第七章 有機(jī)化學(xué)中的同分異構(gòu)現(xiàn)象

第七章有機(jī)化學(xué)中的同分異構(gòu)現(xiàn)象第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.1有機(jī)化學(xué)中的構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)體按照其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)又可以進(jìn)一步細(xì)分為以下三種常見的類型：碳鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)和官能團(tuán)異構(gòu)。

碳鏈異構(gòu)是指由于分子中碳鏈形狀不同而產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象。具有1-3個(gè)碳原子的烷烴沒有構(gòu)造異構(gòu)體，而4個(gè)碳原子的烷烴包含正丁烷和異丁烷兩種異構(gòu)體。戊烷包含3種構(gòu)造異構(gòu)體，己烷的異構(gòu)體有5種，庚烷有9種，癸烷有75種。第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

位置異構(gòu)是指由于取代基或官能團(tuán)在碳鏈上或碳環(huán)上的位置不同而產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象。這種異構(gòu)現(xiàn)象普遍存在于烯烴、炔烴、醇、酚、酮等具有官能團(tuán)的有機(jī)化合物中。例如，第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

官能團(tuán)異構(gòu)是指由于分子中官能團(tuán)的不同而產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象。單烯烴與環(huán)烷烴、炔烴與二烯烴、醇與醚、醛與酮、烯醇與酮、酯和羧酸、酚和芳香醇等都屬于官能團(tuán)異構(gòu)。例如，

第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.2有機(jī)化合物的立體異構(gòu)現(xiàn)象1874年，年輕的物理化學(xué)家范霍夫（J.H.Van’tHoff）和勒貝爾（J.A.LeBel）根據(jù)有機(jī)分子的旋光性等實(shí)驗(yàn)事實(shí)，分別獨(dú)立地發(fā)表論文提出碳的四價(jià)是指向四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，即碳原子的四面體理論，打破了有機(jī)分子的平面結(jié)構(gòu)理論，開創(chuàng)了有機(jī)分子立體結(jié)構(gòu)的先河。以碳原子的四面體理論為基礎(chǔ)的現(xiàn)代立體化學(xué)理論已經(jīng)有了高度的發(fā)展和更加豐富的內(nèi)涵。

立體異構(gòu)體主要包括構(gòu)象異構(gòu)、幾何異構(gòu)和對(duì)映異構(gòu)三大類。幾何異構(gòu)現(xiàn)象主要發(fā)生在環(huán)烷烴和烯烴分子中，對(duì)映異構(gòu)則主要發(fā)生在具有手性特征的分子中，主要包括對(duì)映異構(gòu)和非對(duì)映異構(gòu)兩類異構(gòu)體。第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.2.1構(gòu)象異構(gòu)分子式相同，原子的結(jié)合順序即構(gòu)造式也相同，但由于σ單鍵的旋轉(zhuǎn)使分子中的原子或者原子團(tuán)在空間的位置或者取向不同。這種通過單鍵旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致分子中原子或者原子團(tuán)在空間的不同取向叫做構(gòu)象，由此得到的不同空間結(jié)構(gòu)叫做構(gòu)象異構(gòu)。它們用鋸架式表示如下：

有時(shí)為了更加清楚地表示出原子和原子團(tuán)之間交叉和重疊的情況，常用（Newman）投影式來表示：

交叉式重疊式交叉式重疊式第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日?qǐng)D7.1

乙烷不同構(gòu)象能量大小圖第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日丁烷具有如下四種典型的構(gòu)象異構(gòu)體。圖7.2丁烷不同構(gòu)象能量大小圖第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.2.2幾何異構(gòu)幾何異構(gòu)是指原子或者原子團(tuán)在空間的取向不同，但這種不同的空間取向不是由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而是分子的剛性造成的，因此如果沒有鍵的斷裂，幾何異構(gòu)體之間是不能相互轉(zhuǎn)換的。這種分子的原子或者原子團(tuán)在空間的排列方式叫做構(gòu)型。幾何異構(gòu)主要包括烯烴的順反異構(gòu)以及環(huán)狀化合物的順反異構(gòu)。一、烯烴的順反異構(gòu)二、環(huán)狀化合物的順反異構(gòu)。第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.2.3對(duì)映異構(gòu)7.2.3.1手性和對(duì)映異構(gòu)當(dāng)一個(gè)物體沒有對(duì)稱中心或者沒有對(duì)稱平面的時(shí)候，物體與它的鏡像就不能重合，就象人的左手和右手一樣，非常相似，但不能重疊，物體的這種性質(zhì)稱為物體的手性。如果出現(xiàn)分子與它的鏡像不能重疊的情況，這種現(xiàn)象就稱為分子的手性，這種分子就稱為手性分子。很顯然，一個(gè)手性分子至少有兩種構(gòu)型異構(gòu)體，一個(gè)是實(shí)物，一個(gè)是映在鏡子里的鏡像，它們互為對(duì)映異構(gòu)體，簡(jiǎn)稱對(duì)映體。這種由于分子和它的鏡像不能重疊而產(chǎn)生的構(gòu)型異構(gòu)叫做對(duì)映異構(gòu)。如乳酸分子的兩種對(duì)映體如下：L-(+)-乳酸D-(-)-乳酸第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日

對(duì)映異構(gòu)體在宏觀性能上表現(xiàn)出的最大差別是生理活性不一樣以及旋光性不同，其它一般性能如沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、溶解度、極性甚至反應(yīng)活性都是相同的。由于旋光性是容易測(cè)定的，測(cè)定旋光性是研究對(duì)映異構(gòu)體最重要和最早的方法，因此對(duì)映異構(gòu)也叫旋光異構(gòu)，對(duì)映異構(gòu)體也叫光學(xué)異構(gòu)體。第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.1.4.2旋光性普通白光是由不同波長(zhǎng)組成的電磁波，光波的振動(dòng)方向與其前進(jìn)方向互相垂直。單色光，如從鈉光燈發(fā)射出來的黃光，則具有單一的波長(zhǎng)(λ＝589nm)，但仍在與其前進(jìn)方向互相垂直振動(dòng)。若使普通光通過尼科爾(Nicol)棱鏡，則只有振動(dòng)方向和棱鏡的晶軸平行的光線才能通過。這種只在一個(gè)平面上振動(dòng)的光叫做平面偏振光，簡(jiǎn)稱偏振光。偏振光振動(dòng)所在的平面叫做偏振面。普通光尼科爾棱鏡偏振光

一束普通光（箭頭為光束前進(jìn)方向）一束偏振光第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

當(dāng)兩個(gè)尼科爾棱鏡平行放置，從一個(gè)尼科爾棱鏡產(chǎn)生的偏振光可以全部通過，但當(dāng)兩個(gè)尼科爾棱鏡垂直放置時(shí)，從另一個(gè)尼科爾棱鏡不能看到從前一個(gè)尼科爾棱鏡產(chǎn)生的偏振光，必須將尼科爾棱鏡旋轉(zhuǎn)90o才能使偏振光完全看到。當(dāng)在兩個(gè)平行放置的尼科爾棱鏡之間放置某些液體或溶液，如葡萄糖溶液，發(fā)現(xiàn)從一個(gè)尼科爾棱鏡產(chǎn)生的偏振光不可以通過另一個(gè)尼科爾棱鏡，必須將尼科爾棱鏡旋轉(zhuǎn)一定的角度才能使偏振光完全看到。這就說明這些溶液使偏振光的偏振面發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，溶液的這種使偏振光發(fā)生偏轉(zhuǎn)的性質(zhì)叫旋光性，也叫具有光學(xué)活性，旋轉(zhuǎn)的角度叫做旋光度。如果使偏振光向右偏轉(zhuǎn)，記為（＋）;如果向左偏轉(zhuǎn)，記為（－），如圖7－4所示。

普通光尼科爾棱鏡樣品管尼科爾棱鏡

旋光儀的工作原理第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.1.4.3比旋光度為了便于比較，一般用比旋光度[α]表示物質(zhì)的旋光能力大小和旋光方向[α]λt為測(cè)定的旋光度；L為管長(zhǎng)，以分米為單位；C為濃度，以克／毫升為單位，如果為純的液體則濃度改換成比重（克／厘米3）。

由于兩個(gè)對(duì)映體的旋光度大小相等但方向相反，將兩個(gè)對(duì)映體等量混合所得到的溶液，其旋光能力相互抵消，沒有旋光性，這種混合物叫做外消旋體。一些純的對(duì)映異構(gòu)體在酸堿、高溫等條件下甚至在放置一段時(shí)間后，會(huì)轉(zhuǎn)化為另外一個(gè)對(duì)映體，當(dāng)兩個(gè)對(duì)映體的量相等時(shí)，其旋光性也會(huì)消失，我們把這種現(xiàn)象叫做外消旋化。對(duì)映體容易發(fā)生外消旋化會(huì)影響對(duì)映體的旋光性和純度，但要將一個(gè)沒用的對(duì)映體轉(zhuǎn)化為另一個(gè)有用的對(duì)映體時(shí)，在一定條件下進(jìn)行外消旋化是經(jīng)常要用到的。第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.1.4.4分子的對(duì)稱性與手性只有手性分子才能分離出純的對(duì)映體而顯示光學(xué)活性，如何判斷一個(gè)化合物是否具有手性，最好的辦法是判斷化合物分子是否具有對(duì)稱性，如果一個(gè)分子沒有對(duì)稱面，也沒有對(duì)稱中心，這個(gè)分子與它的鏡像不能重疊，分子具有手性。第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日（1）具有一個(gè)不對(duì)碳稱原子的手性分子當(dāng)分子中的一個(gè)碳原子連接四個(gè)不同的原子或者原子團(tuán)時(shí)，這個(gè)分子是不對(duì)稱的，具有手性，這個(gè)碳原子叫做不對(duì)稱碳原子，也叫做手性中心或者手性碳原子。如下圖所示的-丙氨酸即為手性分子，-碳上有四個(gè)不同的取代基，分子與其鏡像不能重疊，有兩個(gè)對(duì)映體。左邊的對(duì)映體即為天然的L-丙氨酸，右邊為人工合成的D-丙氨酸。2-氨基丙酸第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日

如果碳原子上有兩個(gè)相同的原子或者原子團(tuán)，則分子有一個(gè)對(duì)稱面，不具有手性，沒有對(duì)映體，如丙酸。

被考查的碳原子，甲基以及羧酸在一個(gè)平面上，兩個(gè)氫原子處在與平面相對(duì)稱的兩邊，兩個(gè)氫原子交換后得到的是同一個(gè)分子，這個(gè)平面即為對(duì)稱面。也可把這個(gè)平面看作一面鏡子，氫原子投影后，實(shí)物與鏡像相同，可以相互重疊，因此具有對(duì)稱面的分子沒有手性。第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日（2）具有兩個(gè)以上不對(duì)稱碳原子的手性分子當(dāng)分子含有兩個(gè)以及兩個(gè)以上的不對(duì)稱碳原子時(shí)，對(duì)映體的數(shù)目會(huì)急劇增加，情況變得復(fù)雜。如果一個(gè)分子內(nèi)兩個(gè)不對(duì)稱碳原子是不相同的，即兩個(gè)不對(duì)稱碳原子上所連接的四個(gè)取代基不完全一樣，這個(gè)分子會(huì)有四種不同的立體構(gòu)型，可獲得四種旋光異構(gòu)體。因?yàn)槊恳粋€(gè)不對(duì)稱碳原子會(huì)有一正一負(fù)兩個(gè)旋光異構(gòu)體，其中正的旋光異構(gòu)體可與另一個(gè)不對(duì)稱碳原子一正一負(fù)旋光異構(gòu)體組合成兩個(gè)旋光異構(gòu)體，負(fù)的旋光異構(gòu)體也可與另一個(gè)不對(duì)稱碳原子組成兩個(gè)旋光異構(gòu)體，這樣便得到四個(gè)旋光異構(gòu)體a,b,c和d。圖解如下：第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日

例如3－氯－2－丁醇，有兩個(gè)不同的不對(duì)稱碳原子，可以形成四個(gè)旋光異構(gòu)體。

?、ⅱ＂?/p>

其中ⅰ和ⅱ，ⅲ和ⅳ兩對(duì)旋光異構(gòu)體互為實(shí)物和鏡像關(guān)系，互為對(duì)映異構(gòu)體，兩個(gè)對(duì)映體的一般物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)相同，很難通過一般的分離方法進(jìn)行分離。ⅰ和ⅲ、ⅳ，以及ⅱ和ⅲ、ⅳ之間不是實(shí)物和鏡像關(guān)系，為非對(duì)映異構(gòu)體。非對(duì)映體的理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)往往不同，可以通過一般的分離方法如重結(jié)晶、柱層析等進(jìn)行分離。3－氯－2－丁醇四個(gè)旋光異構(gòu)體的對(duì)映和非對(duì)映關(guān)系可圖示如下：第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日

從上面推斷旋光異構(gòu)體的方法中可以知道，如果分子中有n個(gè)不相同的不對(duì)稱碳原子，則會(huì)有2n個(gè)旋光異構(gòu)體。其中對(duì)映體總是成對(duì)出現(xiàn)，非對(duì)映體會(huì)有很多。第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日

如果一個(gè)分子具有兩個(gè)相同的不對(duì)稱碳原子，旋光異構(gòu)體的數(shù)目和性質(zhì)會(huì)與上述的不一樣。在上面推斷旋光異構(gòu)體數(shù)目的時(shí)候，有兩個(gè)異構(gòu)體是通過一個(gè)不對(duì)稱碳原子的負(fù)旋光異構(gòu)體與另一個(gè)不對(duì)稱碳原子的正旋光異構(gòu)體組合的，如果兩個(gè)不對(duì)稱碳原子不同，在組合時(shí)正負(fù)不會(huì)抵消。如果兩個(gè)不對(duì)稱碳原子相同，則在組合時(shí)正負(fù)旋光能力大小相等，會(huì)相互抵消。這樣原來通過＋－和－＋組合得到的兩個(gè)異構(gòu)體將沒有旋光性，成為一個(gè)異構(gòu)體。這樣就只有三個(gè)異構(gòu)體，兩個(gè)旋光，一個(gè)不旋光，不旋光的異構(gòu)體叫做內(nèi)消旋體，記為meso-.如酒石酸的結(jié)構(gòu)所示，內(nèi)消旋體雖然有不對(duì)稱碳原子，但有一個(gè)對(duì)稱平面，所以沒有手性，沒有旋光性。

左旋酒石酸右旋酒石酸內(nèi)消旋酒石酸D-(-)-酒石酸L-(+)-酒石酸meso-酒石酸第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日

L-(+)-酒石酸為天然產(chǎn)物，D-(-)-酒石酸是人工合成的，它們兩個(gè)互為對(duì)映體，有相同的熔點(diǎn)（170oC）,在120毫升水中都只能溶解139克，酸性強(qiáng)度也相同，比旋光度大小相同，方向相反。雖然內(nèi)消旋體和外消旋體都沒有旋光性，但它們的物理性能和化學(xué)性能有很大區(qū)別，它們與D或者L酒石酸對(duì)映體的性能也完全不同。

內(nèi)消旋體是一個(gè)單一分子，由于分子內(nèi)有一個(gè)對(duì)稱平面而沒有旋光性；而外消旋體是兩個(gè)對(duì)映體的等量混合物，旋光度相互抵消而不具有旋光性，可以再分離為兩個(gè)旋光度相反的化合物。

從理論上講，凡含有兩個(gè)相同的不對(duì)稱碳原子的化合物都有三種立體異構(gòu)體，一對(duì)對(duì)映體和一個(gè)內(nèi)消旋體。第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

當(dāng)環(huán)狀化合物的環(huán)上有不對(duì)稱碳原子時(shí)，旋光異構(gòu)體數(shù)目與開鏈化合物相同，如2,5-二羧基四氫吡咯有兩個(gè)相同的不對(duì)稱碳原子，有三個(gè)立體異構(gòu)體，包括二個(gè)對(duì)映體和一個(gè)內(nèi)消旋體。左旋二羧基四氫吡咯可從海藻中分離得到。很顯然，兩個(gè)旋光異構(gòu)體有一個(gè)C2對(duì)稱軸，即繞軸旋轉(zhuǎn)180oC后，還是原來的立體構(gòu)型。因此分子的軸對(duì)稱性不會(huì)使分子失去手性。左旋二羧基四氫吡咯右旋二羧基四氫吡咯meso-二羧基四氫吡咯第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日（3）沒有不對(duì)稱碳原子的手性分子分子含有不對(duì)稱碳原子是判斷分子是否具有手性的一個(gè)重要條件，但不是充分和必要條件。分子含有不對(duì)稱碳原子可能沒有手性，如內(nèi)消旋體；分子沒有不對(duì)稱碳原子也可以具有手性，只要整個(gè)分子是不對(duì)稱的。第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日（a）聯(lián)苯型的化合物很多具有構(gòu)象異構(gòu)體的分子應(yīng)該具有手性，因?yàn)楫?dāng)單鍵旋轉(zhuǎn)到一定角度的時(shí)候，分子就會(huì)呈現(xiàn)不對(duì)稱性。聯(lián)苯型的化合物就是典型的例子。

6,6’-二硝基-2,2’-聯(lián)苯二甲酸在連接兩個(gè)苯的單鍵鄰位全部有取代基，單鍵旋轉(zhuǎn)受阻，兩個(gè)苯環(huán)不在一個(gè)平面上，分子具有手性。6,6’-二硝基-2,2’-聯(lián)苯二甲酸第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日再如1,1’-聯(lián)二(2-萘酚)也是由于單鍵旋轉(zhuǎn)受阻而成為手性分子。

右旋1,1’-聯(lián)二(2-萘酚)左旋1,1’-聯(lián)二(2-萘酚)

1,1’-聯(lián)二(2-萘酚)的兩個(gè)對(duì)映體在對(duì)映異構(gòu)體的不對(duì)稱合成中是非常有名的，常被用作催化劑的手性配體，得到的選擇性很高。第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日（b）丙二烯型的手性分子在丙二烯分子中，兩個(gè)累積雙鍵是相互垂直的。如果在兩邊的碳原子上有取代基，兩個(gè)碳原子上的取代基也是相互垂直的。如果兩個(gè)碳原子上分別連接不同的取代基，則分子將沒有對(duì)稱性而具有手性。

下列人工合成的丙二烯衍生物1,3-二苯基-1,3-二（1’－萘基）丙二烯的兩個(gè)對(duì)映體已經(jīng)拆分得到。丙二烯型分子丙二烯π鍵軌道第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日（c）其它不同取代產(chǎn)生的手性分子氮，磷以及硫等原子連接四個(gè)不同的取代基時(shí)，分子沒有對(duì)稱面或者對(duì)稱中心，也具有手性。叔膦的化合物能得到對(duì)映體。很多亞砜化合物是一個(gè)穩(wěn)定的手性分子。甲基苯基亞砜的對(duì)映體甲基正丙基苯基膦的對(duì)映體第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日

當(dāng)一個(gè)分子的骨架上有不同的取代基時(shí)，也會(huì)造成分子的不對(duì)稱而具有手性。如在杯芳烴的下端連接的取代基后，可以分離出杯芳烴旋光體。

右旋杯芳烴左旋杯芳烴第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.2對(duì)映異構(gòu)體的命名法7.2.1D/L相對(duì)構(gòu)型標(biāo)記法在上世紀(jì)初光學(xué)異構(gòu)體的絕對(duì)構(gòu)型是不知道的。為了確定其它手性分子的相對(duì)構(gòu)型,費(fèi)歇爾(E.Fisher)選擇D-甘油醛作為構(gòu)型聯(lián)系的標(biāo)準(zhǔn)。并且把D-甘油醛所具有的立體結(jié)構(gòu),即與不對(duì)稱碳原子相結(jié)合的氫原子放在費(fèi)歇爾投影式左邊，編號(hào)最小的原子放在頂端，這樣一種結(jié)構(gòu)稱為D-構(gòu)型，其對(duì)映體為L(zhǎng)-構(gòu)型。D-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日D-(+)-甘油醛D-(-)-甘油酸D-(+)-異絲氨酸D-(-)-β-溴乳酸D-(-)-乳酸

其它的旋光化合物的構(gòu)型以甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)比較得到。凡是由D-甘油醛通過化學(xué)反應(yīng)得到的化合物或可轉(zhuǎn)變?yōu)镈-甘油醛的化合物，只要在轉(zhuǎn)變過程中原來的手性碳原子構(gòu)型不變，其構(gòu)型即為D型。同樣，與L-甘油醛相關(guān)的即為L(zhǎng)型。例如：第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日

反時(shí)針方向，S型順時(shí)針方向，R型取代基a>b>c>d.7.2.2R/S絕對(duì)構(gòu)型標(biāo)記法R/S命名法是將手性碳原子上四個(gè)不同的取代基中最小的取代基放在離觀察者最遠(yuǎn)的地方，其它三個(gè)取代基按照從大到小的順序數(shù)下去，如果為順時(shí)針方向則為R構(gòu)型，如果為反時(shí)針方向則為S構(gòu)型。第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

原子或者原子團(tuán)的大小次序規(guī)則如下：（1）原子序數(shù)或者原子量大的為較優(yōu)的大基團(tuán)。常見元素的原子的較優(yōu)次序的排列如下：Br>Cl>S>P>Si>F>O>N>C>B>Li>T>D>H（2）如果取代基中與分子骨架直接相連的原子大小順序相同時(shí)，應(yīng)用外推法順次比較第二個(gè)第三個(gè)等原子的大小順序，直到能夠決定較優(yōu)的更大基團(tuán)為止。例如:(CH3)3C－，(CH3)2CH－，CH3CH2－，CH3－（3）確定不飽和基團(tuán)的大小次序時(shí)，應(yīng)把不飽和鍵的成鍵原子看作是以單鍵分別和相同的原子相連接。第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

在書寫立體構(gòu)型時(shí)，既可用透視式表示，這樣的書寫比較直觀，也可用費(fèi)歇爾投影式表示。

透視式費(fèi)歇爾投影式(R)-(-)-乳酸

(S)-(-)--苯基乙胺從書寫這些結(jié)構(gòu)可知，如果任意調(diào)換兩個(gè)原子或者原子團(tuán)的位置，則分子的構(gòu)型改變。(R)-(＋)--苯基乙胺(S)-(+)-乳酸

第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日

命名含有多個(gè)手性碳原子的化合物時(shí)，應(yīng)將每個(gè)手性碳原子的構(gòu)型依次標(biāo)出，并把手性碳原子的編號(hào)和構(gòu)型符號(hào)一起放在化合物名稱前的括號(hào)內(nèi)。例如用R/S命名D和L酒石酸：

D-(-)-酒石酸L-(+)-酒石酸(2S,3S)-酒石酸(2R,3R)-酒石酸第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.3立體異構(gòu)體的性質(zhì)7．3．1物理性質(zhì)

兩個(gè)對(duì)映體，物理性質(zhì)相同。

非對(duì)映異構(gòu)體，一般不相同。外消旋體，對(duì)映體等量混合物。內(nèi)消旋體，單一混合物。7．3．2化學(xué)性質(zhì)在手性條件下，化學(xué)性質(zhì)可以表現(xiàn)出差異。在一般的非手性條件下，兩個(gè)對(duì)映體的化學(xué)性質(zhì)完全相同。第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日7．3．3生理性質(zhì)在生命體內(nèi)，兩個(gè)對(duì)映體往往表現(xiàn)出不同的生理性能。

S-thalidomider反應(yīng)停,致畸R-thalidomider反應(yīng)停,鎮(zhèn)定第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日表1手性分子不同異構(gòu)體不同的生理性能名稱結(jié)構(gòu)一種對(duì)映異構(gòu)體性能另一種對(duì)映異構(gòu)體性能Dopa(多巴)(S)-異構(gòu)體,治療珀金森病(R)-異構(gòu)體,嚴(yán)重付作用Ketamine(氯胺酮)(S)-異構(gòu)體,麻醉劑(R)-異構(gòu)體,致幻劑Penicillamine(青霉胺)(S)-異構(gòu)體,治療關(guān)節(jié)炎(R)-異構(gòu)體,突變劑Ethambutol(乙胺丁醇)(S)-異構(gòu)體,治結(jié)核病(R)-異構(gòu)體,致盲Asparagine(門冬酰胺)(S)-異構(gòu)體,苦的(R)-異構(gòu)體,甜的Propoxyphene(丙氧芬)(S)-異構(gòu)體,止痛(R)-異構(gòu)體,止咳第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日Timolol(噻嗎洛爾)(S)-異構(gòu)體,腎上腺素阻斷劑(R)-異構(gòu)體,無效Propranolol(普萘洛爾)(S)-異構(gòu)體,治療心臟病(R)-異構(gòu)體,只有(S)-異構(gòu)體的1%療效。Naproxen(萘普生)(S)-異構(gòu)體,抗炎藥(R)-異構(gòu)體,只有(S)-異構(gòu)體的1/28療效。Fluazifop-butyl(穩(wěn)殺得)(S)-異構(gòu)體,除草劑(R)-異構(gòu)體,無效Asana(氰戊葡酯)一個(gè)異構(gòu)體是強(qiáng)力殺蟲劑另三個(gè)異構(gòu)體對(duì)植物有毒第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.5單一對(duì)映體的制備方法7.5.1對(duì)映體組成和純度的測(cè)定對(duì)映體純度一般用對(duì)映體過量的百分?jǐn)?shù)來表示，記為％e.e（enantiomerexcess）。非對(duì)映體過量(diastereomerexcess,d.e.)。第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.5.1.1測(cè)定旋光度一個(gè)純的對(duì)映體具有最大的旋光度絕對(duì)值，如果混有另外一個(gè)對(duì)映體，其旋光度絕對(duì)值會(huì)減小。工業(yè)上一般通過測(cè)定旋光度來判斷對(duì)映體的純度，也是最早用于分析對(duì)映體純度的方法，用測(cè)旋光度得到的純度也叫光學(xué)純度。如果一個(gè)手性分子在所使用的波長(zhǎng)范圍內(nèi)沒有吸收，則它的對(duì)映異構(gòu)體純度不能通過測(cè)定旋光性來判斷。7.5.1.2核磁共振（NMR）測(cè)定NMR一般不能區(qū)別兩個(gè)對(duì)映體，但當(dāng)這兩個(gè)對(duì)映體與其它手性物質(zhì)或者環(huán)境有作用時(shí)，這兩個(gè)對(duì)映體實(shí)際上成為非對(duì)映體，此時(shí)則可以區(qū)別這兩個(gè)對(duì)映體。(a)在手性溶劑中測(cè)定。如用(-)-α-苯基乙胺作溶劑，2,2,2-三氟-1-苯基乙醇的兩個(gè)對(duì)映體可以用19FNMR譜區(qū)別開來。(b)使用位移試劑。常使用手性鑭系配合物，對(duì)映體中含有孤對(duì)電子的原子能與手性金屬配合物的金屬離子配位，使對(duì)映體成為非對(duì)映體而能被NMR區(qū)別。很多手性化合物如酰胺、胺、酯、酮和硫砜等都能與手性鑭系配合物作用，使對(duì)映體的NMR譜產(chǎn)生差異。第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日

除了手性鑭系配合物外，一些手性主體化合物也能用作位移試劑。

杯芳烴化合物扁桃體酸第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.5.1.3用手性色譜柱

用手性色譜柱確定對(duì)映體的組成是廣泛使用的方法，因?yàn)楹芏鄬?duì)映體都可用手性色譜柱分開。對(duì)于低沸點(diǎn)的手性分子，一般小于260oC，或者在高溫下穩(wěn)定的手性分子，可用氣相色譜來分析；對(duì)于高沸點(diǎn)的手性分子，或者在高溫下不穩(wěn)定的手性分子，可用液相色譜來分析。第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.5.2化學(xué)拆分法

將外消旋化合物分離成兩個(gè)純的對(duì)映體叫做對(duì)映體的拆分。例如可以用天然的L-(+)-酒石酸將-苯乙胺拆分為純的(S)-(-)--苯乙胺和(R)-(+)--苯乙胺。第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日

常用于外消旋堿拆分的還有樟腦磺酸、扁桃體酸、檸檬酸等；用于酸拆分的有生物堿奎寧、馬錢子堿、辛可寧等。用于拆分對(duì)映體的這些具有光學(xué)活性的試劑也叫拆分試劑。如果外消旋體既不是酸又不是堿，可以引入一個(gè)羧基或者氨基，然后用上述方法進(jìn)行拆分。第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.5.3物理拆分法這種方法是在外消旋體的過飽和溶液中，加入少量某一對(duì)映體的晶體，也叫晶種，與晶種相同的對(duì)映體的過飽和度會(huì)加大，從而優(yōu)先結(jié)晶出來。由于原外消旋體就是過飽和的溶液，晶種結(jié)晶出來時(shí)會(huì)將相同的對(duì)映體一同結(jié)晶出來，并可超出晶種的一倍。過濾后，溶液中就是另一對(duì)映體過量，再加外消旋體，加熱溶解，冷卻后另一對(duì)映體就優(yōu)先結(jié)晶析出。這樣加少量一種對(duì)映體，就可以把兩種對(duì)映體分離出來，非常節(jié)省拆分試劑。在氯霉素的工業(yè)生產(chǎn)中使用這種方法可以將氯霉素同另外一種無效的對(duì)映體分開。第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.5.4動(dòng)力學(xué)拆分前面兩種對(duì)映體的拆分方法是利用溶解度及極性的大小來實(shí)行的。利用兩個(gè)對(duì)映體在手性環(huán)境下反應(yīng)速度不同，從而將兩種對(duì)映體分離，這種方法叫做動(dòng)力學(xué)拆分。

第四十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日

現(xiàn)在很多人工合成的手性催化劑也象生物酶一樣具有很高的催化活性和選擇性，甚至也可以用于外消旋體的動(dòng)力學(xué)拆分。例如Sharpless環(huán)氧化手性催化劑可以用于烯丙醇的環(huán)氧化動(dòng)力學(xué)拆分。Sharpless環(huán)氧化手性催化劑為鈦酸異丙酯和D-(+)-酒石酸異丙酯的混合物，用叔丁基過氧化氫作環(huán)氧化試劑，在二氯甲烷和－20oC下進(jìn)行。外消旋體中的(R)-3-丁烯-2-醇被環(huán)氧化，而(S)-3-丁烯-2-醇由于反應(yīng)很慢保留了下來。(S)-3-丁烯-2-醇的沸點(diǎn)比環(huán)氧化物的低，先蒸餾出去，從而將兩種異構(gòu)體分開。得到的(2R,3R)-3,4-環(huán)氧基-2-丁醇是合成藥物以及天然產(chǎn)物非常有用的手性原料。如它可用于合成新型抗癌藥物埃博霉素（Epothilone）的手性砌塊。第四十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日7.5.5不對(duì)稱催化反應(yīng)通過手性催化