高等第2章立體化學(xué)

1、第第 2 2 章章 立體化學(xué)原理立體化學(xué)原理有機(jī)化合物的異構(gòu)現(xiàn)象有機(jī)化合物的異構(gòu)現(xiàn)象 異構(gòu)體：具有相同的分子式的不同化合物異構(gòu)體：具有相同的分子式的不同化合物異構(gòu)現(xiàn)象：由化學(xué)鍵的剛性和方向性引起的異構(gòu)現(xiàn)象：由化學(xué)鍵的剛性和方向性引起的同分異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)碳鏈（碳架）異構(gòu)官能團(tuán)位置異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)立體異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)順反異構(gòu)光學(xué)異構(gòu)( 非非物物象象關(guān)關(guān)系系)O OH HO OH HO OH HCH3CH2OHCH3CH3O對(duì)對(duì)映映異構(gòu)非非對(duì)對(duì)映映異構(gòu)HHHHHHHHconstitutionalisomersstereoisomersconfigurationalconformationalenan

2、tiomersdiastereomers構(gòu)造：構(gòu)造：分子中各原子間相互結(jié)合的順序（連分子中各原子間相互結(jié)合的順序（連接順序）接順序） 構(gòu)型：構(gòu)型：原子或基團(tuán)在空間的排列方式原子或基團(tuán)在空間的排列方式 對(duì)映異構(gòu)體：對(duì)映異構(gòu)體：互為鏡象的兩種構(gòu)型異構(gòu)體?；殓R象的兩種構(gòu)型異構(gòu)體。 分子的手性是存在對(duì)映異構(gòu)體的必要和充分分子的手性是存在對(duì)映異構(gòu)體的必要和充分條件。條件。 手性：手性：一個(gè)物體若與自身鏡象不能疊合，叫一個(gè)物體若與自身鏡象不能疊合，叫具有手性。具有手性。 不能與鏡象疊合的分子叫手性分子；手性分不能與鏡象疊合的分子叫手性分子；手性分子都具有旋光性。子都具有旋光性。 旋光性物質(zhì)（光活性物質(zhì)）

3、旋光性物質(zhì)（光活性物質(zhì)）：能使偏振光旋：能使偏振光旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。轉(zhuǎn)的物質(zhì)。 光學(xué)活性的物質(zhì)總是成對(duì)出現(xiàn)，一個(gè)左旋，光學(xué)活性的物質(zhì)總是成對(duì)出現(xiàn)，一個(gè)左旋，一個(gè)右旋，互為對(duì)映體；一個(gè)右旋，互為對(duì)映體； 手性(Chirality)實(shí)物與其鏡像不能完全重合的特性生活中的手性現(xiàn)象手性分子(S)-(+)-乳酸乳酸(R)-(-)-乳酸乳酸CCOOHHHOCH3CCOOHH3COHH具有手性特征的分子(一一). 分子的對(duì)稱性分子的對(duì)稱性 對(duì)稱要素對(duì)稱要素： 對(duì)稱軸對(duì)稱軸 (Cn)： 分子圍繞通過分子中心、并且垂直于分子所在分子圍繞通過分子中心、并且垂直于分子所在平面的直線旋轉(zhuǎn)一定的角度后，同原來的分子重合，平面

4、的直線旋轉(zhuǎn)一定的角度后，同原來的分子重合，此直線為一般對(duì)稱軸。此直線為一般對(duì)稱軸。C CClHHClC CClHHCl180分子旋轉(zhuǎn)的角度為分子旋轉(zhuǎn)的角度為360n時(shí)，稱時(shí)，稱 n重對(duì)稱軸重對(duì)稱軸 (Cn)。一一. 分子的對(duì)稱因素和手性分子的對(duì)稱因素和手性BFFFC3C4C5C6n重：當(dāng)分子旋轉(zhuǎn)重：當(dāng)分子旋轉(zhuǎn)360時(shí)，已經(jīng)重復(fù)了時(shí)，已經(jīng)重復(fù)了 n 次圍繞次圍繞 對(duì)稱軸的旋轉(zhuǎn)操作。對(duì)稱軸的旋轉(zhuǎn)操作。對(duì)稱平面對(duì)稱平面 ():1. 所有的原子共同處于的所有的原子共同處于的平面平面2. 通過分子中心，且將分子平均通過分子中心，且將分子平均 分成互成實(shí)物與鏡象關(guān)系的分成互成實(shí)物與鏡象關(guān)系的 兩部分的兩部

5、分的平面平面請你各舉一例。請你各舉一例。R+R-R+R-對(duì)稱中心對(duì)稱中心 (i)：PhFHHCOOHHCOOHPh點(diǎn)點(diǎn)分子中心分子中心等距離等距離相同的原子相同的原子交替對(duì)稱軸交替對(duì)稱軸 (Sn):R+R-R+R-旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)9 90 0反射反射重合重合R+R-R+R- 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。垂直于對(duì)稱軸垂直于對(duì)稱軸的鏡面的鏡面S4NMeHHMeMeMeHHOTs -古柯間二酸古柯間二酸對(duì)稱分子對(duì)稱分子 (Symmetric Molecules)：具有具有、i、Sn 分子。分子。非對(duì)稱分子非對(duì)稱分子 (Dis

6、symmetric Molecules)：僅具有僅具有Cn的分子。的分子。請各舉一例請各舉一例OCOC2OCO不對(duì)稱分子不對(duì)稱分子(AsymmetricMolecules)：不含有任何對(duì)稱要素的分子。不含有任何對(duì)稱要素的分子。CCH3HOHPhCHOCH3PhH27D= +42.9 27D= -42.9 非對(duì)稱分子非對(duì)稱分子不對(duì)稱分子不對(duì)稱分子手性分子手性分子(Chiral molecule)對(duì)映體對(duì)映體旋光活性旋光活性手性分子一定手性分子一定不含有不含有,i, Sn(二二) 手性分子的幾種類型手性分子的幾種類型 判斷分子具有手性的充分必要條件：判斷分子具有手性的充分必要條件： 分子既沒有對(duì)稱

7、面，沒有對(duì)稱中心，也沒有四重交替對(duì)分子既沒有對(duì)稱面，沒有對(duì)稱中心，也沒有四重交替對(duì)稱軸。一般情況下，只要分子中既沒有對(duì)稱面也沒有對(duì)稱稱軸。一般情況下，只要分子中既沒有對(duì)稱面也沒有對(duì)稱中心，即可判斷它是手性分子。中心，即可判斷它是手性分子。 分子含有手性中心即分子含有手性中心即不對(duì)稱碳原子不對(duì)稱碳原子（連接四個(gè)不同?。ㄟB接四個(gè)不同取代基的碳原子）代基的碳原子） 非碳手性中心非碳手性中心（Si,N,S,P As以及以及B等）；非碳原子等）；非碳原子所形成的不對(duì)稱四面體（或三角錐體）化合物也有對(duì)映異所形成的不對(duì)稱四面體（或三角錐體）化合物也有對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象。如構(gòu)現(xiàn)象。如手性膦、手性氮與手性砜類化合物：

8、手性膦、手性氮與手性砜類化合物：N N: :R R1 1R R3 3R R2 2N N: :R R1 1R R2 2R R3 3三三級(jí)級(jí)胺胺的的N N原原字字也也是是四四面面體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，應(yīng)應(yīng)該該有有對(duì)對(duì)映映體體因因快快速速翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)（1 10 03 3- - -1 10 05 5/ /秒秒) )實(shí)實(shí)際際無無法法拆拆分分四級(jí)銨鹽不能翻四級(jí)銨鹽不能翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),可分出對(duì)映體可分出對(duì)映體N NPhCH2PhCH2CH=CH2CH3N NPhPhH2CH2C=HCH2CCH3II3含手性軸的化合物：含手性軸的化合物：。a. 丙二烯衍生物丙二烯衍生物 （具手性軸）（具手性軸） b. 聯(lián)芳基型化合物（具手性軸）

9、聯(lián)芳基型化合物（具手性軸） (R)-(+) (S)-(-) -2,2-二二 氨基氨基-6,6-二甲基聯(lián)苯二甲基聯(lián)苯 C6H5Ca-C10H7 C CC6H5C10H7- aCH3CHC CCH3HCh3H3CNH2H2NNO2COOHO2NHOOCO2NHOOCN2OCOOHC=C=CABBAC=C=CABBA聯(lián)苯型聯(lián)苯型丙二烯型丙二烯型下列哪些化合物為手性分子下列哪些化合物為手性分子 CHCOOHCH3HbdcNO2NO2HOOCHOOCCCCHCH3HCH3CCCHCH3HHa手性分子手性分子手性分子手性分子非手性分子非手性分子非手性分子非手性分子判斷下列是否為手性分子判斷下列是否為手性分

10、子?44 手性面分子（分子中無手性中心，無手性手性面分子（分子中無手性中心，無手性 軸）軸）取代對(duì)苯二酚雙環(huán)醚衍生物。取代對(duì)苯二酚雙環(huán)醚衍生物。OO(CH2)8HOOC二二. 含兩個(gè)（或多個(gè)）手性中心的分子含兩個(gè)（或多個(gè)）手性中心的分子CHOCH2OHOHHHOHCHOCH2OHHHOHOHCHOCH2OHOHHHHOCHOCH2OHOHHHHO(I)(II)(III)(IV)(2R, 3S)(2S, 3R)(2R, 3R)(2S, 3S)赤（蘚型赤（蘚型 (ery-)：相同相同原子或基團(tuán)原子或基團(tuán)碳鏈碳鏈同側(cè)同側(cè) Fischer 投影式：投影式： 氧化態(tài)高的基團(tuán)在上端。氧化態(tài)高的基團(tuán)在上端。

11、蘇（阿型蘇（阿型 (threo-):相同相同原子或基團(tuán)原子或基團(tuán)碳鏈碳鏈異側(cè)異側(cè)D-赤蘚糖赤蘚糖L-赤蘚糖赤蘚糖L-蘇阿糖蘇阿糖D-蘇阿糖蘇阿糖非對(duì)映體非對(duì)映體 (Diastereomers)和和內(nèi)消旋體內(nèi)消旋體(mesomer):不是對(duì)映體的立體異構(gòu)體稱不是對(duì)映體的立體異構(gòu)體稱非對(duì)映體非對(duì)映體 。結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)特征：至少在一個(gè)不對(duì)稱中心上具有相同的至少在一個(gè)不對(duì)稱中心上具有相同的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，至少在一個(gè)不對(duì)稱中心上具有不同的至少在一個(gè)不對(duì)稱中心上具有不同的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。 物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)不同物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)不同如：如：(I)與與(III)、(II)與與(IV)內(nèi)消旋體內(nèi)消旋體(meso)：同一分

12、子兩個(gè)相同的手性同一分子兩個(gè)相同的手性中心，構(gòu)型相反。中心，構(gòu)型相反。COOHCOOHOHHHOHCOOHCOOHHOHCOOHCOOHOHHHCOOHCOOHHHOHHOHHOHO(V)(VI)(VII)(VIII)(V)、(VI)為內(nèi)消旋體為內(nèi)消旋體的兩種表示的兩種表示v非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體之間之間不是物體與其鏡象的不是物體與其鏡象的關(guān)系的立體異構(gòu)體。關(guān)系的立體異構(gòu)體。HOOHHHHOH2CCHOHOHHOHHOH2CCHOHOHHHOHOH2CCHOHHHOHOHOH2CCHO2R,3R2S,3S2S,3R2R,3S非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體2,3,4

13、-三羥基丁醛中的立體異構(gòu)關(guān)系 當(dāng)分子中有當(dāng)分子中有n個(gè)手性碳原子時(shí)，則個(gè)手性碳原子時(shí)，則最多最多有有2n個(gè)立體異構(gòu)個(gè)立體異構(gòu)體。體。 酒石酸酒石酸分子中有兩個(gè)相同的手性碳。如果按照分子中有兩個(gè)相同的手性碳。如果按照2n規(guī)則，規(guī)則，最多可有四個(gè)立體異構(gòu)體。但實(shí)際上酒石酸分子只有三個(gè)最多可有四個(gè)立體異構(gòu)體。但實(shí)際上酒石酸分子只有三個(gè)立體異構(gòu)體立體異構(gòu)體. 內(nèi)消旋酒石酸的兩個(gè)內(nèi)消旋酒石酸的兩個(gè)鄰位交叉式構(gòu)象，相互對(duì)映，不鄰位交叉式構(gòu)象，相互對(duì)映，不 能重合，有手性能重合，有手性。但由于它們的能量相同，存在的幾率相同，。但由于它們的能量相同，存在的幾率相同，室溫下又不能分離，所以相互抵消了旋光性，整體

14、表現(xiàn)不具室溫下又不能分離，所以相互抵消了旋光性，整體表現(xiàn)不具旋光性。旋光性。 COOHHOHHCOOHHOCOOHHHCOOHOHOHHO內(nèi)消旋酒石酸的一對(duì)構(gòu)象對(duì)映體HOOCHHHOCOOH內(nèi)消旋酒石酸的對(duì)位交叉式構(gòu)象 （無手性）L. Pasteur(1848)對(duì)映異構(gòu)體的物理性質(zhì)旋光性對(duì)映異構(gòu)對(duì)映異構(gòu)體體熔點(diǎn)熔點(diǎn)(oC)D密度密度(g/cm3)溶解度溶解度20oC(g/100mLH2O)右旋(+)168-170+12o1.7598139.0左旋(-)168-170-12o1.7598139.0酒石酸鹽酒石酸鹽酒石酸立體異構(gòu)體的物理性質(zhì)酒石酸立體異構(gòu)體的物理性質(zhì) 熔點(diǎn)（熔點(diǎn)（） 溶解度（溶解度

15、（g） ()酒石酸酒石酸()酒石酸酒石酸內(nèi)消旋酒石內(nèi)消旋酒石酸酸()酒石酸酒石酸170170140206139.0139.0125.020.0-12 +12 0 0 20D含含n個(gè)手性碳原子化合物的對(duì)映異構(gòu)個(gè)手性碳原子化合物的對(duì)映異構(gòu)紫杉醇是一種全新的光紫杉醇是一種全新的光譜抗癌藥，副作用小，譜抗癌藥，副作用小，國際醫(yī)療界認(rèn)為紫杉醇國際醫(yī)療界認(rèn)為紫杉醇是近是近10年來發(fā)現(xiàn)的最有年來發(fā)現(xiàn)的最有希望的抗癌藥物。希望的抗癌藥物。C47H51NO14 Taxol一般說來，含有n個(gè)不同的手性碳原子，理論上有（2n）個(gè)異構(gòu)體。11個(gè)手性碳個(gè)手性碳2112048個(gè)對(duì)映異構(gòu)個(gè)對(duì)映異構(gòu)環(huán)狀化合物的對(duì)映異構(gòu)環(huán)狀化

16、合物的對(duì)映異構(gòu): 環(huán)中的環(huán)中的鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生順反異鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生順反異構(gòu)；也可能出現(xiàn)對(duì)映異構(gòu)體。構(gòu)；也可能出現(xiàn)對(duì)映異構(gòu)體。CH2OHCOOHCH2OHCOOH*HHHH*反式異構(gòu)體反式異構(gòu)體對(duì)映體對(duì)對(duì)映體對(duì)CH2OHCOOHCH2OHHOOC*HHHH*順式異構(gòu)體順式異構(gòu)體對(duì)映體對(duì)對(duì)映體對(duì)非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體COOHCOOHHH*COOHCOOHCOOHHOOC*HHHH*內(nèi)消旋體內(nèi)消旋體mp: 130反式反式 (+) 異構(gòu)體異構(gòu)體mp:175反式反式 (-) 異構(gòu)體異構(gòu)體mp: 175 對(duì)映體對(duì)對(duì)映體對(duì)HOOCCOOHHHCOOHHHHOOCCOOHH

17、HHOOC內(nèi)消旋體內(nèi)消旋體反式異構(gòu)體反式異構(gòu)體對(duì)映體對(duì)對(duì)映體對(duì)楔形式透視式Fischer投影式Emil Fischer (18521919)德國德國 1902年獲獎(jiǎng)年獲獎(jiǎng)“橫前 豎后”橫線橫線紙面上紙面上豎線豎線紙面下紙面下【注意】碳鏈碳鏈寫在豎線上，寫在豎線上，而氧化態(tài)高的而氧化態(tài)高的基團(tuán)寫在上面基團(tuán)寫在上面代表手性碳原子Fischer投影式投影式Fischer投影式書寫規(guī)則投影式書寫規(guī)則 碳鏈豎寫，氧化態(tài)較高的基團(tuán)寫在頂端；碳鏈豎寫，氧化態(tài)較高的基團(tuán)寫在頂端；水平線與垂直線交叉點(diǎn)代表水平線與垂直線交叉點(diǎn)代表C*； 水平線上基團(tuán)伸向紙前面，垂直線上基團(tuán)伸向紙后面；水平線上基團(tuán)伸向紙前面，垂直

18、線上基團(tuán)伸向紙后面；4多個(gè)手性碳以重疊式進(jìn)行投影。多個(gè)手性碳以重疊式進(jìn)行投影。 例如：例如：(+)- 酒石酸酒石酸 HOHHOHCCCOOHCOOHCO O HO HHCO O HHO H 透視式透視式 Fischer投影式投影式 其它表示立體異構(gòu)的方法其它表示立體異構(gòu)的方法COOHHHHOOHHOOCCOOHHOHCOOHHHO 透視式透視式 Newman投影式投影式 透視式透視式與費(fèi)歇爾投影式之間的轉(zhuǎn)換與費(fèi)歇爾投影式之間的轉(zhuǎn)換BrBrCH3CH3HHCH3CH3BrBrHH旋轉(zhuǎn)投影CH3CH3BrHHBr費(fèi)歇爾投影式與紐曼投影式之間的轉(zhuǎn)換費(fèi)歇爾投影式與紐曼投影式之間的轉(zhuǎn)換三三. 外消旋體外

19、消旋體 1 外消旋化外消旋化 一個(gè)純的光活性物質(zhì)，如果體系一個(gè)純的光活性物質(zhì)，如果體系中的一半量發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)化，就得外消中的一半量發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)化，就得外消旋體，這種由純的光活性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樾w，這種由純的光活性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥庀w的過程稱為外消旋體的過程稱為外消旋化外消旋化。如果。如果構(gòu)型轉(zhuǎn)化未達(dá)到半量，構(gòu)型轉(zhuǎn)化未達(dá)到半量，就叫就叫部分外消部分外消旋化。旋化。含有手性碳原子的化合物，若手性含有手性碳原子的化合物，若手性碳很容易形成正碳離子、負(fù)碳離子、自碳很容易形成正碳離子、負(fù)碳離子、自由基等中間體時(shí)，常會(huì)發(fā)生外消旋化。由基等中間體時(shí)，常會(huì)發(fā)生外消旋化。經(jīng)形成正碳離子、負(fù)經(jīng)形成正碳離子、負(fù)碳離子、自由基

20、等中碳離子、自由基等中間體發(fā)生外消旋化。間體發(fā)生外消旋化。OHOHCH2NHCH3HOHOHOHCH2NHCH3H2O+HOHOHCH2NHCH3H+OHOHCH2NHCH3OH2+HOHOHOHCH2NHCH3HH+-H+-H+H+-H2O-H2OH2OH2O60-70oC4小時(shí)小時(shí)（+）-腎上線素腎上線素（無藥效）（無藥效）（-）-腎上線素腎上線素（有藥效）（有藥效）H+ D-(-)-麻黃素麻黃素有生理活性，易結(jié)晶有生理活性，易結(jié)晶 L-(+)-假麻黃素假麻黃素生理活性只有麻黃素的生理活性只有麻黃素的1/5。碳正離子碳正離子OHC6H5HCH3NHCH3HH+H2OH2OH+HC6H5HO

21、CH3NHCH3HHC6H5CH3NHCH3H 含手性碳的化合物，若手性碳上的氫含手性碳的化合物，若手性碳上的氫在酸或堿的催化作用下，易發(fā)生烯醇化，在酸或堿的催化作用下，易發(fā)生烯醇化，在烯醇化的過程中常會(huì)發(fā)生外消旋化。在烯醇化的過程中常會(huì)發(fā)生外消旋化。經(jīng)烯醇化發(fā)生經(jīng)烯醇化發(fā)生外消旋化外消旋化。CCH3OHHOHOCCH3OHHOHHOCH3COHOHHOCCH3HOHOHOCCH3HHOOHHO-H+H+H+OH-H+H+-H+H+烯醇化+D-(-)-乳酸乳酸L-(+)-乳酸乳酸COOHNO2X除了考慮基團(tuán)的大小，還要考慮基團(tuán)的形象除了考慮基團(tuán)的大小，還要考慮基團(tuán)的形象反應(yīng)溫度：反應(yīng)溫度：11

22、8。X=CH3 NO2 COOH OCH3消旋化消旋化 t1/21.50 1.92 1.56 1.45179分分 125分分 91分分 9.4分分半衰期越短，說明旋轉(zhuǎn)的阻力越小。半衰期越短，說明旋轉(zhuǎn)的阻力越小。IBrCH3ClNO2COOHNH2OCH3OHFH阻轉(zhuǎn)能力下降阻轉(zhuǎn)能力下降旋光異構(gòu)體在適當(dāng)?shù)臈l件下會(huì)發(fā)生消旋。旋光異構(gòu)體在適當(dāng)?shù)臈l件下會(huì)發(fā)生消旋。含多個(gè)含多個(gè)C*的化合物，使其中一個(gè)的化合物，使其中一個(gè)C*發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)化的過程稱為差向異構(gòu)化。如果是端基的化的過程稱為差向異構(gòu)化。如果是端基的C*發(fā)生構(gòu)發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)化，則稱為端基差向異構(gòu)化。型轉(zhuǎn)化，則稱為端基差向異構(gòu)化。2 差差 向向

23、 異異 構(gòu)構(gòu) 化化-H+H+-H+H+H+*HCH3H3CH*HCH3H3CHOOHOHCH3HCH3OHCH3HCH3HHCH3HCH3OH+-H+-H+烯醇化 外消旋體（外消旋體（racemic mixture 或或racemate）：一對(duì)）：一對(duì)對(duì)映體的等量混合物，常用（對(duì)映體的等量混合物，常用（）或）或dl表示。表示。 v外消旋體是否顯旋光性？為什么？外消旋體是否顯旋光性？為什么？ 不顯旋光性。因?yàn)閷?duì)映體間旋光角度相不顯旋光性。因?yàn)閷?duì)映體間旋光角度相 等，而其方向相反，正好相互抵消。等，而其方向相反，正好相互抵消。 外消旋體的拆分外消旋體的拆分:v基于非對(duì)映體的物理性質(zhì)的差別，設(shè)法制成

24、非對(duì)映體。用基于非對(duì)映體的物理性質(zhì)的差別，設(shè)法制成非對(duì)映體。用常規(guī)分離手段分開，再經(jīng)一定方法處理使其轉(zhuǎn)換回原來的常規(guī)分離手段分開，再經(jīng)一定方法處理使其轉(zhuǎn)換回原來的對(duì)映體。對(duì)映體。v拆分試劑：人工合成的；天然產(chǎn)物。光學(xué)純度拆分試劑：人工合成的；天然產(chǎn)物。光學(xué)純度100%。3 外消旋體的拆分外消旋體的拆分例：外消旋酸拆分例：外消旋酸拆分dl-酸 + 2d-堿dd-鹽 + dl-鹽重結(jié)晶dd-鹽假設(shè)其溶解度小母液濃縮后再多次反復(fù)重結(jié)晶d-酸 + d-堿.HCl鹽dd-鹽HCll-酸 + d-堿.HCl鹽dl-鹽HCl外消旋體的化學(xué)拆分實(shí)例：外消旋體的化學(xué)拆分實(shí)例：酶法動(dòng)力學(xué)拆分實(shí)例拆分實(shí)例生物化學(xué)法

25、 利用微生物或酶在外消旋體的稀溶液中生長時(shí)破壞其中一種對(duì)映體比另一種快的方法，分離出其中一種對(duì)映體。例如，在LD-氨基酸中加入酵母，因酵母易與L-氨基酸作用而剩下D-氨基酸。 又如：1-（- 呋喃）乙醇的外消旋體在脂酶催化下進(jìn)行?；?，其中（S）構(gòu)型異構(gòu)體未作用，這樣所得2種產(chǎn)物極性不同，很容易通過柱層析分離純化。四四. . 前手性關(guān)系前手性關(guān)系（一）前手性中心（一）前手性中心 非手性分子非手性分子CXCX2 2Y Y2 2 如如 CHCH3 3CHCH2 2CHCH3 3 C-2 C-2上的兩個(gè)上的兩個(gè)H H地位相等地位相等, ,（立體化學(xué)環(huán)境（立體化學(xué)環(huán)境相同）等位（相同）等位（homot

26、opichomotopic）關(guān)系。）關(guān)系。CH3CH3XH2HH22CH3CH3XHCH3CH3另一非手性分子如丙酸：另一非手性分子如丙酸： (R) (S) C-2的兩個(gè)的兩個(gè)H地位并不相等。象地位并不相等。象CX2YZ分子中的碳分子中的碳原子被稱為原子被稱為前手性中心前手性中心(prochiral center)；分子中的；分子中的X被不同于被不同于X,Y,Z的基團(tuán)取代后形成的對(duì)映體時(shí)，兩個(gè)基的基團(tuán)取代后形成的對(duì)映體時(shí)，兩個(gè)基團(tuán)團(tuán)(X)稱為對(duì)映異位基團(tuán)；兩個(gè)基團(tuán)的這一關(guān)系稱為稱為對(duì)映異位基團(tuán)；兩個(gè)基團(tuán)的這一關(guān)系稱為對(duì)對(duì)映異位關(guān)系。映異位關(guān)系。HHCH3COOH123Br2,PHBrCOOHC

27、H3123+BrHCOOHCH3123對(duì)映異位基團(tuán)的標(biāo)記：對(duì)映異位基團(tuán)的標(biāo)記： 應(yīng)用基團(tuán)順序規(guī)則：應(yīng)用基團(tuán)順序規(guī)則：X伸向觀察者方面相當(dāng)于伸向觀察者方面相當(dāng)于R構(gòu)型標(biāo)記為構(gòu)型標(biāo)記為pro-R，反之則為反之則為pro-S。習(xí)慣上是在相應(yīng)原子的下角。習(xí)慣上是在相應(yīng)原子的下角標(biāo)記上標(biāo)記上R或或S。 對(duì)映異位基團(tuán)和非手性試劑作用時(shí)，產(chǎn)生對(duì)映異位基團(tuán)和非手性試劑作用時(shí)，產(chǎn)生等量對(duì)映異構(gòu)體；但與手性試劑作用時(shí)卻表現(xiàn)等量對(duì)映異構(gòu)體；但與手性試劑作用時(shí)卻表現(xiàn)出非等同行為，此為不對(duì)稱合成的基礎(chǔ)。出非等同行為，此為不對(duì)稱合成的基礎(chǔ)。 前（潛）手性碳和前（潛）手性氫前（潛）手性碳和前（潛）手性氫v被取代后，成為手性

28、碳被取代后，成為手性碳 pro-Cv被被D代后，得代后，得S-構(gòu)型構(gòu)型Hsv被被D代后，得代后，得R-構(gòu)型構(gòu)型HRHHCH3C2H5Pro-sPro-RHCH3C2H5HCH3C2H5DDRS（二）前手性面（二）前手性面(prochiral face)具有對(duì)稱面的不飽和鍵經(jīng)過加成得到一對(duì)對(duì)映具有對(duì)稱面的不飽和鍵經(jīng)過加成得到一對(duì)對(duì)映體，可說明另一種前手性關(guān)系，即體，可說明另一種前手性關(guān)系，即 Prochiral face. CH3CHOre 面si 面(順時(shí)針方向，OCH)(逆時(shí)針方向,O C H)從左側(cè)看，從左側(cè)看，OCHOCH的順序，其轉(zhuǎn)向是順時(shí)的順序，其轉(zhuǎn)向是順時(shí)針的，稱為針的，稱為R R

29、面；從右側(cè)看，稱為面；從右側(cè)看，稱為S S面。面。 R R面與面與S S面，對(duì)映異構(gòu)關(guān)系，稱為對(duì)映異面，對(duì)映異構(gòu)關(guān)系，稱為對(duì)映異位面；特殊試劑可辨認(rèn)。位面；特殊試劑可辨認(rèn)。Eg.CH3C DONaBH4HH3COHD+OHDH3CH(R)(S)R與S等量，外消旋CH3C DO酶還原H3CDOHH(S)aD=-0.280進(jìn)攻Si面五五. 手性分子的生物作用手性分子的生物作用 手性分子的立體結(jié)構(gòu)與受體的立體結(jié)構(gòu)手性分子的立體結(jié)構(gòu)與受體的立體結(jié)構(gòu)(受體靶位受體靶位)有互補(bǔ)關(guān)有互補(bǔ)關(guān)系時(shí)，其活性部位才能進(jìn)入受體的靶位，產(chǎn)生應(yīng)有的生理作用。系時(shí)，其活性部位才能進(jìn)入受體的靶位，產(chǎn)生應(yīng)有的生理作用。而 一

30、對(duì) 對(duì) 映 體 只 有 其 中 一 個(gè) 適 合 進(jìn) 入而 一 對(duì) 對(duì) 映 體 只 有 其 中 一 個(gè) 適 合 進(jìn) 入一個(gè)特定受體靶位，產(chǎn)生生理活性效應(yīng)。一個(gè)特定受體靶位，產(chǎn)生生理活性效應(yīng)。 手性分子與手性生物受體之間的相互作用手性分子與手性生物受體之間的相互作用 例如：例如： HOHONH2COOHHOHOHH2NHOOCH (+)-多多 巴巴 （無生理效應(yīng)）（無生理效應(yīng)） (-)-多多 巴巴 （抗帕金森?。古两鹕。?CHCH3CH3CH2Cl2CH3CH2abR-2-氯丁烷S-2-氯丁烷Cl+CClHCH3CH3CH2CHCH3六六. 對(duì)映異構(gòu)體的合成及化學(xué)對(duì)映異構(gòu)體的合成及化學(xué)1.手

31、性中心的產(chǎn)生手性中心的產(chǎn)生 非手性分子轉(zhuǎn)化成手性分子非手性分子轉(zhuǎn)化成手性分子 如：正丁烷的氯代，控制條件可得到主要產(chǎn)物如：正丁烷的氯代，控制條件可得到主要產(chǎn)物2-氯丁烷，該分子存在手性碳，但產(chǎn)物不旋光。為什么？氯丁烷，該分子存在手性碳，但產(chǎn)物不旋光。為什么？ 因?yàn)榈玫降氖堑攘康淖笮w和右旋體的混合物因?yàn)榈玫降氖堑攘康淖笮w和右旋體的混合物外消旋外消旋體。體。2. 對(duì)映異構(gòu)體與手性試劑及非手性試劑的反應(yīng)對(duì)映異構(gòu)體與手性試劑及非手性試劑的反應(yīng)v一對(duì)對(duì)映體與非手性試劑反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)速度完全一對(duì)對(duì)映體與非手性試劑反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)速度完全相等。因過渡態(tài)也呈對(duì)映關(guān)系。相等。因過渡態(tài)也呈對(duì)映關(guān)系。v如：如：CH3

32、CHCOOHCldl+ CH3OHHHCH3ClCOOCH3+HCH3ClCOOCH3RS當(dāng)與手性試劑反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)速度不相等。當(dāng)與手性試劑反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)速度不相等。CH3CHCOOHCldl+ S-2-丁醇HHCH3C2H5Cl+HCH3ClS C=OOHCH3C2H5 C=OOHCH3SSR當(dāng)反應(yīng)得到不等量的對(duì)映體或非對(duì)映體時(shí)，可用當(dāng)反應(yīng)得到不等量的對(duì)映體或非對(duì)映體時(shí)，可用對(duì)映體過量百分率或立體選向百分率來表示對(duì)映體過量百分率或立體選向百分率來表示對(duì)映體過量百分率= R S S+ R= 100%R - %S立體選向百分率 = A B B+ A= 100%A- %B3、斷裂與手性碳所連的鍵，隨反

33、應(yīng)機(jī)理的不同而不、斷裂與手性碳所連的鍵，隨反應(yīng)機(jī)理的不同而不同?？捎腥N情況：同?？捎腥N情況：v構(gòu)型保持；構(gòu)型翻轉(zhuǎn)；外消旋化。如構(gòu)型保持；構(gòu)型翻轉(zhuǎn)；外消旋化。如:HOHCOOHHHCOOHClHCOOHHHCOOHHOHCOOHHHCOOHAgOHKOH233322(-)-蘋 果 酸 (-)-氯 丁 二 酸 (+)-蘋 果 酸C-2空間構(gòu)型保持不變空間構(gòu)型保持不變 C-2空間構(gòu)型反轉(zhuǎn)空間構(gòu)型反轉(zhuǎn)另：另：SN2反應(yīng)中的瓦爾登翻轉(zhuǎn)（構(gòu)型翻轉(zhuǎn)）。反應(yīng)中的瓦爾登翻轉(zhuǎn)（構(gòu)型翻轉(zhuǎn)）。例如：（例如：（+）-2-碘辛烷與放射性碘辛烷與放射性128I-的反應(yīng)的反應(yīng)又如；又如；2-溴丁烷的堿性水解溴丁烷的堿性水

34、解七七. 動(dòng)態(tài)立體化學(xué)動(dòng)態(tài)立體化學(xué)(一一)立體選擇反應(yīng)（立體選擇反應(yīng)（stereoselective reaction）定義：同一反應(yīng)物能夠生成兩種以上的立體異定義：同一反應(yīng)物能夠生成兩種以上的立體異構(gòu)物時(shí)，其一異構(gòu)體生成較多的反應(yīng)。構(gòu)物時(shí)，其一異構(gòu)體生成較多的反應(yīng)。一般為反式消除一般為反式消除60% 20% 20%CH3CH2CHCH3IKOC(CH3)3DMSOCCHCH3H3CHCCCH3HH3CH+CH3CH2CH=CH2IDCHABABCD2-碘丁烷的消除反應(yīng)：碘丁烷的消除反應(yīng)：較穩(wěn)定的構(gòu)象得到較多的較穩(wěn)定的構(gòu)象得到較多的消除產(chǎn)物。消除產(chǎn)物。某些立體選擇性反應(yīng)某些立體選擇性反應(yīng)PhO

35、CH2ClHHHOPhHHOPhHn-BuLi/乙醚+(26%)(14%)PhCH3CHOHCH3MgIPhCH3HOHCH3HPhCH3HOHHCH3+赤型（67%）蘇型（33%）O(H3C)3CLiAlH4(H3C)3CHOH(H3C)3COHH+(90%)(10%)(二二)立體專一反應(yīng)立體專一反應(yīng) (stereospecific reaction)定義：一定立體異構(gòu)的原料在某種條件下只取得定義：一定立體異構(gòu)的原料在某種條件下只取得一定構(gòu)型產(chǎn)物的反應(yīng)。一定構(gòu)型產(chǎn)物的反應(yīng)。eg.C CMeHMeH+CBrBrMeHMeHBrBr(單線態(tài)二溴卡賓)C CMeHHMe+CBrBrMeHHMeBr

36、Br某些立體專一反應(yīng)某些立體專一反應(yīng)對(duì)烯的立體專一加成反應(yīng)：如環(huán)氧化反應(yīng)對(duì)烯的立體專一加成反應(yīng)：如環(huán)氧化反應(yīng) 親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng)(CH2)8OHHH3C(H2C)7H(CH2)8OHHHH3C(H2C)7CH3CO3HCH3CO3HOHHH3C(H2C)7HO(H2C)8OHH3C(H2C)7HHO(H2C)8OSO2C6H4pCH3H3CH3C(H2C)5HOSO2C6H4pCH3H3CH3C(H2C)5HCH3CO2-CH3CO2-H3CO2CCH3H(CH2)5CH3H3CO2CHH3C(CH2)5CH3v消除反應(yīng)：如脫鹵化氫反應(yīng)消除反應(yīng)：如脫鹵化氫反應(yīng)v氧化胺的熱解反應(yīng)氧化胺的熱

37、解反應(yīng) BrHPhH3CPhHKOCH2CH3PhHH3CPhBrHPhH3CHPhKOCH2CH3HPhH3CPh蘇型赤型；HN(CH3)2PhHH3CCH3-OCH3H3CPhHHN(CH3)2PhCH3H3CH-OHH3CPhCH3+115+蘇型赤型125;CH3CH3HHBr2BrBrCH3CH3HHBrBrCH3CH3HH+CH3CH3BrHHBrCH3CH3BrHHBr順、反-2-丁烯與溴的加成產(chǎn)生立體構(gòu)型不同的產(chǎn)物（外消旋體和內(nèi)消旋體）產(chǎn)生立體構(gòu)型不同的產(chǎn)物（外消旋體和內(nèi)消旋體）CH3CH3HHBr2BrBrCH3CH3HHBrBrCH3CH3HH+CH3CH3BrHHBrCH3

38、CH3BrHHBr符合事實(shí)的機(jī)理符合事實(shí)的機(jī)理溴f離子，較穩(wěn)定BrBrH2C CH2+H2C CH2（環(huán)狀溴正離子）+Br-+H2CH2CBrH2CCH2BrBr 反式加成（反式加成（antiaddition） 親電加成反應(yīng)親電加成反應(yīng)(electrophilic addition reaction) +BrHCH3CH3HBrababBrBrCH3CH3HHBrBrCH3CH3HHCH3CH3BrHHBrCH3CH3BrHHBr外消旋體+BrHCH3CH3HBrBrBrCH3CH3HHBrBrCH3CH3HHcdcdCH3CH3BrHHBrCH3CH3BrHHBr內(nèi)消旋體練習(xí)練習(xí)v 反反-2

39、-丁烯與溴加成如經(jīng)碳正離子中間體丁烯與溴加成如經(jīng)碳正離子中間體的歷程，將會(huì)產(chǎn)生怎樣的立體化學(xué)結(jié)果？的歷程，將會(huì)產(chǎn)生怎樣的立體化學(xué)結(jié)果？BrBrCCH3HHCH3BrBrCCH3HHCH3(三)手性合成技術(shù)(即不對(duì)稱合成技術(shù))。v不對(duì)稱合成即分子整體中的一個(gè)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)單位被一個(gè)試劑轉(zhuǎn)化成一個(gè)不對(duì)稱的單位，從而產(chǎn)生不等量的旋光異構(gòu)體產(chǎn)物。它屬于立體選擇反應(yīng)。v自19世紀(jì)Fischer進(jìn)行了氫氰酸和糖的反應(yīng)，得到了不同比例的氰羥化物異構(gòu)體，開創(chuàng)了不對(duì)稱合成研究領(lǐng)域的100年來，不對(duì)稱合成反應(yīng)的發(fā)展歷程經(jīng)歷了四個(gè)階段：v手性源的不對(duì)稱反應(yīng)vS*T*v手性源S*（如天然的D-葡萄糖、L-氨基酸等手性碳原

40、子）經(jīng)不對(duì)稱反應(yīng)進(jìn)入了新的手性化合物T*中.v手性輔助劑的不對(duì)稱反應(yīng)v借助于手性輔助劑S*與反應(yīng)底物A作用而成為手性中間體AS*，經(jīng)不對(duì)稱反應(yīng)得到新的反應(yīng)中間體S*T*，回收S*后，得到新的手性產(chǎn)物T*。如乳酸的制備：如乳酸的制備：CH3COCOOHCH3OHCH3COCOOCH3AI(Hg)CH3CH(OH)COOCH3H2OCH3CH(OH)COOH*外消旋體外消旋體CH3COCOOHCH3COCOOC10H19AI(Hg)H2OCH3CH(OH)COOH*+HHCH(CH3)2H3COHHCH3CH(OH)COOC10H19*(-)-薄荷醇丙酮酸(-)-薄荷醇酯（-）乳酸(-)-薄荷醇酯

41、（過量）（-）乳酸（過量）為什么（為什么（-）的乳酸過量？）的乳酸過量？Prelog從分子構(gòu)象從分子構(gòu)象分析進(jìn)行解釋：分析進(jìn)行解釋：假定能谷的構(gòu)象體中兩個(gè)羰基假定能谷的構(gòu)象體中兩個(gè)羰基共平面且處于反位。首先將（共平面且處于反位。首先將（-）薄荷醇的結(jié)）薄荷醇的結(jié)構(gòu)用簡式代表：構(gòu)用簡式代表：SMLC*OH，即：，即：丙酮酸（丙酮酸（-）薄荷酯相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)象體可用透）薄荷酯相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)象體可用透視式表示：視式表示：因最大基團(tuán)處于紙平面的前方，還原劑從后方因最大基團(tuán)處于紙平面的前方，還原劑從后方進(jìn)攻有利。進(jìn)攻有利。Prelog規(guī)律：規(guī)律：應(yīng)用類似（應(yīng)用類似（-）薄荷醇空間構(gòu)型的）薄荷醇空間構(gòu)型的 試

42、劑為光活性輔助試劑時(shí)，其試劑為光活性輔助試劑時(shí)，其-酮酸酯的主要酮酸酯的主要 還原產(chǎn)物為還原產(chǎn)物為R構(gòu)型。構(gòu)型。v應(yīng)用手性輔助劑是合成光純化合物的一個(gè)有效方法，它是在分子內(nèi)引入一個(gè)手性輔助部分，用這個(gè)部分來控制反應(yīng)中心的立體化學(xué)，生成的產(chǎn)物是非對(duì)映體異構(gòu)體，通?？捎弥V分離，最后去掉這個(gè)手性的輔助部分?，F(xiàn)在最常用的輔助劑是美國哈佛大學(xué)Evans開發(fā)的噁唑啉酮（Oxazolidinone）和瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)Oppolzer開發(fā)的樟腦磺內(nèi)酰胺（Camphorsultam）。噁唑啉酰酮作為重要的手性輔助試劑。在酰胺的-位可以借助堿進(jìn)行不對(duì)稱烴基化反應(yīng)。Evanshasmadefundamentala

43、dvancesinthedesignofstereoselectivereactionsandtheapplicationsofthesereactionstonaturalproductssynthesis.Evanschiralauxiliariesandchiralcatalystsforenantioselectivebondconstructionsarewidelyusedinbothindustrialandacademiclaboratoriesthroughouttheworld.手性誘導(dǎo)不對(duì)稱合成實(shí)例v手性試劑的不對(duì)稱反應(yīng)v底物A在進(jìn)行不對(duì)稱反應(yīng)中加入手性試劑S*，得到反應(yīng)

44、產(chǎn)物為新的手性化合物T*，而手性試劑能部分回收。v不對(duì)稱催化反應(yīng)v在底物A進(jìn)行不對(duì)稱反應(yīng)時(shí)加入少量的手性催化劑Cat*，使它與反應(yīng)底物或試劑形成高反應(yīng)活性的中間體催化劑作為手性模板控制反應(yīng)物的對(duì)映面，經(jīng)不對(duì)稱反應(yīng)得到新的手性產(chǎn)物T*，而Cat*在反應(yīng)中循環(huán)使用，達(dá)到手性增殖或手性放大效應(yīng)。是產(chǎn)生大量手性化合物最經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的技術(shù)。例如，美國孟山都公司在20世紀(jì)70年代中期就成功地用不對(duì)稱催化氫化合成了治療帕金森病的藥物L(fēng)-多巴。98% ee手性試劑或手性催化劑直接合成出具有旋光性的物質(zhì)的方法，叫做手性合成或不對(duì)稱合成(asymmetry synthesis) (S)-萘普生萘普生BINAPv19

45、80年Sharpless報(bào)道用手性鈦酸酯及過氧叔丁醇對(duì)烯丙基醇進(jìn)行氧化，成功地實(shí)現(xiàn)了不對(duì)稱環(huán)氧化的過程。后在分子篩的存在下，四異丙基鈦酸酯Ti（OPri）4和酒石酸二乙酯（DET）的用量為5-10mol%，實(shí)現(xiàn)了催化的不對(duì)稱環(huán)氧化反應(yīng)。這一反應(yīng)很快便用于藥物心得安（S-propanol）的合成。八八. 構(gòu)象和構(gòu)象分析構(gòu)象和構(gòu)象分析 構(gòu)象：由單鍵旋轉(zhuǎn)所形成的分子中基團(tuán)在空間不同排列的立體構(gòu)象：由單鍵旋轉(zhuǎn)所形成的分子中基團(tuán)在空間不同排列的立體形象。形象。(一一) 飽和烴及有關(guān)衍生物（飽和烴及有關(guān)衍生物（sp3-sp3鍵的旋轉(zhuǎn)）鍵的旋轉(zhuǎn)） 1、乙烷的構(gòu)象、乙烷的構(gòu)象鋸架式(sawhorseformu

46、la)： 重疊式重疊式 交叉式交叉式 紐曼紐曼(Newman)投影式：投影式：重疊式重疊式 交叉式交叉式 HH HHHH HHHHHH 在交叉式中，兩個(gè)碳原子上的氫原子間的距離最遠(yuǎn)，在交叉式中，兩個(gè)碳原子上的氫原子間的距離最遠(yuǎn)，相互之間的作用力最小，內(nèi)能最低，這種構(gòu)象叫優(yōu)勢構(gòu)象。相互之間的作用力最小，內(nèi)能最低，這種構(gòu)象叫優(yōu)勢構(gòu)象。在重疊式中，兩個(gè)碳上的氫兩兩相對(duì)，距離最近，相互作用力最大，因而內(nèi)能最高，是不穩(wěn)定的構(gòu)象。交叉式和重疊式是乙烷的兩種極端構(gòu)象，其它構(gòu)交叉式和重疊式是乙烷的兩種極端構(gòu)象，其它構(gòu)象介于這兩種構(gòu)象之間。象介于這兩種構(gòu)象之間。2、丁烷的構(gòu)象、丁烷的構(gòu)象對(duì)位交叉式對(duì)位交叉式 部

47、分重疊式部分重疊式 鄰位交叉式鄰位交叉式 全重疊式全重疊式 CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3HHHHH3CHHHHH3CCH3四種極限構(gòu)象的穩(wěn)定性次序：四種極限構(gòu)象的穩(wěn)定性次序： 對(duì)位交叉式對(duì)位交叉式鄰位交叉式鄰位交叉式部分重疊式部分重疊式全重疊式全重疊式構(gòu)象異構(gòu)體：在各種構(gòu)象中，那些能量處構(gòu)象異構(gòu)體：在各種構(gòu)象中，那些能量處于極小值的構(gòu)象。于極小值的構(gòu)象。 注意：并不是任何化合物都是對(duì)位交叉構(gòu)注意：并不是任何化合物都是對(duì)位交叉構(gòu)象所占比例大于鄰位交叉構(gòu)象。象所占比例大于鄰位交叉構(gòu)象。下圖各構(gòu)象的穩(wěn)定性順序?yàn)椋合聢D各構(gòu)象的穩(wěn)定性順序?yàn)椋篴bc。因因a、b中存在氫鍵，且中存在氫鍵，

48、且a中甲基中甲基與乙基相距較遠(yuǎn)。但如果把乙基與乙基相距較遠(yuǎn)。但如果把乙基換成體積很大的苯基或叔丁基，換成體積很大的苯基或叔丁基，其穩(wěn)定的構(gòu)象則為對(duì)位交叉式。其穩(wěn)定的構(gòu)象則為對(duì)位交叉式。(三三)環(huán)狀分子的構(gòu)象（角張力）環(huán)狀分子的構(gòu)象（角張力） 環(huán)烷烴及其衍生物的燃燒熱環(huán)烷烴及其衍生物的燃燒熱 小環(huán)（環(huán)丙烷和環(huán)丁烷）的內(nèi)能，比其小環(huán)（環(huán)丙烷和環(huán)丁烷）的內(nèi)能，比其它環(huán)烷烴高得多，說明存在很大張力；環(huán)己它環(huán)烷烴高得多，說明存在很大張力；環(huán)己烷張力最小。烷張力最小。（1） 小環(huán)小環(huán) 環(huán)丙烷：最大角張力，其次扭轉(zhuǎn)張力較高。環(huán)丙烷：最大角張力，其次扭轉(zhuǎn)張力較高。（2） 普通環(huán)和環(huán)己烷衍生物普通環(huán)和環(huán)己烷衍生

49、物 環(huán)戊烷：平面構(gòu)象幾乎沒有角張力；但環(huán)戊烷：平面構(gòu)象幾乎沒有角張力；但扭轉(zhuǎn)張力較高。扭轉(zhuǎn)張力較高。 環(huán)己烷：最穩(wěn)定構(gòu)象環(huán)己烷：最穩(wěn)定構(gòu)象椅型；船型構(gòu)象椅型；船型構(gòu)象不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。張力能張力能 = Enb(非鍵連作用非鍵連作用) + EI(鍵長鍵長) + E (鍵角鍵角) + E (扭轉(zhuǎn)角扭轉(zhuǎn)角)Enb EI E E 張力能張力能從現(xiàn)在的角度看，三員環(huán)的張力能是由以下幾種因素造成的：從現(xiàn)在的角度看，三員環(huán)的張力能是由以下幾種因素造成的： 1 由于二個(gè)氫原子之間的距離小于范德華半徑之和，所以產(chǎn)生由于二個(gè)氫原子之間的距離小于范德華半徑之和，所以產(chǎn)生 非鍵連作用，造成內(nèi)能升高；非鍵連作用，造成內(nèi)能

50、升高； 2 軌道沒有按軸向重迭，導(dǎo)致鍵長縮短，電子云重疊減少，造軌道沒有按軸向重迭，導(dǎo)致鍵長縮短，電子云重疊減少，造 成內(nèi)能升高；成內(nèi)能升高； 3 E 是由于偏轉(zhuǎn)角引起的張力（即角張力）能。是由于偏轉(zhuǎn)角引起的張力（即角張力）能。 4 E 是由全重疊構(gòu)象引起的。是由全重疊構(gòu)象引起的。(1) 環(huán)己烷椅式環(huán)己烷椅式(Chair Form)構(gòu)象的畫法構(gòu)象的畫法123456HHHHHHHHHHH123456HHHHHHHHHHHH鋸架式鋸架式紐曼式紐曼式環(huán)己烷的椅式構(gòu)象環(huán)己烷的椅式構(gòu)象1234562.51A2.49AHHHHHHHHHHHH2.50A123456HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH

51、HHH123456*1. 有有6個(gè)個(gè)a (axial) 鍵，有鍵，有6個(gè)個(gè)e (equatorial) 鍵。鍵。(已為已為1H NMR 證明證明)*2. 有有C3對(duì)稱軸。（過中心，垂直于對(duì)稱軸。（過中心，垂直于1,3,5平平 面和面和2,4,6平面，兩平面間距平面，兩平面間距50pm）*3. 有構(gòu)象轉(zhuǎn)換異構(gòu)體有構(gòu)象轉(zhuǎn)換異構(gòu)體 。（。（K=104-105/秒）秒）*4. 環(huán)中相鄰兩個(gè)碳原子均為鄰交叉。環(huán)中相鄰兩個(gè)碳原子均為鄰交叉。(2) 環(huán)己烷環(huán)己烷椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象的的特點(diǎn)特點(diǎn)張力能張力能 = Enb(非鍵連作用非鍵連作用) + EI(鍵長鍵長) +E (鍵角鍵角) + E (扭轉(zhuǎn)角扭轉(zhuǎn)角) =

52、6 3.8 + 0 + 0 + 0 = 22.8KJ / mol-1Enb： H與與H之間無，之間無，R與與R之間有（鄰交叉）之間有（鄰交叉）EI ：C-C 154pm， C-H 112pm EI = 0E ： CCC=111.4o HCH=107.5o (與與109o28接近接近) E = 0E ： 都是交叉式。都是交叉式。E = 0 椅式構(gòu)象是環(huán)己椅式構(gòu)象是環(huán)己烷的優(yōu)勢構(gòu)象。烷的優(yōu)勢構(gòu)象。(3) 環(huán)己烷椅式構(gòu)象的能量分析環(huán)己烷椅式構(gòu)象的能量分析123456HHHHHHHHHHHHCH3CH3eaaeeaa:直立鍵e:平伏鍵椅型椅型反轉(zhuǎn)：a e,e a取代基在平伏鍵上的構(gòu)象比在直立鍵上的穩(wěn)定

53、。HCH3OHCH3O(較不穩(wěn)定)(較穩(wěn)定)甲基與 重疊；甲基在e 鍵可降低非鍵張力；COOOHHHOOH較穩(wěn)定較不穩(wěn)定橋環(huán)化合物的構(gòu)象橋環(huán)化合物的構(gòu)象HHHH順順十十氫氫化化萘萘反反十十氫氫化化萘萘反反十十氫氫化化萘萘HHHH順順十十氫氫化化萘萘 穩(wěn)定性：反式十氫化萘穩(wěn)定性：反式十氫化萘順式十氫化萘順式十氫化萘異頭效應(yīng)異頭效應(yīng)v當(dāng)吸電子取代基（如鹵素、烷氧基）在吡喃糖當(dāng)吸電子取代基（如鹵素、烷氧基）在吡喃糖的的C(1)位時(shí)，這個(gè)糖的穩(wěn)定性在取代基為直立位時(shí)，這個(gè)糖的穩(wěn)定性在取代基為直立式定向時(shí)比平伏式定向時(shí)要高。式定向時(shí)比平伏式定向時(shí)要高。這種傾向在這種傾向在2-取代四氫吡喃這樣簡單的環(huán)體系

54、中也存在。取代四氫吡喃這樣簡單的環(huán)體系中也存在。 OH3CClOH3CClK=32(純液體于40）OH3COCH3OH3COCH3K=3.4(在四氯化碳中）K=1.8(在乙氰中）OXOX比較不利比較有利v當(dāng)取代基為平伏式時(shí)，各當(dāng)取代基為平伏式時(shí)，各C-O鍵和取代基之間鍵和取代基之間不利的偶極不利的偶極-偶極相互作用比取代基為直立式偶極相互作用比取代基為直立式時(shí)的要大。時(shí)的要大。平衡位置與介質(zhì)介電常數(shù)的依耐關(guān)平衡位置與介質(zhì)介電常數(shù)的依耐關(guān)系是符合這種解釋的。由于平伏式異構(gòu)體的偶系是符合這種解釋的。由于平伏式異構(gòu)體的偶極矩較大，它在高介電常數(shù)的溶劑中的濃度應(yīng)極矩較大，它在高介電常數(shù)的溶劑中的濃度應(yīng)當(dāng)比直立式異構(gòu)體為高。當(dāng)比直立式異構(gòu)體為高。 OXX-.+v另一種說法認(rèn)為，直立式取向比平伏式取向之另一種說法認(rèn)為，直立式取向比平伏式取