醫(yī)用有機(jī)化學(xué)立體化學(xué)基礎(chǔ)

醫(yī)用有機(jī)化學(xué)立體化學(xué)基礎(chǔ)第一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五同分異構(gòu)現(xiàn)象分為構(gòu)造異構(gòu)和立體異構(gòu)兩大類。構(gòu)造異構(gòu)（constitutionalisomerism）：具有相同分子式的化合物，由于分子內(nèi)原子互相連接的方式和次序不同所產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象。立體異構(gòu)（stereoisomerism）：由于分子內(nèi)原子或原子團(tuán)在立體空間（三維空間）排列的方式不同所引起的異構(gòu)現(xiàn)象。立體化學(xué)（stereochemistry）：主要研究分子中原子或原子團(tuán)在空間的排列狀況，以及不同排列對分子的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)所產(chǎn)生的影響，它主要包括構(gòu)型和構(gòu)象兩部分。構(gòu)型（configuration）指分子內(nèi)原子或基團(tuán)在空間“固定”的排列關(guān)系。構(gòu)象（conformation）是指具有一定構(gòu)型的分子由于單鍵的旋轉(zhuǎn)或扭曲使分子內(nèi)原子或基團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列形象?；靖拍畹诙?，共五十三頁，編輯于2023年，星期五有機(jī)化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象可概括為：第三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五C4以上的烯有碳鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)、順反異構(gòu)。例如：丁烯有四種異構(gòu)體：3.1順反異構(gòu)第四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五①必要條件：

有限制碳碳鍵自由旋轉(zhuǎn)的因素（如雙鍵或脂環(huán)）②充分條件

烯烴：每個(gè)雙鍵碳原子上所連接的兩個(gè)原子或基團(tuán)必須不相同，

脂環(huán)烴：環(huán)上至少有兩個(gè)碳原子所連的兩個(gè)原子或原子團(tuán)不相同。3.1.1順反異構(gòu)產(chǎn)生的條件：第五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五下列化合物中有沒有順反異構(gòu)？2-丁烯的順反異構(gòu)：順-2-丁烯Cis-2-butene反-2-丁烯Trans-2-butene第六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五醛肟偶氮化合物肟和偶氮化合物的順反異構(gòu)：第七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五

(1)順/反構(gòu)型標(biāo)記兩個(gè)相同原子或基團(tuán)在雙鍵的同側(cè)——順式cis-兩個(gè)相同原子或基團(tuán)在雙鍵的異側(cè)——反式trans反-3，4，4-三甲基-2-戊烯trans-3,4,4-trimethyl-2-pentene順-3，4-二甲基-3-己烯cis-3,4-dimethyl-3-hexene

3.1.2順反異構(gòu)體構(gòu)型的標(biāo)記第八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五問題的提出：

對后兩個(gè)化合物的命名，采取Z/E-構(gòu)型標(biāo)記法。第九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五

首先確定雙鍵上每一個(gè)碳原子所連接的兩個(gè)原子或基團(tuán)的優(yōu)先次序。當(dāng)兩個(gè)優(yōu)先基團(tuán)位于同側(cè)時(shí)，用Z（德文Zusammen的縮寫，意為“共同”）表示其構(gòu)型；位于異側(cè)，用E（德文Entgegen的縮寫，意為“相反”）表示其構(gòu)型即：若優(yōu)先順序?yàn)椋篴>b和e>f，則Z型E型(2)

Z/E-構(gòu)型標(biāo)記第十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五例如：Z-2-甲基-2-戊烯酸Z-2-methyl-2-pentenoicacid第十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五分別用順/反和Z/E兩種命名法命名下列化合物：順-2-戊烯(Z)-2-戊烯順-2-溴-2-丁烯(E)-2-溴-2-丁烯注意:Z型不一定是順式，E型也不一定是反式。Z/E和順/反是兩種不同的命名方法，兩者沒有對應(yīng)關(guān)系。Z/E構(gòu)型命名法普遍適用于有順反異構(gòu)的烯烴。順/反命名法只適用于兩個(gè)雙鍵碳上有相同原子或基團(tuán)的順反異構(gòu)體的命名。第十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五若化合物中含有兩個(gè)以上能產(chǎn)生順反異構(gòu)的雙鍵時(shí)，每個(gè)雙鍵的構(gòu)型均須標(biāo)出，例如：(3E,5Z)-2,3,5-三甲基-6-乙基-3,5-壬二烯若編號(hào)有選擇而雙鍵構(gòu)型不同時(shí)，優(yōu)先Z型：(2Z,4E)-2,4-己二烯第十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五

沸點(diǎn)(℃)熔點(diǎn)(℃)

順式3.5-1392-丁烯反式0.9-106兩種順、反異構(gòu)體的物理性質(zhì)通常具有一定的差別，因此可根據(jù)其物理性質(zhì)的差別進(jìn)行分離。如：順反異構(gòu)體的化學(xué)性質(zhì)也有差別，如：cis-(trans-)275℃部分反應(yīng)順、反異構(gòu)體的性質(zhì)差別第十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五順反異構(gòu)體生理活性也明顯不同。如：合成的雌激素代用品己烯雌酚，反式活性大，順式活性很低第十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五花生四烯酸（全順式）

維生素A（全反式）維生素A的結(jié)構(gòu)中具有四個(gè)雙鍵，全部是反式構(gòu)型，如果其中出現(xiàn)順式結(jié)構(gòu)則生理活性大大降低；具有降血脂作用的亞油酸和花生四烯酸則全部為順式構(gòu)型。第十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五因單鍵旋轉(zhuǎn)而使分子中原子或原子團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列狀態(tài)稱為構(gòu)象。因構(gòu)象不同而產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象稱為構(gòu)象異構(gòu)。3.2構(gòu)象異構(gòu)3.2.1鏈烷烴的構(gòu)象異構(gòu)1、乙烷的構(gòu)象

常用Newman投影式表示烷烴的構(gòu)象。第十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五第十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五兩種極限構(gòu)象式：重疊式和交叉式。構(gòu)象的兩種表示方法：

鋸架式(sawhorseformula)；Newman投影式第十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五Newman投影式的寫法：

(1)從C-C單鍵的延線上觀察：(2)固定“前”碳，將“后”碳沿鍵軸旋轉(zhuǎn)，得到乙烷的各種構(gòu)象。最典型的有兩種：重疊式和交叉式。

后碳前碳第二十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五Newman投影式的寫法：

第二十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五乙烷的兩種典型構(gòu)象的球棍模型：第二十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五乙烷的構(gòu)象分析：第二十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五

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。交叉式

在重疊式中，兩個(gè)碳上的氫兩兩相對，距離最近，相互作用力最大，因而內(nèi)能最高，是最不穩(wěn)定的構(gòu)象。重疊式第二十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五乙烷的構(gòu)象轉(zhuǎn)化與能量變化曲線第二十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五對位交叉式部分重疊式鄰位交叉式全重疊式

丁烷有下列四種典型構(gòu)象：2.丁烷的構(gòu)象第二十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五第二十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五丁烷各種構(gòu)象的能量曲線圖：穩(wěn)定性次序：

對位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式第二十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五其它更高級烷烴的構(gòu)象與正丁烷類似，占優(yōu)勢的構(gòu)象也是對位交叉式，因此高碳數(shù)直鏈烷烴的碳鏈在空間呈鋸齒狀，而不是一條直線。第二十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五Whatisthecorrectorderofstability,startingwiththemoststrained,fortheconformationsshownbelow?AB,CA,C,BB,A,CC,A,BC,B,ALearningCheck第三十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五

環(huán)己烷分子中的六個(gè)碳不共平面，且六元環(huán)是無張力環(huán)。環(huán)己烷有兩種典型構(gòu)象（船式與椅式）：3.2.2環(huán)烷烴的構(gòu)象1、環(huán)己烷的構(gòu)象第三十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五椅式構(gòu)象和船式構(gòu)象的透視式和紐曼投影式：碳2、3、5、6在同一平面上是椅座；碳1、2、6在同一平面上是椅腿；碳3、4、5在同一平面上是椅背。碳2、3、5、6在同一平面上是船底；碳1、4在同一側(cè)是船頭。第三十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五環(huán)己烷的椅式構(gòu)象為無張力環(huán)兩種構(gòu)象可以通過C-C單鍵的扭轉(zhuǎn)，相互轉(zhuǎn)變。室溫下，環(huán)己烷主要以椅型構(gòu)象存在(99.9%以上)。為什么椅型構(gòu)象穩(wěn)定?椅式構(gòu)象張力分析:角張力:鍵角為正常的109.5°，無角張力扭轉(zhuǎn)張力:相鄰碳上的氫都是交叉式構(gòu)象，無扭轉(zhuǎn)張力范氏張力:相互鄰近氫之間的距離都大于兩個(gè)氫原子的范氏半徑之和240pm，無范氏張力。第三十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五Hf：習(xí)慣上稱為旗桿氫。船式環(huán)己烷張力分析:角張力：無；扭轉(zhuǎn)張力：有；范德華張力：Hf~Hf

和船底氫之間的距離均小于0.24nm，有范氏張力。第三十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五環(huán)己烷構(gòu)象轉(zhuǎn)換的勢能圖

分析結(jié)果表明，環(huán)己烷船式的內(nèi)能要比椅式高28.9kJ/mol。

穩(wěn)定性：椅式>船式第三十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五椅式構(gòu)象的C-H鍵特征分布六個(gè)碳原子分別在兩個(gè)平行的平面中。第三十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五椅式構(gòu)象中的12個(gè)C-H可分為兩組：有6個(gè)鍵與對稱軸平行，叫直立鍵或稱ａ鍵（axialbond)

；有6個(gè)鍵幾乎垂直于對稱軸，叫做平伏鍵或ｅ鍵（equatorialbond)

。a鍵三上三下，e鍵伸向環(huán)外，三左三右。第三十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五豎鍵（a）橫鍵（e）幾乎垂直于環(huán)平均平面的對稱軸三左三右分布同一碳原子，若a鍵在上，e鍵必然在下；

與對稱軸平行三上三下分布第三十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五翻環(huán)作用:

當(dāng)環(huán)己烷的一個(gè)椅式構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)椅式構(gòu)象時(shí)，原來的ａ鍵將轉(zhuǎn)變?yōu)椋彐I，而ｅ鍵也相應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椋徭I。第三十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五1、椅式構(gòu)象中1.3.5碳在一個(gè)平面，

2.4.6碳在另一平面，兩平面相距0.5nm。2、分子中有6個(gè)α鍵(直立鍵)，6個(gè)e鍵(平伏鍵)。

a鍵分布：三上三下e鍵分布：三左三右a、e夾角109.53、構(gòu)象具有轉(zhuǎn)環(huán)作用(104-105次/秒)。

a、e可互相轉(zhuǎn)化

椅式構(gòu)象的特點(diǎn):小結(jié)：第四十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)環(huán)己烷分子中的一個(gè)氫被其它基團(tuán)取代時(shí)，可取代ａ鍵，也可以取代ｅ鍵，得到兩種不同的構(gòu)象。甲基環(huán)己烷：

2、取代環(huán)己烷的構(gòu)象（1）一取代環(huán)己烷的構(gòu)象第四十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五

優(yōu)勢構(gòu)象(95%)甲基在a鍵時(shí)，甲基與1位CH2呈鄰位交叉式構(gòu)象，而甲基在e鍵時(shí)，甲基與1位CH2呈對位交叉式構(gòu)象。兩種構(gòu)象的能量差不大，約為7.6kJ·mol－1。室溫時(shí)，可通過環(huán)的翻轉(zhuǎn)而相互轉(zhuǎn)化.第四十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五隨著烷基的體積增大，兩種構(gòu)象的能量差也增大，e鍵構(gòu)象的優(yōu)勢更加明顯，在平衡體系所占的比例更高。結(jié)論：一取代環(huán)己烷中，取代基處于e鍵的構(gòu)象較穩(wěn)定，為優(yōu)勢構(gòu)象。第四十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五二取代基的情況：有幾種取代位置，還有順反關(guān)系。（2）二取代環(huán)己烷的構(gòu)象1,2-二甲基環(huán)己烷順式反式穩(wěn)定性：反式＞順式

第四十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五1,3-二甲基環(huán)己烷順式反式穩(wěn)定性：順式＞反式第四十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五1,4-二甲基環(huán)己烷順式反式穩(wěn)定性：反式＞順式

結(jié)論：對于多烷基取代的環(huán)己烷，e鍵取代最多的構(gòu)象最穩(wěn)定。第四十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五叔丁基是一個(gè)很大的基團(tuán)，一般占據(jù)e鍵。當(dāng)有兩個(gè)不同的取代基時(shí)，大的取代基處于e鍵穩(wěn)定。例如：順-1-甲基-2-叔丁基環(huán)己烷優(yōu)勢構(gòu)象第四十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期五取代環(huán)己烷優(yōu)勢構(gòu)象判斷的一般規(guī)律：一元取代環(huán)己烷，e鍵取代最穩(wěn)定;多元取代環(huán)己烷，e鍵取代最多的構(gòu)象最穩(wěn)定；若含不同的取代基，較大的基團(tuán)在e鍵的構(gòu)象