代基構(gòu)象能構(gòu)象能取代基取代基構(gòu)象能構(gòu)象能CH37.1O-CO-CH32.5NHCOCH36.4CF38.8OSO2C6H4CH3-p2.1NH38.0C2H57.3OCH32.5N(CH3)28.8i-C3H79.0OC2H53.8N(CH3)310.1t-C4H923.1CO2H5.7SH3.8C6H513.0CO2C2H55.3SCH32.9Cl, Br, I1.7NO24.6HgBr0813. 3. 雜環(huán)化合物雜環(huán)化合物 僅對含僅對含O O、N N、S S雜原子的六員雜環(huán)化合物雜原

58、子的六員雜環(huán)化合物作一簡要介紹。雜原子引入六員環(huán)引起的最顯作一簡要介紹。雜原子引入六員環(huán)引起的最顯著變化是鍵長和鍵角的改變。著變化是鍵長和鍵角的改變。碳雜原碳雜原子鍵長子鍵長長度長度比較比較碳雜原碳雜原子鍵角子鍵角大小大小比較比較COCO0.143 nm0.143 nm較短較短COCCOC111111較大較大CNCN0.147 nm0.147 nm較短較短CNCCNC108 108 較小較小CSCS0.182 nm0.182 nm較長較長CSCCSC100 100 較小較小CCCC0.154 nm0.154 nm標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)CCCCCC109.5 109.5 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)82 六員雜環(huán)化合物六員雜環(huán)化

59、合物四氫吡喃、二氧六環(huán)、哌啶、哌嗪、四氫吡喃、二氧六環(huán)、哌啶、哌嗪、嗎啉和四氫噻喃嗎啉和四氫噻喃等的最穩(wěn)定的構(gòu)象都很像環(huán)己烷的椅等的最穩(wěn)定的構(gòu)象都很像環(huán)己烷的椅式構(gòu)象，只是鍵長和鍵角要適應(yīng)相應(yīng)的雜原子略作改式構(gòu)象，只是鍵長和鍵角要適應(yīng)相應(yīng)的雜原子略作改變，而且變，而且這些六員雜環(huán)椅式構(gòu)象都比環(huán)己烷的椅式構(gòu)這些六員雜環(huán)椅式構(gòu)象都比環(huán)己烷的椅式構(gòu)象折疊程度大一些。象折疊程度大一些。 OOOOOONHHNHNNHHNNH嗎啉四氫吡喃二氧六環(huán)ONS哌啶哌嗪四氫噻喃ONHS83 在在1 1，3- 3-二氧六環(huán)中二氧六環(huán)中，2- 2-烷基取代的構(gòu)象能比烷基取代的構(gòu)象能比環(huán)己烷中的大，環(huán)己烷中的大，平伏鍵取

60、向的優(yōu)勢更明顯平伏鍵取向的優(yōu)勢更明顯，是，是由于由于4 4，6- 6-直立氫的排斥作用因直立氫的排斥作用因COCO鍵比鍵比CCCC鍵短而加劇。鍵短而加劇。 環(huán)中雜原子的影響OOOORRHHBA84 在在1 1，3- 3-二硫六環(huán)中二硫六環(huán)中，2- 2-烷基取代的構(gòu)象能卻比烷基取代的構(gòu)象能卻比環(huán)己烷的構(gòu)象能略低，原因也是由于環(huán)己烷的構(gòu)象能略低，原因也是由于4 4，6- 6-直立氫直立氫的排斥作用因的排斥作用因CSCS鍵比鍵比CCCC鍵長而略微緩和。鍵長而略微緩和。SSSSRRHHBA問題：在相同條件下，具有不同構(gòu)象的分子數(shù)問題：在相同條件下，具有不同構(gòu)象的分子數(shù)之間的比例之間的比例B/A, BB