有機化學立體化學課件

第三章立體化學（1）主要內(nèi)容立體異構(gòu)體手性分子和非手性分子、手性碳對映異構(gòu)體和非對映異構(gòu)體立體結(jié)構(gòu)的表示方法

立體異構(gòu)

由原子或基團空間排列或取向不同所產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象。

立體化學(Stereochemistry)

——

以三維空間研究分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的科學構(gòu)象異構(gòu)體（可互相轉(zhuǎn)化）構(gòu)型異構(gòu)體（順反異構(gòu)）（不能相互轉(zhuǎn)化）手性分子和非手性分子手性(chirality)：實物和其鏡像不能重疊的現(xiàn)象

Chiral

isderivedfromtheGreekwordcheiros,meaning“hand”.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

手性分子

手性碳——手性分子的特征連有四個不同基團的碳原子手性碳(chiralcarbon)手性中心(Chiralcenter)手性碳標記****例：*

非手性分子兩者互相重合非手性分子鏡像轉(zhuǎn)60o非手性分子：與鏡像相重合（非手性分子不含有手性碳）轉(zhuǎn)180o兩者完全重合非手性分子例：2,3-丁二醇（有三個立體異構(gòu)體，各含有兩個手性碳）對映異構(gòu)體與非對映異構(gòu)體轉(zhuǎn)180oI

與II

互為鏡像，且不重合，均為手性分子

I

與II互為對映異構(gòu)體對映異構(gòu)體(enantiomers)

：一對互為鏡像且不互相重合的分子（一類特殊的立體異構(gòu)體）對映關(guān)系轉(zhuǎn)180oIII為非手性分子（與其鏡像III’可完全重合）I

與III,或II

與III

不成鏡像，互為非對映異構(gòu)體非對映異構(gòu)體

(diastereoisomers)：相互不為鏡像的立體異構(gòu)體化合物的立體結(jié)構(gòu)式例1：2-丁醇三種常用立體結(jié)構(gòu)表達式傘形式Fischer投影式十字式主鏈放在垂直方向上,伸向后方不是立體結(jié)構(gòu)式例2：2,3-丁二醇將主鏈轉(zhuǎn)至同一方向互為鏡像，不能重合2,3-丁二醇三種立體異構(gòu)體的十字表達式第三章立體化學（2）主要內(nèi)容化合物立體結(jié)構(gòu)式的變換方法手性碳的構(gòu)型——R型和S型，手性分子的命名手性化合物的特性——旋光性（旋光度a、比旋光，外消旋體和內(nèi)消旋體）

復習兩者不能重合手性分子和非手性分子、手性碳手性分子兩者可以重合手性碳非手性分子對映異構(gòu)體和非對映異構(gòu)體對映異構(gòu)體——互為鏡像且不互相重合對映異構(gòu)體非對映異構(gòu)體——相互不為鏡像立體結(jié)構(gòu)表達式傘形式Fischer投影式十字式鍵的方向？手性碳構(gòu)型的表示方法（手性碳的絕對構(gòu)型）手性碳的絕對構(gòu)型——R/S方法，手性化合物的命名例：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）基團的優(yōu)先順序（Cohn-Ingold-Prelog定序規(guī)則）

（1）原子序數(shù)大者優(yōu)先，同位素質(zhì)量大者優(yōu)先如：I>Br>Cl>S>P>F>O>N>C>D>H（2）基團的第一個原子相同時，比較與其相連的下一個原子如：-CH2CH3>-CH3-CH2Cl>-CH2F

-CH2OCH3>-CH2OH

-CH(CH3)2>-CH2CH(CH3)2（3）對不飽和基團，可認為與同一原子連接2或3次如：例:例:比較以下基團的優(yōu)先順序12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-丁二醇非手性分子如何判斷一個分子是否有手性最直接法:畫其對映體，看是否重合觀察有無手性碳：若分子只含有一個手性碳，即為手性分子分子含有二個以上手性碳，情況較為復雜手性碳與立體異構(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：手性碳組成相同只有3個立體異構(gòu)體2,3-戊二醇的兩對對映體3.

觀察分子的有無對稱性（無手性碳）（有手性碳）

若分子含有對稱面或?qū)ΨQ中心，為非手性分子如：有對稱面和對稱中心的非手性分子與鏡像重合含假手性碳的分子（了解）：非手性分子（有對稱面）手性分子(為對映體)相同組成的手性碳優(yōu)先順序：R型>S型假手性碳的構(gòu)型（用r/s表示）一些不含手性碳的手性分子連二烯型（含有兩個互相垂直的平面）比較：與鏡像無法重合，是手性分子有對稱面，為非手性分子

螺環(huán)型與鏡像無法重合，是手性分子

聯(lián)苯型(位阻型)大基團使單鍵旋轉(zhuǎn)受阻

構(gòu)象型（構(gòu)象轉(zhuǎn)換受阻）反-環(huán)辛烯

螺旋型手性分子的特性——

旋光性立體異構(gòu)體之間的一般物理、化學性質(zhì)比較例：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(R,S)-酒石酸一對對映體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)比較對映體之間的性質(zhì)差別：物理性質(zhì)：對偏振光的作用不同——有旋光性化學性質(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（或稱光學活性）入射偏振光石英樣品管旋光度,a（裝有旋光性物質(zhì)）a透射偏振光（已偏轉(zhuǎn)）Opiticallyactive

左旋和右旋

一對對映體對偏振光的作用不同，一個使偏振光向順時針方向偏轉(zhuǎn)，另一個使偏振光向逆時針方向偏轉(zhuǎn)，兩者偏轉(zhuǎn)數(shù)值相同。例：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(–)(R,R)-(+)-酒石酸(S,S)-(-)-酒石酸旋光異構(gòu)體（對映異構(gòu)體）左旋aa右旋入射光方向

手性分子旋光能力的表示方式——

比旋光

[a]t

[a]t

=at

lcat

: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外消旋體和內(nèi)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例：

內(nèi)消旋體——有手性碳，但分子有對稱面(R,S)-meso-酒石酸內(nèi)消旋體表示方法分子有對稱面，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內(nèi)消旋體(mesocompounds)

旋光純、外消旋體和內(nèi)消旋體性質(zhì)的比較第三章立體化學（3）主要內(nèi)容描述立體構(gòu)性的D/L

體系獲得手性化合物的方法，外消旋體的拆分，不對稱合成）

復習1:手性碳的絕對構(gòu)型——R/S方法(2S,3R)-2,3-丁二醇(2R,3R)-2,3-丁二醇(2S,3S)-2,3-丁二醇(R)-甘油醛(S)-甘油醛描述立體構(gòu)性的D/L

體系（相對構(gòu)型）基準物D-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛D-(+)-葡萄糖D-(-)-乳酸L-(+)-乳酸

復習2:外消旋體和內(nèi)消旋體＋50％50％外消旋體（

）酒石酸內(nèi)消旋體meso-酒石酸手性分子的獲得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(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(R)型,有效，不致畸形(S)型，致畸形Thalidomide(反應停)——鎮(zhèn)靜和止吐藥物(-)-L-DOPA

治療帕金森氏病(+)-D-DOPA在體內(nèi)集聚，不能被代謝

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儀器拆分（GC,HPLC…）HPLC用手性柱GC用手性柱

化學法拆分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、樟腦磺酸例:外消旋a-苯乙胺的化學拆分接下頁在甲醇中溶解性差接上頁

酶解法拆分（利用酶的選擇性反應進行拆分）例:DL-丙氨酸的酶解拆分選擇性去乙?；?/p>

不對稱合成(AsymmetricSynthsis)

——

選擇性地生成立體異構(gòu)體

選擇性地生成非對映異構(gòu)體例1：手性底物控制選擇性衡量標準：非對映體過量,％d.e.(diastereomeric

excess)例2：手性底物

選擇性地生成對映異構(gòu)體例1：手性試劑控制選擇性衡量標準：對映體過量，％e.e.(enantiomeric

excess)前手性分子(prochi