七立体化学.pptx

分子中的原子或原子团互相连接的次序相同，但在空 间的排列方向不同而引起的异构体。,第一节 立体异构体的分类和定义,讨论分子的立体形象及与物理性,质的关系等。,讨论分子的立体形象对化学反应,性的影响及产物分子和反应物分,子在立体结构上的关系等。,立体异构 构造相同,分子中原子或基团在空间的排列方式不同。,什么是对映异构？,当四个基团不同时，两种化合物（实物和镜像）不能重合，互为对映，是一对异构体，称为,对映异构体，,是,手性,化合物，具有,旋光性,。,镜子,对映体,:,具有镜像与实物关系的一对旋光异构体,什么是手性和手性分子？,实物和镜像不能重合的现象称为手性，具有手性的分子称为手性分子。什么是旋光性？,对映体具有相同的沸点、熔点、溶解度及相同的化学性质，但对平面偏振光的作用不同。物质能使平面偏振光旋转的性质，称为旋光性。,对映异构体也是旋光异构体。,第二节 偏振光，比旋光度,一、偏振光,light source,polarizer,sample tube,analyzer,observer,1,）,H,2,O,、甘油、乙醇等物质无旋光性，不改变偏振光方向亮。,2,）乳酸、葡萄糖等溶液有旋光性，需改变偏振光方向才亮。,旋光度：,旋光性物质使偏振光振动平面旋转的角度，用,表示。右旋（,+,），左旋（,-,）,平面偏振光：普通光通过尼可尔棱镜后产生只能在一个平面振动的光。,二、比旋光度,旋光度可以用旋光仪准确测定，但是测定时溶液的浓度、盛液管的长度、温度及光的波长都对旋光度有影响。,比旋光度：即浓度为,1g/ml,-1,的溶液在,20,时，将波长为,589nm,的偏振光通过长为,10cm,的样品管时测得的旋光度。,t,=,c.l,l:,盛液管长度,:dm,c:,溶液浓度,g/ml,:,入射光波长,t:,温度,第三节 分子的手性和对称因素,1.,手性,(Chirality),实物与其镜影不能重叠的现象。,2.,对称因素,1,）平面对称因素,(,),具有平面对称因素的分子是,对称分子。非手性分子,。,2,）中心对称因素,(i),具有中心对称因素,的分子是对称分子。,非手性分子。,H,Cl,Cl,CH,对称面,3,3,）四重交替对称轴,(Sn,),具有反射对称因素的分子是,对称分子,。,非手性分子,。,四重交替对称轴往往与对称面及对称中心同时存在，只具有四重交替对称轴的化合物极少见，因此如果分子没有对称面及对称中心，一般可以判断分子具有旋光性。,如果分子中不存在对称面、对称中心和四重,交替对称轴,，则这个分子具有手性。,判别手性分子的依据,如果碳原子周围的四个基团都不相同，就找不到对称面、对称中心，分子有手性。通常这个碳称为,手性碳（,chiral carbon,）,或,手性中心,，或,不对称碳,，在结构式中用,“,*,”,标出。,*,乳酸,第四节 含一个手性碳原子的化合物,1,）手性碳原子的概念,与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。,含一个手性碳的分子是手性分子，具有一对对映体。,D,20,=+3.8,o,(,水,),D,20,=-3.8,o,(,水,),对,映,体,互为实物与镜,影关系，不能,相互重叠的两,个立体异构体。,2,）左旋体、右旋体及外消旋体,一对对映体中：,使平面偏振光向左旋的为左旋体，用“（,）”或“,l”,表示。,使平面偏振光向右旋的为右旋体，用“（,+,）”或“,d”,表示。,左旋体与右旋体，旋光度相同、旋光方向相反。,外消旋体：等量的左旋体与右旋体的混合物。无旋光性。,外消旋体用,(),或,(RS),或,(dl),或,DL,表示。,外消旋体可分离成左旋体与右旋体。,3),构型及表示方法：费歇尔（,Fischer,）投影式,书写规则,：以手性碳原子为投影中心（交叉点）,横前竖后,注意事项：,*,1.,同一平面上，旋转,90,o,，,构型改变（其对映体），旋转,180,o,，构型不变。,*,2.,同一手性碳上，基团两两交换偶数次，构型不变，交换奇数次，构型改变。,*,3.,同一手性碳上，保持一个基团固定，另三个基团顺时针或逆时针调换位置，构型不变。,将下列化合物改写成,Fischer,投影式，并标出手性碳原子构型。,实例,1,）,D,、,L,标记法,第五节 构型和构型标记,绝对构型,能,真实,代表某一光活性化合物的构型（,R,、,S,）,与,假定,的,D,、,L,甘油醛相关联而确定的构型。,相对构型,2)R,、,S,标记,看的方向,试判断下列,Fischer,投影式中与,(s)-2-,甲基丁酸成对映关系的有哪,几个？,第六节 含两个手性碳原子的化合物,1,、含两个不同手性碳原子的分子,对映关系：,与,；,与,非对映关系：,与,、,与,、,与,、,与,非对映体：构造相同,构型不同,相互间不是实物与镜影关系,的立体异构体。,非对映异构体其旋光性不同,物理性质不同。,光活异构体数目,=,2,n,;(n=,不同手性碳原子数,),外消旋体数目,=,2,n-,1,2,、含两个相同手性碳原子的分子,内消旋体,(meso),：分子内部形成对映两半的化合物。,(,有平面,对称因数,),。,具有两个手性中心的内消旋结构一定是（,RS,）构型。,R S,内消旋体无旋光性,(,两个相同取代、构型相,反的手性碳原子，处于同一分子中，旋光性,抵消,),。,内消旋体不能分离成光活性化合物。,指出下列,(A),与,(B),、,(A),与,(C),的关系,(,即对映体或非对映体关系,),。,第七节 含三个手性碳原子的化合物,不同时,:,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,：含多个手性碳的两个光活异构体，仅有一个手,性碳原子的构型相反，其余的手性碳构型相同，,这两个光活异构体称为差向异构体。,C-2差向异构,：由,C-2,引起的差向异构。（,C-2,构型相反）,三羟基戊二酸,对称碳原子,不对称碳原子,(2,R,4,R,)-,(2,S,4,S,)-,(2,R,3,s,4,S,)-,(2,R,3,r,4,S,)-,C,O,O,H,H,H,O,H,H,O,H,O,H,C,O,O,H,R,R,C,O,O,H,H,H,O,H,H,O,H,O,H,C,O,O,H,S,S,C3,无手性，但是手性分子,C3,有手性，但是非手性分子，内消旋体,CH,CHCOOH,OH,OH,OH,HOOCCH,二个相同时,:,一个碳原子（,A,）若和两个相同取代的不对称碳原子相连而且当这两个取代基构型相同时。该碳原子为对称碳原子,，而若这两个取代基构型不同且成镜像关系时，则该碳原子为不对称碳原子，则（,A,）为,假不对称碳原子,。,假不对称碳原子的构型用小,r,小,s,表示。在判别构型时，,R,S,，顺,反。,假不对称碳原子（假手性碳）,1.,内消旋,2,3-,二甲基,-1,4-,丁二醇经氧化后得,到,2,3-,二甲基,-4-,羟基丁酸，问产物有没有,旋光性？,2.,胆甾醇分子中有多少个不对称碳原子？,讨论,含手性碳原子的单环化合物,顺反异构和对映异构,实验证明：单环化合物有否旋光性可以通过其平面式的对称性来判别，凡是有对称中心和对称平面的单环化合物无旋光性，反之则有旋光性。,无旋光（对称面）,有旋光,第八节 环状化合物的立体异构,无旋光（对称中心）,有旋光,无旋光,(,对称面,),无旋光（对称面）,无旋光（对称面）,有旋光,无旋光（对称面）,有旋光,取代环己烷旋光性的情况分析,例一：顺,-1,2-,二甲基环己烷,旋转,120,o,(1),(2),(1),的构象转换体,(1),和,(2),既是构象转换体，又是对映体。能量相等，所以构象分布为,(1):(2)=1:1,。,结论：用平面式分析，化合物是内消旋体。,用构象式分析，化合物是外消旋体。,结论,：用平面式分析，,(1,R,2,R,)-1,2-,二甲基环己烷或,(1,S,2,S,)-1,2-,二甲基环己烷是一种有旋光的化合物。用构象式分析,是无数种有旋光的构象式 组合而成的混合物。,S,S,例三,:,（,1,S,，,2,S,）,-1,2-,二甲基环己烷,例二：（,1,R,，,2,R,）,-1,2-,二甲基环己烷,R,R,构象可以翻转，一般以平面式分析，不影响构型,第九节 不含手性碳原子化合物的旋光异构,1.,丙二烯型化合物,中心碳原子两个,键平面正,交,两端碳原子上四个基团，,两两处于互为垂直的平面上。,当,A,B,，,分子有手性。,类似物：,无 有,2.,联苯型化合物,苯环间碳碳,键旋转受阻，产生位阻构象异构。,当同一环上邻位有不对称取代时（取代基或原子体积较大）,整个分子无对称面、无对称中心,分子有手性。,当一个苯环对称取代时即邻位两个取代基相同时），分子无手性。,联萘衍生物：,2,2-,联萘二酚是手性分子。,3.,螺旋型分子,(-)-,六螺,并苯,末端两苯环不在同平面上。,4.,含其它不对称原子的光活性分子,环状化合物的立体异构体,:,meso-(S,S)-(R,R)-,同时存在顺反异构、对映异构。,（,1R,，,3S,）,-3-,溴,-1-,环己醇,思,考,题,1,）写出化合物,(1R,3S,5R)-1-,甲基,-3-,硝基,-5-,氯环己烷的,结构并画出其优势构象。,2,）,写出环己六醇所有立体异构体及其中一个最稳定的,构象。,3,）指出下列化合物是否有手性？,无（对称中心）,无（对称面）,无（对称中心）,有,无（对称面）,无（对称面）,第十节 旋光异构体的性质,在相同的非手性条件下，旋光异构体的物理性质与化学性,质相同。,名称 熔点,/,o,C ,25,(,20%,水,）溶解度,pk,a1,pk,a2,(+)-,酒石酸,170 +12,o,139 2.93 4.23,(-)-,酒石酸,170 -12,o,139 2.93 4.23,旋光异构体在手性条件下,(,如手性试剂、手性催化剂等,),其反应,速率不同。,生物体内的酶和各种底物具手性。手性分子的对映体进入生物,体内手性环境后,引起不同的分子识别,使其生理活性相差很大。,例如：酞胺哌啶酮,(“,反应停”,),手性药物的旋光异构与生物活性,1,旋光异构体具有不同的生物活性强度,S/R=1020,倍,R-,异构体,:,有效的镇静剂,S-,异构体,:,强畸胎剂,非麻醉性的消炎镇痛药,(S)-,酮咯酸,2),旋光异构体具有完全相反的生物活性。,利尿药：,(S)-(-)-,依托唑啉,3),旋光异构体的毒性或严重副作用,减肥药,(S)-(+)-,氟苯丙胺,S/R=230,倍,d-,异构体 有强兴奋作用,l-,异构体 抗兴奋作用,D-(-),有杀菌作用,L-(+),无药效,Z-R,（有生理活性）,第十一节 不对称合成,非手性化合物在非手性条件下生成外消旋体。,为什么总得外消旋体,?,一个分子在对称环境下反应,不可能有选择性。,(,左旋体与,右旋体过渡态能量相同,反应活化能相同,反应速率相同,),。,1.,由手性化合物进行不对称合成,构象分析,中间体自由基构象能,结果：产物为不等量的非对映体，且,meso-,占优势。,2.,非手性分子通过引入手性基团进行不对称合成,一个分子的构象决定了某一试剂接近分子的方向。,3.,非手性分子通过引入手性催化剂进行不对称合成,手性配体：,(R)-BINAP,4.,选择性生物催化不对称合成,条件温和、高效、立体专一,5.,立体选择性反应与立体专一性反应,6.,对映体过量百分率、立体选向百分率与光学纯度百分率,外消旋体的拆分,1.,化学分离法,2.,生物分离法,L-(+)-,丙氨酸,拆分的理论收率,50%,消旋化的动态拆分,3.,晶种法,4.,色谱分离法,1,）柱色谱法,2,）配位竞争法,3,）纸色谱法,4,）气相色谱法,参考书：,立体化学,叶秀林编 北大出版社,1999,作业,:,P209,3,4,7,8,13,