第五章立體化學(xué)基礎(chǔ)手性分子

第五章立體化學(xué)基礎(chǔ)手性分子第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三立體化學(xué)——以三維空間研究分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的科學(xué)立體異構(gòu)原子連接順序相同但空間排列不同的異構(gòu)體第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三連有四個不同基團的碳原子手性碳(chiralcarbon)手性中心(Chiralcenter)手性碳標(biāo)記****例：*第一節(jié)手性分子和對映體第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三手性分子（chiral

molecules）：有手性現(xiàn)象的分子兩者不能重合手性分子鏡像轉(zhuǎn)180o手性(chirality)：實物和其鏡像不能重疊的現(xiàn)象

ChiralisderivedfromtheGreekwordcheiros,meaning“hand”.二、手性分子和對映體手性的唯一標(biāo)準(zhǔn)就是實物與其鏡像不可重合的性質(zhì)第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三手性碳——手性分子的特征第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三三、對稱面和非手性中心對稱面的例子：A.甲烷有六個對稱面（經(jīng)過四面體的六條棱各有一個），圖中只標(biāo)出一個個；B.一氯甲烷有三個對稱面，圖中只標(biāo)出一個；C.二氯甲烷只有兩個；D.氯溴甲烷只有一個；E.氟氯溴沒有對稱面。手性分子不能有對稱面。分子的對稱性有助于識別手性與非手性結(jié)構(gòu)1.對稱面第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.對稱中心——設(shè)想分子中有一個點,從分子中任何一個原子出發(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.有對稱中心的分子第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)費歇爾投影式Fischer投影式是一種簡化了的在兩維空間里描述四面體的碳原子和其取代基的方法。例：2-丁醇傘形式Fischer投影式虛線-楔形線結(jié)構(gòu)式主鏈放在垂直方向上,伸向后方不是立體結(jié)構(gòu)式第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三注意事項（1）Fischer投影式只能在紙面上旋轉(zhuǎn)1800，不能旋轉(zhuǎn)900或2700。第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三注意事項（2）Fischer投影式不能離開紙面進行翻轉(zhuǎn)。第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三注意事項（3）將手性碳原子上的一個取代基保持不變，另外三個基團按順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，分子的構(gòu)型不變。第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三注意事項（4）Fischer投影式中的手性碳原子上所連原子或基團，可以兩-兩交換偶數(shù)次，但不能交換奇數(shù)次。否則，構(gòu)型變?yōu)槠鋵τ丑w。第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)旋光性第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三用旋光儀測量2-溴丁烷的（-）對映體的旋光物理性質(zhì)：對偏振光的作用不同——有旋光性化學(xué)性質(zhì)：對手性試劑的作用不同手性化合物對偏振光的作用——旋光性（或稱光學(xué)活性）右旋(dextrorotatory)：使偏振光向順時針方向偏轉(zhuǎn)，表示為(+)

左旋(levorotatory)：使偏振光向逆時針方向偏轉(zhuǎn)，表示為(–)第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三手性分子旋光能力的表示方式——比旋光

[a]t[a]t=atlcat

:實驗觀察到的選光度l:樣品管長度（dm,分米）c

:樣品濃度（g/cm3）t

:測試時溫度:波長例：(R,R)-(+)-酒石酸[a]25D

=

+12o(水,20%)(鈉光，D線，l=589nm)specificrotation第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)外消旋體外消旋體——等量的左旋體和右旋體的混合物例：（旋光性相互抵消——消旋）產(chǎn)物無旋光性外消旋體性(racemicmixture)（）()-2-溴丁烷外消旋體表示方式第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三一對鏡像異構(gòu)體中的任一個被稱為對映異構(gòu)體。就丁烷溴化的例子來說，得到的是1：1對映體混合物。第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三手性碳與立體異構(gòu)體數(shù)目的關(guān)系：

若分子有n

個手性碳，理論上有

2n

個立體異構(gòu)體（2n/2對對映體。若手性碳組成相同，數(shù)目有所減少。2,3-丁二醇2,3-戊二醇有4個立體異構(gòu)體與理論數(shù)目相同例：2,3-戊二醇的兩對對映體第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三例：酒石酸(tartaricacid),（2,3-二羥基丁二酸）有2個組成相同的手性碳,有3個立體異構(gòu)體(R,R)-酒石酸(S,S)-酒石酸一對對映體(R,S)-meso-酒石酸內(nèi)消旋體——有手性碳，但分子有對稱面分子有對稱面，無旋光性。一個手性碳的旋光性正好被分子內(nèi)另一構(gòu)型相反的手性碳所抵消第五節(jié)非對映體和內(nèi)消旋化合物第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三相同非對映體之間性質(zhì)有明顯差別酒石酸立體異構(gòu)體性質(zhì)比較立體異構(gòu)體之間的一般物理、化學(xué)性質(zhì)比較第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三一、D/L構(gòu)型標(biāo)示法（相對構(gòu)型）基準(zhǔn)物D-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛D-(+)-葡萄糖D-(-)-乳酸L-(+)-乳酸第六節(jié)構(gòu)型標(biāo)記法第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三例：2-丁醇

選擇優(yōu)先順序最小的原子或基團遠離觀察者，其余原子或基團依優(yōu)先順序排列(S)-2-丁醇(R)-2-丁醇有一個手性碳沿C-H方向S型（逆時針方向）R型（順時針方向）二、R/S構(gòu)型標(biāo)示法（絕對構(gòu)型）第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三例:2,3-丁二醇的三個立體異構(gòu)體的命名非手性分子S型S型(2S,3S)-2,3-丁二醇第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三R型R型S型S型(2S,3R)-2,3-丁二醇或(2R,3S)-2,3-丁二醇(2R,3R)-2,3-丁二醇非手性分子第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第七節(jié)無手性碳原子的對映體第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三例:外消旋a-苯乙胺的化學(xué)拆分第八節(jié)外消旋體的拆分第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三常用拆分試劑天然手性生物堿：(-)-馬錢子堿、(-)-奎寧、(-)-番木鱉堿、(+)-辛可寧手性酸：酒石酸、樟腦磺酸第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三外消旋體的拆分（Resolution）巴斯德，L.LouisPasteur(1822～1895)1848年，巴斯德借助放大鏡拆分外消旋的酒石酸鈉銨第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三HPLC用手性柱GC用手性柱儀器拆分（GC,HPLC…）第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三獲得手性分子的重要意義——藥物與人類的關(guān)系構(gòu)成生命體系的生物大分子的主要部分大多數(shù)是以一種對映體形式存在的。故藥物與其作用也是以手性的方式進行的，生物體的酶和細胞表面受體是手性的,故對外消旋藥物的識別、消化和降解過程也是不同的。手性分子的來源自然界:糖類、氨基酸、生物堿、萜類、甾體化合物外消旋體的拆分不對稱有機合成反應(yīng)第九節(jié)手性分子的形成和生物作用第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三(S)-天冬酰胺苦味(R)-天冬酰胺甜味麻醉劑致痙攣巴比吐酸衍生物第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三(R)型,有效，不致畸形(S)型，致畸形Thalidomide(反應(yīng)停)——鎮(zhèn)靜和止吐藥物