第2章 立體化學(xué)原理.ppt

1、第2章 立體化學(xué)原理,2,主要內(nèi)容： 2.1 手性的意義 2.2 一些基本概念 2.3 對稱性與分子結(jié)構(gòu) 2.4 旋光化合物的分類 2.5 含兩個及多個手性碳原子的化合物 2.6 構(gòu)型保持與構(gòu)型反轉(zhuǎn) 2.7 外消旋化 2.8 外消旋體的拆分 2.9 立體專一反應(yīng)和立體選擇反應(yīng) 2.10 潛手性分子 2.11 不對稱合成 2.12 構(gòu)象分析,3,3,2.1 手性的意義,1874年，J. H. vant Hoff和J. A. Le Bel提出原子的 三維取向問題，標(biāo)志著立體化學(xué)的誕生。,4,4,蛋白質(zhì)的組成部分氨基酸都是L-型的，構(gòu)成纖維素/淀粉 的糖都是D-型的。海螺的螺紋和纏繞植物幾乎都是右旋

2、的。,5,5,（S)-天冬氨酸，苦味,（R)-天冬氨酸，甜味,(-)-benzopyryldiol，強(qiáng)致癌性,(+)-benzopyryldiol，無致癌性,沙利度胺（反應(yīng)停）,6,6,R 止吐,S 致畸,7,7,近年來,世界手性藥物的銷售總額在不斷增加，據(jù)資料統(tǒng)計, 1995年為425億美元，1997年為 900億美元，2000年已超過 1200億美元，2010年可望超過2500億美元。 美國食品與藥品管理局（FDA）規(guī)定，制藥業(yè)在將一個外消旋 的新藥推向市場之前，必須它的兩個對映異構(gòu)體的活性和毒性都分別經(jīng)過測試。,8,8,for their work on chirally catalys

3、ed hydrogenation reactions,for his work on chirally catalysed oxidation reactions,The Nobel Prize in Chemistry 2001,W. S. Knowles,R. Noyori,K. B. Sharpless,9,9,Synthesis of L-DOPA:,(S)-BINAP,(R)-BINAP,10,10,Sharpless Asymmetric Epoxidation:,Sharpless Asymmetric Dihydroxylation:,2.2 一些基本概念,2.2.1 順序規(guī)則

4、,1、將單原子取代基按原子序數(shù)大小排列，原子序數(shù)大的順序大， 原子序數(shù)小的順序小。在同位素中質(zhì)量高的順序大。 2、如果兩個多原子基團(tuán)的第一個原子相同，則比較與它相連的其 它原子，比較時，按原子序數(shù)排列，先比較最大的，再順序比 較居中的、最小的。 3、含有雙鍵或三鍵的基團(tuán)，可認(rèn)為連有兩個或三個相同的原子。,11,構(gòu)造是指某個分子式中鍵的特定結(jié)合方式和原子的順序。 構(gòu)型是指分子內(nèi)原子與原子團(tuán)在空間“固定”的排列關(guān)系。 構(gòu)象是指具有一定構(gòu)型的分子由于單鍵的旋轉(zhuǎn)或扭曲使分子 內(nèi)原子或原子團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列現(xiàn)象。,2.2.2 構(gòu)造、構(gòu)型與構(gòu)象,12,2.2.3 構(gòu)型表示法,1、楔形式,2、鋸架式,1

5、3,4、Fischer投影式,3、紐曼(Newman)式,14,2.3 對稱性與分子結(jié)構(gòu),對稱軸(Cn)：繞該軸旋轉(zhuǎn)360o/n ，重復(fù)出現(xiàn)原化合物，則相應(yīng)的稱之為n重對稱軸。,對稱面()：如果一個分子相對于某平面左右對稱，該平面就是分子的對稱面。,對稱中心(i)：若分子中有一點“i”,分子中任何一個原子或基團(tuán)向i連線，在其 延長線的等距離處都能與相同原子或基團(tuán)相遇，則i點是該分子的對稱中心。,15,2.4 旋光化合物的分類,(1) 有手性碳原子的化合物,(2) 含有其它手性原子的化合物,16,(3) 含有三價的手性原子的化合物,(4) 含手性軸的化合物,(5) 其它類型,17,2.5 含兩個

6、及多個手性碳原子的化合物,D-(-)-赤蘚糖 (2R, 3R),L-(+)-赤蘚糖 (2S, 3S),L-(+)-蘇阿糖 (2R, 3S),D-(-)-蘇阿糖 (2S, 3R),內(nèi)消旋,18,2.6 構(gòu)型保持與構(gòu)型反轉(zhuǎn),一個分子轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€具有相同構(gòu)型的分子， 稱為構(gòu)型保持(retention of configuration)。,一個分子的構(gòu)型轉(zhuǎn)變成另一個具有相反構(gòu)型的分子， 稱為構(gòu)型反轉(zhuǎn)(invension of configuration)。,19,2.7 外消旋化,旋光物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o旋光性的物質(zhì)的過程，稱為外消旋化(racemization)。 外消旋化原因：(1)長期放置；(2)物理或

7、化學(xué)因素,1、反應(yīng)過程中發(fā)生烯醇化,2、反應(yīng)過程中產(chǎn)生碳正離子,3、反應(yīng)過程中產(chǎn)生自由基,20,2.8 外消旋體的拆分,將不旋光的外消旋體的兩個對映體分離成左旋體和右旋體兩個組分， 稱為外消旋體的拆分(resolution)。,1、接種結(jié)晶法,2、生物化學(xué)法,3、手性色譜拆分法,脂酶,21,4、化學(xué)法,22,23,2.9 立體專一反應(yīng)和立體選擇反應(yīng),2.9.1 立體專一反應(yīng),立體專一反應(yīng)(Stereospecific Reaction)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。,24,2.9.2 立體選擇反應(yīng),立體選擇反應(yīng)(Stereoselective Reacti

8、on)是指在特定反應(yīng)中，單一一種反應(yīng)物能夠生成 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。,25,2.10 潛手性分子,一個對稱的非手性分子，經(jīng)過一個基團(tuán)被取代失去其對稱性而成為一個 非對稱性的手性分子，這個分子即稱為“潛手性分子”。 發(fā)生反應(yīng)的對稱碳原子，則是“潛手性碳原子”。,26,2.11 不對稱合成,2.11.1 手性化合物組成的表示方法,1、對映體超量(ee)及非對映體超量(de),對映體超量(ee)表示一個對映體對另一個對映體的過量值，通常用百分?jǐn)?shù)表示。 非對映體超量(de)表示一個非對映體對另一個非對映體的過量值。,光學(xué)純度(%) = 觀察值/最大值 10

9、0%,27,2、比旋光的測量, 測定的旋光，(o)； L 樣品池光路長度，dm； c 濃度，g/100mL； D 用于測定的光波長，nm； 20 測量溫度， oC。,光學(xué)純度指的是樣品所測定的比旋光與最大(或絕對)比旋光之比。,28,測定光學(xué)純度,旋光光度法、手性氣相和液相色譜法、NMR法。,旋光光度法缺點： 1、旋光度與對映體的組成有時不成線性關(guān)系； 2、由于旋光性雜質(zhì)等影響，比旋光度不易測準(zhǔn)； 3、必須知道在實驗條件下的純對映體的比旋光度； 4、需要相對多量的樣品。,NMR法兩種途徑： 1、用光學(xué)純試劑將對映體轉(zhuǎn)變成非對映異構(gòu)體； 2、在測定樣品中加入手性位移試劑。,29,30,測定絕對構(gòu)

10、型,X射線衍射技術(shù)、化學(xué)相關(guān)法、旋光譜和圓二色譜、 NMR法,普通的X射線衍射技術(shù)不能區(qū)分對映體。對于含有重原子的分子， 才可以通過這種方法測定其絕對構(gòu)型。,化學(xué)相關(guān)法：通常通過化學(xué)反應(yīng)將待測樣品轉(zhuǎn)化為一個構(gòu)型已知的 目標(biāo)產(chǎn)物，使兩個化合物的絕對構(gòu)型相關(guān)聯(lián)。,31,2.11.2 不對稱合成,一個反應(yīng)，其中底物分子整體中的非手性單元由反應(yīng)試劑以不等量地生成 立體異構(gòu)產(chǎn)物的途徑轉(zhuǎn)化為手性單元。也就是說，不對稱合成是這樣一個 過程，它將潛手性單元轉(zhuǎn)化為手性單元，使得產(chǎn)生不等量的立體異構(gòu)產(chǎn)物。,第一代，底物控制法； 第二代，輔基控制法； 第三代，試劑控制法； 第四代，催化劑控制法,32,2.12 構(gòu)象

11、分析,研究分子中優(yōu)勢構(gòu)象的存在以及構(gòu)象對分子的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì) 的影響，稱為構(gòu)象分析(conformational analysis)。,33,34,35,構(gòu)象效應(yīng),由于構(gòu)象不同而對分子的化學(xué)性質(zhì)所產(chǎn)生的不同影響統(tǒng)稱構(gòu)象效應(yīng)。,36,幾個概念： 去對稱化,37,有機(jī)催化,38,39,40,動力學(xué)拆分,41,Dynamic kinetic resolution (DKR) is when the starting material can racemise under the reaction conditions, since this process is an equilibrium, with the faster reacting enantiomer being continually removed from the system, the major product of the reaction can exceed the previous maximum yield of 50%. DKR provide