高等有機(jī)化學(xué)立體化學(xué)

第二章立體化學(xué)立體化學(xué)—是研究分子中原子或原子團(tuán)在空間排列狀況，以及不同的排列對(duì)分子的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)所產(chǎn)生的影響。引言分子異構(gòu)的分類構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)立體異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)：分子式相同，原子的成鍵順序不同。碳骨架異構(gòu)互變異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)官能團(tuán)位置異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)：官能團(tuán)位置異構(gòu)：互變異構(gòu)：構(gòu)型異構(gòu)：分子構(gòu)造相同，原子或原子團(tuán)在空間的排列不同。非對(duì)映異構(gòu)順反異構(gòu)差向異構(gòu)對(duì)映異構(gòu)D-(-)-乳酸L-(-)-乳酸對(duì)映異構(gòu)：非對(duì)映異構(gòu)（順反異構(gòu)）：構(gòu)象異構(gòu)：分子構(gòu)型相同，由于單鍵的自由旋轉(zhuǎn)，原子或原子團(tuán)在空間的排列不同。重疊式交叉式

楔形式鋸架式紐曼式§1順反異構(gòu)順式異構(gòu)體(cis-isomerism)：兩個(gè)相同原子或基團(tuán)在雙鍵同一側(cè)的為順式異構(gòu)體。

反式異構(gòu)體(trans-isomerism：兩個(gè)相同原子或基團(tuán)分別在雙鍵兩側(cè)的為反式異構(gòu)體。順反異構(gòu)體產(chǎn)生的條件：⑴分子不能自由旋轉(zhuǎn)（否則將變成另外一種分子）；⑵雙鍵上同一碳上不能有相同的基團(tuán)；根據(jù)在兩個(gè)雙鍵碳原子所連的四個(gè)原子或基團(tuán)中兩個(gè)相同者的位置來決定異構(gòu)體的類型。若雙鍵上兩個(gè)碳原子上連有四個(gè)完全不同的原子或基團(tuán)，按“順序規(guī)則”分別比較每個(gè)碳原子上連接的兩個(gè)原子或基團(tuán)：若兩個(gè)較優(yōu)基團(tuán)在π鍵平面同側(cè)者為Z型異構(gòu)體，在異側(cè)者為E型異構(gòu)體。含有C=C雙鍵的順反異構(gòu)C=C雙鍵順反異構(gòu)現(xiàn)象舉例馬來酸富馬酸兩者性質(zhì)顯著不同馬來酸（順）富馬酸（反）熔點(diǎn)/℃mp.1.30287溶解度/(g/100mlH2O,25℃)78.80.7密度/g.mol-11.591.635燃燒熱/KJ.mol-1

13681339pKa11.93.0pKa26.54.5物理性質(zhì)的差異化學(xué)性質(zhì)的差異①脫水生成酸酐難易程度不同：巴豆酸用甲醇酯化時(shí)，反-巴豆酸的酯化速度較快位阻?、邗セ磻?yīng)的速度不同③順、反異構(gòu)體的互相轉(zhuǎn)換在順反異構(gòu)體中，通常反式較穩(wěn)定，順式較不穩(wěn)定。順式異構(gòu)體加熱或受日光的作用，很容易轉(zhuǎn)變成較穩(wěn)定的反式異構(gòu)體。反-丁烯二酸轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖疆悩?gòu)體較困難，比較好的方法--紫外光照射，產(chǎn)品中通常存在順式和反式混合物。§2對(duì)映異構(gòu)為什么要研究對(duì)映異構(gòu)呢？因：1．天然有機(jī)化合物大多有旋光現(xiàn)象。2．物質(zhì)的旋光性與藥物的療效有關(guān)（如左旋維生素C可治抗壞血病，而右旋的不行）。3．用于研究有機(jī)反應(yīng)機(jī)理。觀察自己的雙手，左手與右手有什么聯(lián)系和區(qū)別？（一）手性一、手性分子和對(duì)映體左、右手互為鏡像與實(shí)物關(guān)系，而又不能重合，這種性質(zhì)稱為“手性”。左手的鏡像是右手對(duì)映關(guān)系左手 鏡 右手左手和右手不能重合

任何物體都有它的鏡像。一個(gè)有機(jī)分子在鏡子內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的鏡像。實(shí)物與鏡像相應(yīng)部位與鏡面具有相等的距離。實(shí)物與鏡像的關(guān)系叫對(duì)映關(guān)系。實(shí)物與鏡像鏡面（二）手性分子CH3HHOHCCH3HHOHCCH3HHOHCCH3HHOHC若實(shí)物與其鏡像能夠完全重合，則實(shí)物與鏡像所代表的兩個(gè)分子為同一個(gè)分子。所有基團(tuán)都重合乙醇分子模型的重疊操作對(duì)于某些分子，兩個(gè)互為實(shí)物與鏡像關(guān)系的分子不能重合，如乳酸。有對(duì)映異構(gòu)體的分子稱為手性分子，或稱分子具有手性。乙醇沒有對(duì)映體，因此是非手性分子。與4個(gè)不同基團(tuán)相連的碳原子稱為手性碳原子(常用*C表示)。*C是引起分子手性的一種常見因素。**手性分子CH3HHOHCCH3HHOCO2HCH3CHOHCO2HC非手性分子物質(zhì)分子能否與其鏡象完全重疊（是否有手性），可從分子中有無對(duì)稱因素來判斷。

（三）對(duì)稱因素對(duì)稱面（σ）、對(duì)稱中心（i）、對(duì)稱軸（Cn）、更替對(duì)稱軸（Sn）。(1)對(duì)稱面（σ）：假如有一個(gè)平面可以把分子分割成兩部分，而一部分正好是另一部分的鏡象，這個(gè)平面就是分子的對(duì)稱面（σ）。丙酸分子的對(duì)稱面具有對(duì)稱面的分子與其鏡像能夠重合，是非手性分子。對(duì)稱平面(σ)2.通過分子中心，且將分子平均分成互成實(shí)物與鏡象關(guān)系的兩部分的平面。1.所有的原子共同處于的平面

(2)對(duì)稱中心（i）若分子中有一點(diǎn)P，通過P點(diǎn)畫任何直線，兩端有相同的原子，則點(diǎn)P稱為分子的對(duì)稱中心（用i表示）。具有對(duì)稱中心的化合物和它的鏡象能重合，因此它不具有手性。(3)對(duì)稱軸（Cn）如果穿過分子畫一直線，分子以它為軸，旋轉(zhuǎn)一定角度后，可以獲得與原來分子相同的形象，此直線即為對(duì)稱軸（Cn表示）。有無對(duì)稱軸不能作為判斷分子有無手性的標(biāo)準(zhǔn)(4)更替對(duì)稱軸（Sn）如果一個(gè)分子沿一根軸旋轉(zhuǎn)了360°/n的角度以后，再用一面垂直于該軸的鏡象將分子反射，所得的鏡象如能與原物重合，此軸即為該分子的n重更替對(duì)稱軸（用Sn表示）。Sn=Cn+σ（垂直于Cn）1956年首次合成了一個(gè)有四重更迭軸的分子重合S4垂直于對(duì)稱軸的鏡面具有四重更替對(duì)稱軸的化合物和鏡象能夠重疊，因此不具旋光性。結(jié)論：

A.有對(duì)稱面、對(duì)稱中心、四重交替對(duì)稱軸的分子均可與其鏡象重疊，是非手性分子；反之，為手性分子。

至于對(duì)稱軸并不能作為分子是否具有手性的判據(jù)。

B.大多數(shù)非手性分子都有對(duì)稱軸或?qū)ΨQ中心，只有交替對(duì)稱軸而無對(duì)稱面或?qū)ΨQ中心的化合物是少數(shù)。

∴既無對(duì)稱面也沒有對(duì)稱中心的，一般可判定為是手性分子。分子的手性是對(duì)映體存在的必要和充分條件。

如果分子中不存在對(duì)稱面、對(duì)稱中心和四重更迭對(duì)稱軸，則這個(gè)分子具有手性實(shí)驗(yàn)事實(shí)：同為乳酸，為什么會(huì)具有不同的光學(xué)性質(zhì)呢？（四）對(duì)映體光是一種電磁波，光波的振動(dòng)方向與光的前進(jìn)方向垂直。旋光性與比旋光度一、旋光性普通光在通過尼克爾棱鏡后形成的只在一個(gè)方向傳播的平面光叫偏振光。1.偏振光(plane-polarizedlight)2.旋光性：也稱光學(xué)活性(opticalactivity)

——物質(zhì)能使偏振光發(fā)生偏轉(zhuǎn)的性質(zhì)。結(jié)論：物質(zhì)有兩類：（1）旋光性物質(zhì)——能使偏振光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，叫做旋光性；具有旋光性的物質(zhì)，叫做旋光性物質(zhì)。（2）非旋光性物質(zhì)——不具有旋光性的物質(zhì)，叫做非旋光性物質(zhì)。3.右旋和左旋(dextrorotatoryandlevorotatory)

——使偏振光振動(dòng)平面向右旋轉(zhuǎn)稱右旋，“+”或“d”——使偏振光振動(dòng)平面向左旋轉(zhuǎn)稱左旋，“-”或“l(fā)”4.旋光度（observedrotation)——旋光活性物質(zhì)使偏振光振動(dòng)平面旋轉(zhuǎn)的角度，用“a”表示。它不僅是由物質(zhì)的旋光性（與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)）決定的，也與測(cè)定的條件有關(guān)。旋光度大小的影響因素：1、溫度2、波長3、溶劑的性質(zhì)4、旋光管的長度5、旋光管中物質(zhì)濃度旋光儀(polarimeter)5.比旋光度（specificrotation)為了便于比較，就要使其成為一個(gè)常量，故用比旋光度[α]來表示：——在一定溫度和波長（通常為鈉光燈，波長為589nm）條件下，樣品管長度為1dm，樣品濃度為1g?ml-1時(shí)測(cè)得的旋光度。是一物理常數(shù)。D---

鈉光源，波長為589nm；T---

測(cè)定溫度，單位為℃a---

實(shí)測(cè)的旋光度；l---樣品池的長度，單位為dm；c---為樣品的濃度，單位為g?ml-1。

T一對(duì)對(duì)映體的比旋光度大小相等，方向相反。對(duì)映體：分子的構(gòu)造相同，但構(gòu)型不同，形成實(shí)物與鏡象的兩種分子，稱為對(duì)映異構(gòu)體（簡稱：對(duì)映體）。

成對(duì)存在，旋光能力相同，但旋光方向相反。對(duì)映異構(gòu)體之間的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)基本相同，只是對(duì)平面偏振光的旋轉(zhuǎn)方向（旋光性能）不同。在手性環(huán)境條件下，對(duì)映體會(huì)表現(xiàn)出某些不同的性質(zhì)，如反應(yīng)速度有差異，生理作用的不同等。二、含一個(gè)手性碳原子化合物的對(duì)映異構(gòu)手性碳原子的概念：連有四個(gè)各不相同基團(tuán)的碳原子稱為手性碳原子（或手性中心）用C*表示。含有一個(gè)手性碳原子的化合物一定是手性分子。它有兩種不同的構(gòu)型，是互為實(shí)物與鏡象關(guān)系的立體異構(gòu)體，稱為對(duì)映異構(gòu)體（簡稱為對(duì)映體）。（一）對(duì)映體

（二）外消旋體等量的左旋體和右旋體的混合物稱為外消旋體，一般用（±或dl）來表示。無旋光性。對(duì)映體——互為物體與鏡象關(guān)系的立體異構(gòu)體。

對(duì)映異構(gòu)體都有旋光性，其中一個(gè)是左旋的，一個(gè)是右旋的。所以對(duì)映異構(gòu)體又稱為旋光異構(gòu)體。外消旋體可分離成左旋體與右旋體。COOHCH3OHHCOOHCH3HOH（三）對(duì)映異構(gòu)體結(jié)構(gòu)的表示方法COOHCH3OHHCOOHCH3HHO或：

1.其他表示方式透視式2、Fischer投影式

（1）“橫前豎后”：與*C結(jié)合的兩個(gè)橫鍵代表朝向紙平面的前方,兩個(gè)豎鍵代表朝向紙平面的后方。（這一條必須遵守?。〧ischer投影式書寫規(guī)則（投影規(guī)則）（2）一般將主碳鏈放在豎直線上，把命名時(shí)編號(hào)最小的碳原子放在上端。投影到紙面上得到投影式，“十”字交叉點(diǎn)相當(dāng)于*C，它位于紙面上。

按此方式得到的Fischer投影式為最嚴(yán)格的Fischer式，用D/L法命名時(shí)必須用這種Fischer式。費(fèi)歇爾投影式橫前豎后使用費(fèi)歇爾投影式應(yīng)注意的問題：

基團(tuán)的位置關(guān)系是“橫前豎后”

不能離開紙平面翻轉(zhuǎn)180°，也不能在紙平面上旋轉(zhuǎn)90°或270°與原構(gòu)型相比。將投影式在紙平面上旋轉(zhuǎn)180°，仍為原構(gòu)型。在紙平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180，構(gòu)型不變Fischer式的平移或紙平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180,其構(gòu)型不變。Fischer投影式離開紙面翻轉(zhuǎn),構(gòu)型改變！Fischer式紙平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90(或270),構(gòu)型改變?。╝）將投影式在紙平面上旋轉(zhuǎn)180°，仍為原構(gòu)型。（3）判斷不同投影式是否同一構(gòu)型的方法：（b）任意固定一個(gè)基團(tuán)不動(dòng)，依次順時(shí)針或反時(shí)針調(diào)換另三個(gè)基團(tuán)的位置，不會(huì)改變?cè)瓨?gòu)型。（c）對(duì)調(diào)任意兩個(gè)基團(tuán)的位置，對(duì)調(diào)偶數(shù)次構(gòu)型不變，對(duì)調(diào)奇數(shù)次則為原構(gòu)型的對(duì)映體。例如：下列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旋轉(zhuǎn)180℃后可重疊鏡像關(guān)系--對(duì)映體交換偶數(shù)次后與1同（四）對(duì)映異構(gòu)體構(gòu)型標(biāo)記法 CHO CHOH OH HO H CH2OH CH2OH

D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛1、構(gòu)型的D/L命名法：選擇甘油醛作為標(biāo)準(zhǔn)，并人為地規(guī)定它的構(gòu)型。（碳鏈豎直，醛基在上端）規(guī)則：在嚴(yán)格的Fischer投影式中，C*上取代基處于右側(cè)為D-構(gòu)型；處于左側(cè)為L-構(gòu)型。D/L標(biāo)記法一般用于糖類和氨基酸的構(gòu)型標(biāo)記。**D、L與“+、-”沒有必然的聯(lián)系

1979年，國際上根據(jù)IUPAC的建議采用了R/S構(gòu)型系統(tǒng)命名法，這種命名法的適應(yīng)性更廣。直接根據(jù)化合物的實(shí)際構(gòu)型或投影式命名，不需要與其他化合物聯(lián)系比較。2、構(gòu)型的R/S命名法

手性碳上所連的四個(gè)原子或基團(tuán)排序：大、中、小、最小。然后把最小的基團(tuán)放在方向盤的連桿上，其它三個(gè)基就在方向盤上。然后再觀察這三個(gè)基的大、中、小走向，順時(shí)針為R，反時(shí)針為S。方法：次序規(guī)則排次序，方向盤上定構(gòu)型。a－>b－>c順時(shí)針:

R構(gòu)型a－>b－>c逆時(shí)針：S構(gòu)型直接利用Fischer投影式命名：ClC2H5 CH3HClHCH3C2H5還原為立體式S-2-氯丁烷Fischer投影式

結(jié)論：當(dāng)最小基團(tuán)處于橫鍵位置時(shí)，其余三個(gè)基團(tuán)從大到小的順序若為逆時(shí)針，其構(gòu)型為R；反之，構(gòu)型為S。橫變豎不變

含兩個(gè)以上C*化合物的構(gòu)型或投影式，也用同樣方法對(duì)每一個(gè)C*進(jìn)行R、S標(biāo)記，然后注明各標(biāo)記的是哪一個(gè)手性碳原子。三、含兩個(gè)手性碳原子化合物的對(duì)映異構(gòu)

（一）含兩個(gè)不同手性碳原子化合物的對(duì)映異構(gòu)

結(jié)論：

異構(gòu)體數(shù)目——2n=22=4（n：手性碳原子數(shù)目）氯代蘋果酸

對(duì)映體數(shù)目——

2n–1=2（2–1）=2（對(duì)）

（2S,3S)（2R,3R)（2S,3R)（2R,3S)

(2R,3R)(2S,3S)(2R,3S)(2S,3R)D-赤蘚糖L-赤蘚糖L-蘇阿糖D-蘇阿糖Fisher投影式中，兩個(gè)手性碳原子上相同基團(tuán)在同側(cè)者，稱為赤型，在異側(cè)者，稱為蘇型。

非對(duì)映體：不呈物體與鏡象關(guān)系的立體異構(gòu)體叫做非對(duì)映體。分子中有兩個(gè)以上手性中心時(shí)，就有非對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象。對(duì)映關(guān)系：Ⅰ與Ⅱ；Ⅲ與Ⅳ非對(duì)映關(guān)系：Ⅰ與Ⅲ、Ⅰ與Ⅳ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅱ與Ⅳ非對(duì)映異構(gòu)體的特征：1°物理性質(zhì)不同（熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度等）。2°比旋光度不同。3°旋光方向可能相同也可能不同。4°化學(xué)性質(zhì)相似，但反應(yīng)速度有差異。對(duì)映體：在普通條件下，其性質(zhì)都相同，旋光方向和生理效能不同。（二）含兩個(gè)相同手性碳原子化合物的對(duì)映異構(gòu)

(2R,3R)(2S,3S)(2R,3S)(2S,3R)內(nèi)消旋體(meso)：分子內(nèi)部形成對(duì)映兩半的化合物。(有平面對(duì)稱因素)。具有兩個(gè)手性中心的內(nèi)消旋結(jié)構(gòu)一定是（RS）構(gòu)型。內(nèi)消旋體無旋光性(兩個(gè)相同取代、構(gòu)型相反的手性碳原子，處于同一分子中，旋光性抵消)。內(nèi)消旋體不能分離成光活性化合物。

RS外消旋體：是混合物，可拆分出一對(duì)對(duì)映體。內(nèi)消旋體：是化合物，不能拆分。外消旋體與內(nèi)消旋體的共同之處是：二者均無旋光性，但本質(zhì)不同。

（三）含三個(gè)不同手性碳原子化合物的對(duì)映異構(gòu)

C-2差向異構(gòu)體差向異構(gòu)體：含多個(gè)手性碳的兩個(gè)光活異構(gòu)體，僅有一個(gè)手性碳原子的構(gòu)型相反，其余的手性碳構(gòu)型相同，這兩個(gè)光活異構(gòu)體稱為差向異構(gòu)體。如果構(gòu)型不同的不對(duì)稱碳原子在鏈端，稱為端基差向異構(gòu)體。其它情況，分別根據(jù)C原子的位置編號(hào)稱為Cn差向異構(gòu)體。C-2差向異構(gòu)：由C-2引起的差向異構(gòu)。（C-2構(gòu)型相反）()阿拉伯糖()耒蘇糖()木糖()核糖(i)和(iii),(ii)和(iv)是C2差向異構(gòu)體。(i)和(iiv),(ii)和(viii)是C3差向異構(gòu)體。(i)和(vi),(ii)和(v)是C4差向異構(gòu)體。假手性碳原子—中心碳原子連有四個(gè)不同的基團(tuán)，好象是手性碳，但它有兩個(gè)構(gòu)型相反的不對(duì)稱碳原子，整個(gè)分子具有一個(gè)對(duì)稱面而成為對(duì)稱，這樣的碳原子稱假手性碳原子。3-C——非手性碳3-C——假手性碳假手性碳原子構(gòu)型的表示方法rs(小寫）在定序規(guī)則中，比較兩個(gè)不同構(gòu)型的基團(tuán)大小時(shí)，

R構(gòu)型排在S構(gòu)型之前。1.奇數(shù)環(huán)的情況—

I-IV四個(gè)化合物中各有兩個(gè)手性碳—當(dāng)A、B相同時(shí)，I和II為內(nèi)消旋體—當(dāng)A、B不同時(shí)，I和II為對(duì)映異構(gòu)體—對(duì)于III和IV，則無論A、B是否相同，III和IV均為一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體四、環(huán)狀化合物的對(duì)映異構(gòu)例：三元環(huán)

1.A、A型二取代：有三個(gè)異構(gòu)體。2.A、B型二取代：有22=4個(gè)異構(gòu)體，兩對(duì)對(duì)映體。

五、不含手性碳原子化合物的對(duì)映異構(gòu)即：含手性軸及手性面化合物的對(duì)映異構(gòu)（一）含手性軸的化合物1.丙二烯型化合物

中心碳原子兩個(gè)鍵平面正交,兩端碳原子上四個(gè)基團(tuán)，兩兩處于互為垂直的平面上。當(dāng)A≠B，分子有手性。類似物：當(dāng)A=B，分子無旋光性，如：2.單鍵旋轉(zhuǎn)受阻礙的聯(lián)苯型化合物苯環(huán)間碳碳鍵旋轉(zhuǎn)受阻，產(chǎn)生位阻構(gòu)象異構(gòu)。要求某些原子或基團(tuán)的半徑如下：當(dāng)苯環(huán)鄰位上連接的兩個(gè)體積較大的取代基不相同時(shí)，整個(gè)分子就沒有對(duì)稱面或?qū)ΨQ中心，就可能有手性。若在一個(gè)或兩個(gè)苯環(huán)上所連的兩個(gè)取代基是相同的，這個(gè)分子就有對(duì)稱面，沒有旋光性。（二）含手性面的化合物末端兩苯環(huán)不在同平面上。多個(gè)苯環(huán)組成的螺芳烴由于環(huán)的擁擠導(dǎo)致A環(huán)和B環(huán)不能共平面，其中之一必然向外蹺起來，這種情況也會(huì)產(chǎn)生互不重合的鏡象異構(gòu)體。在胺分子中，鍵的排列接近四面體，但一般的叔胺都未能拆開為對(duì)映體。原因：該種類型分子，它的兩種可能存在形式是很快地相互轉(zhuǎn)變而改變其構(gòu)型，導(dǎo)致消旋,

所以，叔胺沒有旋光性不同取代開鏈?zhǔn)灏贩肿硬痪哂行饣钚裕ㄈ┖渌拥幕衔锸中灾行模璑原子：N原子與四個(gè)不同的烷基相連，即是活性中心，有一對(duì)對(duì)映體。

構(gòu)型保持和構(gòu)型反轉(zhuǎn)

如果一個(gè)反應(yīng)涉及到一個(gè)不對(duì)稱碳原子上的一根鍵的變化，則將新鍵在舊鍵斷裂方向形成的情況稱為構(gòu)型保持，而將新鍵在舊鍵斷裂的相反方向形成的情況稱為構(gòu)型翻轉(zhuǎn)。（R）-2-溴辛烷

[]D=-34.6o（S）-2-辛醇

[]D=+9.9o構(gòu)型翻轉(zhuǎn)構(gòu)型保持HO-（R）-2-辛醇

[]D=+9.9o外消旋化旋光物質(zhì)(左旋體或右旋體)轉(zhuǎn)變?yōu)椴恍獾耐庀w的過程,稱為外消旋化,簡稱消旋化。消旋化通常在兩種情況下發(fā)生:①長期放置發(fā)生外消旋化。②在物理或化學(xué)因素（如光、熱或化學(xué)試劑)作用下發(fā)生外消旋化。常見的外消旋化途徑：（1）反應(yīng)過程中發(fā)生烯醇化從而導(dǎo)致消旋化

(R)-3-苯基-2-丁酮

(2)反應(yīng)過程中生成碳正離子而消旋化

（S）-α-氯代乙苯

（3）反應(yīng)過程中生成自由基而消旋化

2-苯基-2-苯偶氮基丁烷外消旋體的拆分

將外消旋體拆分成左旋體和右旋體，稱為外消旋體的拆分。在手性環(huán)境下如手性試劑、手性溶劑、手性催化劑存在下，兩個(gè)對(duì)映體的反應(yīng)速度將會(huì)有不同程度的差異，有時(shí)差異還很大。生物體中的酶具有很高的手性，因此像藥物等許多可受酶影響的化合物，其對(duì)映體的生理作用會(huì)表現(xiàn)出很大差異。氯霉素是左旋的，有抗菌作用，其對(duì)映體則無療效。有些旋光性藥物的對(duì)映體不但無療效，甚至有毒。例如，沙力多邁在二十世紀(jì)五十年代在歐洲曾作為鎮(zhèn)靜劑廣為使用。后兩發(fā)現(xiàn)有上萬名新生兒的畸形與服用過此藥的婦女有關(guān)。沙力多邁含一個(gè)手性碳原子，當(dāng)時(shí)作為藥物使用的是外消旋體。后來的研究表明，沙力多邁中的一種異構(gòu)體有鎮(zhèn)靜作用，另一種異構(gòu)體則有致畸作用。因此，在當(dāng)今的藥物研究開發(fā)和生產(chǎn)中提出了開發(fā)生產(chǎn)手性藥物和旋光純度的要求。

外消旋體拆分常見的方法有:接種結(jié)晶法,生物或酶作用下的析解,化學(xué)法,色譜分離法等?；瘜W(xué)法拆分外消旋體例：立體專一反應(yīng)和立體選擇反應(yīng)立體專一反應(yīng)是指：在相同的反應(yīng)條件下，由立體異構(gòu)的起始物得出立體異構(gòu)的不同產(chǎn)物。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)

親核取代反應(yīng)在這些立體專一過程中，起始物都是立體異構(gòu)體，產(chǎn)物彼此也是立體異構(gòu)體。每個(gè)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，只得到單一一種立體異構(gòu)體，而不混雜有另一種立體異構(gòu)體。立體選擇性反應(yīng)是指：在特定反應(yīng)中，單一一種反應(yīng)物能夠形成兩種或更多種立體異構(gòu)產(chǎn)物，但觀察到的是其中一種異構(gòu)體的形成占優(yōu)勢(shì).。某些立體選擇性反應(yīng)

潛手性分子

一個(gè)對(duì)稱的非手性分子,經(jīng)過一個(gè)基團(tuán)被取代或發(fā)生其他反應(yīng)的過程

,失去其對(duì)稱性而成為一個(gè)非對(duì)稱的手性分子,這種對(duì)稱的分子即稱為

“原手性分子”，或稱“潛手性分子”。而發(fā)生反應(yīng)的對(duì)稱碳原子,則是“原手性碳原子”

或稱“潛手性碳原子”。(R)-γ-氯代

-β-羥基丁酸辛酯

L-肉堿

(VBT)

乙醛羰基有兩個(gè)面呈現(xiàn)在進(jìn)攻試劑面前，這兩個(gè)面彼此具有鏡象關(guān)系，并且是對(duì)應(yīng)異構(gòu)位的。如果從某一個(gè)面方向看過去，取代基按遞降序位的排列順序是順時(shí)針的，那么這個(gè)面就是R面，如果是反時(shí)針的，那就是S面。六、親電加成反應(yīng)的立體化學(xué)一個(gè)正確的反應(yīng)歷程應(yīng)能說明包括立體化學(xué)在內(nèi)的所有實(shí)驗(yàn)事實(shí)。所以立體化學(xué)對(duì)反應(yīng)歷程的測(cè)定和研究具有重要的意義。若是順式加成，得到的應(yīng)為內(nèi)消旋體，與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不符。由于碳碳單鍵（C1-C2）可以自由旋轉(zhuǎn)：中間體若是碳正離子：得到的加成產(chǎn)物就不可能完全是外消旋體，也可得到內(nèi)消旋體，這與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不符，說明中間體不是碳正離子?，F(xiàn)在認(rèn)為，順-2-丁烯與溴加成中間體為環(huán)狀溴正離子（溴鎓離子）形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)中間體，既阻止了環(huán)繞碳碳單鍵自由旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也限制了Br-只能從三元環(huán)的反面進(jìn)攻。因?yàn)锽r-進(jìn)攻兩個(gè)碳原子的機(jī)會(huì)均等。因此得到的是外消旋體。反-2-丁烯與溴加成同上討論，產(chǎn)物為內(nèi)消旋體?！?構(gòu)象與構(gòu)象分析

構(gòu)象：是立體異構(gòu)中的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)層次，是在構(gòu)造、構(gòu)型確定的基礎(chǔ)上因?yàn)閱捂I的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中的原子或原子團(tuán)在空間的排列。構(gòu)象分析：研究分子中優(yōu)勢(shì)構(gòu)象的存在，以及構(gòu)象對(duì)分子的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的影響，統(tǒng)稱為構(gòu)象分析。構(gòu)象與構(gòu)象分析對(duì)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、有機(jī)反應(yīng)歷程、反應(yīng)的取向等方面的研究都很重要。在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物分子最穩(wěn)定的構(gòu)象決定著反應(yīng)的立體化學(xué)過程，從而可以解釋反應(yīng)的結(jié)果。

一、乙烷的構(gòu)象

A透視式（鋸架式）：B傘形式(楔形式)C紐曼式（Newman）：(2)乙烷分子的能量曲線圖把正丁烷C1和C4作甲基，在繞C2-C3單鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)，主要構(gòu)象為：二、正丁烷的構(gòu)象穩(wěn)定程度為：對(duì)位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式在室溫下，對(duì)位交叉式占70%，鄰位交叉式占30%，其它兩種極少。三、環(huán)己烷的構(gòu)象在環(huán)己烷分子中，六個(gè)碳原子不在同一平面內(nèi)，碳碳鍵之間的夾角可以保持109.5°，因此六元環(huán)很穩(wěn)定。1.兩種極限構(gòu)象——椅式和船式椅式構(gòu)象穩(wěn)定的原因：船式構(gòu)象不穩(wěn)定的原因：物理方法也測(cè)出船式環(huán)己烷比椅式能量高26.7KJ/mol，故在常溫下環(huán)己烷幾乎完全以較穩(wěn)定的椅式構(gòu)象存在。2.平伏鍵(e鍵)與直立鍵(a鍵)在椅式構(gòu)象中C-H鍵分為兩類。第一類六個(gè)C-H鍵與分子的對(duì)稱軸平行，叫做直立鍵或a鍵(其中三個(gè)向環(huán)平面上方伸展，另外三個(gè)向環(huán)平面下方伸展)；第二類六個(gè)C-H鍵與直立鍵形成接近109.5°的夾角，平伏著向環(huán)外伸展，叫做平伏鍵或e鍵。C-1，C-3和C-5在一個(gè)平面上，C-2，C-4和C-6在另一個(gè)平面上，圖中A線垂直于兩個(gè)平面，是對(duì)稱軸。

C2、C3、C5、C6在一個(gè)平面上，C1和C4分別在平面的下面和平面的上面，很象椅腳和椅背，故稱“椅式”。3.椅式構(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)化稱為構(gòu)象翻轉(zhuǎn)。環(huán)己烷各構(gòu)象之間的能量關(guān)系由椅式轉(zhuǎn)換成另一種椅式，所經(jīng)過的各種構(gòu)象椅式能量最低，半椅式的能量最高。環(huán)己烷中各構(gòu)象的勢(shì)能關(guān)系構(gòu)象對(duì)物理、化學(xué)性質(zhì)的影響1、分子處于不同的構(gòu)象，其能量是不同的例:1,2-二氯乙烷對(duì)位交叉最穩(wěn)定溫度升高，非對(duì)位交叉構(gòu)象增多，導(dǎo)致分子的偶極矩變化對(duì)位交叉偶極矩：μ=0.0D

全重疊式偶極矩：μ=3.6D

1,2-二氯乙烷在旋轉(zhuǎn)過程中，μ在0.0~3.6D之間變化，所以在不同的溫度下，測(cè)定其μ，有不同的值。結(jié)果：溫度升高，μ值增大2、分子處于不同的構(gòu)象，其旋光性不同例：二溴芪C6H5CHBr-CHBrC6H5

最穩(wěn)定的構(gòu)象是兩個(gè)苯環(huán)處于對(duì)位交叉

內(nèi)消旋體旋光體二溴芪有兩種不同的構(gòu)型，其物理性質(zhì)也不同。3、分子處于不同的構(gòu)象，其化學(xué)反應(yīng)活性不同例：環(huán)己烷，相同的取代基在ａ鍵或ｅ鍵上，在熱力學(xué)穩(wěn)定性方面和空間因素方面是不同的

4-叔丁基環(huán)己基羧酸乙酯在醇鈉溶液中加熱，平衡混合物中，反式異構(gòu)體占84%

反式（速度快20倍）順式ａ鍵的位置比較受阻，反應(yīng)易發(fā)生在ｅ鍵上，當(dāng)反應(yīng)發(fā)生在環(huán)外原子上，例：酯化或水解，空間因素起主導(dǎo)作用

不對(duì)稱合成反應(yīng)是近20年來有機(jī)化學(xué)中發(fā)展最為迅速也是最有成就的研究領(lǐng)域之一。研究不對(duì)稱合成反應(yīng),具有十分重要的實(shí)際意義和重大的理論價(jià)值。對(duì)于不對(duì)稱化合物來講,制備單一的對(duì)映體是非常重要的,因?yàn)閷?duì)映體的生理作用往往有很大差別。例如：(+)-抗壞血酸具有抗壞血病功能(-)-抗壞血酸則無此活性(R)-天冬酰胺是甜的(S)-天冬酰胺是苦的一、不對(duì)稱合成化學(xué)中的幾個(gè)基本術(shù)語

它泛指:一類反應(yīng)由于手性反應(yīng)物、試劑、催化劑以及物理因素(如偏振光)等造成的手性環(huán)境,使得反應(yīng)物的前手性部位在反應(yīng)后變?yōu)槭中圆课粫r(shí)形成的立體異構(gòu)體不等量,或在已有的手性部位上一對(duì)立體異構(gòu)體以不同速度反應(yīng),從而形成一對(duì)立體異構(gòu)體不等量的產(chǎn)物和一對(duì)立體異構(gòu)體不等量的未反應(yīng)原料。1、不對(duì)稱合成反應(yīng)定義“不對(duì)稱合成”這一術(shù)語在1894年首次由E.Fischer使用，并在1904年被Marckwald定義為“從對(duì)稱構(gòu)造的化合物產(chǎn)生光學(xué)活性物質(zhì)的反應(yīng)，使用光學(xué)活性材料作為中間體，但不包括使用任何分析過程作為手段”。2、不對(duì)稱合成的效率不對(duì)稱合成反應(yīng)實(shí)際上是一種立體選擇反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物可以是對(duì)映體，也可以是非對(duì)映體，只是兩種異構(gòu)體的量不同而已。不對(duì)稱合成的效率,正是由兩者的數(shù)量差別來表示的。若產(chǎn)物彼此為對(duì)映體,則其中某一對(duì)映體過量的百分率(percentenantiomericexcess,簡寫為%e.e)可作為衡量該不對(duì)稱合成反應(yīng)效率高低的標(biāo)準(zhǔn),表示方法如下:

式中[R]和[S]分別為主要對(duì)映體產(chǎn)物的量和次要對(duì)映體產(chǎn)物的量。如兩個(gè)對(duì)映體產(chǎn)物的比是95:5，則%e.e是90%。

通常情況下,可假定比旋光度與對(duì)映體組成具有線性關(guān)系，因而在實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差略而不計(jì)時(shí)，上述%e.e即等于下述所謂光學(xué)純度百分率(percentopticalpurity,簡寫為%O.P)。

若產(chǎn)物為非對(duì)映異構(gòu)體時(shí),不對(duì)稱合成反應(yīng)效率用非對(duì)映過量百分率(percentdiastereomericexcess，簡寫為%d.e)來表示。

式中[A]和[B]分別為主要非對(duì)映體產(chǎn)物的量和次要非對(duì)映體產(chǎn)物的量。3、立體選擇反應(yīng)與立體專一反應(yīng)在研究不對(duì)稱合成反應(yīng)時(shí)，不僅要注意反應(yīng)物分子靜態(tài)的立體化學(xué)特點(diǎn)，而且要涉及化學(xué)反應(yīng)過程中的立體化學(xué)變化——?jiǎng)討B(tài)立體化學(xué)的規(guī)律，尤其是研究按何種立體化學(xué)途徑實(shí)現(xiàn)反應(yīng)。因此有必要區(qū)別兩類反應(yīng)：立體選擇反應(yīng)與立體專一反應(yīng)。

立體選擇性反應(yīng)一般是指反應(yīng)能生成兩種或兩種以上立體異構(gòu)體產(chǎn)物,但其中僅一種異構(gòu)體占優(yōu)勢(shì)的反應(yīng)。例1：羰基的加成反應(yīng)（還原反應(yīng)）例1：加成反應(yīng)例2：羰基的加成反應(yīng)（還原反應(yīng)）

立體專一性反應(yīng)是指由