第五章立体化学基础：手性分子.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章,立体化学基础：,手性分子,反应停(thalidomide),*,(R)-(+)-构型为镇静剂,(S)-(,)-构型有致畸作用,名称,左旋,右旋,葡萄糖酐（葡聚糖dextran）,对人体有较大的危害,血浆代用品,抗坏血酸,无效,维生素CL(),肾上腺素,升高血压作用强,升高血压作用较弱,20:1,氯霉素,抗生素(1R,2R)-(-),其他无效,多巴胺衍生物,治疗巴金森氏症,无生理活性，有毒,四咪唑,治疗肿瘤的辅助药物,抗忧郁药,苯丙胺,抑制食欲,精神振奋药,第一节 手性分子和对映体,同分异构,立体异构,构造异构,构象异构,构型异构,顺反异构,对映异构,一、手性,(Chirality),定义：左右手互为镜象与实物关系，但 彼此不能重合的现象称为,手性,。,产生对映异构现象的结构依据是,手性,手性关系图,对映体,：彼此成镜象关系,又不能重叠 的一对立体异构体,互为对映体,互为镜像的一对乳酸分子,COOH COOH,C C,HO H H OH,CH,3,CH,3,二、手性分子和对映体,手性分子,：不能与其镜象重叠的分 子称为,手性分子,。,对映异构体的性质,(,S,)-(+)-乳酸 (,R,)-(-)-乳酸,mp 53,o,C mp 53,o,C,D,=+3.82,D,=-3.82,p,K,a=3.79(25,o,C)p,K,a=3.83(25,o,C),15,15,一对对映体结构差别很小，因此它们具有相同的bp，mp，溶解度等，化学性质基本相同。很难用一般的物理或化学方法区分。但它们对平面偏振光的作用不同：,三、对称面和非手性分子,对称面：能将分子结构剖成互为镜象的 两半的面称为对称面。,有对称面的分子与它的镜像能重合，为非手性分子。,丙酸分子,的对称面,COOH,H,H,CH,3,四、判断对映体的方法,、建造一个分子和它的镜像模型，两 者不能重合，就具有对映异构体。,、寻找对称面:存在对称面就不存在,对映体,、寻找手性碳原子：有一个手性碳原子，就具有一对对映体。有二个或二个以上手性碳原子时，有例外情况。（有对称面则没有对映体）。,第二节 费歇尔投影式,Fischer投影式书写要点：,“横前竖后”：用十字交叉点表示手性碳原子，它正好位于纸平面上，一般主碳链直立，氧化态较高的基团放在上端。连于手性碳的横键指向读者，竖键指向远离读者。,例如：乳酸的一对对映体的Fiseher投影式：,COOH COOH,H OH H O H,CH,3,CH,3,（+）-乳酸 （-）-乳酸,:,费歇尔投影式只能在纸平面内旋转180,0,，构型才能保持不变。,Fischer投影式,不能,离开纸平面进行翻转。,同一个立体异构体可以用几种不同的方法表示它的立体结构。,例如：2,3,4-三羟基丁醛：,CHO H OH H H,H OH CHO HO OH,HO H HO H,CH,2,OH CH,2,OH OHC CH,2,OH,Fischer投影式 锯架式 Newman投影式,第三节 旋光性,一、平面偏振光,定义：只在一个平面上振动的光称为平 面偏振光。普通光通过尼科尔 （Nicol）棱镜时产生平面偏振光。,二、旋光性,定义：物质能使偏振光的偏振面旋转的,性能称为旋光性。(optical activity),三、旋光度与比旋光度,、旋光度：偏振面被旋光性物质所旋转的角度叫旋光度，用,表示。旋光方向有左旋、右旋的区别，用符号 （+）表示右旋、（）表示左旋。,例如：（+）2丁醇,表示它向右旋转偏振面。,怎样测定化合物的旋光性呢？,光源 起偏镜 旋光管 检偏镜 眼睛,偏振光,目测旋光仪的简图,一对对映异构体，一个可使平面偏振光向右旋，称为右旋体；另一个可使平面偏振光向左旋，称为左旋体。二者旋转角度相同,方向相反。因此对映异构也叫做旋光异构。,所有的旋光性化合物，不是右旋，就是左旋。（+）或（）仅表示旋光方向不同，并不表示旋光度数值的大小。,（二）、比旋光度,规定用一分米长的旋光管，待测物质的浓度为1g.ml,-1,时所测得的旋光度，称为比旋光度，用,D,t,表示。,l:旋光管的长度（分米）,公式：,D,t,=,C:溶液的浓度（g.ml,-1,）,lC,：实验观察旋光值(,度数),t:测定时温度（）,D:旋光仪使用的光源，纳光D-线波长589nm,例题：,将胆固醇样品260mg溶于5ml氯仿中,然后将其装满5厘米长的旋光管,在室温20 通过偏振的钠光测得旋光度为-2.5,o,。计算胆固醇的比旋光度。,-2.5,0,解：,D,t,=-96,0,C,l 0.26g/5ml0.5dm,第四节 外消旋体,定义：一对对映体的等量混合物称为外 消旋体。用（）或dl表示。,外消旋体无旋光性。,对映体间物理性质雷同，但外消旋体常有差异。例如:,名称 熔点 ,20,D,pk,a,溶解度,（+）or(-)乳酸 26 +3.8 3.76 ,()乳酸 18 0,0,3.76 ,第五节 非对映体和内消旋化合物,一、非对映体：,定义：彼此不成镜象关系的立体异构体，叫非对映体。,例如,：CHO CHO CHO CHO,H C OH HO C H H C OH HO C H,H C OH HO C H HO C H H C OH,CH,2,OH CH,2,OH CH,2,OH CH,2,OH,a b c d,上图中，a与b是一对,对映体,；c与d是一对,对映体,。,a与c或a与d是,非对映体,，同样b与c或b与d也是,非对映体,。,非对映体具有不同的物理性质。,例如：沸点、溶解度等都不相同。,有一个手性碳原子时,则有一对(二个立体异构体)对映体;有二个手性碳原子时,则有二对(四个立体异构体)对映体;有三个手性碳原子时,则有四对(八个立体异构体)对映体,可见:含有n个手性碳原子时,有,2,n,个立体异构体.,二、内消旋体,定义：含有手性碳的非手性分子，称为 内消旋体。,内消旋体分子内有对称面。内消旋化合物不具有旋光性,例如：COOH COOH,H C OH HO C H,H C OH HO C H,COOH COOH,对称面,第六节 构型命名,一、D、L命名法：,以甘油醛为标准物，分子在费歇尔投影式中，凡是编号最大的手性碳原子上-OH或-NH,2,在右边的为,D,型，在左边的为,L,型。,因是人为规定，故称,相对构型,。,例如：CHO CHO,H OH HO H,CH,2,OH CH,2,OH,D-（+）-甘油醛 L-（-）-甘油醛,（+）;（-）只表示旋光方向,和构型没有一定的关系。,D、L命名法的使用有一定的局限性，它只适用于与甘油醛结构类似的化合物,例如：,CHO COOH,H OH H OH,CH,2,OH CH,2,OH,HgO,D-（+）-甘油醛 D-（）-甘油酸,二、R、S构型命名法,绝对构型,命名要点：,1、把手性碳原子所连的四个原子或基团按“顺序规则”的规定，排列成序。如 abcd。,2、把最小基团放在视线最远端，其余三个在观察者眼前。,3、按大中小顺序连成园圈，是顺时针方向为R-构型，是逆时针方向为S-构型。,次序规则：,、原子序数较大者为优先基团；,、依次比较，第一个原子相同时，再比较第二个，直到有差别为止；,、有双键或叁键，则看成连接两个或三个相同的原子。,例如：IBrClCH,(CH,3,),3,C(CH,3,),2,CH,C-BrCOC-O CN,CH,3,H,CH,2,CH,3,C S-构型,Cl,H,CH,2,=CH CHO,C S-构型,CH,2,CH,3,简便法：,1.当最小基团在Fischer投影式的上下端，其余三个基团按“优先次序规则”排列由大中小顺序连成园圈，是顺时针方向为R-构型，是逆时针方向为S-构型。,R,S,S,R,2S，3R,2R，3S,2.当最小基团在Fischer投影式的左右端，其余三个基团按“优先次序规则”排列由大中小顺序连成园圈，是顺时针方向为S-构型，是逆时针方向为R-构型。,第七节 不含手性碳原子的手性分子,1 具有丙二烯结构的分子,2 具有联苯类结构的化合物位阻异构体,由于单键旋转受阻而形成的手性分子。,3.具有螺旋型结构的化合物,9.含有其它不对称原子的手性分子,9.1,季铵阳离子和季鏻阳离子,12.对映异构体的拆分,主要方法：,化学法：与光活胺成盐、或与光活醇成酯使之转化为物理性质不同的非对映异构体,(+)-羧酸+(+)胺 (+)(+)盐,(-)-羧酸 +(+)胺 (-)(+)盐,晶种结晶法,色谱法（Chromatograph,chiral column),酶解法,12.对映异构体的拆分,基本原则：,提供手性环境和条件，使对映异构体表现出不同的性质从而得以拆分(Resolve，Resolution),三、构型异构中的对映异构和非对映异构,第七节 手性碳原子的形成和生物作用,一、手性碳原子的形成,（一）、生物体中的手性分子,在生物体内存在许多手性化合物，一般具有多个手性中心，但实际上只有其中一个对映异构体存在于机体中，催化酶和底物都是如此。只有底物和酶的对称性匹配才能被催化。,（二）非手性分子转化成手性分子,hv,Cl,2,2Cl,Cl+CH,3,CH,2,CH,2,CH,3,CH,3,CH,2,CHCH,3,+HCl,H Cl H,CH,3,CH,2,C +Cl,2,CH,3,CH,2,CH,3,+,CH,3,CH,2,CH,3,CH,3,H Cl,S-2-氯丁烷 R-2-氯丁烷,CH,3,CH,3,CH,3,H Cl+Cl,2,H Cl +H Cl,CH,2,Cl H H Cl,CH,3,CH,3,CH,3,2S,3R-2,3-二氯丁烷,29%71%,2S,3S-2,3-二氯丁烷,二、手性分子的生物作用,一对对映体，构型上的微小差异，在生理活性上往往会产生截然不同的作用。如左旋多巴可治疗帕金森病，而右旋多巴对人无生理效应。,因为一个特异的手性分子的立体结构，只与特定的受体的立体结构有互补关系，产生生理作用。,手性分子与手性生物之间的相互作用,不能合适地进入相同的受体靶位,