刑其毅有机化学体化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第八章第八章 立体化学（立体化学（stereochemistry）讨论分子立体形象及与物理性讨论分子立体形象及与物理性 质关系等。质关系等。讨论分子立体形象对化学反应讨论分子立体形象对化学反应影响及产物分子和反应物分影响及产物分子和反应物分子在立体结构上关系等。子在立体结构上关系等。原子在分子内原子在分子内空间空间位置；位置；在反应中，分子内或分子间原子重新组合，在在反应中，分子内或分子间原子重新组合，在空间空间上上 要求条件和改变过程怎样？及由此怎样决定产物分子中各要求条件和改变过程怎样？及由此怎样决定产物分子中各 原子原子空间空间向位？向位？第第1页页立体异构立体异构 结构相同结构相同,分子中原子或基团在空间排列方式不一样。分子中原子或基团在空间排列方式不一样。第第2页页 d-异构体异构体 有强兴奋作用有强兴奋作用 l-异构体异构体 抗兴奋作用抗兴奋作用D-(-)有杀菌作用有杀菌作用L-(+)无药效无药效Z-R（有生理活性）（有生理活性）第第3页页8.1 手性和对映体手性和对映体 1.手性手性(Chirality)实物与其镜影不能重合现象。实物与其镜影不能重合现象。2.对称原因对称原因1）平面对称原因）平面对称原因()含有平面对称原因分子是含有平面对称原因分子是对称分子。非手性分子。对称分子。非手性分子。2）中心对称原因）中心对称原因(i)含有中心对称原因含有中心对称原因 分子是分子是对称分子。对称分子。非手性分子。非手性分子。第第4页页3）对称轴（旋转轴）对称原因）对称轴（旋转轴）对称原因(Cn)只含旋转轴对称原因分子是只含旋转轴对称原因分子是非对称分子。手性分子。非对称分子。手性分子。4）反射对称原因）反射对称原因(Sn)含有反射对称原因分子是含有反射对称原因分子是对称分子。非手性分子。对称分子。非手性分子。第第5页页 普通情况下，普通情况下，不含有对称面和对称中心分子，其实物不含有对称面和对称中心分子，其实物 与镜影不能重合，该分子称为与镜影不能重合，该分子称为不对称分子或手性分子。不对称分子或手性分子。手性分子含有光学活性。手性分子含有光学活性。8.2 旋光性、比旋光度旋光性、比旋光度1.旋光性旋光性 光波振动方向与光束前进方向关系示意图光波振动方向与光束前进方向关系示意图 普通光普通光第第6页页 平面偏振光：平面偏振光：经过经过Nicol棱镜，仅在棱镜，仅在 一个平面上振动光。一个平面上振动光。2.旋光仪、旋光度、比旋光度旋光仪、旋光度、比旋光度第第7页页 旋光性：使偏振光偏振面旋转能力。旋光性：使偏振光偏振面旋转能力。旋光度：使偏振光偏振面旋转角度。用旋光度：使偏振光偏振面旋转角度。用 表示。表示。旋光方向：右旋（旋光方向：右旋（+）、）、d-;左旋（左旋（-）、）、l-比旋光度比旋光度 t =(物理常数物理常数)例：例：从粥样硬化动脉中分离出来胆甾醇从粥样硬化动脉中分离出来胆甾醇0.5g溶解于溶解于20ml 氯仿，并放入氯仿，并放入1dm测量管中，测得旋光度测量管中，测得旋光度-0.76o。求其比。求其比 旋光度。旋光度。怎样确定一个活性物质是怎样确定一个活性物质是+60o右旋体还是右旋体还是-300o左旋体左旋体？第第8页页 8.3 含手性碳原子分子立体化学含手性碳原子分子立体化学1.含一个手性碳原子分子含一个手性碳原子分子 1）手性碳原子概念）手性碳原子概念 与四个不相同原子或基团相连碳原子。与四个不相同原子或基团相连碳原子。含一个手性碳分子是手性分子，含有一对对映体。含一个手性碳分子是手性分子，含有一对对映体。D20=+3.8o(水水)D20=-3.8o(水水)对对映映体体互为实物与镜互为实物与镜影关系，不能影关系，不能相互重合两相互重合两个立体异构体。个立体异构体。第第9页页2）左旋体、右旋体及外消旋体）左旋体、右旋体及外消旋体 一对对映体中：一对对映体中：使平面偏振光向左旋为使平面偏振光向左旋为左旋体左旋体，用，用“（）”或或“l”表示。表示。使平面偏振光向右旋为使平面偏振光向右旋为右旋体右旋体，用，用“（+）”或或“d”表示。表示。左旋体与右旋体，旋光度相同、旋光方向相反。左旋体与右旋体，旋光度相同、旋光方向相反。外消旋体外消旋体：等量左旋体与右旋体混合物。无旋光性。：等量左旋体与右旋体混合物。无旋光性。外消旋体用外消旋体用()或或(RS)或或(dl)或或 DL表示。表示。外消旋体外消旋体可分离可分离成左旋体与右旋体。成左旋体与右旋体。第第10页页8.4 构型表示、构型确实定、构型标识构型表示、构型确实定、构型标识菲舍尔投影式菲舍尔投影式构型表示构型表示楔形式楔形式第第11页页手性碳构型：与手性碳相连四个不一样基团空间排列。手性碳构型：与手性碳相连四个不一样基团空间排列。R、S 标识标识 SRR第第12页页 要求要求 投影时，与手性碳相连横向两个键朝前，竖向两个投影时，与手性碳相连横向两个键朝前，竖向两个 键向后，交叉点为手性碳。键向后，交叉点为手性碳。将以下化合物改写成将以下化合物改写成Fischer投影式，并标出手性碳原子构型。投影式，并标出手性碳原子构型。动画演示动画演示第第13页页 次序最小原子次序最小原子(或基团或基团)在竖线上在竖线上,顺时针排列为顺时针排列为R构型构型,逆时逆时 针排列为针排列为S构型。构型。次序最小原子次序最小原子(或基团或基团)在横线上在横线上,顺时针排列为顺时针排列为S构型构型,逆时逆时 针排列为针排列为R构型。构型。假如固定某一个基团，而依次改变另三个基团位置，则分子假如固定某一个基团，而依次改变另三个基团位置，则分子 构型不变。构型不变。S S S S 试判断以下试判断以下Fischer投影式中与投影式中与(s)-2-甲基丁酸成对映关系有哪甲基丁酸成对映关系有哪 几个？几个？第第14页页 将投影式在纸平面上旋转将投影式在纸平面上旋转90o,则成它对映体。则成它对映体。R S第第15页页 将投影式中与手性碳相连任意两个基团对调将投影式中与手性碳相连任意两个基团对调,对调一次对调一次 （或奇数次）则转变成它对映体；对调二次则为原化合物。（或奇数次）则转变成它对映体；对调二次则为原化合物。D、L标识法标识法 第第16页页8.5.含多个手性碳原子化合物立体异构含多个手性碳原子化合物立体异构1)含两个不一样手性碳原子分子含两个不一样手性碳原子分子 对映关系：对映关系：与与；与与 非对映关系：非对映关系：与与、与与、与与、与与第第17页页 非对映体：非对映体：结构相同结构相同,构型不一样构型不一样,相互间不是实物与镜影关系相互间不是实物与镜影关系 立体异构体。立体异构体。非对映异构体其旋光性不一样非对映异构体其旋光性不一样,物理性质不一样。物理性质不一样。光活异构体数目光活异构体数目=2n;(n=不一样手性碳原子数不一样手性碳原子数)外消旋体数目外消旋体数目=2n-1 2）含两个相同手性碳原子分子含两个相同手性碳原子分子 第第18页页内消旋体内消旋体(meso)：分子内部形成对映两半化合物。分子内部形成对映两半化合物。(有平面有平面 对称因数对称因数)。含有两个手性中心内消旋结构一定是含有两个手性中心内消旋结构一定是（RS）构型。构型。R S内消旋体无旋光性内消旋体无旋光性(两个相同取代、构型相两个相同取代、构型相反手性碳原子，处于同一分子中，旋光性反手性碳原子，处于同一分子中，旋光性抵消抵消)。内消旋体内消旋体不能分离不能分离成光活性化合物。成光活性化合物。指出以下指出以下(A)与与(B)、(A)与与(C)关系关系(即对映体或非对映体关系即对映体或非对映体关系)。第第19页页 3）.含三个不一样手性碳原子分子含三个不一样手性碳原子分子 八个旋光异构体、组成四对对映体。八个旋光异构体、组成四对对映体。C-2差向异构体差向异构体 差向异构体：差向异构体：含多个手性碳两个光活异构体，仅有一个手含多个手性碳两个光活异构体，仅有一个手 性碳原子构型相反，其余手性碳构型相同，性碳原子构型相反，其余手性碳构型相同，这两个光活异构体称为差向异构体。这两个光活异构体称为差向异构体。C-2差向异构：差向异构：由由C-2引发差向异构。（引发差向异构。（C-2构型相反）构型相反）第第20页页4）.含其它不对称原子光活性分子含其它不对称原子光活性分子8.6 环状化合物立体异构环状化合物立体异构 meso-(S,S)-(R,R)-同时存在顺反异构、对映异构。同时存在顺反异构、对映异构。动画演示动画演示第第21页页（1R，3S）-3-溴溴-1-环己醇环己醇第第22页页8.7.旋光异构体性质旋光异构体性质 在相同非手性条件下，旋光异构体物理性质与化学性在相同非手性条件下，旋光异构体物理性质与化学性 质相同。质相同。名称名称 熔点熔点/oC 25(20%水水）溶解度溶解度 pka1 pka2 (+)-酒石酸酒石酸 170 +12o 139 2.93 4.23 (-)-酒石酸酒石酸 170 -12o 139 2.93 4.23 第第23页页 旋光异构体在旋光异构体在手性条件手性条件下下(如手性试剂、手性催化剂等如手性试剂、手性催化剂等)其反应其反应 速率不一样。速率不一样。生物体内酶和各种底物具手性。手性分子对映体进入生物生物体内酶和各种底物具手性。手性分子对映体进入生物 体内手性环境后体内手性环境后,引发不一样引发不一样分子识别分子识别,使其生理活性相差很大。使其生理活性相差很大。比如：抗妊娠反应镇静药比如：抗妊娠反应镇静药(R)-酞胺哌啶酮酞胺哌啶酮(“反应停反应停”)手性药品旋光异构与生物活性手性药品旋光异构与生物活性1）旋光异构体含有不一样生物活性强度）旋光异构体含有不一样生物活性强度第第24页页 非麻醉性消炎镇痛药非麻醉性消炎镇痛药(S)-酮咯酸酮咯酸 2)旋光异构体含有完全相反生物活性。旋光异构体含有完全相反生物活性。利尿药：利尿药：(S)-(-)-依靠唑啉依靠唑啉 3)旋光异构体毒性或严重副作用旋光异构体毒性或严重副作用 减肥药减肥药(S)-(+)-氟苯丙胺氟苯丙胺第第25页页8.8 不对称合成不对称合成 非手性化合物在非手性条件下生成外消旋体。非手性化合物在非手性条件下生成外消旋体。为何总得外消旋体为何总得外消旋体第第26页页 一个分子在一个分子在对称环境对称环境下反应下反应,不可能有选择性。不可能有选择性。(左旋体与左旋体与 右旋体过渡态能量相同右旋体过渡态能量相同,反应活化能相同反应活化能相同,反应速率相同反应速率相同)。第第27页页 1.由手性化合物进行不对称合成由手性化合物进行不对称合成构象分析构象分析 中间体自由基构象能中间体自由基构象能第第28页页 结果：产物为不等量非对映体，且结果：产物为不等量非对映体，且meso-占优势。占优势。第第29页页2.非手性分子经过引入非手性分子经过引入手性基团手性基团进行不对称合成进行不对称合成一个分子构象决定了某一试剂靠近分子方向。一个分子构象决定了某一试剂靠近分子方向。第第30页页3.选择性生物催化不对称合成选择性生物催化不对称合成条件温和、高效、立体专一条件温和、高效、立体专一4.立体选择性反应与立体专一性反应立体选择性反应与立体专一性反应第第31页页 第第32页页6.对映体过量百分率、立体选向百分率与光学纯度百分率对映体过量百分率、立体选向百分率与光学纯度百分率8.9 外消旋体拆分外消旋体拆分 1.化学分离法化学分离法第第33页页2.生物分离法生物分离法L-(+)-丙氨酸丙氨酸拆分理论收率拆分理论收率 50%消旋化动态拆分消旋化动态拆分第第34页页 3.晶种法晶种法4.色谱分离法色谱分离法 1）柱色谱法）柱色谱法 2）配位竞争法）配位竞争法 3）纸色谱法）纸色谱法 4）气相色谱法）气相色谱法第第35页页作作业业P1789、10第第36页页